光纖連接器的類型及安裝技術概況摘要： 本文闡述了光纖連接器的光學性能、機械性能、耐環(huán)境性能及可靠性等方面的基本技術要求;介紹了一些常用光纖連接器類型及特點;對幾種安裝技術的優(yōu)缺點進行了描述;并對以后的發(fā)展趨勢進行了預測。

關鍵詞： 光纖連接器;安裝技術;發(fā)展

概述

光纖連接器是光纖與光纖之間進行可拆卸連接的元器件,又稱為“活接頭”,它是把光纖的兩個端面精密對接起來,以使發(fā)射光纖輸出的光能量能最大限度地耦合到接收光纖中去。光纖連接器是光系統(tǒng)中使用量最大的光無源元器件,廣泛應用于通信、局域網(LAN)、光纖到戶(FTTH)、高質量視頻傳輸、光纖傳感、測試儀器儀表等。

現在已經廣泛應用的光纖連接器,其種類眾多,結構各異。但細究起來,各種類型的光纖連接器的基本結構卻是一致的,即絕大多數光纖連接器一般由兩個插針和一個耦合管三個部分組成(圖1)。

圖1 光纖連接器的一般結構

光纖連接器的基本性能要求

光學性能

光纖連接器的光學性能要求包括插入損耗、回波損耗、光學不連續(xù)、串音、環(huán)境光敏感性、帶寬(僅指多模)等,其中插入損耗和回波損耗是兩個最基本的參數。

互換性、重復性

光纖連接器是通用的無源元器件,對于同一類型的光纖連接器,一般都可以任意組合使用、并可以重復多次使用,由此而導入的附加損耗一般小于0.2dB。

機械性能

光纖連接器的機械性能包括軸向保持強度、端接保持力、連接和分離力(力矩)、撞擊、扭轉、光纜保持力、抗擠壓、外部彎曲力矩、振動、沖擊、靜態(tài)負荷等,對于各種光纖連接器使用情況的不同,要求的重點不同。

機械耐久性是指光纖連接器正常使用情況下的插拔次數,目前使用的光纖連接器一般都可以插拔l000次以上。

環(huán)境性能

環(huán)境性能主要有：高溫、溫度沖擊、潮濕、砂塵、臭氧暴露、腐蝕(鹽霧)、易燃性等。

部分常用光纖連接器

ST-兼容連接器

1986年首次推出的ST-兼容連接器(圖2)是帶定位鍵、接觸型中等損耗連接器,但無抗拉或抗扭轉結構。ST-兼容連接器的安裝采用旋轉插入方法,安裝容易、快捷,但要求在面板上有較大的空間。

圖2 ST-兼容連接器

FC型光纖連接器

FC型光纖連接器(圖3)最早是由日本的NTT公司研制的,采用旋轉插入方法,要求在面板上留有大的空間;是帶定位鍵、接觸型,有抗拉或抗扭轉結構的連接器。

圖3 FC型光纖連接器

FC型連接器的改進型,即FC/APC(圖4),插針對接端面呈球面(PC),與原來的FC型相比,插入損耗和回波損耗性能有了較大幅度的提高,而且其它特性基本相同,外部結構也沒有改變。

圖4 FC/APC型光纖連接器

SC型光纖連接器

1988年開始使用的SC型連接器(圖5)也是由日本的NTT公司研制的。其外殼為矩型玻璃纖維塑料件;插針由精密陶瓷制成,耦合管為金屬開縫套管,尺寸與FC型相同,端面處理采用PC或APC型研磨方式;插入方法是“推入/推出”方式;緊固方式是采用插拔銷閂式。是帶定位鍵、接觸型,有抗拉和抗扭轉結構的一種連接器;插拔操作方便,插入損耗波動小,抗壓強度較高,安裝密度高。

圖5 SC型連接器

SC型連接器可以實現雙工(圖6),使光纖不容易顛倒,從而提高了網絡的可靠性。NTT公司已將這種連接器開發(fā)成一個系列型產品,包括單體型、雙體F(扁平)型、H(高密度)型、高密度四孔型等。

圖6 SC型雙工連接器

小型連接器(SFF)

光纖插孔

1997年1月,Panduit公司推出了第一個雙工光纖插孔(圖7)。該光纖插孔采用了一種新型封裝形式,而且應用了已比較成熟的四種工藝技術：2.5mm套管、快速固化粘接安裝、開槽對準套管和RJ-45形狀。

