CN104406629A - 一种测量光纤连接器端面接触力和损耗的方法 - Google Patents

一种测量光纤连接器端面接触力和损耗的方法 Download PDF

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Abstract

一种测量光纤连接器端面接触力和损耗的方法，属于光纤通讯技术领域。利用嵌入布拉格光纤光栅(FBG)的活动连接插头直接测量待测光纤连接器受到的轴向压力，并同时测出光纤连接器的插入损耗和回波损耗。当法兰盘两侧的光纤连接器插头螺帽旋紧时，带FBG的陶瓷插针体会受到轴向压力引起FBG的反射峰值波长移动，通过测量波长移动量可得到光纤连接器端面接触力的大小；通过测量接入光纤连接器前后接收到的光功率大小，可以得到光纤连接器的插入损耗和回波损耗。本发明同时实现光纤跳线接头的端面接触力、插入损耗和回波损耗的测量，可方便的观测到端接力对光纤跳线插回、损的影响，为高品质光纤活动连接器的优化设计和规模化工业生产提供定量的检测手段。

Description

一种测量光纤连接器端面接触力和损耗的方法
技术领域
本发明属于光纤通讯技术领域，涉及到一种能够同时测量光纤活动连接器端面接触力(简称端接力)、插入损耗和回波损耗的方法和仪器系统。
背景技术
光纤活动连接器是光纤通信领域中必不可少的基本器件，它的性能直接影响通信系统的性能。插入损耗和回波损耗是衡量光纤活动连接器品质优劣的最基本指标。影响连接器插、回损的主要因素是光纤端面的物理接触不完善形成的空气隙所产生的菲涅尔反射，光纤端面间的空气隙或者局部的空气隙是由于连接器陶瓷插针研磨后光纤端面的缩进或者端面面型的不规则引起的。对于标准的光纤活动连接器，两相向对准的陶瓷插针间需要施加一定的压力(端接力)，才能消除空气隙，保证两光纤端面实现良好的物理接触。光纤活动连接器的端接力的大小取决于旋紧光纤插头的程度和连接器内弹簧的弹性模量。端接力过小不足以消除光纤端面之间的空气间隙，引起附加的插、回损耗，但端接力过大则会造成光纤局部的应变引起的折射率突变和波导结构的缺陷，从而引起插入损耗和回波损耗。另外过大的端接力也会引起光纤端面的损伤从而影响使用寿命。因此端接力大小直接影响光纤活动连接器的质量，在光纤连接器的设计和生产过程中需要对其进行定量测量。到目前为止还没有能够测量光纤接插件端接力大小的仪器，特别是没有一种能够同时测量光纤活动连接器端接力、插入损耗和回波损耗的方法及仪器。
技术方案
本发明的目的是，提供一种同时测量光纤活动连接器端接力、插入损耗和回波损耗的方法。该方法可以实时测出光纤连接器连接过程中光纤端面受到的轴向压力值，同时可以测出随着端接力大小的改变，光纤连接器插入损耗和回波损耗的变化。通过观测端接力、插入损耗和回波损耗之间的关系，能够为光纤活动连接器设计参数优化、提高光纤活动连接器生产质量提供一种新的检测方法和仪器。
本发明的技术方案是提供了一种测量光纤连接器端面接触力和损耗的方法，主要包括宽谱光源、耦合器、光谱仪、FBG应变敏感光纤插头插针、法兰盘、光功率计和压力传感器；各组件的连接关系如下：FBG应变敏感光纤插头插针是通过在陶瓷插针内部的光纤上预先写入了一段布拉格光栅制成；将FBG应变敏感光纤插头插针的末端通过光纤与耦合器相互连接；耦合器的另一端通过两路光纤分别连接宽谱光源和光谱仪；将待测光纤插头的末端通过光纤连接光功率计；具体测量方法如下：
定量测量光纤连接器端接力方法：将FBG应变敏感光纤插头插针的末端通过光纤与耦合器相互连接；耦合器的另一端通过两路光纤分别连接宽谱光源和光谱仪；将FBG应变敏感光纤插头插针与压力传感器接触，当旋转光纤连接器螺帽时，通过光谱仪观测布拉格光栅反射峰波长的移动量，通过压力传感器观测施加在光纤插针前端的压力；根据FBG的弹性事先标定FBG反射峰波长与光纤连接器端接力的一次线性函数关系；再用法兰盘连接FBG应变敏感光纤插头插针的前端和待测光纤插头的前端；当旋转法兰盘两侧光纤连接器螺帽时，通过光谱仪观测布拉格光栅反射峰波长的移动量即可达到定量测量端接力的目的；
