光纤衰减的原因及测试方法
光纤的衰减性能也常常被称为光纤的损耗性能，是光纤光缆的关键性能，光纤的研发制造商和最终用户都在孜孜不倦地追求降低光纤的衰减，以提高光纤的应用性能。目前衰减性能最好的超低损耗光纤在1550nm的衰减系数可以达到0.15dB/Km以下。
一、光纤衰减机理和分类
影响光纤衰减性能的因素很多，主要有以下6种：(1）本征：是光纤的固有损耗，包括瑞利散射，固有吸收等。(2）弯曲：光纤弯曲时部分光纤内的光会因散射而损失掉，造成损耗。(3）挤压：光纤受到挤压时产生微小的弯曲而造成的损耗。(4）杂质：光纤内杂质吸收和散射在光纤中传播的光，造成的损失。(5）不均匀：光纤材料的折射率不均匀造成的损耗。(6）对接：光纤对接时产生的损耗，如：不同轴(单模光纤同轴度要求小于0.8μm)，端面与轴心不垂直，端面不平，对接心径不匹配和熔接质量差等。
以上六种造成光纤衰减的因素根据内在机理的不同，可以把光纤的衰减分为固有损耗和附加损耗：固有损耗包括散射损耗、吸收损耗和因光纤结构不完善引起的损耗，散射损耗和吸收损耗还有更细致的划分，具体分类如下图所示。
附加损耗是在光纤的铺设过程中人为造成的。附加损耗则包括微弯损耗、弯曲损耗和接续损耗。在实际应用中，不可避免地要将光纤一根接一根地接起来，光纤连接会产生损耗。光纤微小弯曲、挤压、拉伸受力也会引起损耗。这些都是光纤使用条件引起的损耗。
二、光纤衰减的测量
2.1 衰减性能的数学表示
1.衰减（attenuation）
光纤的衰减指一段光纤上，相距L的两个横截面1和2之间在波长l处的衰减A(l )定义见公式（1）。
2.衰减系数（attenuation coefficient）
衰减系数（单位长度上的衰减）对于稳态条件下的均匀光纤，可定义单位长度衰减(即衰减系数)a(l )见公式（2）：
2.2 衰减的测量方法
光纤衰减是光通过光纤传播时光功率减小程度的一种度量，它取决于光纤的性质和长度，并受测量条件的影响。测量光纤衰减特性有以下四种试验方法:
方法A：截断法；
截断法直接基于光纤衰减定义，在不改变注入条件的前提下测量出通过光纤两横截面的光功率P1(l) 和P2(l)，从而直接计算出光纤衰减。P2(l)是光纤末端出射光功率；P1(l)是截断光纤后截留段末端出射 的光功率。根据测量原理，截断法不可能获得整个光纤长度上衰减的全部信息，在变化条件下也很难测出光纤衰减变化。在某些情况下，其破坏性是截断法的一个缺点。
方法B：插入损耗法
插入损耗法是光纤衰减的替代测量方法，其基本原理类似于截断法，但P1(l)是光注入系统的输出光。插入损耗法的测量精度不如截断法的高，但是对被测光纤和固定在光纤端头上的终端连接器具有非破坏性的优点，因而，这一方法适合现场测量，并且主要用于对链路光缆的测量。 插入损耗法不能分析整个光纤长度上的衰减特征，但是，当预知了P1(l)时，可以测量出在变化的环境中（如温度或应力变化）光纤衰减连续变化的特征。
方法C：后向散射法
后向散射法是光纤衰减的替代测量方法，该方法是一种单端测量方法，它测量从光纤中不同点后向散射至该光纤始端的后向散射光功率来测量光纤的衰减。
后向散射法对衰减的测量受光纤中光传输速度和光纤后向散射特性的影响，其结果可能不是十分精确，本方法需要分别从被试光纤的两端进行测量，并取两次结果的平均值作为光纤衰减的最终测量结果。
后向散射法允许对光纤整个长度(或感兴趣的光纤段、或串联的光纤链)进行分析，甚至可以鉴别分立的点（如接头、点不连续）。本方法也可用于光纤长度的测量。
方法D：谱衰减模型法
谱衰减模型法可以作为B类光纤衰减的替代测量方法。光纤的谱衰减系数可通过特征矩阵M和矢量v计算出来。矢量v包含了在几个(3~5个)预定波长(例如1310nm、1330nm、1360nm、1380nm和/或1550nm)上测量的衰减系数。 本方法是对预先测量的衰减值进行计算而得出谱衰减，不需要特定装置。所选用的装置即是测量单波长衰减的试验装置。
