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而在光纖通信(傳輸)鏈路中,要適應(yīng)不同模塊、設(shè)備和系統(tǒng)之間靈活連接的需要,由光信號傳輸與電信號傳輸?shù)牟煌?絕不可能直接把兩根光纖的頭子絞纏在一起(除非進(jìn)行熔接,而熔接又不可能做到連接的靈活性),必須有一種能在光纖與光纖之間進(jìn)行可裝卸(活動)連接的器件,使光信號能按所需的通道進(jìn)行傳輸,以保證光纖鏈路的暢通,實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目的和要求。能實(shí)現(xiàn)這種功能的器件就是光纖活動連接器,以下簡稱光纖連接器,它是光系統(tǒng)中使用量最大的光無源器件。

各種類型的光纖連接器的基本結(jié)構(gòu)是一致的,絕大多數(shù)的光纖連接器的一般采用高精密組件(兩個(gè)插針和一個(gè)耦合管共三個(gè)部分)實(shí)現(xiàn)光纖的對準(zhǔn)連接。這種對準(zhǔn)方式稱作精密組件對準(zhǔn)方式,是最常用的方式。這種方法是將光纖穿入并固定在插針中,并將插針表面進(jìn)行拋光處理后,在耦合管中實(shí)現(xiàn)對準(zhǔn)。插針的外組件采用金屬或非金屬的材料制作。插針的對接端必須進(jìn)行研磨處理,另一端通常采用彎曲限制構(gòu)件來支撐光纖或光纖軟纜以釋放壓力。耦合管一般是由陶瓷、或青銅等材料制成的兩半合成的、緊固的圓筒形構(gòu)件做成,一般配有金屬或塑料的法蘭盤,以便于連接器的安裝固定。為盡量精確地對準(zhǔn)光纖,對插針和耦合管的加工精度要求很高。

還有一種對準(zhǔn)方式是主動對準(zhǔn)。主動對準(zhǔn)連接器對組件的精度要求較低,可按低成本的普通工藝制造。但在裝配時(shí)需采用光學(xué)儀表(顯微鏡、可見光源等)輔助調(diào)節(jié),以對準(zhǔn)纖芯。為獲得較低的插入損耗和較高的回波損耗,還需要使用折射率匹配的材料。

一、光學(xué)性能:對于光纖連接器的光學(xué)性能方面的要求,主要是插入損耗和回波損耗這兩個(gè)最基本的參數(shù)。

插入損耗(Insertion Loss)即連接損耗,是指因連接器的導(dǎo)入而引起的鏈路有效光功率的損耗。產(chǎn)生插入損耗的原因有兩方面:

1、 光纖公差引起的固有損耗。主要由光纖制造公差,即纖芯尺寸、數(shù)值孔徑、纖芯/包層同心度和折射率分布失配等因素產(chǎn)生。

2、 連接器加工裝配引起的固有損耗。這是由連接器加工裝配公差,即端面間隙、軸線傾角、橫向偏移和菲涅爾反射及端面加工精度等因素產(chǎn)生的。

插入損耗越小越好,一般要求應(yīng)不大于0.5dB。 在通常的有線電視工程計(jì)算中,將插入損耗的值記為0.5dB。 回波損耗(Return Loss, Reflection Loss)是指連接器對鏈路光功率反射的抑制能力,是衡量從連接器反射回來并沿輸入通道返回的輸入功率分量的一個(gè)量度,其典型值應(yīng)不小于25dB。對于光纖通信系統(tǒng)來說,隨著系統(tǒng)傳輸速率的不斷提高,反射對系統(tǒng)的影響也越來越大,來自連接器的巨大反射將影響高速率激光器(開關(guān)速率為Gbit/s級)的穩(wěn)定度,并導(dǎo)致分布噪聲的增大和激光器抖動。尤其在CATV系統(tǒng)中,對回波損耗性能的要求更高。因此回波損耗僅滿足典型值的要求已無法符合實(shí)際要求,還需要進(jìn)一步提高回波損耗。研究表明,通過對連接器對接端的端部進(jìn)行專門的拋光或研磨處理,可以使回波損耗更大。實(shí)際應(yīng)用的連接器,插針表面經(jīng)過了專門的拋光處理,可以使回波損耗一般不低于45dB。

二、互換性、重復(fù)性

光纖連接器是通用的無源器件,對于同一類型的光纖連接器,一般都可以任意組合使用、并可以重復(fù)多次使用,由此而導(dǎo)入的附加損耗一般都應(yīng)在小于0.2dB的范圍內(nèi)。

三、機(jī)械特性

抗拉強(qiáng)度 對于做好的光纖連接器,一般要求其抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于90N。

彎曲性能 至少應(yīng)測試5個(gè)連接器/光纜組合件樣品。在距連接器1m處對光纜施加15.0N的力。在1.25cm半徑的圓軸上彎曲300個(gè)循環(huán)。試驗(yàn)結(jié)束后,附加損耗應(yīng)不超過0.2dB。

振動性能 在振動頻率范圍為(10~55)Hz,穩(wěn)定振幅為0.75mm條件下試驗(yàn)。試驗(yàn)后的最大附加損耗不應(yīng)超過0.2dB。

四、溫度特性

一般要求,光纖連接器必須在-40oC ~ +70oC的溫度下能夠正常使用。

五、插拔次數(shù)

使用的光纖連接器一般都可以插拔l000次以上,附加損耗不超過0.2dB。

1、按傳輸媒介的不同可分為常見的硅基光纖的單模、多模連接器,還有其它媒介如塑膠等為傳輸媒介的光纖連接器。

2、按連接頭結(jié)構(gòu)型式可分為:FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等等各種型式。