光纤连接器的插入损耗测定：光功率计接入FBG应变敏感光纤插头插针读取待测光纤插头插入前的光功率；再将末端连接光功率计的待测光纤插头通过法兰盘与FBG应变敏感光纤插头相连接，读取待测光纤插头插入后的光功率；通过对比待测光纤插头插入前后的光功率计算得到插入损耗；
光纤连接器的回波损耗：FBG应变敏感光纤插头插针内的布拉格光栅将宽谱光中的部分光反射回来，经由光纤耦合器传送给光谱仪，通过光谱仪可以测得FBG应变敏感光纤插头插针中布拉格光栅的反射峰波长变化；光谱仪读取高反射率布拉格光栅反射峰两侧的背景光功率与布拉格光栅峰值反射功率的比值计算得到光纤连接器的回波损耗。
本发明的效果和益处是，同时实现光纤活动连接器的端接力、插入损耗和回波损耗的测量，可以直接准确的观测分析端接力的大小与光纤活动连接器插入、回波损耗之间的关系，为高品质光纤活动连接器的参数优化设计和规模工业生产提供新的技术手段。
附图说明
附图1是本测量系统示意图。
附图2是带FBG的光纤插头插针的结构示意图。
附图3是标定光纤光栅反射峰移动量与端接力关系的实验系统示意图。
图中：1宽谱光源；2耦合器；3光谱仪；4 FBG应变敏感光纤插头插针；5法兰盘；6待测光纤插头；7光功率计；8光栅；9压力传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明
一种测量光纤连接器端面接触力和损耗的方法，主要包括宽谱光源1、耦合器2、光谱仪3、FBG应变敏感光纤插头插针4、法兰盘5、光功率计7和压力传感器9；各组件的连接关系如下：FBG应变敏感光纤插头插针4是通过在陶瓷插针内部的光纤上预先写入了一段高反射率布拉格光栅8制成；将FBG应变敏感光纤插头插针4的末端通过光纤与耦合器2相互连接；耦合器2的另一端通过两路光纤分别连接宽谱光源1和光谱仪3；将待测光纤插头6的末端通过光纤连接光功率计7；
首先对FBG应变敏感光纤插头插针内的布拉格光栅8反射峰波长与端接力之间的关系进行实验标定，如图3所示。压力传感器9的接口与法兰盘5的接口结构相同。当内嵌高反射率光栅8的FBG应变敏感光纤插头插针4与压力传感器9接触时，随着连接器螺帽的旋紧，施加在FBG应变敏感光纤插头插针4上的轴向压力增加，在光谱仪3上可观测到光栅8反射峰向短波方向移动，同时在压力传感器9上可以直接读出施加在FBG应变敏感光纤插头插针4端面的压力，由此我们可以得到FBG反射峰波长移动量与光纤连接器端接力之间关系。
FBG应变敏感光纤插头插针4的结构如图2所示，将用紫外激光刻写的裸光纤光栅8胶合固定于FBG应变敏感光纤插头插针4的中心孔内，并用研磨光纤活动连接器陶瓷插针端面的常规工艺制成标准光纤连接器插头。
光纤活动连接器端接力、插入和回波损耗的测量方法如图1所示。宽谱光源1发出的光经过耦合器2、FBG应变敏感光纤插头插针4进入光功率计7，此时在光功率计7上可以读取得到光纤插头出射光功率Pin，同时在光谱仪3上可以读取得到光栅8峰值反射功率P0；然后取下FBG应变敏感光纤插头插针4，接入法兰盘5与待测光纤插头6，然后与光功率计7相连，当两插头通过法兰盘5接触并逐渐旋紧时，光谱仪3上可以观察到反射峰波长的移动，通过波长移动量可以计算出端接力的大小；同时在光功率计7上可以读取到接入待测光纤插头6后接收到的光功率Pout，在光谱仪3上可以读取得到FBG反射峰两侧光谱平坦波段的背景光功率P1，该背景光功率正比于光纤插头端面的回波损耗功率，通过公式IL＝-10lg Pout/Pin可以计算出光纤连接件的插入损耗。通过公式RL＝-10lgP1/P0可以计算出回波损耗的大小。此处我们假定光纤光栅8是高峰值反射率的，宽谱光源1的光谱分布有足够平坦的波长范围并且忽略了光纤的背向散射和耦合器的回波影响。实际上做精确测量时，可以根据FBG的实际反射率精确推算光纤中正向传输功率P0；利用将FBG应变敏感光纤插头插针4放入折射率匹配液中完全消除回波损耗的方法在光谱仪3上测出本底光谱功率，然后在背景光谱功率中去除本底光谱功率的方法得到更准确的回波功率P1，从而利用该系统实现了光纤端接力、插入损耗和回波损耗的测量。

