光纖連接器的類型及安裝技術(shù)概況

摘要： 本文闡述了光纖連接器的光學(xué)性能、機(jī)械性能、耐環(huán)境性能及可靠性等方面的基本技術(shù)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(shù)的優(yōu)缺點進(jìn)行了描述；并對以后的發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測。

關(guān)鍵詞： 光纖連接器；安裝技術(shù)；發(fā)展

概述

光纖連接器是光纖與光纖之間進(jìn)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(yīng)用于通信、局域網(wǎng)(LAN)、光纖到戶(FTTH)、高質(zhì)量視頻傳輸、光纖傳感、測試儀器儀表等。

現(xiàn)在已經(jīng)廣泛應(yīng)用的光纖連接器，其種類眾多，結(jié)構(gòu)各異。但細(xì)究起來，各種類型的光纖連接器的基本結(jié)構(gòu)卻是一致的，即絕大多數(shù)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(jié)構(gòu)

光纖連接器的基本性能要求

光學(xué)性能

光纖連接器的光學(xué)性能要求包括插入損耗、回波損耗、光學(xué)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(shù)。

互換性、重復(fù)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(fù)多次使用，由此而導(dǎo)入的附加損耗一般小于0.2dB。

機(jī)械性能

光纖連接器的機(jī)械性能包括軸向保持強(qiáng)度、端接保持力、連接和分離力(力矩)、撞擊、扭轉(zhuǎn)、光纜保持力、抗擠壓、外部彎曲力矩、振動、沖擊、靜態(tài)負(fù)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(jī)械耐久性是指光纖連接器正常使用情況下的插拔次數(shù)，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(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。ST-兼容連接器的安裝采用旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的連接器。

圖3 FC型光纖連接器

FC型連接器的改進(jìn)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的一種連接器；插拔操作方便，插入損耗波動小，抗壓強(qiáng)度較高，安裝密度高。

圖5 SC型連接器

SC型連接器可以實現(xiàn)雙工(圖6)，使光纖不容易顛倒，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。NTT公司已將這種連接器開發(fā)成一個系列型產(chǎn)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(yīng)用了已比較成熟的四種工藝技術(shù)：2.5mm套管、快速固化粘接安裝、開槽對準(zhǔn)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(zhuǎn)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)允許每根光纖單獨對準(zhǔn)，以實現(xiàn)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(jī)構(gòu)類似RJ，通過小型套管兩側(cè)的導(dǎo)向銷對準(zhǔn)光纖，為便于與光接收機(jī)/發(fā)射機(jī)相連，連接器端面光纖為雙芯(間隔0.75mm)排列設(shè)計，是主要用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呙芏裙膺B接器。標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)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(shè)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(zhuǎn)結(jié)構(gòu)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(shè)備傳輸速度能夠達(dá)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(chǎn)品，也用于電話網(wǎng)絡(luò)。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(yīng)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(zhǔn)光纖：在插座中，光纖固定在精密塑料V型槽內(nèi)。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(chǎn)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(chǔ)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(jī)構(gòu)，能實現(xiàn)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(zhuǎn)結(jié)構(gòu)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(nèi)。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(gòu)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(shù)

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(shù)。

環(huán)氧灌封技術(shù)

環(huán)氧灌封是光纖連接器最先使用的安裝技術(shù)之一，這種技術(shù)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(qiáng)，能提高連接器的可靠性，例如耐高溫可達(dá)105℃。
2)由于環(huán)氧與光纖、陶瓷套管的熱膨脹系數(shù)比較匹配，因此在較寬的溫度范圍內(nèi)，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(jī)械拋光的過程中，這個墊圈支撐、保護(hù)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(shù)

熱熔安裝技術(shù)是3M公司發(fā)明的一種技術(shù)：熱熔膠預(yù)先裝入連接器中，預(yù)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(jìn)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(shù)

快速固化粘接技術(shù)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??；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(dāng)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(dǎo)致連接器的可靠性下降。另外當(dāng)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(yīng)用于室內(nèi)環(huán)境。

無膠拋光技術(shù)

無膠拋光技術(shù)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(shù)：使用機(jī)械方法夾緊光纖，然后進(jìn)行拋光的技術(shù)。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(hù)，光纖容易損壞，所以對安裝人員的技術(shù)水平和責(zé)任心要求較高，且成品率較低。

切割技術(shù)

切割是無環(huán)氧/無粘膠/無拋光連接器產(chǎn)品的一種安裝技術(shù)。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(shù)水平要求沒有以上幾種方法高，降低了培訓(xùn)成本。但這種方法對切割工具、設(shè)備的要求較高，且連接器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格高，提高了安裝總成本。

結(jié)語

隨著光纖通信技術(shù)的不斷發(fā)展，特別是高速局域網(wǎng)和光接入網(wǎng)的發(fā)展，光纖連接器在光纖系統(tǒng)中的應(yīng)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(dāng)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(chǎn)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(shè)備中的成本和密度優(yōu)勢將導(dǎo)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(dāng)，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(xiàn)：
1  Fiber Optic Connectors:Yesterday Today,and Tomorrow An Update      Eric R.Pearson
2  GJB1919-94 《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(biāo)出版發(fā)行部
3  GJB1659-93 《光纖光纜接頭總規(guī)范》 總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部