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浅析光纤连接器的发展及技术特性

2019-04-15 11:24:46 来源:大比特资讯 作者:周志敏 点击:715

【大比特导读】光纤通信技术作为一门新兴的高科技技术,发展异常迅猛。另据有关专家坦言:我国光通信产业虽有了一定基础,但与发达国家的整体水平比较其研制开发能力和产品质量却至少落后5~8年,我国光通信轻基础薄弱是一个关键原因。

摘要:文中在概述了光纤通信、光纤连接器定义及发展的基础上,重点论述了光纤连接器的基本构成、对准方式、分类及单模光纤连接器的主要特性。

关键词:结构 分类 特性

Development and Technical Characteristics of Optical Fiber Connector

ZHOU Zhimin

[Abstract]: On the basis of summarizing the definition and development of optical fiber communication and optical fiber connector, the basic structure, alignment mode, classification and main characteristics of single mode optical fiber connector are discussed in detail.

[Key Words]: Structural Classification Characteristics

1.光纤通信

光纤通信技术作为一门新兴的高科技技术,发展异常迅猛。另据有关专家坦言:我国光通信产业虽有了一定基础,但与发达国家的整体水平比较其研制开发能力和产品质量却至少落后5~8年,我国光通信轻基础薄弱是一个关键原因。因此研发先进的生产工艺,制造整线生产母机,推进产业化生产,致力于提高制造精度,提高产品性能和质量,保证其稳定性、可靠性,促进产品的小型化、简单化,增强零件互换性,实现产品装配的自动化。正是太空光纤通信精密器件厂生产连接器的技术特点。

光纤通信

当代的精密工程、微细工程和纳米技术是现代制造技术的前沿,也是明天技术的基础。总之,没有可靠的连接就不可能有先进的光纤通信。在光纤通信(传输)链路中,为了实现不同模块、设备和系统之间灵活连接的需要,必须有一种能在光纤与光纤之间进行可拆卸(活动)连接的器件,使光路能按所需的通道进行传输,以实现和完成预定或期望的目的和要求,能实现这种功能的器件就叫连接器。光纤连接器就是把光纤的两个端面精密对接起来,以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去,并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小,这是光纤连接器的基本要求。在一定程度上,光纤连接器也影响了光传输系统的可靠性和各项性能。

现在是光纤到路边FTTC,光纤到大楼FTTB,光纤到家庭FTTH的时代。在光纤通信技术大规模应用于各领域的今天,我国的市场需求量以30%以上的速率增长。据美国ELECTRONCAST公司的一份市场研究报告表明,由于各国电信都在加快步伐,全球光纤增加3倍。亚太地区复合年增长率为20%。随着光纤通信新技术的不断出现,光纤通信市场向着更广泛更高层的应用领域发展,光纤连接器市场也会与日同辉前途光明灿烂。

2.光纤连接器

光纤活动连接器,俗称活接头,一般称为光纤连接器,国际电信联盟(ITU)建议将其定义为“用以稳定地,但并不是永久地连接两根或多根光纤的无源组件”(CCITT第VI研究组1992年3月于日内瓦通过)。主要用于实现系统中设备间、设备与仪表间、设备与光纤间以及光纤与光纤间的非永久性固定连接,是光纤通信系统中不可缺少的无源器件。是用于连接两根光纤或光缆形成连续光通路的可以重复使用的无源器件,已经广泛应用在光纤传输线路、光纤配线架和光纤测试仪器、仪表中,是目前使用数量最多的光无源器件。正是由于连接器的使用,使得光通道间的可拆式连接成为可能,从而为光纤提供了测试入口,方便了光系统的调测与维护;又为网路管理提供了媒介,使光系统的转接调度更加灵活。

