專利名稱：具有失配模場直徑的光纖的熔接的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信系統(tǒng)。具體而非限制地，本發(fā)明涉及接合高稀土摻雜(HRED)光纖與具有大模場直徑(MFD)失配的相異光纖的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)研制出更多數(shù)目的HRED光纖以用于光通信系統(tǒng)的專門應(yīng)用。這些例子包括摻鉺光纖放大器(EDFA)，放大式自發(fā)輻射(ASE)光源，光纖激光器等。HRED光纖主要是由于其用極短長度的光纖就能夠獲得優(yōu)異的性能而非常有吸引力。舉例來說，通過使用在工作波長處以40dB/m的峰值吸收為特性的高摻鉺光纖(EDF)，可以將所需的光纖長度減少5-10倍，還能實現(xiàn)傳統(tǒng)光纖獲得的相同性能。EDF具有高功率密度輸出，寬而平坦的增益分布，以及低非線性效應(yīng)。因而，HRED光纖使得能夠開發(fā)更緊湊和更經(jīng)濟合算的通信系統(tǒng)。
采用HRED光纖面臨的主要阻礙是在與相異光纖接合時產(chǎn)生的高接合損耗。HRED光纖其高接合損耗產(chǎn)生的主要原因是由于初始的MFD失配。因為系統(tǒng)設(shè)計中存在的普遍需求，HRED光纖經(jīng)常被熔接在MFD有顯著差別但又沒有稀土摻雜物的相異光纖上。這類光纖的典型例子是康寧(Corning)SMF28TM，其MFD大約是HRED光纖的兩倍。
過去，已經(jīng)提出和研制出多種方法來降低熔接過程中的MFD失配。這些方法主要包括在具有相對較小MFD的光纖(例如EDF)的對接部實施額外的熱處理。為制作光纖部件而研制的熱處理的原理通常稱作“熱擴散擴展芯(TEC)光纖(Thermlly-diffused Expanded Core(TEC))”(參看K.Shigihara等人；J.Appl.Phys.，第60卷，第4293頁，1986；和K.Shiraishi等人；J.LightwaveTechnol.，第8卷，第1151頁，1990)。
接合相異光纖的TEC方法披露在美國專利公開US2002/0197027中。在熔接兩種光纖之后，立即對接合點重新定位，以使額外的放電可以施加到具有相對小MFD的光纖的對接部分上。采用TEC技術(shù)的類似方法還披露在美國專利公開US2002/0157424和US2002/0176673中。這些方法利用下列過程接合兩種光纖的端面，而不是移動接合的光纖；通過將加熱單元(即電極)移動到接合光纖的對接部上或者在安裝于光纖對接部附近的加熱板的輔助下通過不對稱地加熱接合點，進行額外的熱處理。
本申請人研究發(fā)現(xiàn)，采用TEC技術(shù)的先前方法對沒有稀土摻雜物和/或具有低摻雜濃度的光纖可以有效地起作用，而對HRED光纖并不有效。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對于HRED光纖，除初始MFD失配的問題之外，高接合損耗產(chǎn)生的主要原因還歸因于熔接過程中出現(xiàn)的芯部摻雜物的快速擴散。如果兩種光纖初始的MFD失配相對較小的話，那么這兩種光纖的MFD匹配可以在用來形成普通接合的主熔融過程的恰好開始時得以實現(xiàn)。因此，先前方法中采用的這種額外熱處理并不能獲得MFD匹配，相反，可能導(dǎo)致反向的MFD失配(即通常具有較小MFD的HRED光纖卻獲得了遠遠大于所連接光纖MFD的有效MFD)。因此，在光從HRED光纖注入的情形下，包層模很容易被激發(fā)，而且經(jīng)常會出現(xiàn)高達0.2-0.5dB的接合損耗。
在TEC過程中觀察到的另一個問題是在一系列接合中出現(xiàn)的不一致的接合損耗結(jié)果。這一問題主要是由通常所說的“電弧移動(arc-walk)”現(xiàn)象產(chǎn)生的。電弧移動指的是電弧中心位置從一次電弧放電到下一次電弧放電時的改變，這主要是由電極上沉積粒子/層的動態(tài)變化引起的。“電弧移動”顯著地改變了光纖對接部中熱分布的相對位置，這進而又改變了接合損耗。
電弧移動的問題可以用國際專利申請WO01/86331中披露的“電弧重定中心(arc-recentering)”方法來克服。使用這種方法，在熔接過程中拍攝暖圖像(warm image)。對從光纖加熱部分發(fā)出的熱輻射以及氣體放電進行評定，以確定電弧中心的位置。因而，光纖的對接部可以相對于電弧中心重新定位。這種方法依賴于在系列接合中所收集到的歷史數(shù)據(jù)，因而該方法的精確度會隨接合數(shù)目的減少而降低。因此，這種方法并不適合于光纖類型的組合頻繁改變的應(yīng)用。
一種確定電弧中心的改進方法披露在美國專利公開申請US2003/0002827中。使用這種方法，在還未將光纖定位在電弧放電區(qū)域時在電極之間產(chǎn)生初步的電弧放電。雖然這種方法可以用來估算電弧的位置，但是估算電弧位置的誤差可能相當(dāng)大，例如大到20μm。這種誤差主要是由初步電弧放電自身引起的，因為初步的電弧放電隨著電學(xué)清潔(electric cleaning)過程進行，這進而又改變了沉積在電極上的粒子的狀態(tài)，從而引起另外的電弧移動，影響隨后的熔接過程。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與電弧放電的有效區(qū)域內(nèi)插入和不插入光纖時的熱分布相比，熱分布的界限(confinement)也可能會被光纖上能量沉積引起的表面/固態(tài)等離子的激發(fā)改變。從而，這種方法的精度由于熱分布的變化而可能繼續(xù)下降。