在以上方法中，方法A、方法B和方法C适用于所有的A类多模光纤和B类单模光纤的衰减测量，方法C还可用作光纤长度、点不连续性和衰减均匀性的测量。方法D仅适用于B类单模光纤的测量。
以上转自：谈纤说缆。
B-OTDR在光缆线路运维中应用探讨
引言
光纤传感器具有无辐射干扰、抗电磁干扰性好、化学稳定性好等优点，受到越来越多的重视。其中DOFS(Distributed Optical Fiber Sensor,分布式光纤传感器）不仅具有一般光纤传感器的优点，而且可以在沿光纤的路径上同时得到被测量场在时间和空间上的连续分布信息，能做到对大型基础工程设施的每一个部位都如人的神经系统一样进行远程监控，因此具有广泛的应用前景。在民用和国防领域，诸如城市煤气管道、城市输电/通信缆线、海底输油气管道、海底电缆、水库水坝、桥梁、隧道、高速公路、大型设施等建筑物的应力温度检测方面有独特的优势，因此受到越来越多的重视。分布式布里渊光纤传感系统，直接利用普通单模光纤就能做到连续监测长距离光纤沿线的应力及温度。其中光纤布里渊散射对温度和应变敏感，通过检测来自传感光纤的布里渊散射光的频移和强度，布里渊散射DOFS可以得到沿光纤分布的温度或应变信息；并且工作于1.55μm波长附近的布里渊散射DOFS，光信号受到的衰减和色散较小，从而使得布里渊散射DOFS适合于长距离（大于几十千米）分布式传感。由于可以做到单端测试，部署容易，对现网的适应能力更强[1]。B-OTDR 方案已经成为业内公认的分布式光纤传感的主要解决方案。
- 布里渊散射传感原理
布里渊散射DOFS是利用光纤布里渊散射原理来工作的。光纤介质分子内部存在的一定形式的振动，引起介质折射率随时间和空间周期性起伏，从而产生自发声波场。光定向入射到光纤介质时受到该声波场的作用则产生布里渊散射。在普通石英单模光纤中，布里渊散射光的频移与光纤的有效折射率和超声声速有关。而温度和应力都能改变光纤的折射率和超声声速，故理论上来讲只要检测到光纤中布里渊频移的变化，就可以通过计算得到温度或应力在光纤上的分布。实验发现布里渊散射光功率，随温度上升而线性增加，而随应变增加而线性下降（如图1所示）[2]。布里渊频移νB和应变ε的关系见公式（1）和（2）：
上述式中νB为布里渊频移，ε为光纤的应变，T为光纤的温度，Tr为参考温度，Cε=4.6，CT =9.4×10-5K-1，分别为应变和温度对应的比例系数。
对于T = 300 K，光波长工作在λ=1550nm附近的普通单模光纤，布里渊频移变化量的计算见公式（3）：
式中为布里渊频移的变化量，C vε=0.0483±0.0004MHz/με为应变频移系数，CvT = (1.10±0.02)/MHz/K为温度频移系数，为应变产生的频移变化，为温度产生的频移变化。 在温度变化单独作用下，布里渊频移和功率变化如图1所示。在应力应变单独作用下，布里渊频移和功率变化如图2所示。
2. 交叉敏感问题的研究现状
B-OTDR能实现对温度和应变进行传感，主要依据是光纤中布里渊信号的布里渊频移与温度以及应变的线性关系。但由于温度和应变交叉敏感的影响，B-OTDR很难通过布里渊频移的波动直接分离区分光纤中变化的应变与温度信息，这对它的实际工程应用产生了一定的限制。特别是在真实的分布式光纤网络环境中，温度和应变都是随机变化，这种交叉敏感问题制约了基于布里渊散射的全分布式光纤传感器的实用化。如何解决交叉敏感问题，或者说是如何做到温度与应力的解耦，成为B-OTDR商用的第一大技术难题。
