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光纤连接器的类型及安装技术概况

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作者:中国电子科技集团公司第四十研究所 乔长海 崔勇时间:2007-08-06来源:电子产品世界

摘要: 本文阐述了的光学性能、机械性能、耐环境性能及可靠性等方面的基本技术要求;介绍了一些常用类型及特点;对几种安装技术的优缺点进行了描述;并对以后的发展趋势进行了预测。

关键词: ;安装技术;发展

概述

光纤连接器是光纤与光纤之间进行可拆卸连接的元器件,又称为“活接头”,它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。光纤连接器是光系统中使用量最大的光无源元器件,广泛应用于、局域网(LAN)、光纤到户(FTTH)、高质量视频传输、光纤传感、测试仪器仪表等。

现在已经广泛应用的光纤连接器,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,即绝大多数光纤连接器一般由两个插针和一个耦合管三个部分组成(图1)。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/62301.htm

图1    光纤连接器的一般结构

光纤连接器的基本性能要求

光学性能

光纤连接器的光学性能要求包括插入损耗、回波损耗、光学不连续、串音、环境光敏感性、带宽(仅指多模)等,其中插入损耗和回波损耗是两个最基本的参数。

互换性、重复性

光纤连接器是通用的无源元器件,对于同一类型的光纤连接器,一般都可以任意组合使用、并可以重复多次使用,由此而导入的附加损耗一般小于0.2dB。

机械性能

光纤连接器的机械性能包括轴向保持强度、端接保持力、连接和分离力(力矩)、撞击、扭转、光缆保持力、抗挤压、外部弯曲力矩、振动、冲击、静态负荷等,对于各种光纤连接器使用情况的不同,要求的重点不同。

机械耐久性是指光纤连接器正常使用情况下的插拔次数,目前使用的光纤连接器一般都可以插拔l000次以上。

环境性能

环境性能主要有:高温、温度冲击、潮湿、砂尘、臭氧暴露、腐蚀(盐雾)、易燃性等。

部分常用光纤连接器

ST-兼容连接器

1986年首次推出的ST-兼容连接器(图2)是带定位键、接触型中等损耗连接器,但无抗拉或抗扭转结构。ST-兼容连接器的安装采用旋转插入方法,安装容易、快捷,但要求在面板上有较大的空间。

图2 ST-兼容连接器

FC型光纤连接器

FC型光纤连接器(图3)最早是由日本的NTT公司研制的,采用旋转插入方法,要求在面板上留有大的空间;是带定位键、接触型,有抗拉或抗扭转结构的连接器。

图3 FC型光纤连接器

FC型连接器的改进型,即FC/APC(图4),插针对接端面呈球面(PC),与原来的FC型相比,插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高,而且其它特性基本相同,外部结构也没有改变。

图4 FC/APC型光纤连接器

SC型光纤连接器

1988年开始使用的SC型连接器(图5)也是由日本的NTT公司研制的。其外壳为矩型玻璃纤维塑料件;插针由精密陶瓷制成,耦合管为金属开缝套管,尺寸与FC型相同,端面处理采用PC或APC型研磨方式;插入方法是“推入/推出”方式;紧固方式是采用插拔销闩式。是带定位键、接触型,有抗拉和抗扭转结构的一种连接器;插拔操作方便,插入损耗波动小,抗压强度较高,安装密度高。

图5 SC型连接器

SC型连接器可以实现双工(图6),使光纤不容易颠倒,从而提高了的可靠性。NTT公司已将这种连接器开发成一个系列型产品,包括单体型、双体F(扁平)型、H(高密度)型、高密度四孔型等。

图6 SC型双工连接器

小型连接器(SFF)

光纤插孔

1997年1月,Panduit公司推出了第一个双工光纤插孔(图7)。该光纤插孔采用了一种新型封装形式,而且应用了已比较成熟的四种工艺技术:2.5mm套管、快速固化粘接安装、开槽对准套管和RJ-45形状。

