【正文】 TTTR。出現(xiàn)這種情況的主要原因是光纖接頭兩邊的光纖的散射系數(shù)不同。測量光纖接頭損耗用得最廣泛的方法是用光時域反射儀實時監(jiān)測光纖連接情況，從光纖鏈路的后向散射曲線上得到光纖接頭損耗值。因為光纖接頭的損耗一般都很小，要精確測定這樣小的損耗值。這種測量方法原理上是適合于光纖接頭損耗測量，但實施過程中還有點問題。用這兩個光功率值算出總的光損耗，減去該段接收光纖的損耗（假定接收光纖的損耗是已知的），就得到了熔接點的損耗。有一種方法是逐點監(jiān)測法。其方法是整條光纖鏈路連接好以后，從光纖的鏈路的輸入光功率和輸出光功率值算出光纖鏈路的總損耗，從中減去光纖鏈路中的每段光纖的損耗后，除以鏈路上的總接頭數(shù)，就得出了平均接頭損耗。光纖接頭損耗的測量方法有多種，最基本的有剪斷法，最標(biāo)準(zhǔn)的是臨時接點法，最常用的是后向散射法（光時域反射儀法）。必須指出，熔接機上所顯示的光纖接頭損耗值是熔接機根據(jù)光纖圖象分析光纖對準(zhǔn)情況后推算出來的，并不反映光纖接頭的真實損耗值，但也反映了熔接質(zhì)量的好壞。l 光纖接頭損耗的測量。光纖接頭的附加損耗（簡稱光纖的接頭損耗）是評價光纖熔接點質(zhì)量的主要指標(biāo)。當(dāng)光纖熔接好以后，先經(jīng)過一定應(yīng)力的張力篩選，篩選通過以后再進行套封增強。熔接光纖的強度測量與光纖抗拉強度測量方法一樣。光纖熔接起來以后，外表根本看不出與原光纖有什么不同，好的接頭，即使在顯微鏡下也難于找出熔接點位置。圖中也示出了這種套管的參考尺寸。該管的內(nèi)管是EVA熱熔軟塑料，可以填充裸光纖部位的空隙并起緩沖作用，外管是熱收縮塑料管（輻照聚乙烯材料）內(nèi)、外管之間有一根直的鋼針。最簡單的增強措施是在光纖端面處理之前先套上一根有適當(dāng)長度的硬套管，如鋼管、玻璃毛細(xì)管或硬塑料管，它們的內(nèi)徑大于光纖外徑，光纖熔接好以后，將此管移至熔接部位完全套住接頭附近的裸光纖，在其內(nèi)注入快干膠封住。所以光纖熔接部位的機械強度低于整根光纖的機械強度。l 熔接部位的增加。圖118 偏心量大的光纖熔接情況所以，在熔接偏心量大的光纖時，應(yīng)選用較短的熔接時間。整個熔接過程可以圖117概括。光纖預(yù)熱同時還除去了制備光纖端面后還殘留的污染物；然后，以正常的熔接電流放電，同時將一端的光纖向前推進，使兩根光纖的端面緊緊連接在一起，待它們完全融合在一起時停止放電。預(yù)熔時，光纖的端面之間留有一定的空隙，在比正常熔接電流稍小的電流下放電。表11 光纖熔接參數(shù)光纖類型熔接參數(shù)偏心量≤1μm的單模光纖多模漸變光纖偏心量＞μm的單模光纖電極距離端面間距20μm10μm光纖推進速度160μm/s50μm/s光纖推進量20μm10μm預(yù)熱時間熔融時間3s1s光纖的熔接在放電過程中完成。圖116 電火花的電流分布自動光纖熔接機中存儲有20多種熔接參數(shù)，使用時必須根據(jù)光纖類型預(yù)先選用設(shè)定，有些可能要先經(jīng)熔接試驗后，才能選定。l 光纖的熔接過程。光纖自動熔接機中，由微機自動控制放電電流的大小和放電時間的長短，甚至有的還通過氣壓傳感器自動調(diào)整放電強度。l 放電。一般，對中過程需在x、y、z三個方向反復(fù)進行，直至達到一個最佳位置。可以根據(jù)光纖的外表面作基準(zhǔn)面使被連接光纖對中；也可以根據(jù)透過的光功率大小為依據(jù)進行對中；也可以以光纖纖芯中心為基線進行對中。圖115 帶狀光纖熔接機的夾纖機構(gòu)l 光纖對中。注意用壓板夾持光纖時，應(yīng)壓在光纖的未去除涂層的部分，不要夾在裸光纖上，以免光纖表面受到損傷或者甚至夾斷裸光纖。