因此，在本領(lǐng)域中需要研制出一種能夠消除現(xiàn)有技術(shù)的這些缺陷的方法和設(shè)備，以便能夠獲得HRED光纖的低接合損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種在連接高稀土摻雜(HRED)光纖與具有很大模場直徑(MFD)失配的相異光纖時用于獲得低接合損耗的方法和設(shè)備。在預(yù)熔融過程期間拍攝暖圖像。分析來自于空氣放電和光纖的熱光發(fā)射，并確定電弧中心的位置。通過考慮光傳播的方向和MFD失配的程度，有意地將HRED光纖和相異光纖的端面定位為相對電弧中心具有相對較大的縱向偏移。然后，在主熔融過程期間用不同的熔融溫度不對稱地加熱兩種光纖的對接部。因此，可以控制由于HRED光纖纖芯內(nèi)摻雜物的快速擴散而引起的HRED光纖的MFD擴展，而且用規(guī)定好的熔融電流和熔融時間獲得MFD匹配。為了在一系列的接合中保持相同的偏移距離，用直接電弧重定中心過程精確地確定主熔融的電弧中心位置。因此，對于每次接合，都能夠獲得一致結(jié)果的接合損耗。為了穩(wěn)定接合過程，實時地監(jiān)控由電極狀態(tài)和工作環(huán)境的變化引起的熔融溫度的改變，并調(diào)用電弧校驗過程來補償熔融溫度的很大改變。
因而，在一個方面，本發(fā)明涉及一種接合相異光纖的方法。該方法通過分析在低功率電弧的暖圖像內(nèi)俘獲的熱光發(fā)射，確定預(yù)熔融過程期間的電弧中心位置，該低功率電弧被用來從第一光纖的端面和第二相異光纖的端面清潔掉微粉塵顆粒，該第一光纖和第二光纖彼此鄰近地縱向定位。該方法還包括以下步驟確定距所述電弧中心位置的縱向偏移距離；對接所述兩個端面；在距電弧中心位置的所述偏移距離處縱向定位所述兩個對接端面；以及用中心在所述電弧中心位置的高功率電弧不對稱地加熱所述重新定位的對接端面，由此熔合所述兩種相異光纖。該方法還可以包括步驟實時地監(jiān)控熔融溫度的改變；和調(diào)用電弧校驗過程來調(diào)節(jié)所述高功率電弧，以補償探測到的熔融溫度的改變。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種接合相異光纖的方法，包括以下步驟縱向定位第一光纖的端面與第二相異光纖的端面相鄰，以在兩個端面之間形成間隙，其中所述端面定位在接合器內(nèi)，使得所述間隙的中心與接合器電極對準；用接合器電極產(chǎn)生的低功率電弧從兩端面清潔掉微粉塵顆粒；在清潔步驟期間俘獲所述兩個端面以及所述間隙的暖圖像；通過分析在所述暖圖像內(nèi)俘獲的熱光發(fā)射，確定預(yù)熔融電弧中心位置。該方法還包括步驟基于光傳播的方向以及所述相異光纖之間模場直徑(MFD)失配的程度確定距所述預(yù)熔融電弧中心位置的偏移距離；對接所述兩個端面；借助相對于所述預(yù)熔融電弧中心位置的偏移距離，縱向地重新定位所述兩個對接的端面；以及用接合器電極產(chǎn)生的高功率電弧不對稱地加熱所述重新定位的對接端面，由此接合所述兩個相異光纖。
在又一個方面，本發(fā)明涉及一種接合相異光纖的設(shè)備。該設(shè)備包括用于在接合器內(nèi)將第一光纖的端面與第二相異光纖的端面彼此鄰近地縱向定位的裝置；用于向所述鄰近的端面施加低功率電弧以從兩個光纖端面清潔掉微粉塵顆粒的裝置；照相機，用于在所述清潔微粉塵顆粒期間俘獲從低功率電弧和光纖發(fā)出的熱光發(fā)射的暖圖像；用于通過分析在所述暖圖像內(nèi)俘獲的熱光發(fā)射確定預(yù)熔融電弧中心位置的裝置。該設(shè)備還包括用于確定距所述預(yù)熔融電弧中心位置的縱向偏移距離的裝置；用于在距所述預(yù)熔融電弧中心位置的偏移距離處對接所述兩個端面并縱向定位所述兩個對接端面的裝置；以及用于用中心在所述電弧中心位置處的高功率電弧不對稱地加熱所述重新定位的對接端面、并由此熔合所述兩個相異光纖的裝置。


在下面部分中，將參看附圖示出的例舉性實施例說明本發(fā)明，在附圖中圖1A-1D示出依照本發(fā)明的第一個實施例、偏移接合HRED光纖和非稀土摻雜(NRED)光纖的過程；圖2A-2D示出依照本發(fā)明的第二個實施例、偏移接合HRED光纖和NRED光纖的過程；圖3是在預(yù)熔融過程期間拍攝的兩種光纖的暖圖像的復(fù)制圖；圖4是在主熔融過程期間拍攝的兩種光纖的暖圖像的復(fù)制圖；圖5是示出依照本發(fā)明教導(dǎo)的、偏移接合過程各個步驟的流程圖。
具體實施例方式
依照本發(fā)明的教導(dǎo)，提供一種改進的方法，用來在各種應(yīng)用、連接所有類型的相異(dissimilar)光纖時減少接合損耗。在此處描述的例舉實施例中，這種方法被用來連接HRED光纖和具有很大MFD失配的相異光纖。
本發(fā)明所要理解的第一個過程是偏移接合(offset splicing)過程。當(dāng)用電弧加熱光纖時，熔融區(qū)中心的溫度可能超過2000℃。在這樣的高溫下，熱量從包層有效地傳遞到纖芯，即使二氧化硅基光纖的導(dǎo)熱性相當(dāng)差。當(dāng)光纖內(nèi)部的溫度達到二氧化硅的熔融點(即1800℃)時，纖芯內(nèi)稀土摻雜物的遷移率隨溫度的增長迅速增加。摻雜物從纖芯到包層的快速擴散在非常短的時間內(nèi)(例如，小于0.3秒)發(fā)生。擴散的結(jié)果，形成較大橫截面的有效MFD，而且有效MFD隨熔融時間的增加繼續(xù)擴展。對于不同類型的HRED光纖，實現(xiàn)MFD匹配的熔融時間可能顯著不同，這主要取決于光纖纖芯內(nèi)摻雜物的濃度，初始的MFD失配，以及主熔融過程中所用的熔融參數(shù)，例如熔融電流等。
與HRED光纖相比，非稀土摻雜(NRED)光纖(例如康寧公司的SMF28TM，PureModeTMHI1060等)的摻雜物擴散相當(dāng)弱。顯著增大MFD(例如增大30％左右)需要的時間可能需要長達幾分鐘的時間。因為HRED與NRED光纖在擴散時間尺度上的顯著差異，因此HRED光纖其纖芯內(nèi)的擴散過程就決定了在主熔融過程中獲得最終MFD匹配所要的熔融時間。
在熔接相異類型的光纖時，接合損耗主要取決于光傳播的方向。接合損耗的這種方向依賴現(xiàn)象可由采用傳播光束法的轉(zhuǎn)換損耗理論加以解釋(參看K.Shiraishi等人的J.Lightwave Technol.，第11卷，第1584頁，1993)。根據(jù)該理論，如果傳播的光波的相位波前在光波穿過接合點之后沒有完全保持的話，接合損耗的方向依賴性是不能忽略的。在本申請人的試驗中，發(fā)現(xiàn)兩種情形，即大范圍的熱量加熱(例如大于5mm)和兩種光纖的較大MFD擴展(例如擴展約2倍)可以提供傳播到接合點處的波保持相位波前的基本狀況。然而，不幸的是，市場上商業(yè)可用的接合器僅能夠?qū)嵤┒谭秶臒崃考訜?，通常?00-300μm。在這種短范圍熱量加熱時，很難保持傳播波的相位波前，而且當(dāng)光穿過接合點時通常會激發(fā)包層模。結(jié)果，出現(xiàn)很高的接合損耗。