解决基于布里渊散射的全分布式光纤传感器的交叉敏感问题最初的方案是在测量光纤的旁边布置参考光纤，让参考光纤处于松弛状态，仅测量被测量场的温度信息，然后从测量光纤的测量信息中扣除温度的信息，实现温度和应变的同时测量。这种方案由于需要同时并行布置两套光纤，实用性不高。目前国内外研究的方向主要是利用工作光纤自身来解决交叉敏感问题，当前的理论解决方案可以归纳为四种:1)基于布里渊散射谱的双参量矩阵法；2) 基于特种光纤的双频移矩阵法；3) 基于Landau-Placzek率；4)联合其它的物理效应[3]。
在上述四种解决交叉敏感问题的方案中，基于Landau-Placzek率法和联合其他的物理效应法的这两种方案，除了需要测量布里渊散射谱，还要测量Rayleigh散射谱或Raman散射谱，系统结构比较复杂，实现成本高，实用化难度大。基于特种光纤的双频移矩阵法，由于需要特种光纤作为传感器件，传感系统的费用会显著增加，而且这种方案也难以应用到已敷设普通光纤的系统中去，应用面相对较窄，商业价值不高。基于普通单模光纤的布里渊散射谱的双参量矩阵法是当前用于解决交叉敏感问题的主要方案，其计算方法如公式4所示。
式中为布里渊频移的变化量，为对应温度和应变的另一个特征参量的变化量，为对应的作用系数，为应变的变化量，为温度的变化量。
其中联合布里渊峰值功率和频移同应变和温度的关系构建的解决交叉敏感问题的方案精度较高。但是由于线路中可能引起布里渊峰值功率变化的因素很多，要精确求解应变和温度必须找到合适方法先行消除线路中其他因素对布里渊峰值功率的影响。目前市场上还只有极少数厂家的商用仪表已经较好地解决了交叉敏感这个问题。
3. B-OTDR在线路运维中的应用
3.1 OTDR和B-OTDR的测试曲线对比
传统OTDR测试仪表的真实名称叫光时域反射仪，是利用光在光纤中传输时的瑞利散射(半径比光的波长小很多的微粒对入射光的散射)和菲涅尔反射(射到不同介质的表面，会将其一部分光进行反射的现象)所产生背向散射的原理制成的测试仪表。OTDR被广泛应用于光缆线路的维护、施工之中，可进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头损耗和故障定位等测量应用。OTDR具有测试时间短、测试速度快、测试精度高等优点。但OTDR不能测试光纤发生的应变，除非光纤的应变已经影响到光纤的衰减。因此仅仅用OTDR的测试结果来判断光纤线路的质量是明显不足的，尤其对关键的光缆线路，其结果蕴含着巨大的技术风险。如图3所示的曲线是OTDR测试的线路衰减曲线。从曲线看光纤链路衰减性能参数还都是在正常范围内，通常运维人员就会认为光缆线路处于良好运行状态，不会采取进一步的维护措施[4]
图3 用OTDR测试的光缆线路衰减曲线
图4 用B-OTDR测试的光缆线路应变曲线
接下来用B-OTDR对同一条光缆线路做应力和温度进行测试，得到的测试曲线如图4所示。从图中可以清晰发现光缆线路沿线 15千米、21千米、24千米和 27.5千米处的应变出现明显异常。根据标准IEC 60794-3-20︰2016规定，在最大允许张力下，光纤的应变不能大于 0.2%。局部放大显示可以发现此处几段光纤的应变都严重超标。15千米处局部放大后，可以清晰看见应变变大的位置和应变大小及分布（如图5所示），线路上应变超过 0.2% 的光纤总共有长达58米，需要运维部门到现场进行检查处理。
图5 15千米处线路的应变情况
3.2 在OPGW线路运维中的应用
复合架空地线(OPGW)兼具电力传输线路地线和通信光缆双重功能，作为电力通信网的信号传输媒介，承载着底层基础电力生产业务信息传输功能，在电力系统正常运行中发挥着极其重要的作用。国网公司一级骨干通信系统OPGW线路总里程已达8万余千米，且近60%的OPGW运行年限已超过15年，光纤进入了老化及故障多发期。OPGW在长期运行过程中受覆冰、蠕变等自然环境影响而产生非弹性形变。等到光纤余长消耗完毕后，光纤就会长期受到应力作用，即使暂时没有断裂也表明光纤线路存在巨大安全隐患。在实际维护中大量过载覆冰的OPGW在重新紧线后又开始重新投入运行。夏天光缆弧垂增大或再次遭遇冰灾导致OPGW再伸长时，叠加上温度的全年变化效应，光缆中的光纤极有可能一直处于受力的不安全状态。此时用传统的OTDR测试光纤衰减的方法是发现不了线路的安全隐患。应该采取更有效的应变和温度监测方法对运行年限久、遭受冰灾影响大的骨干线路进行衰减、应变和温度在线监测，至少每年要进行全面定期测试。