(2) 光纖的熔接l 裸光纖在制備好端面以后，就可放入光纖熔接機的光纖夾持器上并固定。一旦發(fā)現(xiàn)光纖端面質(zhì)量不好或被沾污時，應(yīng)重新清洗、切割，直到滿意為止。一般在光學(xué)顯微鏡下觀察光纖端面，從放大了的端面像能清楚地看出端面質(zhì)量情況，正如圖112所示的那樣。的光纖端面。之間。特別要注意對光纖劃痕時，切割刀口必須與光纖軸要盡可能垂直。所以必須掌握光纖手工切割制備的技能。圖114 光纖斷面情況我們了解了光纖切割的斷面形成過程，將有助于掌握手持光纖切割端面的方法。對于單用張力拉斷光纖的切割方法，為保證獲得鏡面似的端面，需加較重的劃痕，使在劃痕點處所受的張應(yīng)力最大，而后向周邊逐漸減小，只要直到劃痕點對面的應(yīng)力仍然大于零的話，這樣獲得的光纖切割端面的質(zhì)量是好的。若在光纖上劃痕太輕，那么需要加比較大的應(yīng)力才能使光纖折斷，這樣得到的光纖端面質(zhì)量就不會高。應(yīng)力F與纖軸不平行的后果是形成非零端面角（即端面與纖軸不垂直）。否則在劃痕點的對面將形成唇邊。由公式(114)得，要使鏡面區(qū)域的半徑r≥a（a是光纖半徑），要求在端面上所有點處的本地應(yīng)力F小于K/。從(126)式可知，在光纖上用金剛石劃痕以后，光纖上必須有足夠的應(yīng)力，才能使光纖斷裂；但是，所加的應(yīng)力不能太大，否則鏡面區(qū)域的半徑將太小。光纖斷面上的鏡面區(qū)域的大小與光纖上所受到的本地應(yīng)力F有關(guān)。這種劃痕彎拉光纖的切割過程可用圖113來概括：(a)唇邊； (b)中間霧狀區(qū)右邊粗糙不平； (c)良好的端面圖112 光纖端面的質(zhì)量圖113 光纖端面切割過程在圖112中，已經(jīng)看到了切割光纖所得到的質(zhì)量，我們可以把光纖斷面分成三個區(qū)域，見圖114所示。實際切割光纖時，對光纖施加的張力應(yīng)在正確的范圍內(nèi)，如對外徑為φ125μm的石英玻璃光纖，所加的張力約100～300克。一種是在施加有一定張力的光纖上用金剛石一類刀刃在光纖的要切斷部位處劃（或刻）痕，一旦光纖表面出現(xiàn)裂紋，光纖就會在所加張力的作用下在劃痕處崩斷，從而得到所要的平整端面。高級的商用光纖切割刀，可以做出幾乎接近理想的高質(zhì)量光纖端面，而且成功率也很高。當(dāng)然可以采用切割、研磨、拋光的方法來獲得平整的光纖端面，就像做光纖連接器那樣，但這種手段太繁雜，不能在要求快捷時使用。光纖連接，要求光纖端面必須平整、端面與纖軸垂直。l 光纖端面切割。光纖的一次涂覆層去除后，需仔細(xì)檢查一下一次涂覆層是不是已經(jīng)去除干凈了。用脫脂棉或紗布輕輕揩抹就能方便地去除這類涂覆層；當(dāng)光纖的一次涂層材料是有機硅樹脂時，需把它放在濃硫酯中浸泡，直到把有機硅樹酯涂覆層全部溶解掉；如果光纖的一次涂覆層材料是環(huán)氧樹酯，那么就要用熱的（約200℃）強酸（如濃硫酸）來浸泡、去除。一種是機械方法，可用刀削去，也可用火焰把它燒掉，最好利用專用工具來剝除一次涂覆層，用機械方法剝除光纖的一次涂覆層，可能會損傷石英玻璃光纖的外表面，特別是用火焰方法去除涂層，將使光纖本身的機械強度大大降低；另一種方法是化學(xué)方法。但除去緊套的尼龍護層必須用刀片來削除。一般，最外層是光纖的二次被覆層，二次被覆層可能是緊套的尼龍護層，也可能是松套的聚丙烯()、聚酯(PBT)、聚四氟氯乙烯(FEP)等塑料套管。l 光纖護層的去除。(1) 光纖熔接前的準(zhǔn)備工作在光纖熔接的全過程中，需要精確地執(zhí)行許多操作，主要是三個方面，即光纖端面制備、光纖精密對中和光纖的熔接和定位。