本申請人的試驗也表明，接合損耗主要取決于HRED光纖纖芯內(nèi)MFD擴展的程度，以及光纖對接部處MFD的剖面。最低的接合損耗通常在稱作“MFD準匹配”的狀態(tài)下獲得。這種“MFD準匹配”的狀態(tài)是指(1)若光從HRED光纖側(cè)注入，則當(dāng)HRED光纖的最終MFD相對NRED光纖的MFD較小時，獲得最低的接合損耗；和(2)若光從NRED光纖側(cè)注入，則與NRED光纖的MFD相比，在HRED光纖的對接部處需要相對較大和錐形形狀的MFD剖面。
為了在接合相異類型的光纖時獲得這種“MFD準匹配”狀態(tài)，提出一種采用縱向偏移接合的過程?？v向偏移接合的基本思想是在熔融過程中用不同的熔融溫度不對稱地加熱相異光纖的對接部。為了涵蓋光通信系統(tǒng)的各種應(yīng)用，在規(guī)定好光纖組合和光傳播方向時，確定四種典型的情形。這四種情形是情形1光從HRED光纖注入，兩種光纖的初始MFD失配相對較小。典型的例子有Liekki LF2400TM(HRED光纖，峰值吸收約為40dB/m，相應(yīng)的MFD約為6μm@1550nm)和Corning PuremodeTMHI1060(NRED光纖，MFD約為8.5μm@1550nm)的光纖組合。這種組合提供約2.5μm的初始MFD失配。
情形2光從NRED光纖注入，兩種光纖的初始MFD失配相對較小。一個典型的例子是與情形1描述相同的光纖組合。
情形3光從HRED光纖注入，兩種光纖的初始MFD失配相對較大。一個典型的例子是Liekki LF2400TM和Corning SMF28TM(MFD約為10.5μm@1550nm的NRED光纖)的光纖組合。這種組合提供約4.5μm的初始MFD失配。
情形4光從NRED光纖注入，兩種光纖的初始MFD失配相對較大。一個典型的例子是與情形3描述相同的光纖組合。
為了理解偏移接合的過程，將情形1作為一個例子進行研究。在情形1中，光從HRED LF2400TM光纖注入。根據(jù)“MFD準匹配”理論，LF2400TM光纖的最終MFD擴展應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蛘咝∮贚F2400TM光纖與NRED PuremodeTMHI1060光纖之間的初始MFD差(即≤2.5μm)。為了用標準的熔融過程擴展LF2400TM光纖的MFD以獲得“MFD準匹配”，本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，必須采用非常短的熔融時間，約為0.5秒。然而，在這樣短的時間內(nèi)，經(jīng)常出現(xiàn)強度很低這樣差質(zhì)量的接合。這是因為在給定的熔融時間內(nèi)光纖對接部分還未得到完全的液化。因而，為了獲得高質(zhì)量的接合，必須顯著增加熔融時間。
在偏移接合時，HRED LF2400TM光纖的對接部定位在相對于電弧中心40μm這樣大的偏移距離處。從而，LF2400TM光纖的對接部可以以相對低的熔融溫度進行加熱。由此，聚集足以激發(fā)光纖內(nèi)固態(tài)等離子的能量所需的時間顯著增加，這進而又顯著延緩了熔融過程。本申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，大約2-3秒的熔融時間是合適的。熔融時間的顯著增加使得優(yōu)化諸如偏移距離、熔融電流、熔融時間、重疊距離等熔融參數(shù)成為可能。因此，在優(yōu)化之后，就可以獲得很低的接合損耗。
圖1A-1D示出依照本發(fā)明第一個實施例偏移接合HRED光纖與NRED光纖的過程。特別地，這些附圖示出的是偏移接合Liekki LF2400TM光纖11和CorningPuremodeTMHI1060光纖12這種光纖組合的過程。在將光纖放入接合器內(nèi)之后，對光纖進行冷圖像(cold-image)拍攝，確定光纖端面的相對位置。這例如可以利用接合器中內(nèi)置的數(shù)字成像系統(tǒng)來完成。如圖1A所示，通過規(guī)定好的間隙距離13彼此靠近地移動光纖的端面。該間隙距離設(shè)為等于電弧放電有效區(qū)域的半寬，典型地為100-150μm。在光纖移動期間，該間隙的中心要與電極(未示出)橫向?qū)?，電極沿著垂直黑線定位在間隙的中心。
在圖1B中，施加短電弧放電14進行預(yù)熔融過程。預(yù)熔融過程的目的在于去除光纖制備之后殘留在光纖表面上的微粉塵顆粒。在預(yù)熔融過程中必須采用低熔融電流Ipre和短熔融時間tpre。Ipre和tpre應(yīng)當(dāng)被設(shè)定使得微粉塵顆粒能夠被有效地去除，但是能夠防止LF2400TM光纖11內(nèi)的快速擴散。示例性的設(shè)定是Ipre≤7mA，tpre≤0.2秒。在預(yù)熔融過程期間，拍攝暖圖像來提取電弧分布信息，特別是電弧中心位置15處的。利用數(shù)字成像分析技術(shù)，精確地確定出電弧中心的相對位置，并導(dǎo)出“電弧移動”的距離16。
在圖1C中，利用電弧分布信息沿縱向重新定位光纖的端面，以便相對于電弧中心產(chǎn)生大的偏移17。偏移距離這樣設(shè)定，即使得HRED LF2400TM光纖11定位在電弧分布區(qū)域的相對低溫度范圍內(nèi)。這里，由對接部中心與電弧分布中心之間的相對距離確定偏移距離。然后，在圖1D中，進行標準的熔融過程，獲得偏移接合18。