传统OPGW线路监测手段依赖于线路中的外置传感器，多为点式测量技术，具有很大的局限性。基于分布式光纤传感技术的OPGW光缆在线监测手段无需在线路中另置传感器，利用OPGW光缆中一根或两根备用纤芯即可实现全局的分布式测量，实施方便。若通过通道扩展器进行时分复用，就可同时实现多个线路的在线监测，不仅可以克服高压输电线路上强电磁干扰以及高电压绝缘的困难，对于环境恶劣、地形复杂的无人区光缆线路维护尤为合适。故分布式光纤传感技术非常适于电力系统OPGW监测，能有效地提升线路安全预警与故障诊断能力[5]。
图6是使用B-OTDR对一条长约60公里的实际OPGW电力光缆线路连续6天的监测结果。监测曲线同时显示应变和温度的变化，并在13公里处检测到了一个应变异常的先兆故障。随后运维人员在光缆线路对应的位置发现了故障点并进行了处理，将隐患消除在萌芽之中。
图6 OPGW线路温度和应力监测曲线 m （来源于国家电网）
3.3 B-OTDR测温功能在线路运维上的应用
在城市区域光缆会共享或使用现有的管道设施。在某些情况下，地下光缆会与现有管道（蒸汽输送管、电力电缆管道等）相邻。B-OTDR 测量可以检测和突出显示可能危及光缆寿命的潜在危险因素。
图7是利用B-OTDR对在城市里沿轨道电缆同沟敷设的光缆所处环境温度进行测试得出的温度分布曲线。测试发现光缆线路有15 米以上温度大于 90℃，超出了光缆的标准使用环境要求，这会大大缩短光缆的使用寿命，需要进行现场排查，以消除安全隐患。但由于布里渊频移对应变和温度的双重敏感性，常规的没有实现温度和应变解耦的 B-OTDR 也是无法确定光缆线路上的事件是由于 90℃ 的发热点还是 0.2% 的伸长引起的。所以用于光缆线路监测的B-OTDR测试仪表必须要有温度及应变的解耦能力，才可以保障在现网测试环境中的测试准确性。
图7 B-OTDR 对光缆线路进行测温的曲线
通过以上的真实测试案例可以看出，光缆受到应力或者工作环境温度异常时，由于光缆的自身保护功能和光纤通信的原理，此时光纤的衰减性能未必发生任何变化，通信服务也可以依然正常提供。但这时光缆线路已经存在巨大安全隐患，轻则影响光缆的使用寿命，重者甚至发生断纤的严重故障。我们可以利用B-OTDR进行定期测试以及时发现隐患，尽早处理消除隐患，从而避免发生重大故障。这种光缆线路主动运维方法可大大降低线路修复成本，最大限度减小对客户业务的影响，提高光缆线路安全运行质量。
4 小结
分布式光纤传感系统具备提取大范围测量场特征信息的能力，能够解决目前测量领域的众多难题。其中B-OTDR可用于各种光缆线路老化性能及工作环境温度的监测，是线路运维工作中的有力武器。B-OTDR经过20年的技术发展和方案的不断修正，应变和温度的解耦技术日趋完善。B-OTDR已经开始为各个光缆专网及光纤传感大规模应用，为各个网络及系统的长期稳定运行发挥着“千里眼和顺风耳”的功能，提前发现故障隐患及问题，做到主动运维，防患未然。
参考文献
［1］宋牟平，叶险峰.结合布里渊光时域分析和光时域反射计的分布式光纤传感器[J]. 光学学报, 2010. 30(3).651652［2］董玉明，张旭苹，刘跃辉. 基于布里渊散射的全分布式光纤传感器交叉敏感问题的研究. 中国科技论文在线.http：//www.paper.edu.cn.［3］廖延彪. 光纤光学[M]. 北京. 清华大学出版社. 2000:5455.
