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干货丨兰州光纤熔接技术的原理是什么?

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干货丨兰州光纤熔接技术的原理是什么?

发布日期:2019-01-16 00:00 来源:http://www。gsflgq。cn 点击:

目前的主流技术原理简言之就是:

1.先是光纤对准——主要是侧向成像对轴法,对光纤的侧面成像进行图像处理,寻找与光纤位置或是方位角相关的特征值作为自变量,反推出因变量(也即光纤的位置或是方位角信息),并通过精密马达系统控制光纤的平移与旋转,从而达到熔接前的对准;

2.对准完成以后就是熔接了,还是说主流——预加热熔接法,先是清洁放电对光纤端面进行除尘处理,然后预放电对光纤端面进行预热整形,最后在主放电环境下,使一根光纤轴向移动,完成两根光纤的熔接,并形成一个点。(PS.光纤对准的方法还有很多,比如有源轴向对准法就与我说的不同,但既不是写文献综述,其余方法也便不提了,切勿以为只此一种。)

以上的话可以看完下文后再回味一遍,下面结合原理与图形简述之。



图1是一个典型的光纤侧面成像光路,图中的PM Fiber是保偏光纤,当平行光通过光纤时,光纤相当于是一个柱透镜,对光线有一定的汇聚作用,学过光学的人都应该清楚,在纸平面上,光线汇聚后并不是一个点,而是发散的,因为有球差,同时观察屏(Observation Plane)与光纤之间的距离不同,在屏上得到的光强分布也是不同的(可以想象一下光线被汇聚后又发散的样子)。图1中通过一个透镜将观察屏上的光强分布投映到了CCD面阵上,被接收为图像信号,然后根据图像亮度的不同,得到了一条光强分布曲线(Light Intensity Profile),从曲线中可以读出以下信息: 

在曲线的中心位置,由于光纤柱透镜的汇聚作用,对应着观察屏上光强最强的区域,再往两边过来一点,几乎很少有光打在屏上,所以光强曲线的值几乎为零,再往两边过来一些,就是没有经过光纤的光线,光强又比中间经过汇聚后的光强值稍弱一点。 

然后,把视野拉到立体模型上来,如果是一根光纤被照射,对应CCD面阵上接收的图像就应该是这样子的了,看图:



有过兰州光纤熔接经验的人应该很熟悉了,这是光纤的侧面成像经CCD光电转换后的灰度图像,光强值越大,对应的白条纹越亮。 OK,以上是基础知识,下面稍进一步,再详尽一点。 

刚才有提到保偏光纤PM Fiber,而且细心的人应该也会发现图1里标注的h和18°,下面讲它们的用途。如果是单模光纤,那么无论光纤处于什么样的方位角(也即无论光纤怎样旋转),得到的光强分布是不变的,所以可以直接通过Light Intensity Profile确定光纤的纤芯位置,并完成对准工作。如果是保偏光纤,光纤的对准工作就会增加难度,由于光纤内部应力区的非圆心对称结构,当光纤旋转时,也即方位角变化了,得到的Light Intensity Profile曲线也会改变,所以我们需要从变化的Light Intensity Profile曲线中提取出与光纤方位角相关的一个特征量,用来判断光纤此时的方位角度,然后才能完成两根保偏光纤的0°或是任意角度的对轴熔接。而在图1中,我们可以提前知道答案了,那个h就是与18°(光纤方位角)相关的特征量。 

要具体研究h与方位角的对应关系,则需再严谨一点,先确定观察屏的位置。 

目前在国内流通的主流保偏光纤里,使用较多的保偏光纤对轴方法有两种,其一是瑞典爱立信公司发明的POL对轴法,另一个就是日本藤仓(要是我没记错的话,此处存疑)发明的PAS对轴法。两种对轴方法的区别就是观察屏位置的不同,POL的观察屏在光纤圆柱透镜效应的焦点处,其全称是Polarization of observation by lens-effect tracing,而PAS的观察屏位置则比较靠前,好像是在纤芯与焦点的中点处(此处存疑,回头我再查查资料),其全称是Profile alignment system,俗称中心图像直接监测法。

POL法的Light Intensity Profile曲线就如图1中所示,最大光强分布尖峰是在中间位置,当光纤旋转时,Light Intensity Profile曲线中的最大对比值h(最大光强与最小光强的差值)始终位于光纤中心位置,且其大小随着光纤方位角的变化而变化,是POL法的特征量。当光纤方位角从0°变化至360°时,得到h关于光纤方位角的一条关系曲线,也即POL曲线:



上面是不同类型PM Fiber的POL曲线,可以发现它们的POL曲线也是不一样的。 

下面就进入了算法部分,当我们测量出了PM Fiber的POL曲线以后,如果是同种光纤的熔接,它们的POL曲线在形状上是相同的,只是曲线在整体分布上会有一定的角度偏移,这时候可以通过直接相关算法来计算出二者的方位角差值。公式我就不贴了,有兴趣直接翻文献去吧,我会在后面给出。 



上面是同种光纤的POL曲线以及采用直接相关算法得到的相关系数曲线,相关系数曲线的峰值点对应的偏移角α即是两侧待熔光纤的主轴角度差,通过马达旋转光纤,使得α=0,即完成了0°对轴。但是这种方法有一个缺点就是不能分别找准左右两侧光纤各自的方位角值,于是还有一种算法就是间接相关算法。 

相关标签:兰州光纤熔接

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