专利名称：搓扭角度可调的光纤搓扭设备及光纤搓扭方法当光纤的结构尺寸使光纤的归一化频率满足条件V < 2.405时，光纤中将只传输基模HE11,而基模HE11包含两个相互正交的本征模HEllx和HElly,两个本征模HEllx和HElly在光纤中沿光纤轴的z方向传播，这时，光纤的传输特性取决于光纤本身是否存在着双折射现象。当单模光纤为理想情况，即其横截面无畸变，为完整的真正圆，并且纤芯内也无内应力，光纤本身是直的，其折射率沿光纤轴也是均匀的。这时，两个本征偏振模HElIx和HElly在光纤中传输就象在各向同性介质中传输时一样，其振幅和传播常数都一样，并且在传输过程中不变，此时光纤中没有偏振模色散产生。实际的单模光纤并非是理想的。例如，由于技术上或工艺上的原因，在拉制过程中使光纤纤芯发生几何畸变，呈现椭圆；光纤由于挤压、弯曲或扭转，使纤芯受到非对称的横向应力作用以及外部电场、磁场和温度的影响。所有这些因素，都会使光纤芯部的折射率在光纤横截面上发生各向异性的分布，而且在光纤的轴向方向发生不均匀分布。由于上述诸多因素的影响，其中两个相互正交的偏振模HEllx和HElly，在传输过程中不再简并，而是出现了传播常数差，即0y。这时，光纤中不仅出现双折射现象，而且光纤中的偏振态也极不稳定，随着传输距离的增长，其偏振面将要发生旋转。由于两个本征偏振模HEllx和HElly受单模光纤双折射的影响,在传输过程中产生了传播常数差Λβ和功率交换，前者叫做失谐或自耦合，后者叫做能量交换或互耦合。双折射现象可以由失谐或模间耦合单独或联合产生。某些微扰，例如光纤大半径均匀弯曲，仅引起HEllx和HElly自耦合而不产生互耦合，即仅存在失谐，这种情况下的双折折射称为线双折射。某些不破坏光纤结构对 称性的微扰，例如不影响光纤圆结构，仅产生应力光弹性效应的纯扭转光纤，将引起HEllx和HElly的互耦合，但不产生自耦合，即无失谐，Λ β =0，这称为圆双折射，它使入射线偏振模变成左、右旋圆偏振模。光纤几何形状微变的双折射多半属于线双折射，而光纤应力弹光效应弓I起的双折射多半是圆双折射。如果圆双折射的旋光方向与线双折射的偏振面旋转方向相反，则两种双折射有互相补偿作用，因此光纤扭转有对光纤椭圆变形双折射互补的效果。双折射使单模光纤实质上变成了“双模”光纤，HEllx和HElly之间的Δ β引起模间色散,从而形成PMD(Polarization Mode Dispersion,偏振模色散)。ITU-T(International Telecommunication Union TelecommunicationStandardization Sector,国际电信联盟电信标准化部门)将偏振模色散系数PMD区分为两种情况:(I)短光纤(弱模稱合):PMD=ps/L, pm/L或pr/L,单位为ps/km, L为光纤长度；(2)长光纤(强模稱合):？1^0=/ /在，卿/^或;《./^/^，单位为声/^/&。强模稱合在安装的光缆中典型的长度为2km以上能观测到。大多数情况下，偏振模色散系数PMD应当用强模耦合式来计算。由于单模光纤偏振模色散PMD的随机统计特性，单模光纤偏振模色散PMD的瞬时值有可能达到平均值的3倍。因此，为保证信号功率损失在IdB以下，偏振模色散PMD的平均值必须小于系统比特率的I比特周期的1/10。