圖2A-2D示出依照本發(fā)明第二個實施例偏移接合HRED光纖與NRED光纖的過程。特別地，這些附圖示出的是偏移接合情形4那種光纖組合的過程，即NRED Corning SMF28TM光纖21與HRED Liekki LF2400TM光纖11。在情形4中，光從SMF28TM光纖注入，如圖2A所示。在將光纖放入接合器內(nèi)之后，對光纖拍攝冷圖像，確定光纖端面的相對位置。這例如可以通過利用接合器中的內(nèi)置數(shù)字成像系統(tǒng)來完成。如圖2A所示，通過規(guī)定好的間隙距離13彼此靠近地移動光纖端面。該間隙距離設(shè)定為等于電弧放電有效區(qū)域的半寬，典型地為100-150μm。在光纖移動期間，間隙的中心要與電極(未示出)橫向?qū)?，電極沿著垂直黑線定位在間隙的中心。
在圖2B中，施加短電弧放電14進行預(yù)熔融過程。類似于上述情形1，預(yù)熔融過程的目的在于去除光纖制備之后殘留在光纖表面上的微灰塵顆粒。
為了獲得“MFD準匹配”，HRED Liekki LF2400TM光纖所需的MFD擴展應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨虼笥趦煞N光纖之間MFD的初始差(即≥4.5μm)，而且LF2400TM光纖在對接部處的MFD的形狀應(yīng)當(dāng)成錐形。在圖2C中，LF2400TM光纖對接部的縱向偏移設(shè)定為情形1的相反方向，從而使得LF2400TM光纖的對接部在電弧分布區(qū)域的相對較高溫度范圍內(nèi)被有意地加熱。實際上，LF2400TM光纖內(nèi)出現(xiàn)的摻雜物快速擴散這種獨特現(xiàn)象被用來加速MFD的擴展，以便在標準熔融過程所用的時間窗(例如2-3秒)內(nèi)獲得“MFD準匹配”這種狀態(tài)。然后，在圖2D中，進行標準的熔融過程，獲得偏移接合18。
設(shè)定相對于電弧中心的偏移的方向主要通過光注入的方向來確定。偏移的最佳距離應(yīng)當(dāng)在考慮初始MFD失配和HRED光纖纖芯內(nèi)擴散速度的基礎(chǔ)上通過實驗確定。例如，在情形1和情形2中，采用40μm的偏移距離來實現(xiàn)這種特定光纖組合的最低接合損耗。對于情形3，采用20μm這個不同的偏移距離來獲得最低的接合損耗，而對于情形4，采用40μm的偏移距離。
用于理解本發(fā)明的另一個過程是直接電弧重定中心(direct arcrecentering)過程。當(dāng)向電極施加高電壓時，電極之間勢能和動能的巨大差別會引起沉積在電極上松散結(jié)合(loose-banded)的粒子和/或?qū)赢a(chǎn)生噴射(ejection)。另一方面，在電弧放電的有效區(qū)域內(nèi)，超過1800℃的高熔融溫度會蒸發(fā)掉一些材料，這些材料主要來自于光纖的二氧化硅顆粒。當(dāng)電弧放電切斷時，這些材料就凝結(jié)并沉積在電極上。這種電極上顆粒沉積的動態(tài)變化最終導(dǎo)致“電弧移動”。電弧移動改變了一次電弧放電到下一次電弧放電時的電弧中心位置。在各種熔融過程中，經(jīng)常出現(xiàn)長達10-30μm的電弧移動距離。
電弧放電的縱向剖面可以用高斯分布表示。由于高斯分布的剖面在其中心附近相當(dāng)平，因此相對小的電弧移動(例如，在相對于電極+/-20μm的范圍內(nèi))通常引起熔融溫度很小的變化，典型地＜15％。對于標準的熔融過程，接合點定位在電極中心處。從而，由于熔融溫度很小的變化，接合損耗不會受到相對較小電弧移動距離的強烈影響。然而，對于偏移接合，該過程高度敏感于電弧移動，尤其在接合HRED光纖時。這是因為在偏移接合的情形中，接合點定位在遠離電極中心的位置處。實際上，接合點設(shè)在高斯分布的陡斜率范圍內(nèi)。因而，20-30μm的電弧移動距離很容易導(dǎo)致熔融溫度30-50％的改變，而這經(jīng)常能夠引起接合損耗一個數(shù)量級的變化。因此，為了在一系列的接合中保持最佳的熔融溫度，就必須精確確定電弧中心的位置，以便將電弧中心與接合點之間的相對距離設(shè)定為相同的值。為了達到這一目標，本發(fā)明采用“直接電弧重定中心”過程。
當(dāng)電弧開啟時，熔融區(qū)內(nèi)殘留空氣中的等離子被激發(fā)，產(chǎn)生高溫。在該高溫下，光纖內(nèi)的固態(tài)等離子也被激發(fā)。作為等離子激發(fā)的結(jié)果，不僅殘留空氣而且光纖都由于熱輻射而發(fā)出光。該光可以被接合器成像系統(tǒng)內(nèi)包含的電荷耦合器件(CCD)照相機觀察到。由于從殘留空氣和光纖發(fā)出的光的強度分布與電弧放電的強度分布直接相關(guān)，因此有關(guān)電弧空間移動的信息可以通過仔細分析發(fā)射光的強度分布導(dǎo)出。
在本申請人的試驗中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，殘留空氣的等離子激發(fā)與光纖纖芯內(nèi)固態(tài)等離子激發(fā)之間通常的時間延遲在0.3秒左右，而對光纖進行有效電學(xué)清潔所需的通常時間為0.2秒。因此，可以利用預(yù)熔融過程來檢測電弧分布，而不會引起HRED光纖內(nèi)摻雜物的擴散。
圖3是在預(yù)熔融過程期間拍攝到的兩種光纖31和32的暖圖像的復(fù)制圖。來自殘留空氣的光的強度分布由位于光纖之上的矩形區(qū)域33和位于光纖之下的矩形區(qū)域34提取出。其強度分布在縱向和橫向上是高斯分布。為了精確地確定出電弧中心的位置，可以利用稱作光強度分布“重心”的方法。若假定上部矩形區(qū)域可以用坐標{(x1，y1)，(x2，y1)，(x2，y2)，(x1，y2)}確定，則對于上部矩形區(qū)域，電弧分布的中心位置Xarc，up35可以由下式計算出來Xarc,up=∫y1y2∫x1x2xLup(x,y)dxdy∫y1y2∫x1x2Lup(x,y)dxdy---(1)]]>Lup(x，y)＝max[Lmin，L(x，y)-LBG](2)其中，L(x，y)是坐標(x，y)處的光強度；LBG是背景光的平均強度，其取決于成像系統(tǒng)的設(shè)置；Lmin是能夠避免等式(1)中定義的積分發(fā)散的光強度的預(yù)定最小值。Lmin的值設(shè)定為正值，可以通過試驗或者通過有根據(jù)的推測獲得。
