光纤通信实验一 光纤熔接及光纤参数测量实验

1 光纤通信实验一 光纤熔接及光纤参数测量

1 实验目的

1.1 研究如何降低光纤接续衰耗值。

1.2 学习光纤熔接点衰耗值的测量。

1.3 掌握光纤参数测量的方法。

2 实验用的器材和仪表

2.1 用于熔接实验的光纤有三种 50/125 、 62.5/125 、9/125 ；前两种光纤是多模光纤，符合ITU—TG.651标准。后一种是单模光纤，符合ITU—TG.652标准。（注 ：ITU—T 国际电信联盟-电信标准部）。

图1.1常用通信光纤的构成与构成的材料示意图

250µm 250µm

50µm 62.5µm

125µm 125µm

50/125多模光纤 62.5/125多模光纤

250µm 250µm

125µm

140µm

8-10µm 100µm

单模光纤 100/140多模光纤 2

75µm

头发的直径

图1.2多模光纤与单模光纤截面图

光纤是一种结构尺寸非常精密的产品，如果制造过程中几何尺寸偏差过大，即使使用精密的全自动熔接机熔接光纤，熔接损耗也将偏大。两种数值孔径不同的光纤熔接以后熔接损耗必然偏大。再有在实际工程中不同公司制造的光纤，由于所用材料、制造工艺的不同，这两种光纤熔接以后也可能产生熔点损耗偏大，这个问题要通过合理的配盘解决，保证光纤路由的总损耗不超出工程要求的范围。

包层 纤芯1

纤芯2

图1.3光纤纤芯不呈圆形的示意图

α β

光纤A 光纤B

α≠β

图1.4数值孔径不同的光纤示意图

2.2 接保护套管——热缩管。它的作用是对熔接好的裸光纤部位进行保护。从图1.5

可以看出，两个套起的管之间有一个直径1mm米的钢棍，熔接前光纤穿在内管中，光纤熔接完成以后，将熔接点移至热缩管的中部，然后对热缩管加热，具有记忆特性的塑料管受热收缩，加热过程结束后经过一、二分钟的冷却，光纤接点与热缩管凝固成一体。加固件钢棍能避免这一区域弯曲。

3

内管：直径2.0mm；长40mm

加固件：直径

1.0mm；长40mm

外管：直径3.5mm；长40mm

图1.5熔接保护套管的基本结构图

2.3 光纤涂敷层剥皮钳。 它的作用是将光纤的涂敷层剥除掉，剥掉涂敷层以后的光纤称作裸光纤，此时才能看见光纤本体模样，常见的通信用裸光纤的直径为125μm 。

2.4 光纤切割刀。它的作用是将裸光纤切断，切断后的光纤端面要成平面。裸光纤端面切割质量的好坏对熔接点损耗影响很大。光纤切割刀有人造红宝石刀、精密机械刀及其它精密刀。

光纤 裸光纤 光纤 裸光纤

40~100mm 16mm

（a） （b）

用光纤剥皮钳剥去光纤涂敷层约40~100mm；(图a)。

用切割刀将裸光纤切去一段，保留裸光纤16mm；（图b）。

＜1°

(c)好端面 (d)凸尖 (e)锯齿

(f)缺角 (g)凹心 (h)龟纹

图1.6光纤熔接前的要求

图（c）为一个切割后合格的裸纤端面，图（d）~（h）为不合格的端面。

2.5 光纤熔接机。光纤熔接机有全手动、半自动、和全自动操作三种。前两种机器主要适于实验室使用，全自动的机器除实验室以外还可用于长途干线光纤接续工程。可 4 以说全自动光纤熔接机集成了现代计算机技术、精密机械加工、精密微距测量、精密微距离移动控制等多项高科技技术。顾名思义，熔接机的工作原理是基于电火花加工技术，在两个放电电极之间安放欲熔接的光纤，两光纤的端面之间留有极窄的缝隙，电极放电以后光纤端面受热，并且微微轴向推动其中一根光纤（另一根光纤是固定的），两根光纤就结合成一体。全自动光纤熔接机，平均熔接损耗能达到单模光纤 < 0.02dB;多模光纤 < 0.01dB 。

2.6 测试用的稳定光源。光源的作用是它能发出功率稳定、波长稳定的光，所谓稳定是相对于时间而言的，也就是说光源发出的光各项参数随时间的变化非常小。

2.7 光功率计。光功率计是从事光纤通信、光缆路由建设工程、光纤通信设备研发及光纤实验室测量光功率大小常用的测试仪表。测量光功率的时候波长选择要与被测光光波长相一致，测试光功率的值有两种显示选择——绝对光功率和相对光功率。前者显示nw ;μw和mw ，分别读作纳瓦；微瓦和毫瓦。后者显示dBm ,读作毫瓦分贝。下面回顾一下电平的概念。