光纤连接器是光系统中使用量最大的光无源器件,对连接器的要求主要是插入损耗小,反射损耗高,重复插拔性好,环境稳定和机械性能好等。由于光纤连接器也是一种损耗性产品,所以还要求其价格低廉。其典型应用包括通信、局域网(LAN)、光纤到户(FTTH)、高质量视频传输、光纤传感、测试仪器仪表、CATV等。在安装任何光纤系统时,都必须考虑以低损耗的方法把光纤或光缆相互连接起来,以实现光链路的接续。光纤链路的接续,又可以分为永久性的和活动性的两种。永久性的接续,大多采用熔接法、粘接法或固定连接器来实现,活动性的接续,一般采用活动连接器来实现。光纤连接器的发展大致可分三个阶段

1)第一阶段是在80年代,由于探讨制造光纤连接器的工艺方法,所以各种结构应运而生,多达20余种。

2)第二阶段是在90年代,经过批量制造和使用,各种结构和工艺的优缺点逐渐分明,形成了以Ф2.5mm陶瓷插针为关键器件的FC、ST和SC型三种连接器占主导地位的局面。

3)在20世纪末和21世纪初,为适应光纤接入网和光纤到家庭(FTTH)的需要。光纤连接器将进入第三阶段,即新一代的体积更小、价格更低的连接器。

光纤连接器作为光互连产品家族(包括光纤连接器、光缆组件、面板、配线架等)的核心器件,是光纤通信系统中不可缺少的使用量最大的接续性光无源器件,是实现光纤与光纤、光纤与仪表之间快速可靠地通、断的一种连接手段。随着光纤通信事业的发展,在过去十年中光纤连接器也取得了显著的发展。

光纤光缆技术的发展使光纤离最终用户越来越近,人们对较短链路的需求日益增大,连接器用量也大大增加。据预测未来5年内全球光纤连接器市场消费额将以23%的年增长率增长,用户通信网规模的扩大、WDM的普及、TeleCom/DataCom的光化乃至多媒体大容量信息处理设备的发展均推动着光缆向多芯、高密度方向深入发展,多芯光缆需要用多芯光连接器进行连接,正是因此,应运而生的MT连接器在市场上拥有不断扩大的用户群并以日本光通信网为中心而被广泛应用于多种领域。目前世界各大公司均在加速开发MT系列连接器并积极投入市场。

近年来,随着光通信应用的不断扩大,特别是为适应光纤接入网和光纤到家庭(FTTH)的需要,各国竞相研制开发出各种型号和规格的新型光纤连接器,这些产品在性能和低成本化方面均有显著的改进。下面将分类简要介绍几种新型光纤连接器。

综上所述,由于在如何制造组合生产母机,(国家没有光连接器母机制造基地),设计先进的生产工艺,提高微米级制造精度等客观条件制约下,进入此行业即产为化生产有相当的难度。故目前还没有其它大的专业生产厂商进入。本企业在十多年前就已进入此行业。在连接器生产技术方面已打下坚实的基础及稳定的市场份额。因此连接器生产行业边际利润比较丰厚但制造技术又较为复杂,故大公司资金雄厚并购该行业将有很大作为,而无资金技术实力的小新公司无力介入。

3.光纤连接器的技术特征

由于光纤连接器在光纤通信系统中具有如此重要的作用,因此各国的厂家对此投入了大量的人力、物力,进行了积极和深入的研究,研制开发出了多种光纤连接器,现已广泛地应用于各类光纤通信系统中。光纤连接器的主要用途是用以实现光纤的接续,现在已经广泛应用在光纤通信系统中的光纤连接器,其种类众多,结构各异。但细究起来,各种类型的光纤连接器的基本结构却是一致的,即绝大多数的光纤连接器的一般采用高精密组件(由两个插针和一个耦合管共三个部分组成)实现光纤的对准连接。

这种方法是将光纤穿入并固定在插针中,并将插针表面进行抛光处理后,在耦合管中实现对准。插针的外组件采用金属或非金属的材料制作。插针的对接端必须进行研磨处理,另一端通常采用弯曲限制构件来支撑光纤或光纤软缆以释放应力。耦合管一般是由陶瓷、或青铜等材料制成的两半合成的、紧固的圆筒形构件做成,多配有金属或塑料的法兰盘,以便于连接器的安装固定。为尽量精确地对准光纤,对插针和耦合管的加工精度要求很高。

