1、光纖連接器的現(xiàn)狀及發(fā)展劉滬陽本文對光纖連接器的一般特征、性能、現(xiàn)狀及發(fā)展等幾個方面作了簡要的論述。引言光纖連接器，俗稱活接頭，國際電信聯(lián)盟（ITU）建議將其定義為“用以穩(wěn)定地，但并不是永久地連接兩根或多根光纖的無源組件”（CCITT第VI研究組1992年3月于日內(nèi)瓦通過）。主要用于實現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)備間、設(shè)備與儀表間、設(shè)備與光纖間以及光纖與光纖間的非永久性固定連接，是光纖通信系統(tǒng)中不可缺少的無源器件。正是由于連接器的使用，使得光通道間的可拆式連接成為可能，從而為光纖提供了測試入口，方便了光系統(tǒng)的調(diào)測與維護；又為網(wǎng)路管理提供了媒介，使光系統(tǒng)的轉(zhuǎn)接調(diào)度更加靈活。光纖連接器的一般特征由于光纖連接器在光纖通

2、信系統(tǒng)中具有如此重要的作用，因此各國的廠家對此投入了大量的人力、物力，進行了積極和深入的研究，研制開發(fā)出了多種光纖連接器，現(xiàn)已廣泛地應用于各類光纖通信系統(tǒng)中。（1）光纖連接器的基本構(gòu)成目前，大多數(shù)的光纖連接器是由三個部分組成的：兩個配合插頭和一個耦合管。兩個插頭裝進兩根光纖尾端；耦合管起對準套管的作用。另外，耦合管多配有金屬或非金屬法蘭，以便于連接器的安裝固定。（2）光纖連接器的對準方式光纖連接器的對準方式有兩種：用精密組件對準和主動對準。高精密組件對準方式是最常用的方式，這種方法是將光纖穿入并固定在插頭的支撐套管中，將對接端口進行打磨或拋光處理后，在套筒耦合管中實現(xiàn)對準。插頭的支撐套管采用不

3、銹鋼、鑲嵌玻璃或陶瓷的不銹鋼、陶瓷套管、鑄模玻璃纖維塑料等材料制作。插頭的對接端進行研磨處理，另一端通常采用彎曲限制構(gòu)件來支撐光纖或光纖軟線以釋放應力。耦合對準用的套筒一般是由陶瓷、玻璃纖維增強塑料（FRP）或金屬等材料制成的兩半合成的、緊固的圓筒形構(gòu)件做成的。為使光纖對得準，這種類型的連接器對插頭和套筒耦合組件的加工精度要求很高，需采用超高精密鑄模或機械加工工藝制作。這一類光纖連接器的介入損耗在（0.183.0）dB范圍內(nèi)。主動對準連接器對組件的精度要求較低，可按低成本的普通工藝制造。但在裝配時需采用光學儀表（顯微鏡、可見光源等）輔助調(diào)節(jié)，以對準纖芯。為獲得較低的插入損耗和較高的回波損耗，還

4、需使用折射率匹配材料。（3）光纖連接器的分類根據(jù)ITU的建議，光纖連接器的分類是按光纖數(shù)量、光耦合系統(tǒng)、機械耦合系統(tǒng)、套管結(jié)構(gòu)和緊固方式進行的，如表1所示。表1光纖數(shù)量光耦合機械耦合套管結(jié)構(gòu)緊固方式單通道對接套筒V型槽錐型其它直套管螺絲多通道透鏡錐形套管銷釘單/多通道其它其它彈簧銷光纖連接器的性能光纖連接器的性能，從根本上講首先是光纖連接器的光學性能；另外為保證光纖連接器的正常使用，還要考慮光纖連接器的互換（同型號間）性能、機械性能、環(huán)境性能和壽命（即最大可拔插次數(shù)）。（1）光學性能對于連接器光學特性的確定，ITU建議按表2要求加以考慮。表2性能因素單纖連接器多纖連接器介入損耗應當要求應當要求