在强模耦合的情况下，PMD与光纤长度的平方根成正比，在一定的高传输速率下，PMD是限制系统传输距离的主要限制因素之一。为了减小光纤的偏振，稳定光纤中光的偏振状态，可以从两方面着手:(I)提高做棒工艺，改善光纤对称性，减小光纤本征双折射；(2)利用搓扭技术，拉制旋转光纤。光纤的搓扭技术又分为两种情况:(1)在高温炉内拉制时旋转光棒，使光纤形成周期旋转的结构；(2)在高温炉内拉制时，旋转处于熔融状态的光纤。旋转光棒是比较复杂的一项工艺，在高速拉丝时高速旋转一根笨重且通常不太平衡的光棒是一个风险较大的工程难题。例如，10m/s的拉丝速度，需要光棒以2400rpm的速度旋转，来取得4圈/米的扭转，所以控制光纤PMD的做法一般是利用搓扭设·备旋转已完成涂覆和固化的光纤:在光纤收线前安装一个PMD扰模装置，通过正反方向搓动光纤，使在软化温度以上位置处的光纤发生正反方向的周期性扭转，从而使光纤在冷却后单位长度内保持一定的扭转圈数，降低光纤的双折射或增加模式耦合。目前高速发展的光纤通信系统对单模光纤的偏振模色散PMD的质量要求较高，尤其是高速发展的超长距离、超大容量、超高速率(例如100Gb/S)的光纤通信系统，往往要求控制光纤的PMD在0.lps/km1/2以下，有的甚至要求控制光纤的PMD在0.05ps/km1/2以下。目前常见的光纤搓动方式有恒定速度搓动光纤和正弦方式搓动光纤，可以获得的光纤搓扭圈数在50圈/米以下，这两种搓扭方式均无法实现光纤正反两个方向的均匀对称搓扭，拉制的光纤的PMD无法稳定控制在0.2ps/km1/2以下。
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种搓扭角度可调的光纤搓扭设备及光纤搓扭方法，能够实现任意角度的搓扭及对光纤的不同搓扭圈数，快速切换搓扭方向，有效降低受搓光纤的偏振模色散，拉制的光纤的PMD稳定控制在0.2ps/km1/2以下。本发明提供的搓扭角度可调的光纤搓扭设备，包括第一搓扭轮、第二搓扭轮、第一传动机构、第二传动机构、第一旋转电机、第二旋转电机、导线、智能控制器，其特征在于:所述第一搓扭轮通过第一传动机构与第一旋转电机相连，第二搓扭轮通过第二传动机构与第二旋转电机相连，第一旋转电机、第二旋转电机均通过导线与智能控制器相连，第一传动机构、第二传动机构对称分布，第一旋转电机、第二旋转电机的旋转方向相反，智能控制器设定第一旋转电机、第二旋转电机的旋转频率和旋转幅度及第一旋转电机与第二旋转电机切换的速度，第一旋转电机通过第一传动机构带动第一搓扭轮转动，第二旋转电机通过第二传动机构带动第二搓扭轮向相反的方向转动；在智能控制器的控制下，第一旋转电机与第二旋转电机不断切换运转，第一搓扭轮与第二搓扭轮沿相反方向转动，第一搓扭轮和第二搓扭轮的中心线成一定夹角，夹在第一搓扭轮和第二搓扭轮之间的光纤在第一搓扭轮、第二搓扭轮的反向转动下被搓动。在上述技术方案的基础上，所述第一传动机构包括第一皮带、第二皮带、第一旋转轮、第一活动杆、第一滑动平台、第一扭臂轮、第一扭臂杆、第一托架和第一支撑杆，第一旋转电机通过第一皮带与第一旋转轮相连，第二旋转电机通过第二皮带与第一旋转轮相连，第一旋转轮与第一活动杆的底部相连，第一活动杆的顶部设置有水平布置的第一滑动平台；第一扭臂杆的一端装有第一扭臂轮，第一扭臂轮通过弹簧与第一活动杆相连，使第一扭臂轮在第一滑动平台上向前或向后运动；第一扭臂杆的另一端与第一支撑杆的一端相连，第一支撑杆的另一端固定有第一搓扭轮，第一支撑杆放置在第一托架上，第一支撑杆经第一托架托住向前或向后运动，带动第一搓扭轮向前或向后运动，夹紧或松开光纤。