圖7 Opti-Jack

Opti-Jack型插頭是一種帶定位鍵、接觸型、中等損耗、有抗拉和抗扭轉結構的連接器。它是一種每根光纖一個套管的雙工連接器。這種結構允許每根光纖單獨對準,以實現最小的功率損耗。

MT-RJ型連接器

MT-RJ(圖8)來源于NTT公司開發(fā)的MT連接器,其外殼和鎖緊機構類似RJ,通過小型套管兩側的導向銷對準光纖,為便于與光接收機/發(fā)射機相連,連接器端面光纖為雙芯(間隔0.75mm)排列設計,是主要用于數據傳輸的高密度光連接器。標準大小的MT-RJ型可以同時連接兩條光纖,有效密度增加了一倍。

圖8 MT-RJ型連接器

MT-RJ型連接器是一種帶定位鍵、接觸型、有抗拉結構的連接器。雖然MT-RJ型插頭比其它SFF連接器的尺寸小,但其在面板上的排列密度與其它SFF連接器相同。同時,MT-RJ型接口的光電設備傳輸速率僅為1Gbps。

LC型連接器

LC型連接器(圖9)由朗訊科技公司研制開發(fā),研制的目的是讓電話公司提高所使用連接器的安裝密度。為了得到極低的反射,早期推出的LC型連接器,采用APC形式。

圖9 LC型連接器

LC型是一種帶定位鍵、接觸型、中等損耗、有抗拉和抗扭轉結構的連接器。套管直徑為1.25mm,只有ST-兼容連接器、SC型連接器中套管直徑的一半,大大提高了光配線架中光纖連接器的密度。是一種單工SFF連接器,但能夠通過使用一個卡夾變成雙工連接器。

LC型接口的光電子設備傳輸速度能夠達到10 Gbps。

LX.5型連接器

ADC通訊公司研制的LX.5型連接器(圖10)是一種類似LC型連接器的產品,也用于電話網絡。采用半圓形和APC端面形式的LX.5型連接器有一個防塵罩,安裝時,應先去掉防塵罩;同樣,LX.5型適配器(圖11)也有一個防塵罩。連接器和適配器中的防塵罩提高了產品的可靠性。

圖10 LX.5型連接器

圖11 LX.5型適配器

Volition型連接器

來源于3M公司的Volition型雙工連接器是一種插頭和插座系統(tǒng)(圖12)。Volition型具有一個典型的結構特性：V型槽代替了套管。

圖12 Volition型雙工連接器

采用V型槽來對準光纖：在插座中,光纖固定在精密塑料V型槽內。在插頭中,定制的光纖自由浮動,插頭中的光纖輕松插入插座的V型槽中,通過光纖撓曲產生的壓力而使互連的光纖接觸。

MU型連接器

MU連接器(圖13)是由日本的NTT公司在SC型連接器基礎上,研制開發(fā)出來的,尺寸僅為SC型連接器的1/2。該連接器采用1.25mm直徑的套管和自保持機構,能實現高密度安裝。MU型是一種帶定位鍵、接觸型、中等損耗、有抗拉和抗扭轉結構的連接器,它是一種能夠裝成雙工、三工或四工的光纖連接器。

圖13 MU連接器

MTP/MPO型連接器

MTP/MPO型連接器(圖14)有6～24根光纖在一個模塑的合成套管內。這些連接器減小了附件和面板的尺寸。MPO連接器由兩個插頭和一個插座構成。插頭上裝配有MT連接器套管,各插頭可以靈活地插入插座或拔出,操作簡單方便。將套管端面研磨成8度斜面,并使光纖端面稍稍突出于該斜面。這種工藝的優(yōu)點是8度斜面能有效抑制回程反射光;而光纖端面突出可以使光纖端面緊密接續(xù),并能有效抑制接續(xù)損耗變化。

圖14 MTP/MPO型連接器

安裝技術

針對不同的連接器類型以及滿足不同的要求,如可靠性、方便性和安裝時間/成本等,研究出了很多種光纖連接器的安裝技術。

環(huán)氧灌封技術

環(huán)氧灌封是光纖連接器最先使用的安裝技術之一,這種技術有四個優(yōu)點和三個缺點。

優(yōu)點
1)環(huán)氧的耐環(huán)境能力強,能提高連接器的可靠性,例如耐高溫可達105℃。
2)由于環(huán)氧與光纖、陶瓷套管的熱膨脹系數比較匹配,因此在較寬的溫度范圍內,損耗穩(wěn)定。
3)由于在套管的末端形成了一個環(huán)氧墊圈,在手工或機械拋光的過程中,這個墊圈支撐、保護著光纖,消除了光纖末端的損壞和破裂的可能性,可以大大提高效率。
4)能夠使用低成本的連接器。

