1引言
光纤陀螺无运动部件，与液浮陀螺、挠性陀螺相比，在可靠性、寿命、质量、体积和精度等多方面具有明显优势。光纤环是光纤陀螺的核心敏感部件，对光纤陀螺的性能至关重要。目前，大部分光纤环采用的是熊猫型保偏光纤，由于受克尔效应、偏振误差和Shupe效应等影响，精度难以提高。光子晶体光纤具有更低的温度灵敏度、磁场灵敏度和应力敏感性，更低的非线性克尔效应，以及极低的弯曲损耗，采用光子晶体绕制的光纤环，理论上可以得到更高的精度和更好的环境适应性。但由于光子晶体光纤的结构特点，常规方法直接熔接的光纤熔点往往会损耗过大而无法使用，光子晶体光纤的熔接是光子晶体光纤在光纤陀螺中应用要解决的首要问题。
2光子晶体光纤简介
光子晶体光纤是一种新型光纤，其包层由规则分布的空气孔排列成一定形状的微结构构成，纤芯由石英或空气孔构成线缺陷，利用其局域光的能力，将光限制在纤芯中传播。目前光子晶体光纤主要有两类：实心光子晶体光纤和空心光子晶体光纤。实心光子晶体光纤由周期分布的空气孔所构成的包层和实心纤芯组成，由于包层内空气孔的存在，使得包层折射率低于纤芯部分，根据全反射原理实现光的传播，与普通光纤的导光机理类似。而空心光子晶体光纤由周期分布的空气孔构成的包层和空心纤芯组成，基于光子带隙原理实现光波传输[2]。
3熔接存在的问题
使用FSM-100P光纤熔接机和PFS-500光纤熔接机对光子晶体光纤PM-PCF-15G-80-U16和熊猫保偏光纤进行熔接。存在的主要问题如下：
FSM-100P光纤熔接机无法对轴
FSM-100P光纤熔接机是光纤陀螺生产中最常用的熔接机型号，内置了多种熔接程序，可自动识别所熔接的光纤类型，实现保偏光纤的自动对轴和熔接。选择80um保偏光纤熔接程序“PM80-PM80”进行熔接，在光纤熔接过程中，进行至偏振轴对准时，光纤熔接机无法识别光子晶体光纤，而出现“光纤位置不正常”的报警提示，熔接程序终止，无法进行下一步的放电熔接。
PFS-500光纤熔接机熔接损耗过大
PFS-500光纤熔接机是光纤端面成像系统和单模熔接机组合而成，即通过光学系统对待熔接光纤端面进行放大，通过在显示屏上观察、手动调整并对准两根光纤偏振轴的位置，然后利用单模熔接机进行熔接。 熔接时，同样选择包层80um保偏光纤熔接程序。熔接后，用截断法测得该熔接点的损耗为6.38dB。而正常情况下，熊猫保偏光纤熔接点的损耗为（0.3~0.6）dB。显然只是实现了物理上的熔接，实际效果并不能满足光纤陀螺的使用要求。
4原因分析
FSM-100P光纤熔接机在对轴时，使用的是光纤侧面成像对轴方法，即通过光纤侧面成像时光强分布的变化来确定主轴位置。熊猫保偏光纤中存在用两种以上的不同材料构成的非圆心结构的应力区，在旋转时，光强分布发生会变化，通过特定算法可得到主轴的角度位置信息。而光子晶体光纤只由同一种材料构成，在旋转时光强不会发生变化，因而熔接机识别不出主轴位置，也无法进行熔接。
FSP-500光纤熔接机在熔接时，利用电极放电时产生的高温使光纤端面软化，然后将两根光纤推进挤压，最后熔接在一起。光子晶体光纤包层中存在着空气孔，空气孔的存在使光子晶体光纤端面的软化温度低于熊猫保偏光纤，在使用常规放电参数进行放电熔接时，光子晶体光纤端面过度软化，空气孔发生塌缩，波导结构发生变化，熔接后传输光在熔接点处泄露，最终使得损耗不满足要求。
5熔接机参数优化及熔接情况
根据上述分析，需使用FSP-500光纤熔接机才能实现光子晶体光纤的熔接，但需对熔接参数进行优化，以降低熔接时电极放电的温度。为了减小光子晶体光纤熔接时空气孔塌缩，需要降低放电强度，但熔点的强度也将会因此而降低，所以还需要加长放电时间。因此，以降低放电强度、加长放电时间为熔接机参数优化的思路。
在熔接机预置的熔接程序中，默认放电强度40bit，放电时间1300ms。先保持放电时间不变，以5bit为单位依次降低放电强度，同时打开熔接机的拉力测试功能。熔接中，5bit放电强度下的熔点不能通过拉力测试，其余熔点的损耗随放电强度降低，逐渐降低。其中20bit、15bit、10bit的放电强度损耗结果相近，分别为1.23dB、1.11dB、0.98dB。
再分别保持20bit、15bit、10bit的放电强度不变，从1300ms开始以100ms为单位依次加长放电时间，试验结果表明，熔点的损耗随着放电时间的增加先减小后增大，在放电强度15bit，放电时间1600ms时，熔点损耗出现最小值0.8dB。
6结论
光子晶体光纤具有的许多优良特性，能够改善光纤陀螺的环境适应性，光子晶体光纤陀螺必然是今后光纤陀螺发展的方向之一。本文用不同型号的光纤熔接机对光子晶体光纤进行了熔接试验，针对光子晶体光纤在熔接时空气孔塌缩造成熔点损耗大的问题以降低熔接机放电强度、加长放电时间的思路进行了熔接机参数优化。通过试验验证，在放电强度15bit、放电时间1600ms时，光子晶体光纤的熔接损耗可减小至0.8dB，可以满足光纤陀螺的应用需求。
参考文献
[1] 王巍.干涉型光纤陀螺仪技术.中国宇航出版社
[2] 饶云江.光纤技术.科学出版社