在上述技术方案的基础上，所述第二传动机构包括第三皮带、第四皮带、第二旋转轮、第二活动杆、第二滑动平台、第二扭臂轮、第二扭臂杆、第二托架和第二支撑杆，第一旋转电机通过第三皮带与第二旋转轮相连，第二旋转电机通过第四皮带与第二旋转轮相连，第二旋转轮与第二活动杆的底部相连，第二活动杆的顶部设置有水平布置的第二滑动平台，第二扭臂杆的一端装有第二扭臂轮，第二扭臂轮通过弹簧与第二活动杆相连，使第二扭臂轮在第二滑动平台上向前或向后运动；第二扭臂杆的另一端与第二支撑杆的一端相连，第二支撑杆的另一端固定有第二搓扭轮，第二支撑杆放置在第二托架上，第二支撑杆与第一支撑杆相向布置，第二支撑杆经第二托架托住在第二托架上向前或向后运动，带动第二搓扭轮向前或向后运动，夹紧或松开光纤。在上述技术方案的基础上，所述第一搓扭轮的中心线与第二搓扭轮的中心线形成的夹角为O 180度。在上述技术方案的基础上，所述第一搓扭轮的中心线与第二搓扭轮的中心线形成的夹角为40 120度。在上述技术方案的基础上，所述第一搓扭轮的中心线与第二搓扭轮的中心线形成的夹角为2(Γ60度。 本发明还提供一种基于上述光纤搓扭设备的光纤搓扭方法，包括以下步骤:S1、第一旋转电机启动后沿顺时针方向旋转时,第一旋转电机通过第一皮带带动第一旋转轮沿顺时针方向旋转，第一旋转轮带动第一活动杆向上运动，第一活动杆推动第一扭臂轮向上运动，第一扭臂轮通过第一扭臂杆带动第一支撑杆在第一托架上运动，第一支撑杆带动第一搓扭轮沿顺时针方向转动；第一旋转电机通过第三皮带带动第二旋转轮沿顺时针方向旋转，第二旋转轮带动第二活动杆向上运动，第二活动杆推动第二扭臂轮向上运动，第二扭臂轮通过第二扭臂杆带动第二支撑杆在第二托架上运动，第二支撑杆带动第二搓扭轮沿逆时针方向转动；在第一搓扭轮沿顺时针方向转动、第二搓扭轮沿逆时针方向转动、且第一搓扭轮和第二搓扭轮的中心线成一定夹角的情况下，夹在第一搓扭轮和第二搓扭轮之间的光纤受到第一搓扭轮和第二搓扭轮转动后形成的扭力作用，沿逆时针方向旋转一段时间；S2、停止第一旋转电机，启动第二旋转电机，第二旋转电机启动后沿逆时针方向旋转时，第二旋转电机通过第二皮带带动第一旋转轮沿逆时针方向旋转，第一旋转轮带动第一活动杆向下运动，第一活动杆推动第一扭臂轮向下运动，第一扭臂轮通过第一扭臂杆带动第一支撑杆在第一托架上运动，第一支撑杆带动第一搓扭轮沿逆时针方向转动；第二旋转电机通过第四皮带带动第二旋转轮沿逆时针方向旋转，第二旋转轮带动第二活动杆向下运动，第二活动杆推动第二扭臂轮向下运动，第二扭臂轮通过第二扭臂杆带动第二支撑杆在第二托架上运动，第二支撑杆带动第二搓扭轮沿顺时针方向转动；在第一搓扭轮沿逆时针方向转动、第二搓扭轮沿顺时针方向转动、且第一搓扭轮和第二搓扭轮的中心线成一定夹角的情况下，夹在第一搓扭轮和第二搓扭轮之间的光纤受到第一搓扭轮和第二搓扭轮转动后形成的扭力作用，沿顺时针方向旋转一段时间；在智能控制器的控制下，第一旋转电机与第二旋转电机不断切换运转，第一搓扭轮与第二搓扭轮沿相反方向转动，使光纤被搓动。