［4］VIAVI DTSS 分布式光纤传感方案白皮书.
［5］VIAVI 唯亚威 OTU8000光纤传感操作说明书.
作者信息：李春生，北邮华飞研究所 北京 100876
尹攀、刘庆为 ，VIAVI中国 北京 100020
李琳莹，成都泰瑞通信设备检测有限公司 成都 610021
文章来源：中国通信学会2022年第41届通信线路学术年会论文集
不同直径光纤熔接功率校准
来源于：谈纤说缆
面对多种类型的光纤设计，光纤的熔接成为了一个重要的课题和挑战。在实验室中开发具有较大灵活性的熔接设备，相对容易满足不同光纤组合最佳熔接效果。在生产线上，要想实现跨机器和长时一致性则要困难得多，同时兼顾实验室的灵活性和生产线的一致性是一个更大的挑战。
不同的玻璃直径和结构需要不同的加热面积和加热功率。现在的新型熔接机采用“可变电弧功率放电技术”，其电极间隔距离可变，电极可摆动震荡放电，新型分立V型槽压持系统，单个电机和放电控制的可编程特殊模式，使得熔接机能灵活熔接各种类型光纤。为了满足实验室灵活性和生产线一致性的要求，开发了一种电弧功率自动校准的技术，此方法能自动选择正确的放电功率，保证熔接质量，优化后的熔接参数可应用到生产线上的多台熔接机，实现长时一致性熔接。
近十年来，为了克服熔接结果的不一致性，熔接机厂商研究了不同的放电校准方法。这种不一致有三个主要原因：首先，电子元器件和机械部件的公差可能会造成不同机器不一致；其次，电极老化和氧化硅沉积，可能会导致跨机器和长时间使用不一致；最后，环境（如压力、温度、湿度等）的变化会导致长时间使用不一致。为了改善和解决这种不一致性，现有的放电功率校准方法有两类：传统熔回法和偏移熔接法。
关键字：熔接，放电校准，大直径光纤，光纤激光器，特种光纤，可变电弧放电
传统熔回法
传统的熔回法是将两根光纤端部涂覆层剥除切割，间隔一段距离对齐，然后电弧放电加热光纤端面（125um光纤如图1所示），沿光纤轴心测量熔回距离，熔回距离过大降低电弧功率，过小则增加电弧功率。通常加热时间约为8 ~ 20秒，根据光纤直径的不同，建议的熔回值为100 ~ 250um，重复此过程，直到达到合适的放电功率。熔回法需要大量的精力准备光纤，尤其是LDF光纤，而且直径超过250um的大直径LDF光纤熔化会导致大量二氧化硅颗粒在电极上沉积，使电极的状态显著变化，导致放电校准不准确。
图1▲从左至右：电弧放电前、电弧放电、电弧放电后。传统熔回法放电功率校准，通过D2减去D1，测量光纤轴心回熔值，LDF光纤熔化会导致大量二氧化硅颗粒在电极上沉积，造成放电校准不准确。
偏移熔接法
在偏移熔接法中，光纤轴向偏移后熔接（如图2所示），测量由表面张力引起的偏移量变化，偏移变化过大需要减小电弧功率，偏置变化过小需要增大电弧功率。与传统的熔回法类似，这种方法通常需要多次光纤熔接，才能找到合适的放电功率，所以此方法适用于大多数玻璃直径为125um的通信光纤。偏移熔接法不适用于大部分不同直径类型光纤，因为熔接前需要为每根光纤建立合适的电弧功率，因此该方法仅适用于直径一致的光纤，例如125um玻璃直径的通信光纤。
图2▲从左至右：电弧放电前、电弧放电、电弧放电后。偏移熔接法放电功率校准，光纤1和光纤2是相同的光纤类型，通过测量光纤轴上d1-d2偏移变化量，该方法仅适用于直径为125um的通信光纤。
一种新型的可变功率熔回法，与上面所述的传统熔回方法和偏移熔接方法都有一些不同，在预熔过程中，通过检测加热光纤发光部分的长度，利用光纤热像图计算熔回距离，对于通信光纤，熔回法可以与偏移熔接法结合使用。