图7 Opti-Jack

Opti-Jack型插头是一种带定位键、接触型、中等损耗、有抗拉和抗扭转结构的连接器。它是一种每根光纤一个套管的双工连接器。这种结构允许每根光纤单独对准,以实现最小的功率损耗。

MT-RJ型连接器

MT-RJ(图8)来源于NTT公司开发的MT连接器,其外壳和锁紧机构类似RJ,通过小型套管两侧的导向销对准光纤,为便于与光接收机/发射机相连,连接器端面光纤为双芯(间隔0.75mm)排列设计,是主要用于数据传输的高密度光连接器。标准大小的MT-RJ型可以同时连接两条光纤,有效密度增加了一倍。

图8 MT-RJ型连接器

MT-RJ型连接器是一种带定位键、接触型、有抗拉结构的连接器。虽然MT-RJ型插头比其它SFF连接器的尺寸小,但其在面板上的排列密度与其它SFF连接器相同。同时,MT-RJ型接口的光电设备传输速率仅为1Gbps。

LC型连接器

LC型连接器(图9)由朗讯科技公司研制开发,研制的目的是让电话公司提高所使用连接器的安装密度。为了得到极低的反射,早期推出的LC型连接器,采用APC形式。

图9 LC型连接器

LC型是一种带定位键、接触型、中等损耗、有抗拉和抗扭转结构的连接器。套管直径为1.25mm,只有ST-兼容连接器、SC型连接器中套管直径的一半,大大提高了光配线架中光纤连接器的密度。是一种单工SFF连接器,但能够通过使用一个卡夹变成双工连接器。

LC型接口的光电子设备传输速度能够达到10 Gbps。

LX.5型连接器

ADC公司研制的LX.5型连接器(图10)是一种类似LC型连接器的产品,也用于电话。采用半圆形和APC端面形式的LX.5型连接器有一个防尘罩,安装时,应先去掉防尘罩;同样,LX.5型适配器(图11)也有一个防尘罩。连接器和适配器中的防尘罩提高了产品的可靠性。

图10 LX.5型连接器

图11 LX.5型适配器

Volition型连接器

来源于3M公司的Volition型双工连接器是一种插头和插座系统(图12)。Volition型具有一个典型的结构特性:V型槽代替了套管。

图12 Volition型双工连接器

采用V型槽来对准光纤:在插座中,光纤固定在精密塑料V型槽内。在插头中,定制的光纤自由浮动,插头中的光纤轻松插入插座的V型槽中,通过光纤挠曲产生的压力而使互连的光纤接触。

MU型连接器

MU连接器(图13)是由日本的NTT公司在SC型连接器基础上,研制开发出来的,尺寸仅为SC型连接器的1/2。该连接器采用1.25mm直径的套管和自保持机构,能实现高密度安装。MU型是一种带定位键、接触型、中等损耗、有抗拉和抗扭转结构的连接器,它是一种能够装成双工、三工或四工的光纤连接器。

图13 MU连接器

MTP/MPO型连接器

MTP/MPO型连接器(图14)有6~24根光纤在一个模塑的合成套管内。这些连接器减小了附件和面板的尺寸。MPO连接器由两个插头和一个插座构成。插头上装配有MT连接器套管,各插头可以灵活地插入插座或拔出,操作简单方便。将套管端面研磨成8度斜面,并使光纤端面稍稍突出于该斜面。这种工艺的优点是8度斜面能有效抑制回程反射光;而光纤端面突出可以使光纤端面紧密接续,并能有效抑制接续损耗变化。

图14 MTP/MPO型连接器

安装技术

针对不同的连接器类型以及满足不同的要求,如可靠性、方便性和安装时间/成本等,研究出了很多种光纤连接器的安装技术。

环氧灌封技术

环氧灌封是光纤连接器最先使用的安装技术之一,这种技术有四个优点和三个缺点。

优点
1)环氧的耐环境能力强,能提高连接器的可靠性,例如耐高温可达105℃。
2)由于环氧与光纤、陶瓷套管的热膨胀系数比较匹配,因此在较宽的温度范围内,损耗稳定。
3)由于在套管的末端形成了一个环氧垫圈,在手工或机械抛光的过程中,这个垫圈支撑、保护着光纤,消除了光纤末端的损坏和破裂的可能性,可以大大提高效率。
4)能够使用低成本的连接器。

