光纖熔接技術(shù)的原理是什么？
光纖熔接技術(shù)的原理是什么？
目前的主流光纖熔接機熔接技術(shù)原理簡言之就是：
1.先是光纖對準(zhǔn)——主要是側(cè)向成像對軸法，對光纖的側(cè)面成像進行圖像處理，尋找與光纖位置或是方位角相關(guān)的特征值作為自變量，反推出因變量（也即光纖的位置或是方位角信息），并通過精密馬達系統(tǒng)控制光纖的平移與旋轉(zhuǎn)，從而達到熔接前的對準(zhǔn)；
2.對準(zhǔn)完成以后就是熔接了，還是說主流——預(yù)加熱熔接法，先是清潔放電對光纖端面進行除塵處理，然后預(yù)放電對光纖端面進行預(yù)熱整形，最后在主放電環(huán)境下，使一根光纖軸向移動，完成兩根光纖的熔接，并形成一個光纖熔接點。(PS.光纖對準(zhǔn)的方法還有很多，比如有源軸向?qū)?zhǔn)法就與我說的不同，但既不是寫文獻綜述，其余方法也便不提了，切勿以為只此一種。)
圖1 圖1
圖1是一個典型的光纖側(cè)面成像光路，圖中的PM Fiber是保偏光纖，當(dāng)平行光通過光纖時，光纖相當(dāng)于是一個柱透鏡，對光線有一定的匯聚作用，學(xué)過光學(xué)的人都應(yīng)該清楚，在紙平面上，光線匯聚后并不是一個點，而是發(fā)散的，因為有球差，同時觀察屏（Observation Plane）與光纖之間的距離不同，在屏上得到的光強分布也是不同的（可以想象一下光線被匯聚后又發(fā)散的樣子）。圖1中通過一個透鏡將觀察屏上的光強分布投映到了CCD面陣上，被接收為圖像信號，然后根據(jù)圖像亮度的不同，得到了一條光強分布曲線（Light Intensity Profile），從曲線中可以讀出以下信息：
在曲線的中心位置，由于光纖柱透鏡的匯聚作用，對應(yīng)著觀察屏上光強最強的區(qū)域，再往兩邊過來一點，幾乎很少有光打在屏上，所以光強曲線的值幾乎為零，再往兩邊過來一些，就是沒有經(jīng)過光纖的光線，光強又比中間經(jīng)過匯聚后的光強值稍弱一點。
然后，把視野拉到立體模型上來，如果是一根光纖被照射，對應(yīng)CCD面陣上接收的圖像就應(yīng)該是這樣子的了，看圖：
有過熔接經(jīng)驗的人應(yīng)該很熟悉了，這是光纖的側(cè)面成像經(jīng)CCD光電轉(zhuǎn)換后的灰度圖像，光強值越大，對應(yīng)的白條紋越亮。
OK，以上是基礎(chǔ)知識，下面稍進一步，再詳盡一點。
剛才有提到保偏光纖PM Fiber，而且細(xì)心的人應(yīng)該也會發(fā)現(xiàn)圖1里標(biāo)注的h和18°,下面講它們的用途。如果是單模光纖，那么無論光纖處于什么樣的方位角（也即無論光纖怎樣旋轉(zhuǎn)），得到的光強分布是不變的，所以可以直接通過Light Intensity Profile確定光纖的纖芯位置，并完成對準(zhǔn)工作。如果是保偏光纖，光纖的對準(zhǔn)工作就會增加難度，由于光纖內(nèi)部應(yīng)力區(qū)的非圓心對稱結(jié)構(gòu)，當(dāng)光纖旋轉(zhuǎn)時，也即方位角變化了，得到的Light Intensity Profile曲線也會改變，所以我們需要從變化的Light Intensity Profile曲線中提取出與光纖方位角相關(guān)的一個特征量，用來判斷光纖此時的方位角度，然后才能完成兩根保偏光纖的0°或是任意角度的對軸熔接。而在圖1中，我們可以提前知道答案了，那個h就是與18°（光纖方位角）相關(guān)的特征量。
要具體研究h與方位角的對應(yīng)關(guān)系，則需再嚴(yán)謹(jǐn)一點，先確定觀察屏的位置。
目前在國內(nèi)流通的主流保偏光纖熔接機里，使用較多的保偏光纖對軸方法有兩種，其一是瑞典愛立信公司發(fā)明的POL對軸法，另一個就是日本藤倉（要是我沒記錯的話，此處存疑）發(fā)明的PAS對軸法。兩種對軸方法的區(qū)別就是觀察屏位置的不同，POL的觀察屏在光纖圓柱透鏡效應(yīng)的焦點處，其全稱是Polarization of observation by lens-effect tracing，而PAS的觀察屏位置則比較靠前，好像是在纖芯與焦點的中點處（此處存疑，回頭我再查查資料），其全稱是Profile alignment system，俗稱中心圖像直接監(jiān)測法。
POL法的Light Intensity Profile曲線就如圖1中所示，最大光強分布尖峰是在中間位置，當(dāng)光纖旋轉(zhuǎn)時，Light Intensity Profile曲線中的最大對比值h（最大光強與最小光強的差值）始終位于光纖中心位置，且其大小隨著光纖方位角的變化而變化，是POL法的特征量。當(dāng)光纖方位角從0°變化至360°時，得到h關(guān)于光纖方位角的一條關(guān)系曲線，也即POL曲線：
上面是不同類型PM Fiber的POL曲線，可以發(fā)現(xiàn)它們的POL曲線也是不一樣的。 上面是不同類型PM Fiber的POL曲線，可以發(fā)現(xiàn)它們的POL曲線也是不一樣的。
下面就進入了算法部分，當(dāng)我們測量出了PM Fiber的POL曲線以后，如果是同種光纖的熔接，它們的POL曲線在形狀上是相同的，只是曲線在整體分布上會有一定的角度偏移，這時候可以通過直接相關(guān)算法來計算出二者的方位角差值。公式我就不貼了，有興趣直接翻文獻去吧，我會在后面給出。
上面是同種光纖的POL曲線以及采用直接相關(guān)算法得到的相關(guān)系數(shù)曲線，相關(guān)系數(shù)曲線的峰值點對應(yīng)的偏移角α即是兩側(cè)待熔光纖的主軸角度差，通過馬達旋轉(zhuǎn)光纖，使得α=0，即完成了0°對軸。但是這種方法有一個缺點就是不能分別找準(zhǔn)左右兩側(cè)光纖各自的方位角值，于是還有一種算法就是間接相關(guān)算法。
- 上一篇：光纖熔接機熔接損耗過大的原因總結(jié) 2020/5/27
- 下一篇：進口光纖熔接機小常識科普！ 2020/5/25