缺點
1)使用不便;2)安裝效率低;3)功率消耗增加。

熱熔安裝技術

熱熔安裝技術是3M公司發(fā)明的一種技術：熱熔膠預先裝入連接器中,預熱連接器使粘膠軟化,以便光纖能夠裝入,將光纖和/或光纜裝入連接器,冷卻后,再去除多余的光纖,并對端面進行拋光。
和環(huán)氧灌封相比,熱熔工藝方法縮短了時間、避免了易臟和不方便性,提高了安裝效率。但熱熔連接器比環(huán)氧連接器昂貴、熱熔安裝方法使用的加熱爐和專用爐需要消耗功率。

快速固化粘接技術

快速固化粘接技術有兩個優(yōu)點和三個缺點。

優(yōu)點：1)解決了熱熔安裝、環(huán)氧灌封的缺點和不便性,而且消除了對功率的要求,提高了安裝效率,降低了安裝成本。2)適用于低成本的陶瓷套管連接器,使總安裝成本降低。

缺點：1)粘膠過早固化;2)對光纖的支撐作用小;3)可靠性降低。由于對光纖的支撐作用很小,在去除多余的光纖或拋光過程中,容易使光纖折斷,成品率、效率低。當涂有固化劑、促凝劑的光纖插入裝有粘膠的連接器時,如果插入光纖太慢,粘膠固化,使光纖尚未完全插合到位就已被固定,在這種情況下,插入連接器的光纖很少,會導致連接器的可靠性下降。另外當溫、濕度變化大或溫濕度急劇變化時,一些快速固化膠性能會降低,也會影響連接器的可靠性,所以快速固化粘接一般應用于室內環(huán)境。

無膠拋光技術

無膠拋光技術是由AMP(編者注：后被Tyco收購)、3M 和Automatic Tool and Connector等幾家公司提出的一種安裝技術：使用機械方法夾緊光纖,然后進行拋光的技術。雖然夾緊方便,消耗時間少,但在拋光過程中,由于對光纖缺乏支撐和保護,光纖容易損壞,所以對安裝人員的技術水平和責任心要求較高,且成品率較低。

切割技術

切割是無環(huán)氧/無粘膠/無拋光連接器產品的一種安裝技術。方法是：切割光纖末端、把光纖插入連接器、將光纖與連接器壓接或夾緊。

由于切割安裝方法不使用粘膠和拋光工藝,所以減少了安裝時間,降低安裝成本,另外對安裝人員的技術水平要求沒有以上幾種方法高,降低了培訓成本。但這種方法對切割工具、設備的要求較高,且連接器的結構復雜,價格高,提高了安裝總成本。

結語

隨著光纖通信技術的不斷發(fā)展,特別是高速局域網和光接入網的發(fā)展,光纖連接器在光纖系統(tǒng)中的應用將更為廣泛。同時,光纖系統(tǒng)也對光纖連接器提出了更多的、更高的要求—高性能、低成本、小型化、多纖化、安裝密度高、安裝簡便等。

當新的連接器類型,如SFF型和MTP/MPO型連接器增加市場占有量和市場份額時,老產品,如ST-兼容連接器和SC性連接器將會減少市場份額。由于SFF型連接器在光電子設備中的成本和密度優(yōu)勢將導致規(guī)模和市場份額增加。MT-RJ和LC型連接器將有很大的增長,原因是光電子制造商大力支持。

由于MTP/MPO型連接器可以接24根光纖,而體積僅與1~2個SC連接器相當,體積銳減了90%以上,因此MTP/MPO型連接器用量呈上升趨勢。
　　
參考文獻：
1Fiber Optic Connectors:Yesterday Today,and Tomorrow An UpdateEric R.Pearson
2GJB1919-94 《耐環(huán)境中性圓形光纖光纜連接器總規(guī)范》 總裝備部軍標出版發(fā)行部
3GJB1659-93 《光纖光纜接頭總規(guī)范》 總裝備部軍標出版發(fā)行部