光纤连接器的现状及发展

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1、光纤连接器的现状及发展刘沪阳本文对光纤连接器的一般特征、性能、现状及发展等几个方面作了简要的论述。1 引言光纤连接器，俗称活接头，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。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。2 光纤连接器的一般特

2、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。（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：用精密组件对准和主动对准。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

3、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 （0.183.0） dB范围内。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

4、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。（3）光纤连接器的分类根据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光纤数量光耦合机械耦合套管结构紧固方式单通道对接套筒 V型槽 锥型 其它直套管螺丝多通道透镜锥形套管销钉单/多通道其它其它弹簧销3 光纤连接器的性能光纤连接器的性能，从根本上讲首先是光纤连接器的光学性能；另外为保证 光纤连接器的正常使用，还要考虑光纤连接器的互换（同型号间）性能、机械性 能、环境性能和寿命（即最大可拔插次数）。（1）光学性能对于连接器光学特性的确定，ITU建议按表2要求加

5、以考虑。表2性能因素单纤连接器多纤连接器介入损耗 回波损耗 谱损 背景光耦合 串话应当要求应当要求应当考虑，适当要求 应当考虑，适当要求 不要求应当要求应当要求应当考虑，适当要求 应当考虑，适当要求 应当要求带宽（仅指多模）应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求目前，对于单纤连接器光性能方面的要求，用户所关心的和厂家宣传的重点 还是放在介入损耗和回波损耗这两个最基本的性能参数上。其中，介入损耗（或称插入损耗）是指因连接器的介入而引起传输线路有效 功率减小的量值，对于用户来说，该值越小越好。对于该项性能，ITU建议应根 据 20 个样品的测试，确定出平均损耗、标准偏差和样品最大损耗。基保平均损 耗

6、值应不大于 0.5dB。回波损耗（或称反射衰减、回损、回程损耗）是衡量从连接器反射回来并沿 输入通道返回的输入功率分量的一个量度，其典型值应不小于25dB。对于光纤 通信系统来说，随着系统传输速率的不断提高，反射对系统的影响也越来越大， 来自连接器的巨大反射将影响高速率激光器（开关速率为 Gbits 级）的稳定度， 并导致分布噪声的增大和激光器抖动。因此对回波损耗的要求也越来越高，仅满 足典型值的要求已无法符合实际要求，还需要进一步提高回波损耗。研究表明， 通过对连接器对接端的端部进行专门的抛光或研磨处理，可以使回波损耗更大。ITU建议此类经专门处理过的连接器，其回波损耗值不应小于38dB。需

7、要指出的是，对于上述两项的有关数值要求，ITU认为当系统受到光功率 分配方面的限制时，这些取值是合适的；对于分配网等对功率分配要求不高的场 合，较低的性能也是可以接受的。光纤连接器光学性能的试验方法，ITU建议按IEC874-1最新修订版中规定 的方法进行。但应注意这些方法是为生产测试规定的，不完全适用于野外环境。 其中介入损耗和反射可采用OTDR进行测试。为保证测试精度，使用OTDR进行介 入损耗的测试时必须从两个方向进行。（2）互换性能对于光纤连接器的互换（同型号间）性能的确定，在ITU的有关建议中未见 表述。但在实际应用中，由于光纤连接器是一种通用的光接口元件，因此对于同 一种型号的光纤

8、连接器，如无特殊要求，任意组合而成的连接器组合与已匹配好 的连接器组合相比较，传输功率的附加损耗应可忽略不计。而目前由于连接方式、 加工精度以及光纤的本征特征（模场直径、模场心度误差等）的限制，该附加损 耗尚不能完全忽略。用户与厂家一般将此附加损耗限制在小于 0.2dB 的范围内。（3）机械性能对于光纤连接器的机械性能的确定，ITU建议按表3要求加以考虑。表3轴向抗张强度应当要求应当要求弯曲应当要求应当要求机械耐力应当要求应当要求撞击（敲击）应当要求应当要求下垂应当要求应当要求振动应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求冲击（跌落）应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求静态负荷应当考虑，适当要求应当

9、考虑，适当要求对于光纤连接器机械性能的试验方法，ITU建议按IEC874-1总规范最新修 订版所规定的方法进行。抽样数量，除特殊要求外，IEC规定一般不少于5个连 接器/光缆组合件。对于部分试验项目，IEC规定的试验方法中还明确了试验条 件以及评价标准。对于配对连接器的轴向抗张强度和至少包含5个连接器的光缆组合件的强 度保持力，IEC确定其最小起来90N。对于弯曲性能，IEC规定至少应测试5个连接器/光缆组合件样品。应在距 连接器1m处对光缆施加15.0N的力。在1.25cm半径的圆轴上弯曲300个循环。 试验结束后，附加损耗应不超过0.2dB。对于耐机械性能（即重复插拔性能），IEC规定应从