本文介绍了一种适用于不同直径类型光纤的放电校准方法，采用可变电弧功率通过多段短电弧加热光纤，然后在光纤端面棱角而不是在光纤轴心上测量熔回距离，端面棱角熔化速度与光纤温度成正比，通过改变多个电弧的电弧功率，可以使被测光纤达到合适熔化速度和所需电弧功率。该方法成功地在采用可变电弧功率放电技术FSM-100系列熔接机中对直径为80~660um的光纤进行了测试验证。
可变功率熔回法
1.可变功率熔回法过程
平整切割的光纤端面，在0.3秒~1秒范围内短电弧放电加热时，如果电弧功率太弱，光纤端面不会变化，如果使用相同时间的电弧放电，重复加热同一根光纤端面，随着放电功率逐渐增加，当功率达到一定水平时，光纤端面棱角开始变圆，如图3所示。
可变功率熔回法一些关键技术，首先电弧加热时间很短，并且会随测量的光纤玻璃直径而变化，对于125um直径的光纤，放电时间仅为0.3秒，而不是传统熔接中几秒。其次，放电功率从较低的功率开始，并以足够小的幅度增加，以防止光纤端面变形过快。最后，棱角熔回可以用多种方法来测量，例如可以测量棱角变形的起点，如图3所示，也可以测量光纤棱角半径的变化或棱角面积的变化作为熔回量的指标，本文采用如图3步骤4所示的定义作为熔回值。
1.测量电弧中心 2.测量光纤端面棱角间隔 3.低功率电弧加热结束
4.测量光纤棱角回熔距离（Gap2-Gap1） 5.增加放电功率并重复步骤4和5 6.根据棱角回熔斜率计算所需放电功率
图3▲放电功率校准中使用的可变功率熔回法过程。轴向回熔非常有限，在许多情况下无法测量。电极条件不受放电校准的影响。
2.放电功率校准结果
如图4所示，测量了不同电弧功率和电弧大小条件下，图3步骤4中定义的棱角熔回值，图4中的每条曲线代表一次熔回实验，熔回实验由20~30次0.3秒的放电组成，放电功率逐渐变化。放电功率从0bit(~10.5mA)增加到100bit(~14.5mA)，功率每增加一次加25bit，每次功率增加之前，以恒定功率进行5次重复放电确定熔回速度。在电极间隔1mm到3mm的电弧大小设置下，每间隔1mm，分别进行了5次实验验证一致性。在图4所示，所有实验都使用SMF28光纤来验证熔回速度和研究方法的稳定性。
图4▲不同放电功率和不同电弧大小的熔回实验，放电功率从0bit(~10.5mA)增加到100bit(~14.5mA)，每增加一次加25bit，从1mm到3mm电极间隔，每间隔1mm为一组，每条曲线表示一次熔回实验，包括20到30次0.3秒短电弧放电。为验证一致性，每个电弧大小设置下进行了5次实验。红色曲线表示电弧功率，曲线上的每一个点代表一次短电弧放电。
从图4中我们可以清楚地看到，当放电功率恒定时，每条熔回曲线是线性增长的，熔回速度是恒定的。随着放电功率增加，熔回曲线的斜率越陡，表明熔回速度越快，由此可以计算出恒定放电功率下各个电极间隔下回熔速度，如图红色阶跃曲线所示，计算出的回熔速度如图5 (a)所示。回熔速度还与光纤端面的温度有关，由于熔回值是用数字图像以像素为单位测量的，因此我们可以以像素为测量单位，从而测量图5中Y轴所示的熔回速度（与光纤温度有关）。此外，图5 (a)中所有的熔回速度曲线都可以近似为抛物曲线，因为施加在光纤端面实际热量与电弧电流的平方成正比，电弧电流在图5中以X轴表示。从图5还可以看出，电极间隔越大，熔回速度越快，光纤端面的温度也越高，这意味着在不同电弧大小设置下，光纤端面想要获得相同的温度，实际会应用到不同的放电功率。