由于光纤连接器在光纤通信系统中具有如此重要的作用,因此各国的厂家对此投入了大量的人力、物力,进行了积极和深入的研究,研制开发出了多种光纤连接器,现已广泛地应用于各类光纤通信系统中。

1)光纤连接器的基本构成。目前,大多数的光纤连接器是由三个部分组成的:两个配合插头和一个耦合管。两个插头装进两根光纤尾端;耦合管起对准套管的作用。另外,耦合管多配有金属或非金属法兰,以便于连接器的安装固定。

2)光纤连接器的对准方式。光纤连接器的对准方式有两种:

①高精密组件对准方式是最常用的方式,这种方法是将光纤穿入并固定在插头的支撑套管中,将对接端口进行打磨或抛光处理后,在套筒耦合管中实现对准。插头的支撑套管采用不锈钢、镶嵌玻璃或陶瓷的不锈钢、陶瓷套管、铸模玻璃纤维塑料等材料制作。插头的对接端进行研磨处理,另一端通常采用弯曲限制构件来支撑光纤或光纤软线以释放应力。耦合对准用的套筒一般是由陶瓷、玻璃纤维增强塑料(FRP)或金属等材料制成的两半合成的、紧固的圆筒形构件做成的。为使光纤对得准,这种类型的连接器对插头和套筒耦合组件的加工精度要求很高,需采用超高精密铸模或机械加工工艺制作。这一类光纤连接器的介入损耗在(0.18~3.0)dB范围内。

②主动对准连接器对组件的精度要求较低,可按低成本的普通工艺制造。但在装配时需采用光学仪表(显微镜、可见光源等)辅助调节,以对准纤芯。为获得较低的插入损耗和较高的回波损耗,还需使用折射率匹配材料。

4.光纤连接器分类

根据ITU的建议,光纤连接器的分类是按光纤数量、光耦合系统、机械耦合系统、套管结构和紧固方式进行的,如表1所示。

表1 光纤连接器的分类

光纤数量光耦合机械耦合套管结构紧固方式
单通道对接套筒直套管螺丝
多通道透镜V型槽锥形套管销钉
单/多通道其他锥形其他弹簧销

按照不同的分类方法,光纤连接器可以分为不同的种类,按传输媒介的不同可分为单模光纤连接器和多模光纤连接器;按结构的不同可分为FC、SC、ST、D4、DIN、Biconic、MU、LC、MT等各种型式;按连接器的插针端面可分为FC、PC(UPC)和APC;按光纤接头可拆卸与否来分类可分为不可拆卸和可折卸的连接器按光纤端面形状分有FC、PC(包括SPC或UPC)和APC型;按光纤芯数分还有单芯、多芯(如MT-RJ)型光纤连接器之分。在实际应用过程中,我们一般按照光纤连接器结构的不同来加以区分。

光纤连接器应用极广,品种繁多。连接器的规格型号较多,表2给出了部分单模光纤连接器的主要特性。各种型号的连接器都有自己的特点和用途。一般长距离通信,大多使用FC型或SC型连接器,其优点是插入损失小,安装容易稳定性高,短距离信号传输,则较多用ST、SMA、FDDI等,且多用于多模系统,因为其精度要求不高,所以成本较低。SC、ST和D4等则适用于用户网和局域网。另外,带状阵列式光缆连接器由于现场连接速度快,性能良好成本低,常用于各种局域网,其它如塑胶类光纤连接器则多用于更短距离通信,自动控制和音响讯号传输等。未来光纤连接器的研发趋势应为低成本、高密度、高可靠度、功能及安装简化等方面发展。

表2 部分单模光纤连接器的主要特性

类型IL典型/最
大(dB)
R L典型/最
差(dB)
重复性(dB)寿命/次
 工作温度℃
工作温度℃
FC/PC0.2/0.545/40±0.11000-40~+85
ST/PC0.2/0.545/40±0.11000-40~+85
SC/PC0.2/0.545/40±0.11000-40~+85
DIN/PC0.2/0.545/40±0.11000-40~+85

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