Claims (1)

1.一种测量光纤连接器端面接触力和损耗的方法，其特征在于主要包括宽谱光源(1)、耦合器(2)、光谱仪(3)、FBG应变敏感光纤插头插针(4)、法兰盘(5)、光功率计(7)和压力传感器(9)；各组件的连接关系如下：FBG应变敏感光纤插头插针(4)是通过在陶瓷插针内部的光纤上预先写入了一段高反射率布拉格光栅(8)制成；将FBG应变敏感光纤插头插针(4)的末端通过光纤与耦合器(2)相互连接；耦合器(2)的另一端通过两路光纤分别连接宽谱光源(1)和光谱仪(3)；将待测光纤插头(6)的末端通过光纤连接光功率计(7)；具体测量方法如下：
定量测量光纤连接器端接力方法：将FBG应变敏感光纤插头插针(4)与压力传感器(9)接触，压力传感器(9)的接口与法兰盘(5)的接口结构相同。当旋转光纤连接器螺帽时，通过光谱仪(3)观测布拉格光栅反射峰波长的移动量，通过压力传感器(9)观测施加在光纤插针前端的压力；根据FBG的弹性事先标定FBG反射峰波长与光纤连接器端接力的一次线性函数关系；再用法兰盘(5)连接FBG应变敏感光纤插头插针(4)的前端和待测光纤插头(6)的前端；当旋转法兰盘(5)两侧光纤连接器螺帽时，通过光谱仪(3)观测布拉格光栅反射峰波长的移动量即可达到定量测量端接力的目的；
光纤连接器的插入损耗测定：光功率计(7)接入FBG应变敏感光纤插头插针(4)读取待测光纤插头(6)插入前的光功率；再将末端连接光功率计(7)的待测光纤插头(6)通过法兰盘(5)与FBG应变敏感光纤插头插针(4)相连接，读取待测光纤插头(6)插入后的光功率；通过对比待测光纤插头(6)插入前后的光功率计算得到插入损耗；
光纤连接器的回波损耗：FBG应变敏感光纤插头插针(4)内的布拉格光栅将宽谱光中的部分光反射回来，经由光纤耦合器(2)传送给光谱仪(3)，通过光谱仪(3)可以测得FBG应变敏感光纤插头插针(4)中布拉格光栅的反射峰波长变化；光谱仪(3)读取高反射率布拉格光栅(8)反射峰两侧的背景光功率与布拉格光栅(8)峰值反射功率的比值计算得到光纤连接器的回波损耗。
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