光纤熔接技术及工艺流程详解

教学内容

(1)光纤接续；

(2)光纤熔接机。

技能要求

(1)会操作光纤熔接机；

(2)能完成光纤熔接；

(3)会判断熔接质量。

任务描述

团队(4～6人)操作光纤熔接机，完成光纤熔接(成环、成长龙)。

任务分析

学生完成光纤对接，熟悉光纤熔接机的操作；每位学生完成单根光纤熔接成环(联系)，分组完成团队内光纤的接续(竞赛，将每个人的光纤接续成龙)。

知识准备

光缆接续见视频4-1，带状光纤接续见视频4-2。

光纤熔接法是光纤连接方法中使用较广泛的方法。它是采用电弧焊接的方法，即利用电弧放电产生高温，使连接的光纤熔化而焊接成为一体。具体见动画4-4。成功的熔接接头在显微镜下观察，找不到任何痕迹，熔接是实现光纤真正连接的唯一有效的方法。

视频4-1　光缆接续

视频4-2　带状光纤接续

动画4-4　光纤熔接(电弧放电)

光纤熔接机主要由高压电源、光纤调节装置、放电电极、控制器及显微镜(或显示屏幕)等组成。

目前，国际上基本都是采取预放电熔接方式来对光纤进行熔接。1977年日本NTT公司首先改进成的预放电方式，通过预熔(0.1～0.3 s)将光纤端面的毛刺、残留物等清除，使端面趋于清洁、平整，使熔接质量、成功率有了明显提高。

采用空气预放电熔接的装置、设备，称为光纤熔接机。就熔接机的种类来说，按一次熔接光纤数量来分，可分为单纤(芯)熔接机和多纤(芯)熔接机两种。单纤(芯)熔接机是目前使用最广泛的一种常用机型，多纤(芯)熔接机主要用于带状光缆的连接。按光纤类别来分又可分为多模熔接机、单模熔接机和多模/单模熔接机三种。一般多模熔接机不能用于单模熔接，单模熔接机可用于多模熔接，但不经济。多模/单模熔接机可通过转换控制机构来实现多模或单模光纤的熔接。

光纤(单芯)熔接过程及其工艺流程示意如图4-34所示。工艺流程是确保连接质量的操作规程，需严格掌握各道工艺的操作要领。

图4-34　光纤(单芯)熔接过程及其工艺流程示意

1.光纤端面处理

光纤端面处理习惯上又称端面制备。这是光纤连接技术中的一项关键工序，尤其对于熔接法连接光纤来说极为重要。光纤端面处理包括去除套塑层、清洁、去除预覆层、切割制备端面。

(1)去除套塑层。松套光纤去除套塑层，是将松套切割钳在离端头规定长度(视光缆护套规定)处卡住套塑层，用力拨，力度要到位适中，不能伤及光纤，再轻轻从光纤上退下工具。一次去除长度一般不超过30 cm，当需要去除较长长度时，可分段去除。去除时应操作得当，以避免损伤光纤。可以使用裁纸刀在套塑管上下割、上下折套塑管数下，用力拉套塑管即可。这种方法利用套塑管的脆性，可长距离去除套塑管。

(2)去除一次涂层。一次涂层又称预涂层，去除时，应干净、不留残余物，否则，在放置于微调整架“V”形槽后会影响光纤的准直性。这一步骤主要是针对松套管光纤而言，需用光纤涂层剥离钳去除，方便迅速，如图4-35(a)所示。

拨纤时应掌握“平、稳、快”三字剥纤法。“平”即持纤要平。左手拇指和食指捏紧光纤，使之成水平状，所露长度以5 cm为宜，余纤在无名指、小拇指之间自然打弯，以增加力度，防止打滑。“稳”即剥纤钳要握得稳。“快”即剥纤要快。剥纤钳应与光纤垂直，上方向内倾斜一定角度，然后用钳口轻轻卡住光纤，右手随之用力，顺光纤轴向平推出去，整个过程要自然流畅，一气呵成。对不易剥除的，应用“蚕食法”，即对光纤分小段用剥纤钳“零敲碎打”，对零星残留可用酒精棉浸渍擦除。冬季施工，纤脆易断时，还可用电暖器“烘烤法”，以使预涂层膨胀、软化，使纤芯的韧性增加。

(3)清洁裸光纤。裸光纤需选择使用优质医用脱脂棉或纱布，工业用优质无水乙醇来进行清洁。应用“两次”清洁法，即剥纤前对所有光纤用干棉捋擦，并用酒精棉对纤尾3.9～4.0 cm处重点清洁；剥纤后，将棉花撕成层面平整的长条形小块，洒少许酒精(以两指相捏无溢出为宜)，折成“V”形，夹住已剥覆的光纤，顺光纤轴向擦拭1～2次，直到发出“吱吱”声为止，力争一次成功。每次要使用棉花的不同部位和层面，一块棉花使用2～3次后需更换，这样既可提高棉花的利用率，又防止了裸纤的二次污染。注意与切、熔操作的衔接，清洁后勿久置空气中，谨防二次污染。

(4)切割。在连接技术中，制备端面是一项共同的关键工序，尤其是熔接法，对于单模光纤来说，实在太重要了，它是低损耗连接的首要条件。光纤端面制作的好坏将直接影响接续质量，所以在熔接前一定要做好合格的端面。用专用的剥纤钳剥去预涂层，再用蘸酒精的清洁棉在裸纤上擦拭几次，用力要适度，然后用精密光纤切割刀切割光纤，对0.25 mm(外涂层)光纤，切割长度为8～16 mm，对0.9 mm(外涂层)光纤，切割长度只能是16 mm，如图4-35(b)所示。