电平－也称作传输电平，是衡量信号强弱的一个物理量。电路中某一点的电平，就是该点测得的功率P与规定的基准功率Pref之比的常用对数值

电平以贝尔（Bel）为单位、定义为

电平＝lgprefP(贝尔)……………………………（1.1）

可见信号功率在传输过程中变化10倍时，就是信号增强或衰减1贝尔。贝尔太大，实用中常用十分之一贝尔作单位称分贝（Deci Bel）计dB

电平＝10lgprefp（dB）…………………………..（1.2）

绝对电平与相对电平 绝对电平（简称电平）是以某一基准功率为参考所决定的电平 。用作参考基准功率有 1μw 1mw 1w 和 1kw 等。在信号传输中用作参考的基准功率都取1mw 。将电路中某点测得的功率P与基准功率Pref （1mw）作比较后便能求得该点的分贝数。写成公式为

Lmp =10lgefPPr=10lg)(1)(mwmwP(dBm) ……….（1.3）

dBm 读音 毫瓦分贝，式（3）表明 若P＞1mw为正电平，P＜1mw 为负电平，P＝1mw为零电平，其实零电平并非表示测量点的电平为零，而是该点的功率等于基准功率。相对电平就是以分贝数表示的同一电路中两点之间功率的相对大小。 相对电平也表示信号传输电路的增益或衰减量。例如 一根光纤中接收端的光功率总是比发射端的光功率小，因此我们说光纤对光信号总是有衰耗的，其衰耗可用一根光纤中的入纤光功率Pi 与接收光功率Po之比求得的分贝数表示，写成公式

Lrp=10lgPoPi(dB)…………………………………..（1.4）

设Po=50μw;Pi＝100μw ，求这根光纤的衰耗。

将测得的数值带入公式（1.3） 5 lmpo=10lgmww150 ＝ －13dBm

lmpi＝10lgmww1100＝ －10dBm

光纤衰耗＝－10dBm―（―13dBm）＝3dB

直接用公式1.4求：

光纤衰耗＝10lgww50100＝3dB

使用稳定光源和光功率计，对手动熔接机熔接的接点进行衰耗测量的一种方法如下图1.7。

a

b

第一步：测量光纤b端的光功率Pin。

光纤熔接点

a b c d

第二步：熔接光纤，测量熔接后光纤d端的光功率Pout。光纤c~d间的长度很短，因此，自然损耗忽略不记。

图1.7熔接点衰耗测量方法示意图

2.8 光时域反射计 （OTDR）。光时域反射计相当于光雷达。它的基本工作原理是OTDR向光纤纤芯发射光脉冲，当纤芯中的折射率发生变化会引起光线的反射和回射，另外，光纤中的所有物理结合（比如熔接点）和连接器（光纤活动连接器）都会引起回射，OTDR能测量发射光脉冲与接收光脉冲之间的时间延迟。这个时间延迟可以用来测量发射端与给定的反射点之间的距离。由于衰减的缘故，距离越远，返回来的光功率就越小。因此，OTDR建立了一条功率和距离的轨迹曲线，也就是说，OTDR可以跟踪光纤链路上各点的功率值并将它们显示在屏幕上。光时域反射计的实际操作使用将在实验中介绍。

3 实验内容

3.1 认识光纤，了解光纤成缆以后的结构。

3.2 按图1.6将被熔接的光纤接入稳定光源，用光功率计测量入纤光功率及功率电平（建议多测几次取平均值）。

熔接光纤的制备：按2.4的要求剥除涂敷层，用酒精棉将裸光纤擦拭干净。从现在开始这根光纤不允许沾染灰尘。然后切割光纤，把制备好的光纤放在熔接机V型槽里，进行熔接操作，操作完成以后光纤不必从V型槽取下来。 稳 定

光 源 光功率 计

稳定光 源 光功率 计 6

3.3 测量光纤的出纤光功率和功率电平dBm ，用两仲方法计算熔接点的衰耗值。

4 记住下面一些常用数值

多模光纤50/125 ，符合G.651技术规范：

传输波长850nm 每千米衰耗≤ 2.5 dB

传输波长1300nm 每千米衰耗≤ 0.7 dB

数值孔径（NA） 850nm 1.482 、1300nm 1.477

单模光纤 9/125 ，符合G.652技术规范：

传输波长1310nm 每千米衰耗≤ 0.36 dB

传输波长1550nm 每千米衰耗≤ 0.22 dB

纤芯折射率1.467

包层折射率1.45 ～1.46

光纤活动连接器（光纤法兰）每个插入损耗可按 1 dB 计算

全自动光纤熔接机熔点平均每个衰耗小于 0.05dB

5 安全注意事项

5.1 切割下来的光纤断头要集中放置，以免光纤断头进入身体，造成人身伤害。

5.2 不要用眼睛直视光纤的末端，这一点非常重要，否则，眼睛可能永久损伤。