5、回波損耗應當要求應當要求譜損應當考慮，適當要求應當考慮，適當要求背景光耦合應當考慮，適當要求應當考慮，適當要求串話不要求應當要求帶寬（僅指多模）應當考慮，適當要求應當考慮，適當要求目前，對于單纖連接器光性能方面的要求，用戶所關(guān)心的和廠家宣傳的重點還是放在介入損耗和回波損耗這兩個最基本的性能參數(shù)上。其中，介入損耗（或稱插入損耗）是指因連接器的介入而引起傳輸線路有效功率減小的量值，對于用戶來說，該值越小越好。對于該項性能，ITU建議應根據(jù)20個樣品的測試，確定出平均損耗、標準偏差和樣品最大損耗?；Ｆ骄鶕p耗值應不大于0.5dB?；夭〒p耗（或稱反射衰減、回損、回程損耗）是衡量從連接器反射回來并沿輸入

6、通道返回的輸入功率分量的一個量度，其典型值應不小于25dB。對于光纖通信系統(tǒng)來說，隨著系統(tǒng)傳輸速率的不斷提高，反射對系統(tǒng)的影響也越來越大，來自連接器的巨大反射將影響高速率激光器（開關(guān)速率為Gbit/s級）的穩(wěn)定度，并導致分布噪聲的增大和激光器抖動。因此對回波損耗的要求也越來越高，僅滿足典型值的要求已無法符合實際要求，還需要進一步提高回波損耗。研究表明，通過對連接器對接端的端部進行專門的拋光或研磨處理，可以使回波損耗更大。ITU建議此類經(jīng)專門處理過的連接器，其回波損耗值不應小于38dB。需要指出的是，對于上述兩項的有關(guān)數(shù)值要求，ITU認為當系統(tǒng)受到光功率分配方面的限制時，這些取值是合適的；對于分

7、配網(wǎng)等對功率分配要求不高的場合，較低的性能也是可以接受的。光纖連接器光學性能的試驗方法，ITU建議按IEC874-1最新修訂版中規(guī)定的方法進行。但應注意這些方法是為生產(chǎn)測試規(guī)定的，不完全適用于野外環(huán)境。其中介入損耗和反射可采用OTDR進行測試。為保證測試精度，使用OTDR進行介入損耗的測試時必須從兩個方向進行。（2）互換性能對于光纖連接器的互換（同型號間）性能的確定，在ITU的有關(guān)建議中未見表述。但在實際應用中，由于光纖連接器是一種通用的光接口元件，因此對于同一種型號的光纖連接器，如無特殊要求，任意組合而成的連接器組合與已匹配好的連接器組合相比較，傳輸功率的附加損耗應可忽略不計。而目前由于連接

8、方式、加工精度以及光纖的本征特征（模場直徑、模場心度誤差等）的限制，該附加損耗尚不能完全忽略。用戶與廠家一般將此附加損耗限制在小于0.2dB的范圍內(nèi)。（3）機械性能對于光纖連接器的機械性能的確定，ITU建議按表3要求加以考慮。表3軸向抗張強度應當要求應當要求彎曲應當要求應當要求機械耐力應當要求應當要求撞擊（敲擊）應當要求應當要求下垂應當要求應當要求振動應當考慮，適當要求應當考慮，適當要求沖擊（跌落）應當考慮，適當要求應當考慮，適當要求靜態(tài)負荷應當考慮，適當要求應當考慮，適當要求對于光纖連接器機械性能的試驗方法，ITU建議按IEC874-1總規(guī)范最新修訂版所規(guī)定的方法進行。抽樣數(shù)量，除特殊要求外

9、，IEC規(guī)定一般不少于5個連接器/光纜組合件。對于部分試驗項目，IEC規(guī)定的試驗方法中還明確了試驗條件以及評價標準。對于配對連接器的軸向抗張強度和至少包含5個連接器的光纜組合件的強度保持力，IEC確定其最小起來90N。對于彎曲性能，IEC規(guī)定至少應測試5個連接器/光纜組合件樣品。應在距連接器1m處對光纜施加15.0N的力。在1.25cm半徑的圓軸上彎曲300個循環(huán)。試驗結(jié)束后，附加損耗應不超過0.2dB。對于耐機械性能（即重復插拔性能），IEC規(guī)定應從5個連接器/光纜組合件樣品中取出1個，用人工方式接入和斷開至少200次，連接器應加以清洗，每重復接入25次就要測量一次介入損耗。完成測試后，與初