因而，對于上側(cè)區(qū)域處的預(yù)熔融，電弧移動Δ(up，0)的初始距離可以由下式計算出Δ(up，0)＝Xarc，up-Xcenter(3)其中，Xcenter是電極的位置，由接合器的機械設(shè)計確定。若對于下部矩形區(qū)域，定義一個類似的函數(shù)Ldown(X，Y)＝max[Lmin，L(X，Y)-LBG]，則可以采用上述對上部矩形區(qū)域相同的步驟來計算下部矩形區(qū)域內(nèi)電弧分布36的中心位置，電弧移動Δ(down，0)＝Xarc，down-Xcenter。因此，可以由下式估算出預(yù)熔融過程中初始的電弧移動距離Δ(arc-walk，0)Δ(arc-walk，0)＝1/2[Δ(up，0)+Δ(down，0)].(4)可以假定，在偏移接合過程中所用的偏移距離由Δ(offset)來定義，參考零位置由電極的位置(即Xcenter＝0)來定義。因此，用于定義主熔融過程中接合點的、位于兩種光纖對接部之間的中心位置Xsplice可以設(shè)定為Xspliec＝Δ(arc-walk，0)+Δ(offset). (5)對于正常的接合過程，偏移距離通常設(shè)定為0(即，設(shè)定Δ(offset)＝0)。因此，在主熔融過程之前，將接合點重新定位，并與從預(yù)熔融過程導(dǎo)出的預(yù)測電弧中心對準(即，設(shè)定Xsplice＝Δ(arc-walk，0))。這個過程就是所謂的“直接電弧重定中心”過程。
盡管直接電弧重定中心過程在試驗上已經(jīng)證實對于消除電弧移動的影響以及對于保持光纖對接部處最佳的熔融溫度都是非常有效的，但是直接電弧重定中心單獨上并不能處理電極情況的很大變化。在主熔融過程期間很大且隨機的電弧移動表明電極已經(jīng)出現(xiàn)顯著的磨損。因此，不僅需要探測預(yù)熔融過程中的電弧移動，而且還需要監(jiān)控主熔融過程期間的電弧移動，優(yōu)選是實時地。
圖4是在主熔融過程期間拍攝到的兩種光纖的暖圖像的復(fù)制圖。與圖3的預(yù)熔融過程相比，在圖4中空氣放電發(fā)出光的強度被顯著地抑制。這種變化是通過調(diào)節(jié)CCD照相機的設(shè)置有意進行的，用于一些專門的應(yīng)用，例如提取有關(guān)纖芯的信息來估算損耗。在這種情形中，用于提取電弧移動信息的上部矩形區(qū)域41和下部矩形區(qū)域42被限定在光纖43的內(nèi)部而不是如圖3所示那樣在光纖的外部。
為了在主熔融過程期間實時地監(jiān)控電弧移動，以例如100ms的循環(huán)時間周期地拍攝暖圖像。這些圖像用參看圖3說明的相同方法進行分析。假設(shè)作為時間函數(shù)的電弧移動變化可以用Δ(arc-walk，i)；i＝1，2...n表示，則電極狀態(tài)的較大改變可以通過參考初始測量電弧移動引入電弧移動的預(yù)定閾值δth(例如δth＝30μm)來定義。也即δl＝|Δ(arc-walk，i)-Δ(arc-walk，0)|≥δth(6)其中，δ1是電弧移動距離的相對變化量。在控制過程中，若滿足等式6表示的條件，則給出報警信號，從而終止主熔融過程。另外，調(diào)用稱作“電弧校驗過程”的處理，補償這些變化并恢復(fù)最優(yōu)的熔融溫度。
已經(jīng)知道，接合器內(nèi)的熔融溫度會由于工作環(huán)境的顯著變化(例如，高度(A)，外部溫度(T)，濕度(H)等的變化)而改變。即使在規(guī)定好的工作環(huán)境中，熔融溫度仍舊可能因為電極狀態(tài)的變化(例如，電極的磨損以及/或者沉積在電極上的二氧化硅層的動態(tài)變化)而發(fā)生改變。另外，即使對于相同設(shè)置的熔融參數(shù)如熔融電流和熔融時間，接合器制作過程中有限的容差也可能引起相同類型的接合器不同的熔融溫度。作為在特定的接合器和/或在相同類型的幾個接合器內(nèi)熔融溫度改變的結(jié)果，就會得到例如由接合損耗、接合強度以及損耗估算所確定的不一致的接合效果。
本發(fā)明利用電弧校驗過程連同偏移接合過程來克服熔融溫度改變的問題并恢復(fù)各種熔融過程中最佳的熔融溫度。這也使本發(fā)明能夠穩(wěn)定地獲得低接合損耗。電弧校驗過程是在向電極供給熔融電流以產(chǎn)生用于加熱接合光纖的電弧的光纖接合設(shè)備內(nèi)，用來校準熔融溫度的方法。熔融電流根據(jù)實施校準時外部的溫度、濕度以及高度進行補償。當(dāng)用電弧加熱光纖時，熔融區(qū)中心的溫度超過2000℃。在這樣的高溫下，熔融區(qū)內(nèi)的光纖被液化。由于液體的粘度隨溫度的增加而減小，因此在熔融區(qū)內(nèi)生成粘度分布的溫度依賴，從而在包層附近以及/或者在光纖內(nèi)部形成切向力。結(jié)果，在延長的熔融時間期間，位于電弧中心處的包層的直徑減小。基于對定位在電弧中心處的暖光纖的包層直徑的減小的實時檢測，確定熔融溫度。確定的熔融溫度被用來計算替換各種接合過程中期望熔融電流值所需的新電流。
為了保持最佳的熔融溫度，除等式(6)給出的準則即δi≥δth外，在偏移接合過程中還采用另外的準則來調(diào)用電弧校驗過程。它們是ΔT＝|Tj+1-Tj|≥Tth；Tj+1and Tj∈{Tmin，Tmax}(7)ΔH＝|Hj+1-Hj|≥Hth；Hj+1and Hj∈{Hmin，Hmax}(8)ΔA＝|Aj+1-Aj|≥Ath；Aj+1and Aj∈{Amin，Amax} (9)j＝0，1，2，....m其中ΔT，ΔH和ΔA分別是外部溫度，濕度和高度的顯著變化量。這些變化量是通過比較當(dāng)前接合的測量值與前次接合的測量值得出的。這些測量值可以用接合器中內(nèi)置的傳感器獲得。Tth，Hth和Ath分別是溫度，濕度和高度的閾值，典型的值為10℃，20％RH和200米。Tmin，Tmax，Hmin，Hmax，Amin和Amax定義接合器的工作范圍。接合器的序號用j表示。
在考慮由于高度的補償時，例如，基于在接合器中內(nèi)置高度計的輔助下測得的高度，采用下式(10)來調(diào)節(jié)熔融電流Ij*=h1Ij+(h2H+h3Ij+h4)2+h5---(10)]]>其中H是高度，Ij(j＝1，2...)是補償前的熔融電流，I*j(j＝1，2...)是校準過程中所用的補償電流，hk(k＝1，2...5)是擬合參數(shù)。在設(shè)定完電弧中心的初始位置之后，相對于電弧中心重新定位光纖末端。然后，用主熔融電流開啟電弧，加熱兩種光纖的對接點，并將它們連接在一起，形成接合。測量暖光纖的初始包層直徑，并用靶電流(Ic，1)替代主熔融電流。