l 要有精密的微調(diào)功能，一般要求能在x、y、z三個方向上能進行精密調(diào)整。最初的多模光纖熔接機以光纖外層作基準(zhǔn)面進行對中調(diào)整，以后發(fā)展成光功率監(jiān)測調(diào)整，現(xiàn)今的自動對中熔接機融入了顯微攝像、微機技術(shù)和圖像校正等新技術(shù)，形成了“纖芯直視”式自動熔接機，甚至可以一次熔接多根光纖。2. 用光纖熔接機熔接光纖光纖熔接機的發(fā)展史，已經(jīng)經(jīng)歷了幾代商品過程，最早的光纖電弧熔接機，光纖的對中和熔接過程都是手動操作的。而且用這種方法所做的光纖接頭質(zhì)量好、損耗小、接頭的強度也不錯。另外一種加熱方法就是通過電弧放電，在光纖端頭附近局部區(qū)域通過放電的方法產(chǎn)生高溫使光纖熔融。特別是氫氯焰，能做出強度最好的光纖熔接頭。但是使用激光束加熱的激光器輔助裝置較為龐大，花費也大，所以使用得并不廣泛。如用電熱絲加熱，這種方法不容易得到能使玻璃光纖熔融的高溫（對石英玻璃光纖，其熔融連接溫度要2000℃以上）。這種方法連接光纖都是在專門的光纖熔接機上完成的。用類似于套管連接的方法使光纖在三棒的空隙中對接。V形槽的深淺和光纖外徑的一致性將保證可以獲得滿意的連接效果（）。圖19 套管連接2. V形槽連接將處理好的光纖放入V形槽內(nèi)，放上蓋板，然后輕輕推插光纖，使兩個端面接觸到。一般地需要在切割好的光纖端面上先蘸上折射率匹配材料再進行對接。這些方法是在光纖檢測和通信工程中要廣泛使用的。實際光纖連接的光傳輸損耗是各種因素綜合影響的結(jié)果，可以在以后的實際操作中參照上述結(jié)論，分析體會影響光纖連接損耗的主要因素。圖中dd2表示兩個端面的彎曲程度。圖17 斜端面耦合情況2. 凸形光纖端面。θ是兩個光纖的端面角θ1與θ2之和。端面質(zhì)量不理想，造成了光纖連接時光傳輸損耗增大，特別是在對接（不是熔接）時，影響更大。這一點，與不同芯徑的多模光纖連接的結(jié)果完全不同。纖芯不規(guī)則無法考慮，這里只涉及纖芯橢圓的情況并設(shè)橢圓度，而且連接的兩根光纖有同樣的橢圓度，在最差的情況下對接，即一根光纖的長軸(2b)對另一根光纖的短軸(2a)，這時，對接收的耦合效率ηMM為： (e≤5％時) (110)2. 單模光纖模場直徑的差異。當(dāng)把它們連接起來時，在均勻模式功率分布條件下的光耦合效率為（假定aT＞aR）：R→T η=1(無耦合損耗)T→R (17)(2) 數(shù)值孔徑（NA）不同，同樣記為NAR和NAT，并設(shè)NAT＞NAR，則在均勻模式功率分布條件下，光耦合效率為：R→T η=1(無耦合損耗) T→R (18)(3) 光纖的折射率分布指數(shù)q不同，記為qR和qT，并設(shè)qR≥qT，則在均勻模式功率分布條件下，連接時的耦合效率為： (19)(4) 光纖纖芯橢圓。(五) 光纖參數(shù)的差別1. 多模光纖我們把連接的光纖一根稱為發(fā)射光纖，記為T；另一根稱為接收光纖，記為R。在同樣的連接損耗要求下，對端面間隙d的要求不如對纖軸的橫向偏移X那樣嚴(yán)格。；，176。(三) 光纖纖軸的角度傾斜光纖連接時，因種種原因，使兩根要連接的光纖纖軸互相不平行，形成圖16所示的那種情況，即兩根光纖的軸之間有一角度傾斜，這種纖軸之間的傾角θ也會引起光耦合損耗。，對于常規(guī)多模漸變光纖(2a=50μm,△=1％)，；對于1300nm通信用單模光纖(2a=10μm,△=％)。在無法完全消除面之間的間隙時，應(yīng)在兩個對接光纖端面之間加注折射率匹配材料，因其折射率接近光纖纖芯的折射率，從公式(15)可知，這樣可以大大降低端面反射所引起的光傳輸損耗。