10、始值相比，其最大附加損耗不應超過0.2dB,并仍能工作。對于下垂性能，IEC規(guī)定應至少試驗5個安裝了連接器的光纜組合件。試驗后的最大附加損耗不應超過0.2dB。對于振動性能，IEC規(guī)定振動頻率范圍為（1055）Hz,穩(wěn)定振幅為0.75mm。試驗后的最大附加損耗不應超過0.2dB。（4）環(huán)境性能對于光纖連接器環(huán)境性能的確定，ITU建議按表4加以考慮。表4溫度循環(huán)應當要求應當要求高濕應當要求應當要求灰塵應當要求應當要求工業(yè)環(huán)境應當要求應當要求高低溫存放應當考慮，適當要求應當考慮，適當要求腐蝕（鹽霧）應當考慮，適當要求應當考慮，適當要求易燃性應當考慮，適當要求應當考慮，適當要求對于光纖連接器環(huán)境性能

11、的試驗方法，ITU建議按安裝條件來加以考慮。所抽樣品及數(shù)量，除特殊要求外，ITU建議一般選用裝配了連接器的光纜，其數(shù)量不少于10根。對于部分試驗項目，1還明確了試驗條件以及評價標準。對于溫度循環(huán)性能的試驗，ITU建議低溫應為-40,高溫應為+70。循環(huán)次數(shù)為40個溫度周期。試驗后，與初始值相比較，附加損耗不應超過0.5dB。對于高濕度（穩(wěn)態(tài)濕熱）性能，ITU建議試驗環(huán)境為：（602）,相對濕度90%95%,持續(xù)時間為504h。試驗后，與初始值相比較，附加損耗不應超過0.5dB。高低溫（冷干熱）性能，主要是用以評估貯存溫度對裝配了連接器的光纜組合件的影響。對于此項目的試驗，ITU建議在最高干熱溫

12、度+8。和最低溫度-55下各持續(xù)保溫360L然后把帶連接器的光纜穩(wěn)定在（212）、相對濕度為約為50%的環(huán)境下，持續(xù)24h。試驗后，與初始值相比較，附加損耗不應超過0.05dB。（5）光纖連接器的壽命由于維護中轉(zhuǎn)接跳線和正常測試等需要，光纖連接器經(jīng)常要進行插拔，由此引出了插拔壽命即最大可插拔次數(shù)的問題。這個問題的提出應基于這樣的前提：光纖連接器在正常使用條件下，經(jīng)規(guī)定次數(shù)的插拔，各元件無機械損傷，附加損耗不超過限值（通常該限值規(guī)定為0.2dB）。光纖連接器的插拔壽命一般由元件的機械磨損情況決定的。當前，光纖連接器的插拔壽命一般可以達到大于1000次，附加損耗不超過0.2dB。對采用開槽陶瓷耦合

13、套筒的光纖連接器來說，由于陶瓷材料存在裂紋生長，因此靜態(tài)疲勞將導致套筒破裂。根據(jù)有關(guān)資料介紹，未經(jīng)篩選的此類套筒20年的破裂概率為10-4。若以比工作應力大2.6倍的篩選力進行篩選試驗，那么在20年內(nèi)將不會發(fā)生破裂。4部分常見光纖連接器以下介紹的是部分常見的光纖連接器，其性能指標皆為配合單模光纖在1310nm波長下使用時的情況。FC/FC型光纖連接器這種連接器最早是由日本NIT研制。前一個FC是FerruleConnector的縮寫，表明其外部加強件是采用金屬套，緊固方式為螺絲扣；后一個FC表明接頭的對接方式為平面對接。此類連接器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，制作容易，但光纖端面對微塵較為敏感，且容易產(chǎn)