从图5中，用数学方法设定一个期望的目标曲线（红色），这个目标曲线可以是一条曲线，也可以是一条直线，我们可以利用这一目标曲线来调节电弧的标称功率（不是实际功率）和熔回速度。相同的目标曲线可用于所有电弧大小设置，然后可以引入一组校正因子，在相同的标称电弧功率设置下产生相同的回熔速度。图5 (b)显示了与图5 (a)相同的熔回速度，x轴显示的是标称电弧功率，操作人员使用标称电弧功率来设定他们想要的功率，放电电弧标定的目的是将实际电弧功率投影到标称电弧功率上，也就是说，我们可以用电弧校准来找到一组校正因子，然后利用这组校正因子建立一个标称电弧功率的计算公式。在新的计算公式内，无论光纤玻璃直径、电极条件、电弧大小设置或环境条件如何变化，相同的放电功率设置下光纤端面温度都相同（相同的熔回速度），修正系数的计算很简单，可将目标曲线与实测熔回速度曲线的差值作为一组修正因子。
（a）熔回速度vs.实际电弧功率 （b）熔回速度vs.标称电弧功率
图5▲根据图4所示的实验计算出的熔化速度，通过电弧校准过程从实际电弧功率投影到标称电弧功率。放电校准后，无论电弧区域设置如何，相同的功率设置将实现相同的光纤温度（熔回速度）。Y轴表示每个电弧的放电像素比例。
3.校准结果
（a1）125um放电校准后光纤端面 （a2）1mm电极间距熔接
（a3）3mm电极间距熔接
（b1）220um放电校准后光纤端面（b2）1mm电极间隔熔接
（b3）3mm电极间隔熔接
（c1）400um放电校准后光纤端面（c2）3mm电极间隔熔接
图6▲分别显示在（a）、（b）和（c）组中的125、220和400um玻璃直径光纤的电弧校准和熔接后的光纤端部，光纤采用不同的电弧大小进行熔接。所有上述光纤和电弧大小使用相同的标称功率设置，以获得类似的熔接结果。在（c）组中，1mm电极间隙没有图像，因为过小的电弧大小不足以熔接400微米光纤。
从图6所示的示例中，可以看到使用前面描述的新放电校准方法，125、220和400um光纤可以在不同的电弧大小设置下用相同的电弧功率设置进行熔接。换句话说，在不同光纤类型和电弧大小设置（电极间隔）条件下，操作人员可以很容易的得到所需的熔接结果，对于任何新型或未知类型的光纤，工程师可以轻松的使用相同的功率设置调整熔接参数，无需繁琐地寻找合适的放电功率。
图6中校准后光纤端面棱角圆化图片也显示了轴向回熔量和光纤形状变形非常小，相比之下图1 (c)中的传统熔回方法变形量更高。这种新的回熔方法对电极尖端的影响非常有限，特别是大直径光纤，使用传统的校正方法电极更容易老化。
正如前面所讨论的，传统的熔回法和偏移熔接法在校正过程中，切割完成的光纤端面放电校正后无法继续使用，需要对光纤进行多次切割。虽然对于标准的125um通信光纤来说，光纤端制备可能并不繁琐，但是对于大直径光纤进行多次光纤端制备可能既昂贵又耗时。采用本文讨论的新方法，不需要再重复制备光纤，因为放电从很低的功率开始，并在连续的再放电过程中逐渐增加到所需的水平。
总结
本文提出了一种适用于多种玻璃直径光纤熔接的放电功率标定方法，其结果一致且准确，该方法采用多个短弧放电加热光纤，并测量光纤端面棱角回熔值，棱角熔化速度与光纤温度成正比。通过连续放电改变放电功率，达到理想的熔化速度，这个理想的熔化速度也代表被测试和要熔接的光纤理想的熔接功率。在图7所示采用放电电弧大小自动控制熔接机，成功地测试了直径从60um到1000um的光纤熔接功率，该方法可以根据不同的光纤尺寸自动选择正确的放电功率，操作人员可以轻松地将优化后的熔接参数传递给生产线上的多台熔接机，从而获得长时一致且高质量的熔接结果。
（a）500um以下光纤熔接机FSM-100P
（b）1200um以下光纤熔接机FSM-100P+
图7▲可变功率放电校准方法可用于熔接多种玻璃直径和结构的光纤。
作者：Wenxin Zheng and Bryan Malinsky
翻译：李云太 校对：金朝勇
致谢：
感谢N. Kawanishi和他在日本Fujikura的团队对这项工作的支持，以及D. Duke和S. Althoff对文章的建设性讨论和校对。
来源：凌云光子