然后，估算總的加熱時間(tc，1)，開始校準過程。用下列的指數(shù)衰減函數(shù)估算加熱時間t＝c1e-c2I (11)
其中c1和c2是擬合常數(shù)。借助于等式(11)，校準由工作環(huán)境、電極狀態(tài)以及機械容差的變化引起的熔融溫度的改變。用靶電流(Ic，1)連續(xù)加熱對接點，并測量暖光纖包層直徑的減小，直到其直徑達到預(yù)定閾值為止。隨后，停止電弧，計算出校準過程所用的總?cè)廴跁r間(t2)。然后，用等式(11)導(dǎo)出相應(yīng)的電流(Ic，2)。
然后，計算出補償所需的熔融電流量(ΔIc＝Ic，1-Ic，2)以及校正因子δi，該校正因子用來補償在校準過程中用的靶電流與在各種接合過程中用的電流之間的電流差。校正因子可以用下式計算出δi＝1-0.5(Ic，1-Ii)/Ic，1(12)接著，用下式計算出用于替換在各種接合過程中期望的熔融電流值所需的新電流INEW,i=Ij*+δiΔIc.---(13)]]>有關(guān)校準熔融溫度的電弧校驗過程的其它說明可以參見本申請人共同擁有的國際PCT申請公開WO03/096088。
圖5是示出依照本發(fā)明教導(dǎo)的偏移接合過程的各個步驟的流程圖。這個過程開始于步驟51，在步驟52，確定(1)外部溫度的變化(ΔT)是否大于或者等于溫度的閾值(Tth)，和/或(2)外部濕度的變化(ΔH)是否大于或者等于濕度的閾值(Hth)，以及/或者(3)外部高度的變化(ΔA)是否大于或者等于高度的閾值(Ath)。如果這些條件中的任一個得以滿足，則過程移動到步驟53，在步驟53，給出警報，并停止主熔融過程，而且調(diào)用電弧校驗過程。然而，如果這些條件在步驟52處都沒有得到滿足，則過程移動到步驟54，在步驟54，對光纖端面拍攝冷圖像，并計算端面之間的距離。
在步驟55，以規(guī)定的間隙定位光纖的端面，并將間隙的中心與電極對準。在步驟56，開始預(yù)熔融過程，并探測初始電弧移動距離Δ(arc-walk，0)。在步驟57，得到偏移距離的值Δ(offset)，用Xsplice重新定位光纖的端面，并開始主熔融過程。在步驟58，對光纖的端面拍攝暖圖像，計算出電弧移動距離Δ(arc-walk，i)。
在步驟59，確定電弧移動距離的相對變化量(δt)是否大于或者等于電弧移動的預(yù)定閾值(δth)。如果是，該過程移動的步驟53，在步驟53處給出警報，并停止主熔融過程，而且調(diào)用電弧校驗過程。然而，如果電弧移動距離的相對變化量(δt)小于電弧移動的預(yù)定閾值(δth)，則該過程移動到步驟60，在步驟60處確定主熔融過程是否完成。如果沒有，則該過程返回到步驟58，并重復(fù)步驟58-60，直到主熔融過程完成為止。此時，該過程結(jié)束在步驟61。
如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會認識的，本申請描述的創(chuàng)新概念可以在更寬的應(yīng)用范圍內(nèi)進行改進和改變。因此，本專利主題的范圍不應(yīng)當(dāng)限于上述任何的具體示例性教導(dǎo)，而應(yīng)當(dāng)由所附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種接合相異光纖的方法，包括鄰近于第二相異光纖的端面縱向定位第一光纖的端面，以在兩個端面之間形成間隙，其中所述端面定位在接合器內(nèi)，使得所述間隙的中心與接合器電極對準；用接合器電極產(chǎn)生的低功率電弧從兩端面清潔掉微粉塵顆粒；在清潔步驟期間俘獲所述兩個端面以及所述間隙的暖圖像；通過分析在所述暖圖像內(nèi)俘獲的熱光發(fā)射，確定預(yù)熔融電弧中心位置；基于光傳播的方向以及所述相異光纖之間模場直徑(MFD)失配的程度來確定距所述預(yù)熔融電弧中心位置的偏移距離；對接所述兩個端面；通過相對于所述預(yù)熔融電弧中心位置的偏移距離，縱向地重新定位所述兩個對接的端面；用接合器電極產(chǎn)生的高功率電弧不對稱地加熱所述重新定位的對接端面，由此熔接所述兩個相異光纖。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一光纖是高稀土摻雜(HRED)光纖，所述第二光纖是具有與所述HRED光纖的很大模場直徑(MFD)失配的非稀土摻雜(NRED)光纖。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，光傳播的方向是從HRED光纖到NRED光纖，而且用所述偏移距離縱向重新定位所述兩個對接端面的步驟包括在HRED光纖的方向縱向重新定位所述兩個對接端面，以便在進行所述不對稱加熱步驟時在所述HRED光纖內(nèi)產(chǎn)生較低的熔融溫度。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，光傳播的方向是從NRED光纖到HRED光纖，而且用所述偏移距離縱向重新定位所述兩個對接端面的步驟包括在NRED光纖的方向縱向重新定位所述兩個對接端面，以便在進行所述不對稱加熱步驟時在所述NRED光纖內(nèi)產(chǎn)生較低的熔融溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，進行多次接合，而且在所述多次接合中，對于每次接合都重復(fù)所述方法，以便對于每次接合都計算新的偏移距離。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，還包括在所述不對稱加熱步驟期間俘獲所述兩個對接端面的暖圖像；和通過分析所述暖圖像內(nèi)俘獲的熱光發(fā)射確定主熔融電弧中心位置。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，在所述不對稱加熱步驟期間俘獲所述兩個對接端面的暖圖像的步驟包括在所述不對稱加熱步驟期間，通過周期地俘獲暖圖像來俘獲多個暖圖像。