3、按插針端面形狀分有FC、PC、UPC和APC型。

FC端面為平面,結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,制作容易,但光纖端面對微塵較為敏感,且容易產(chǎn)生菲涅爾反射,提高回波損耗性能較為困難。

PC(即Physical Connection)端面成球面,是采用的物理接觸研磨法,介入損耗和回波損耗性能與前者比較有了較大幅度的提高。當(dāng)曲率半徑為20mm時(shí),回波損耗可達(dá)40dB。

UPC端面仍為球面,它與PC的不同在于球面半徑更小,為13mm,由于端面曲率半徑越小,回波損耗越大,所以它的回波損耗比PC型的大,可達(dá)50dB。

APC(即AnglePC)端面仍為球面,但端面的法線與光纖的軸心夾角為8度,并作球面研磨拋光處理,它的回波損耗可達(dá)60dB。

4、按光纖芯數(shù)分還有單芯、多芯(如MT-RJ)型光纖連接器之分。

先說光纖連接器的關(guān)鍵元件——插頭支撐套管和耦合套筒。Φ2.5mm的插針及配套的耦合套筒將得到較大發(fā)展,以此為基礎(chǔ)已開發(fā)出FC、ST、SC、DIN47255/6、MiniBNC、GFS-11/13、530等多種型號的光纖連接器,而且其技術(shù)也在不斷進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)的目的是努力降低介入損耗,盡可能提高回波損耗,并改善連接器的機(jī)械耐力(重復(fù)插拔性能)和溫度性能。改進(jìn)工作主要是從兩個(gè)方面著手的。

首先是制作材料。因陶瓷材料與石英玻璃材料的熱匹配性好,物理化學(xué)性能穩(wěn)定,加工精度高,機(jī)械耐力好,因此越來越受到重視。以精密陶瓷制作的插針套管和耦合套筒已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。使用較多的陶瓷材料是氧化鋁和氧化鋯(PSZ)。其中氧化鋁的硬度較高,研磨精度也比較高,但對研磨設(shè)備的要求也較高,且彎曲強(qiáng)度低、粒度大,碰到堅(jiān)硬表面時(shí)易碎裂。而氧化鋯(PSZ)的彎曲強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度較氧化鋁要高得多,且其硬度小、顆粒小,易于進(jìn)行研磨拋光,但在進(jìn)行研磨時(shí)需要先進(jìn)的加工工藝�？偟膩碚f,使用氧化鋯(PSZ)較氧化鋁要可靠得多。由于需要不斷進(jìn)行插拔,為保證耦合套筒具有良好的耐磨性和一定的彈性,理想的組合是用氧化鋁制作插針套管,用氧化鉻制作耦合套筒。

其次是改進(jìn)插針體(套管)對接端端面的對接方式和端面的加工工藝。隨著系統(tǒng)速率的不斷提高,PC(物理接觸)型已經(jīng)逐步取代FC(平面接觸)型。對于PC型研磨的工藝也在不斷進(jìn)行改進(jìn),人工研磨正逐漸為機(jī)器研磨所取代,出現(xiàn)了APC(Advance Physical Contant)技術(shù),即在傳統(tǒng)PC研磨的基礎(chǔ)上,再用二氧化硅磨片或微粉進(jìn)行超精細(xì)研磨,以減小因光纖連接器對接端面處折射率不匹配對介入損耗和回波損耗性能的影響。這種不匹配是由研磨受力所產(chǎn)生的損傷層造成的。一般經(jīng)PC研磨后,損傷層的折射率約為1.54,高于光纖纖芯的折射率(1.46),而經(jīng)過APC研磨處理的端面,其折射率約為1.46,接近或達(dá)到纖芯的折射率。根據(jù)研究,Φ2.5mm型插針套管的基礎(chǔ)上,采用斜面連接是提高單模光纖連接器回波損耗性能的一個(gè)有效途徑。理論推算表明,當(dāng)斜面的傾角為8°時(shí),連接器的回波損耗可達(dá)到118dB。但此種連接方式會對介入損耗產(chǎn)生較大影響,此種影響可通過在端面形成一定曲率(R=(20~50)mm)的球面得到改善。住友電氣工業(yè)株式會社推出的斜8°角光纖連接器,其回波損耗平均可達(dá)66dB,相應(yīng)的介入損耗平均為0.18dB;國內(nèi)郵電部固體器件研究所研制的斜8°角連接器,其回波損耗大于56dB,相應(yīng)的介入損耗小于0.6dB。

再說光纖連接器的外圍(部)元件。由于光纖應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展,對光纖連接器提出的要求是高性能、低成本、小型化、多纖化、安裝密度高、安裝簡便等。這其中有很多可以通過對光纖連接器外圍元件的材料、外形、加工工藝、緊固方式等方面加以改進(jìn)得以實(shí)現(xiàn)。降低產(chǎn)品成本的一個(gè)有效途徑是系列化。NTT開發(fā)SC系列光纖連接器就包括了多套管連接器(HSC系列)、底座型光纖連接器以及固定衰耗器等。

未來光纖連接器的研發(fā)趨勢應(yīng)為低成本、高密度、高可靠度、功能及安裝簡化等方面發(fā)展。由于光纖連接器在光纖鏈路中應(yīng)用極多并起著重要作用,相信光纖連接器更會隨著光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展而得到進(jìn)一步的發(fā)展。