缺点
1)使用不便;2)安装效率低;3)功率消耗增加。

热熔安装技术

热熔安装技术是3M公司发明的一种技术:热熔胶预先装入连接器中,预热连接器使粘胶软化,以便光纤能够装入,将光纤和/或光缆装入连接器,冷却后,再去除多余的光纤,并对端面进行抛光。
和环氧灌封相比,热熔工艺方法缩短了时间、避免了易脏和不方便性,提高了安装效率。但热熔连接器比环氧连接器昂贵、热熔安装方法使用的加热炉和专用炉需要消耗功率。

快速固化粘接技术

快速固化粘接技术有两个优点和三个缺点。

优点:1)解决了热熔安装、环氧灌封的缺点和不便性,而且消除了对功率的要求,提高了安装效率,降低了安装成本。2)适用于低成本的陶瓷套管连接器,使总安装成本降低。

缺点:1)粘胶过早固化;2)对光纤的支撑作用小;3)可靠性降低。由于对光纤的支撑作用很小,在去除多余的光纤或抛光过程中,容易使光纤折断,成品率、效率低。当涂有固化剂、促凝剂的光纤插入装有粘胶的连接器时,如果插入光纤太慢,粘胶固化,使光纤尚未完全插合到位就已被固定,在这种情况下,插入连接器的光纤很少,会导致连接器的可靠性下降。另外当温、湿度变化大或温湿度急剧变化时,一些快速固化胶性能会降低,也会影响连接器的可靠性,所以快速固化粘接一般应用于室内环境。

无胶抛光技术

无胶抛光技术是由AMP(编者注:后被Tyco收购)、3M 和Automatic Tool and Connector等几家公司提出的一种安装技术:使用机械方法夹紧光纤,然后进行抛光的技术。虽然夹紧方便,消耗时间少,但在抛光过程中,由于对光纤缺乏支撑和保护,光纤容易损坏,所以对安装人员的技术水平和责任心要求较高,且成品率较低。

切割技术

切割是无环氧/无粘胶/无抛光连接器产品的一种安装技术。方法是:切割光纤末端、把光纤插入连接器、将光纤与连接器压接或夹紧。

由于切割安装方法不使用粘胶和抛光工艺,所以减少了安装时间,降低安装成本,另外对安装人员的技术水平要求没有以上几种方法高,降低了培训成本。但这种方法对切割工具、设备的要求较高,且连接器的结构复杂,价格高,提高了安装总成本。

结语

随着光纤技术的不断发展,特别是高速局域网和光接入网的发展,光纤连接器在光纤系统中的应用将更为广泛。同时,光纤系统也对光纤连接器提出了更多的、更高的要求—高性能、低成本、小型化、多纤化、安装密度高、安装简便等。

当新的连接器类型,如SFF型和MTP/MPO型连接器增加市场占有量和市场份额时,老产品,如ST-兼容连接器和SC性连接器将会减少市场份额。由于SFF型连接器在光电子设备中的成本和密度优势将导致规模和市场份额增加。MT-RJ和LC型连接器将有很大的增长,原因是光电子制造商大力支持。

由于MTP/MPO型连接器可以接24根光纤,而体积仅与1~2个SC连接器相当,体积锐减了90%以上,因此MTP/MPO型连接器用量呈上升趋势。
  
参考文献:
1  Fiber Optic Connectors:Yesterday Today,and Tomorrow An Update      Eric R.Pearson
2  GJB1919-94 《耐环境中性圆形光纤光缆连接器总规范》 总装备部军标出版发行部
3  GJB1659-93 《光纤光缆接头总规范》 总装备部军标出版发行部

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