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光纖通信:光纖連接器性能及原理簡介

2015-09-16

  光纖連接器是光纖通信系統(tǒng)中各種裝置連接所必不可少的器件,,也是目前使用量最大的光纖器件,。由于本地通信網(wǎng)絡(luò)的逐步光纖化,城域網(wǎng)和用戶接入網(wǎng)需求的上升,,近年來全球光纖連接器市場的總需求量不斷擴大,,預(yù)計未來十年的年增長率將在20%左右,。
  雖然目前全世界共有超過70多種光連接器,并且新品種還在不斷出現(xiàn),,但市場上(尤其是中國市場),,其主流品種仍然是早年就一直沿襲下來的直徑為φ2.5mm的精密陶瓷插芯和陶瓷管構(gòu)成的連接器(如FC、SC,、ST等),。此外,φ1.25mm陶瓷芯的小型連接器(如LC,、MU等),,以及帶狀光纖連接器為主的多芯連接器(如MTP等)的需求量也逐步增加。
  通常,,衡量光纖連接器產(chǎn)品質(zhì)量的主要光學(xué)特性指標(biāo)為插入損耗(Insert loss)和回波損耗(Return loss),。此外,,影響產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的插芯端面幾何參數(shù)等物理特性指標(biāo)也越來越被系統(tǒng)廠商或高端客戶所重視。下面從光纖連接器的工作原理出發(fā),,對連接器的插入和回波損耗作簡單的介紹:
  光纖連接器不能單獨使用,,它必須與其它同類型的連接器互配,才能形成光通路的連接,,目前,,較為流行的光纖連接器裝配和對接方式為:利用環(huán)氧樹脂熱固化劑,將光纖粘固在高精度的陶瓷插針孔內(nèi),,然后使兩插針在外力的作用下,,通過適配器套筒的定位,實現(xiàn)光纖之間的對接,。
  保證對接的兩根光纖纖芯接觸時成一直線是確保連接器優(yōu)良的連接質(zhì)量的關(guān)鍵,,它主要取決于光纖本身的物理性能和連接器插針的制造精度,以及連接器的裝配加工精度,。同時,,光纖的光學(xué)性能指標(biāo)和插針端面的拋光質(zhì)量對于連接器的光學(xué)性能和使用可靠性也有著直接的影響。
  插入損耗是指接續(xù)的連接器給系統(tǒng)造成的光功率衰減(即光連接器輸出功率相對于輸入功率的相對減少量),。插入損耗主要由相接續(xù)的兩根光纖之間的橫向偏離造成,。如圖一所示,如兩根光纖排成一直線,,橫向偏離為零,,則其造成的插入損耗最小。但在連接器的實際對接過程中,,這是不大可能實現(xiàn)的,,因為纖芯與光纖包層的不同心、光纖包層與插針內(nèi)孔的不同心以及插針內(nèi)孔與外徑的同心度誤差等,,都會引起光纖間的橫向偏離,。
  同時,光纖接頭中的縱向間隙和端面質(zhì)量也是引起插入損耗的因素之一,,近年來普遍采用的UPC插頭接觸方式,,則較好地解決了縱向間隙問題。按此方式,,插針和光纖端面經(jīng)球面拋光處理,,使得相對接的兩插針在外力的作用下嚙合在一起,使嚙合光纖的頂點變形并展平,,形成光纖充分對接,,減小光纖接頭中的縱向間隙。
  回波損耗是用來衡量連接器端面的后向反射光大小的參數(shù),?;夭ǖ谋举|(zhì)即是光線反射,,根據(jù)菲涅爾反射原理,光線在傳輸過程中遇到兩種折射率不同的界面時會發(fā)生菲涅爾反射,,造成光通路中的信號疊加或干涉,。在高傳輸速率的單模光纖系統(tǒng)中,尤其是有線電視系統(tǒng)(CATV),,反射現(xiàn)象會產(chǎn)生傳輸信號的時間滯后,,使信號到達(dá)用戶端的時間延遲,造成圖像的重影和清晰度下降,。
  連接器接頭的UPC接觸方式,,由于減小了連接端面間的間隙,除降低了插入損耗外,,也減少了連接端面的反射,,提高了回波損耗;而對于CATV系統(tǒng)等用戶來說,,APC型接觸方式則為更好的選擇:由于APC型接頭其陶瓷插芯端面的球面法線與光纖的軸線有一個角度(一般為8°),,使得從端面反射的光泄出而不返回纖芯,從而大大提高了連接器的回波損耗,。
  綜上所述,,對于優(yōu)秀的連接器跳線生產(chǎn)廠家而言,為確保產(chǎn)品的高質(zhì)量,,三方面的因素至關(guān)重要,,它們分別是高品質(zhì)的緊套光纖光纜、高精度的陶瓷插針和裝配散件,,以及優(yōu)良的裝配加工工藝:
  就光纖而言,光纖對于連接器性能的影響主要反映在光纖本身的衰減系數(shù)和光纖光纜制造公差(尤其是纖芯/包層同心度誤差)上:對于較長的連接器跳線,,光纖本身過大的衰減系數(shù)會造成連接器跳線的先天不足,,增大光通路中的能量損耗;較大的纖芯/包層同心度誤差易造成纖芯的橫向偏離,。因此,,高品質(zhì)的光纖對于產(chǎn)品的低插損是至關(guān)重要的。
  就陶瓷插針而言,,較小的同心度誤差以及內(nèi)孔直徑和光纖包層外徑的良好的匹配(即小間隙)也可減小纖芯的橫向偏離,,降低插損;同時,,高精度裝配散件可保證產(chǎn)品在接續(xù)中處于充分對接和良好的受力狀態(tài),,直接影響回波損耗的大小。
  而優(yōu)良的產(chǎn)品制造技術(shù),,包括完善的過程控制,,精良的研磨,、檢測設(shè)備,及與之相配套的研磨拋光工藝和質(zhì)量監(jiān)控,,使得產(chǎn)品在滿足高質(zhì)量端面和光學(xué)特性指標(biāo)的同時,,可根據(jù)客戶的不同要求在相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)調(diào)整插芯的端面幾何參數(shù),提高系統(tǒng)接續(xù)和使用可靠性,。
  作為美國康寧公司在中國的合資企業(yè),,成都康寧光纜有限公司引進(jìn)美國康寧公司全套的原材料、生產(chǎn)設(shè)備,、生產(chǎn)技術(shù),、檢驗程序和管理體系,面向中國市場提供高品質(zhì)的光纖連接器,。
  對于原材料之一的緊套光纜及光纖,,成都康寧光纜全部采用美國康寧產(chǎn)光纖,依托康寧公司全球領(lǐng)先的光纜制造技術(shù),,制造出國內(nèi)領(lǐng)先水平的緊套光纜,,并用之于本公司的連接器跳線的生產(chǎn),確保光纖光纜原材料的品質(zhì),。圖二和圖三即是本公司采用的康寧公司G652光纖的主要特性參數(shù),,其纖芯/包層同心度誤差和衰減系數(shù)統(tǒng)計值均遠(yuǎn)好于國內(nèi)相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求分別為≤0.5μm和≤0.5dB/km).

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