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述周期地俘獲暖圖像的步驟包括在所述不對稱加熱步驟期間大約每隔100ms俘獲一次暖圖像。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，還包括對于在所述不對稱加熱步驟期間俘獲的多個暖圖像的每一個，確定主熔融電弧中心位置；對于所述確定的主熔融電弧中心位置的每一個，確定所述主熔融電弧中心位置與所述預(yù)熔融電弧中心位置之間的差；用一個差閾比較所述每個確定的電弧中心差；以及若確定的電弧中心差超過所述差閾，則停止所述不對稱加熱步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括調(diào)用電弧校驗過程來補償熔融溫度很大的改變。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述通過分析暖圖像內(nèi)俘獲的熱光發(fā)射確定主熔融電弧中心位置的步驟包括在所述光纖的上部內(nèi)定義上部矩形區(qū)域，所述上部矩形區(qū)域橫跨所述接合并在每個所述光纖的一部分之上縱向延伸，所述上部矩形區(qū)域由坐標{(x1，y1)，(x2，y1)，(x2，y2)，(x1，y2)}來定義；利用所述暖圖像分析所述上部矩形區(qū)域內(nèi)的光強度分布，所述分析步驟包括利用下式計算出上部電弧中心位置Xarc，upXarc,up=∫y1y2∫x1x2xLup(x,y)dxdy∫y1y2∫x1x2Lup(x,y)dxdy---(1)]]>和Lup(x，y)＝max[Lmin，L(x，y)-LBG] (2)其中，L(x，y)是坐標(x，y)處的光強度；LBG是背景光的平均強度，其取決于成像系統(tǒng)的設(shè)置；Lmin是能夠避免等式(1)中定義的積分發(fā)散的光強度的預(yù)定最小值；以及對于所述光纖下部內(nèi)的下部矩形區(qū)域，重復(fù)所述定義和分析步驟，所述下部矩形區(qū)域橫跨所述接合并在所述每個光纖的一部分之上縱向延伸，由此計算出下部電弧中心位置Xarc，down。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括利用下式確定所述上部矩形區(qū)域內(nèi)的電弧移動距離Δ(up，0)Δ(up，0)＝Xarc，up-Xcenter其中，Xcenter是與所述電極對準的位置；利用下式確定所述下部矩形區(qū)域內(nèi)的電弧移動距離Δ(down，0)Δ(down，0)＝Xarc，down-Xcenter以及利用下式計算出初始平均電弧移動距離Δ(acr-walk，0)Δ(arc-walk，0)＝1/2[Δ(up，0)+Δ(down，0)]。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述通過分析暖圖像內(nèi)俘獲的熱光發(fā)射確定預(yù)熔融電弧中心位置的步驟包括在所述光纖和所述間隙之上定義上部矩形區(qū)域，所述上部矩形區(qū)域橫跨所述間隙并在每個所述光纖的一部分之上縱向延伸，所述上部矩形區(qū)域由坐標{(x1，y1)，(x2，y1)，(x2，y2)，(x1，y2)}定義；利用所述暖圖像分析所述上部矩形區(qū)域內(nèi)的光強度分布，所述分析步驟包括利用下式計算出上部電弧中心位置Xarc，upXarc,up=∫y1y2∫x1x2xLup(x,y)dxdy∫y1y2∫x1x2Lup(x,y)dxdy---(1)]]>和Lup(x，y)＝max[Lmin，L(x，y)-LBG] (2)其中，L(x，y)是坐標(x，y)處的光強度；LBG是背景光的平均強度，其取決于成像系統(tǒng)的設(shè)置；Lmin是能夠避免等式(1)中定義的積分發(fā)散的光強度的預(yù)定最小值；以及對于位于所述光纖和所述間隙之下的下部矩形區(qū)域，重復(fù)所述定義和分析步驟，所述下部矩形區(qū)域橫跨所述間隙并在所述每個光纖的所述部分之下縱向延伸，由此計算出下部電弧中心位置Xarc，down。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，還包括利用下式確定所述上部矩形區(qū)域內(nèi)的電弧移動距離Δ(up，0)Δ(up，0)＝Xarc，up-Xcenter其中，Xcenter是與所述電極對準的位置；利用下式確定所述下部矩形區(qū)域內(nèi)的電弧移動距離Δ(down，0)Δ(down，0)＝Xarc，down-Xcenter以及利用下式計算出初始平均電弧移動距離Δ(acr-walk，0)Δ(arc-walk，0)＝1/2[Δ(up，0)+Δ(down，0)]。
15.一種接合相異光纖的方法，包括在預(yù)熔融過程期間，通過分析在低功率電弧的暖圖像內(nèi)俘獲的熱光發(fā)射確定電弧中心位置，所述低功率電弧被用來從第一光纖的端面和第二相異光纖的端面清潔掉微粉塵顆粒，其中所述兩個端面彼此鄰近地縱向定位；確定距所述電弧中心位置的縱向偏移距離；對接所述兩個端面；在距電弧中心位置的所述偏移距離處縱向定位所述兩個對接端面；以及用中心在所述電弧中心位置的高功率電弧不對稱地加熱所述重新定位的對接端面，由此熔接所述兩種相異光纖。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，確定距所述電弧中心位置的縱向偏移距離的步驟包括基于光傳播的方向和所述相異光纖之間模場直徑(MFD)失配的程度確定縱向偏移距離。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述第一光纖是高稀土摻雜(HRED)光纖，所述第二光纖是具有與所述HRED光纖的很大模場直徑(MFD)失配的非稀土摻雜(NRED)光纖。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，光傳播的方向是從HRED光纖到NRED光纖，而且在所述偏移距離處縱向定位所述兩個對接端面的步驟包括在HRED光纖的方向縱向重新定位所述兩個對接端面，以便在進行所述不對稱加熱步驟時在所述HRED光纖內(nèi)產(chǎn)生較低的熔融溫度。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括實時地監(jiān)控熔融溫度的改變；和調(diào)用電弧校驗過程來調(diào)節(jié)所述高功率電弧，以補償探測到的熔融溫度的改變。