減小這種反射損耗的途徑，一是設(shè)法使對接的兩個光纖端面緊密接觸（如光纖連接器中的物理接觸——PC），甚至干脆把兩根光纖熔融連接起來，這樣，兩個端面之間完全沒有了空氣間隙，也就消除了因端面反射引起的光傳輸損耗。一般空氣的折射率n0=1，光纖纖芯折射率n=，所以在一個光纖端面上的光耦合效率η=，即在一個光纖端面上產(chǎn)生反射損耗Lf： (16)光通過光纖接點傳輸，經(jīng)受在兩個端面上反射，一次從發(fā)射光纖到空氣；一次從空氣到接收光纖，所以在一個光纖接點上。這樣，在兩個光纖的端面上光傳輸時便會產(chǎn)生菲涅爾反射，引起光傳輸損耗。(一) 光纖端面的反射損耗兩根光纖對接時，端面之間可能沒有緊密接觸而留有一些空隙。由這些因素所引起的光纖對接損耗，一般是無法通過連接技術(shù)來改善的；另一類是光纖連接時光纖的端面質(zhì)量、對中質(zhì)量和連接質(zhì)量等因素，具體來說就是光纖的端面切割質(zhì)量，光纖軸間的橫向錯位、端面間距、纖軸的角度傾斜、纖芯形變等因素。影響光纖對接時的耦合效率（或耦合損耗）的因素很多，這些因素基本上可分為兩大類。光纖的固定連接也有多種形式，光纖連接過程中的光纖處理、端面制備等方法是光纖測量的基本技能，我們專門用一節(jié)來介紹這些技術(shù)。只需注意，光纖連接器有許多種類，它們的結(jié)構(gòu)有所不同，互相之間并不一定能互換使用，這時候就必須使用轉(zhuǎn)接器（適配器）進行轉(zhuǎn)接。一種是用連接器實現(xiàn)光纖的活動連接，它可以多次反復(fù)插拔裝接。光纖的連接本質(zhì)上是光纖之間的對接耦合，光纖的連接是通信系統(tǒng)構(gòu)成和光纖光纜性能檢測中時刻要碰到的，我們必須熟練掌握光纖的連接技術(shù)。譬如，在光纖的某些特性檢測系統(tǒng)中，為了提高光耦合的重復(fù)性，或者在某些特殊場合中，光纖出射端面不得不遠離光檢測器時，常常使用透鏡來進行光耦合。在必要的時候，光纖與光電檢測器之間也采用透鏡來實現(xiàn)光耦合，用該透鏡將從光纖出射的光成像到檢測器的光敏面上。有的場合，特別是在檢測儀器上和系統(tǒng)中使用裸光纖FC型活動連接器定位耦合，有的通過耦合光纖（尾纖）用光纖活動連接器來耦合。一般，光纖與光檢測器之間，不使用任何光學(xué)元件，就可以達到85％以上的耦合效率。如APD的光敏面直徑一般有100～300μm，PIN的接收面直徑可大于500μm，甚至大達φ10mm。二、光纖與光接收器的耦合在光纖通信系統(tǒng)和光纖傳輸特性檢測系統(tǒng)中，所用的光電接收（檢測）器件基本上是PIN光電二極管和APD雪崩光電二極管。左右。當(dāng)今，已經(jīng)有一種新型的邊輻射高亮度發(fā)光二極管，它的發(fā)光區(qū)域很薄，在垂直于結(jié)面方向上發(fā)射角也大大地減小了：從120176。用直徑約100μm的球透鏡可以改善面發(fā)光二極管的發(fā)射光束的方向性，使其半功率點發(fā)散角降至40176。 這一類光源的發(fā)光面直徑較大，一般利用附加光學(xué)系統(tǒng)的方法并不能改善光耦合效率；這類光源的發(fā)光面積小時，又會使它總的發(fā)光功率降低。(2) 對于發(fā)光二極管一類非相干光源，根據(jù)哈密頓幾何光學(xué)劉維定理可知，朗伯型光源，無論在光纖與光源之間添加何種光學(xué)系統(tǒng)，其光耦合效率都不會超過某個極值ηmax： (14)式中，n為光源與光纖之間介質(zhì)的折射率；AF是光纖的接收面積；AE為光源發(fā)光面積；NA為光纖的數(shù)值孔徑。圖14 雙凸透鏡耦合這種耦合方式用得較廣泛，在兩個透鏡之間還可以安放其它光學(xué)元件，如加入可變光闌改變從第二個透鏡出射的光束的孔徑角（這在以后光纖損耗測量的注入條件中將會看到）；如圖14中