在上述技术方案的基础上，所述第一搓扭轮的中心线与第二搓扭轮的中心线形成的夹角为O 180度。在上述技术方案的基础上，所述第一搓扭轮的中心线与第二搓扭轮的中心线形成的夹角为40 120度。在上述技术方案的基础上，所述第一搓扭轮的中心线与第二搓扭轮的中心线形成的夹角为2(Γ60度。与现有技术相比，本发明的优点如下:(I)本发明通过两个旋转电机共同驱动水平平台的上下运动，上下运动的活动杆带动搓扭轮来回搓扭，能够实现任意角度的搓扭及对光纤的不同搓扭圈数，并通过两个可上下运动的水平平台及可在水平平台上前后滑动的扭臂轮来带动搓扭轮的扭转，建立施加给光纤的对称良好的弹光效应，实现正反两个方向的光纤搓扭时的均匀受力，降低光纤经搓扭后的扭转程度，从而降低光纤扭转对后续成缆等工序的影响。(2)本发明通过设计具有弹性的附加固定装置和可上推与下拉的连动搓扭轮装置，实现了大角度的光纤搓扭，并且这个连动搓扭装置可以很方便的快速运动，使光纤不仅得到大角度的搓扭，而且搓扭的来回方向切换速度非常快，光纤的PMD可控制到0.0 2 P s /km1/2以下，能够有效降低受搓光纤的偏振模色散。(3)本发明通过智能控制器协调控制旋转电机的速度，来回搓扭的速度可以调至与拉丝速度匹配，当拉丝速度加快时，搓扭正反两个方向的来回频率也加快，实现光纤正反两个方向的均匀对称搓扭，光纤的搓扭圈速达到120圈/米以上，光纤的扭转角度控制在360度以内，得到的光纤的PMD可控制在0.02ps/kml/2以下，满足高速发展的超长距离、超大容量、超高速率的光纤通信系统的传输要求。(4)本发明采用两个旋转方向相反的电机分别带动对应的活动杆，并通过智能控制器在两个电机之间来回快速切换，能够实现高速的搓扭频率和光纤搓扭的来回快速切换，有效提高搓扭角度和搓扭频率，提升光纤的搓扭圈数，提升光纤的偏振模色散品质。(5)本发明还能够实现光纤的不对称搓扭，使光纤只朝一个方向旋转，从而得到某些特殊场合下所需的只朝一个方向旋转的光纤。
图1是本发明实施例中光纤搓扭设备的结构示意图。图2是本发明实施例中例Γ6的偏振模色散测试曲线图。图中:1-光纤，2- 第一搓扭轮，3-第二搓扭轮，4-第一支撑杆，5-第二支撑杆，6-第一托架，7-第二托架，8-第一扭臂杆，9-第二扭臂杆，10-第一扭臂轮，11-第二扭臂轮，12-第一滑动平台，13-第二滑动平台，14-第一活动杆，15-第二活动杆，16-第一旋转轮，17-第二旋转轮，18-第旋转电机，19-第二旋转电机，20-第一皮带，21-第二皮带，22-第三皮带，23-第四皮带，24-导线，25-智能控制器。



本发明公开了一种搓扭角度可调的光纤搓扭设备及光纤搓扭方法，涉及光纤领域，该光纤搓扭设备包括第一搓扭轮、第二搓扭轮、第一传动机构、第二传动机构、第一旋转电机、第二旋转电机、导线、智能控制器，第一搓扭轮通过第一传动机构与第一旋转电机相连，第二搓扭轮通过第二传动机构与第二旋转电机相连，第一旋转电机、第二旋转电机均通过导线与智能控制器相连，第一传动机构、第二传动机构对称分布，第一旋转电机、第二旋转电机的旋转方向相反。本发明能实现任意角度的搓扭及对光纤的不同搓扭圈数，快速切换搓扭方向，拉制的光纤的PMD稳定控制在0.2ps/km1/2以下。