20.一種接合相異光纖的設(shè)備，包括用于在接合器內(nèi)將第一光纖的端面與第二相異光纖的端面彼此鄰近地縱向定位的裝置；用于向所述鄰近的端面施加低功率電弧以從兩個光纖端面清潔掉微粉塵顆粒的裝置；照相機，用于在所述清潔微粉塵顆粒期間俘獲從低功率電弧和光纖發(fā)出的熱光發(fā)射的暖圖像；用于通過分析在所述暖圖像內(nèi)俘獲的熱光發(fā)射確定預(yù)熔融電弧中心位置的裝置；用于確定距所述預(yù)熔融電弧中心位置的縱向偏移距離的裝置；用于對接所述兩個端面并將所述兩個對接端面縱向定位在距所述預(yù)熔融電弧中心位置的偏移距離處的裝置；用于用中心在所述電弧中心位置處的高功率電弧不對稱地加熱所述重新定位的對接端面、并由此熔接所述兩個相異光纖的裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述照相機還適合于在所述不對稱加熱步驟期間俘獲所述兩個對接端面的暖圖像，所述用于確定預(yù)熔融電弧中心位置的裝置還適合于通過分析在所述不對稱加熱期間俘獲的熱光發(fā)射確定主熔融電弧中心位置。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述照相機適合于在所述不對稱加熱步驟期間通過周期地俘獲暖圖像來俘獲多個暖圖像。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中，所述照相機適合于在所述不對稱加熱步驟期間每大約100ms一次俘獲暖圖像。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，還包括用于為在所述不對稱加熱步驟期間俘獲的所述多個暖圖像中的每一個確定主熔融電弧中心位置的裝置；用于為所述確定的每個主熔融電弧中心位置確定主熔融電弧中心位置與預(yù)熔融電弧中心位置之間差的裝置；用于將所述確定的每個電弧中心差與一個差閾比較的裝置；用于在確定的電弧中心差超過所述差閾時停止所述不對稱加熱步驟的裝置；用于調(diào)用電弧校驗過程以補償熔融溫度的很大改變的裝置。
25.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，還包括用于實時地監(jiān)控主熔融溫度改變的裝置；和用于調(diào)節(jié)所述高功率電弧以補償探測到的主熔融溫度的改變的裝置。
26.一種確定在接合器的上電極與下電極之間形成的電弧的電弧中心位置的方法，所述接合器被用來接合光纖，所述方法包括鄰近于第二光纖的端面縱向定位第一光纖的端面，以在兩個端面之間形成間隙，其中所述端面定位在接合器內(nèi)，使得所述間隙的中心與接合器電極對準；用接合器電極產(chǎn)生的低功率電弧從兩端面清潔掉微粉塵顆粒；在清潔步驟期間利用成像系統(tǒng)俘獲所述間隙、所述兩個光纖的端部、以及所述間隙和所述端部之上和之下區(qū)域的暖圖像；定義所述光纖和所述間隙之上的上部矩形區(qū)域，所述上部矩形區(qū)域橫跨所述間隙并在每個所述光纖的一部分之上縱向延伸，所述上部矩形區(qū)域由坐標{(x1，y1)，(x2，y1)，(x2，y2)，(x1，y2)}定義；利用所述暖圖像分析所述上部矩形區(qū)域內(nèi)的光強度分布，所述分析步驟包括利用下式計算出上部電弧中心位置Xarc，upXarc,up=∫y1y2∫x1x2xLup(x,y)dxdy∫y1y2∫x1x2Lup(x,y)dxdy---(1)]]>和Lup(x，y)＝max[Lmin，L(x，y)-LBG](2)其中，L(x，y)是坐標(x，y)處的光強度；LBG是背景光的平均強度，其取決于成像系統(tǒng)的設(shè)置；Lmin是能夠避免等式(1)中定義的積分發(fā)散的光強度的預(yù)定最小值；以及對于位于所述光纖和所述間隙之下的下部矩形區(qū)域，重復(fù)所述定義和分析步驟，所述下部矩形區(qū)域橫跨所述間隙并在所述每個光纖的所述部分之下縱向延伸，由此計算出下部電弧中心位置Xarc，down。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括利用下式確定所述上部矩形區(qū)域內(nèi)的電弧移動距離Δ(up，0)Δ(up，0)＝Xarc，up-Xcenter其中，Xcenter是與所述電極對準的位置；利用下式確定所述下部矩形區(qū)域內(nèi)的電弧移動距離Δ(down，0)Δ(down，0)＝Xarc，down-Xcenter以及利用下式計算出初始平均電弧移動距離Δ(acr-walk，0)Δ(arc-walk，0)＝1/2[Δ(up，0)+Δ(down，0)]。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在連接高稀土摻雜(HRED)光纖與具有很大模場直徑(MFD)失配的相異光纖時用于獲得低接合損耗的方法和設(shè)備。在預(yù)熔融過程期間拍攝暖圖像以俘獲熱光發(fā)射并確定電弧中心位置。對接兩種光纖的端面，并基于光傳播的方向和MFD失配，從電弧中心縱向偏移光纖的端面。然后，在主熔融過程期間用不同的熔融溫度不對稱地加熱光纖。從而用規(guī)定好的熔融電流和熔融時間獲得MFD匹配。為了在一系列的接合中保持相同的偏移距離，用直接電弧重定中心過程確定主熔融的電弧中心位置。實時地監(jiān)控由電極狀態(tài)和工作環(huán)境的變化引起的熔融溫度的改變，并調(diào)用電弧校驗過程補償熔融溫度的很大改變。
文檔編號G02B6/255GK1853124SQ200480026815
公開日2006年10月25日 申請日期2004年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月18日
發(fā)明者黃衛(wèi)平 申請人:艾利森電話股份有限公司