图4-35　光纤端面开拨、切割尺寸

为了完成一个合格的接头，要求端面为平整镜面，且端面需垂直于光纤轴，对于单模光纤要求误差小于0.9°～1°；同时要整齐，无缺损，无毛刺，如图4-36所示。

图4-36　端面示意

(a)好端面；(b)凸尖；(c)锯齿；(d)缺角；(e)凹心；(f)龟纹

切割是光纤端面制备中最为关键的步骤。操作规范(以手动为例):光纤的放置，应讲究“前抵后掀、先进后撤”，即手持光纤，稍超前于刻度，要求平放于导槽中，后部稍向上抬起，使光纤前半部紧抵导槽底部，然后向后撤至要求刻度，从而确保光纤吻合“V”形导槽并与刀刃垂直。切割时，动作要自然、平稳，勿重、勿急，避免断纤、斜角、毛刺、裂痕等不良端面的产生。另外，应学会“弹钢琴”，即合理分配和使用自己的右手手指，使之与切刀的具体部件相对应，并同时注意清洁且切、熔协调配合，整个操作过程中放、夹、盖、推、压、掀、取、传，一套动作应如行云流水般和谐流畅。注意，已制备的端面切勿放在空气中，谨防污染，移动时要轻拿轻放，防止与其他物件擦碰。

2.开机

打开熔接机电源，如没有特殊情况，一般都选用自动熔接程序。放置光纤，将光纤放在熔接机的“V”形槽中，小心压上光纤压板和光纤夹具，需根据光纤切割长度设置光纤在压板中的位置。

3.自动熔接

动画4-5　光纤连接点不连续现象

关上防风罩，要求两光纤径向距离小于光纤半径，以便左右两光纤调整对齐。如果左右光纤径向距离过大，超出熔接机的调整范围，机器将不能正常熔接。此时，应重放光纤或用专用工具清除“V”形槽内的异物。自动熔接只需几秒钟时间。熔接过程中会出现很多情况，如轴心不准、倾斜、空隙等问题。光纤连接点不连续现象见动画4-5。

4.损耗估算

熔接机自动计算熔接损耗，该值一般有误差，可以通过外观目测检查、熔接机估测、张力测试、接续损耗测试，比较精确的测试方法是OTDR测试法。

5.移出光纤用加热炉加热热缩套管

打开防风罩，把光纤从熔接机上取出，再将热缩套管放在裸纤中心，并放到加热炉中加热，加热需30～60 s。加热前后如图4-37所示。

图4-37　加热前后的热缩套管

(a)加热前；(b)加热后(www.xing528.com)

任务实施

1.任务器材

相机(或手机)和笔、光纤熔接机一套(含切割刀)、光纤若根(1 m左右，每人1根)、酒精棉、热缩套管、尾纤若干(测试使用)等。

2.任务

动画4-6　光纤熔接

各位同学完成自己光纤的成环，练习熔接的步骤并规范熔接工艺。团队将组成员的光纤重新熔接为长龙，每组将长龙的1头与尾纤熔接。各团队需要在关键点拍照片并打印贴在报告上，团队需要完成长龙的测试，并说明熔接质量的好坏及分析原因。具体见动画4-6。

1)熔接步骤

(1)开机。打开熔接机电源，如没有特殊情况，一般都选用自动熔接程序。可以适当提前开机。

(2)穿热缩套管，如图4-38所示。

(3)制作光纤端面。使用米勒钳的后口去除预涂层40～100 mm，如图4-39所示；使用蘸有酒精的酒精棉清洁2～3次，如图4-40所示。注意更换酒精棉的清洁面；将光纤预涂层和纤芯界面放在刻度的16 mm位置处，推动滑块，注意光纤需要跨越割刀的固定模块，如图4-41所示。

图4-38　穿热缩套管示意

图4-39　去除预涂层

图4-40　清洁

图4-41　切割

图4-42　放置光纤

(4)放置光纤。将切割好的光纤放在熔接机里面。注意光纤端面不能碰到任何物体。打开压板，将光纤端面越过“V”形槽，尽量靠近电极但不超越电极，如图4-42所示。完成光纤放置，盖好防风罩。

(5)熔接及损耗估算。根据显示屏的显示结果观察光纤切割和放置位置的好坏。按RUN键，设置间隙，调芯，放电熔接，显示熔接估算，如图4-43所示。

(6)移出光纤，用加热器加热热缩套管。将光纤放置在加热器中加热。注意使熔点在热缩套管的正中间，如图4-44所示。先压左侧，再压右侧，按HEAT键，指示灯亮(红色)，此过程需30～60 s。

(7)将熔接好的光纤热缩套管放在冷却盘中进行冷却，以防止误断光纤。

各组的每位成员完成1芯接续(自己的光纤成圆环对接)；每组成员完成光纤的接续(成线，其中线一端与尾纤对接)、芯的接续，记录熔接损耗及单位(手机拍照)。将光纤颜色和熔接损耗值填入表格4-14。

图4-43　熔接估算

图4-44　热缩套管放置示意

表4-14　光纤熔接表

2)测试

各组使用可视红光源测试熔接质量并目测光纤接续质量(熔点位置)。各小组将熔接的长龙(光纤)与尾纤熔接，使用可视红光源进行测试，观看熔接点和光纤末端的亮度，各小组判断团队熔接效果并说明产生错误的原因。

任务总结(拓展)

如何检测光纤熔接点?如何判断接续质量的好坏?如何提高接续质量?