10、5个连接器/光缆组合 件样品中取出1个，用人工方式接入和断开至少200次，连接器应加以清洗，每 重复接入25次就要测量一次介入损耗。完成测试后，与初始值相比，其最大附 加损耗不应超过0.2dB，并仍能工作。对于下垂性能，IEC规定应至少试验5个安装了连接器的光缆组合件。试验 后的最大附加损耗不应超过0.2dB。对于振动性能，IEC规定振动频率范围为（1055）Hz,稳定振幅为0.75mm。 试验后的最大附加损耗不应超过0.2dB。（4）环境性能对于光纤连接器环境性能的确定，ITU建议按表4加以考虑。表4温度循环应当要求应当要求高湿应当要求应当要求灰尘应当要求应当要求工业环境应当要求应当要求咼低

11、温存放应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求腐蚀（盐雾）应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求易燃性应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求对于光纤连接器环境性能的试验方法，ITU建议按安装条件来加以考虑。所 抽样品及数量，除特殊要求外，ITU建议一般选用装配了连接器的光缆，其数量 不少于10根。对于部分试验项目，ITU还明确了试验条件以及评价标准。对于温度循环性能的试验，ITU建议低温应为-40C，高温应为+70C。循环 次数为 40 个温度周期。试验后，与初始值相比较，附加损耗不应超过 0.5dB。对于高湿度（稳态湿热）性能，ITU建议试验环境为：（602）C，相对 湿度90%95%，持续时间为5

12、04h。试验后，与初始值相比较，附加损耗不应 超过 0.5dB。高低温（冷干热）性能，主要是用以评估贮存温度对装配了连接器的光缆 组合件的影响。对于此项目的试验，ITU建议在最高干热温度+8OC和最低温度 -55C下各持续保温360h。然后把带连接器的光缆稳定在（212）C、相对湿 度为约为50%的环境下，持续24h。试验后，与初始值相比较，附加损耗不应超 过 0.05dB。（5）光纤连接器的寿命由于维护中转接跳线和正常测试等需要，光纤连接器经常要进行插拔，由此 引出了插拔寿命即最大可插拔次数的问题。这个问题的提出应基于这样的前提： 光纤连接器在正常使用条件下，经规定次数的插拔，各元件无机械损

13、伤，附加损 耗不超过限值（通常该限值规定为0.2dB）。光纤连接器的插拔寿命一般由元件 的机械磨损情况决定的。当前，光纤连接器的插拔寿命一般可以达到大于1000 次，附加损耗不超过0.2dB。对采用开槽陶瓷耦合套筒的光纤连接器来说，由于 陶瓷材料存在裂纹生长，因此静态疲劳将导致套筒破裂。根据有关资料介绍，未 经筛选的此类套筒20年的破裂概率为10-4。若以比工作应力大2.6倍的筛选力 进行筛选试验，那么在 20 年内将不会发生破裂。4 部分常见光纤连接器以下介绍的是部分常见的光纤连接器，其性能指标皆为配合单模光纤在 1310nm波长下使用时的情况。(1) FC/FC型光纤连接器这种连接器最早是

14、由日本NIT研制。前一个FC是Ferrule Connector的缩 写，表明其外部加强件是采用金属套，紧固方式为螺丝扣；后一个FC表明接头 的对接方式为平面对接。此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端 面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗较为困难。以NTT 的FC/FC型光纤连接器为例，其部分参数分别为：介入损耗：最大为l.OdB, 平均为0.5dB；重复性偏差(即机械耐力)：最大为0.3dB，平均为0.06dB；互 换偏差：最大为0.5dB,平均为0.2dB。(2) FC/PC型光纤连接器这种连接器是FC/FC型连接器的改进型。其中FC的意义与前者相同；PC 是P

15、hysical Connection的缩写，表明其对接端面是物理接触，即端面呈凸面拱 型结构。与前者相比，这种连接器外部结构没有改变，只是对接端面的结构由平 面变为拱型凸面。此类连接器的介入损耗和回波损耗性能与前者比较有了较大幅 度的提高。以北京住力电通光电技术公司采用日本住友电工的技术和标准生产的 FC / PC型光纤连接器为例，根据该公司的介绍，其100个介入损耗规格值为0.5dB 的连接器的最大介入损耗为0.35dB，平均值为0.18dB。回波损耗皆大于40dB, 平均值可达到44.12dB。以上两种连接器，在有些资料中被统称为FC (F01 )型连接器，较为详细的 资料一般都注明其端面为平面抛光型还是球面(或PC)研磨型。也有些资料将 FC/FC型连接器称为FC型连接器，将FC/PC型连接器称为PC型连接器。由于 经这两种端面处理过的连接器，其光学性能相差较大，因此用户在选用时一定要 弄清楚对方介绍的究竟是哪一种连接器。(3) SC (F04)型光纤连接器这是一种由日本NTT公司开发的模塑插拔耦合式单模光纤连接器。其外壳采 用模塑工艺，用铸模玻璃纤维塑料制成