14、生菲涅爾反射，提高回波損耗較為困難。以NTT的FC/FC型光纖連接器為例，其部分參數(shù)分別為：介入損耗：最大為1.0dB,平均為0.5dB；重復性偏差(即機械耐力)：最大為0.3dB,平均為0.06dB；互換偏差：最大為0.5dB,平均為0.2dB。FC/PC型光纖連接器這種連接器是FC/FC型連接器的改進型。其中FC的意義與前者相同；PC是PhysicalConnection的縮寫，表明其對接端面是物理接觸，即端面呈凸面拱型結(jié)構(gòu)。與前者相比，這種連接器外部結(jié)構(gòu)沒有改變，只是對接端面的結(jié)構(gòu)由平面變?yōu)楣靶屯姑?。此類連接器的介入損耗和回波損耗性能與前者比較有了較大幅度的提高。以北京住力電通光電技術(shù)公

15、司采用日本住友電工的技術(shù)和標準生產(chǎn)的FC/PC型光纖連接器為例，根據(jù)該公司的介紹，其100個介入損耗規(guī)格值為0.5dB的連接器的最大介入損耗為0.35dB,平均值為0.18dB?；夭〒p耗皆大于40dB,平均值可達到44.12dB。以上兩種連接器，在有些資料中被統(tǒng)稱為FC(F01)型連接器，較為詳細的資料一般都注明其端面為平面拋光型還是球面(或PC)研磨型。也有些資料將FC/FC型連接器稱為FC型連接器，將FC/PC型連接器稱為PC型連接器。由于經(jīng)這兩種端面處理過的連接器，其光學性能相差較大，因此用戶在選用時一定要弄清楚對方介紹的究竟是哪一種連接器。SC(F04)型光纖連接器這是一種由日本NTT

16、公司開發(fā)的模塑插拔耦合式單模光纖連接器。其外殼采用模塑工藝，用鑄模玻璃纖維塑料制成，呈矩型；插頭套管(也稱插針)由精密陶瓷制成，耦合套筒為金屬開縫套管結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)尺寸與FC型相同，端面處理采用PC或APC型研磨方式；緊固方式是采用插拔銷閂式，不需旋轉(zhuǎn)。此類連接器價格低廉，插拔操作方便，介入損耗波動小，抗壓強度較高，安裝密度高。據(jù)有關(guān)資料介紹，單體型的SC連接器，其平均介入損耗值為0.06dB,標準偏差為0.07dB；回波損耗：采用PC技術(shù)時，平均值為28.4dB,標準偏差為0.6dB；采用APC技術(shù)時，平均值為46.1dB,標準偏差為2.7dB。另外NTT已將這種連接器開發(fā)成一個系列型產(chǎn)品，包

17、括四種型號的SC連接器(單體型、雙體F(扁平)型和H（高密度）型、高密度四孔型）、適用于書架式單元中印刷電路板與底座之間多路光連接的底座光連接器、固定衰減器、SC型插座、測量插座和光纖連接器清洗器等。接器清洗器等。（4）DIN47256型光纖連接器這是一種由德國開發(fā)的連接器，DIN是德國工業(yè)標準的表示，其后面的數(shù)字為標準號。這種連接器采用的插針和耦合套筒的結(jié)構(gòu)尺寸與FC型相同，端面處理采用PC研磨方式。與FC型連接器相比，其結(jié)構(gòu)要復雜一些，內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)中有控制壓力的彈簧，可以避免因插接壓力過大而損傷端面。另外，這種連接器的機械精度較高，因而介入損耗值較小。據(jù)有關(guān)資料提供的數(shù)據(jù)，介入損耗標稱值為

18、0.55dB的連接器，其實測最大值為0.14dB，平均值為0.088dB。（5）雙錐型連接器（BiconicalConnector）這類光纖連接器中最有代表性的產(chǎn)品是由美國貝爾實驗室開發(fā)研制，由兩個經(jīng)精密模壓成形的端頭呈截頭圓錐形的圓筒插頭和一個內(nèi)部裝有雙錐形塑料套筒的耦合組件組成。據(jù)有關(guān)資料介紹其最大介入損耗值為0.7dB，平均為0.28dB。已見報導的商用型號為2016。5國內(nèi)情況及建議當前，隨著國內(nèi)通信事業(yè)的不斷發(fā)展，光纖通信已步入實用化階段，且應用的范圍越來越廣。我國目前對于光通信系統(tǒng)中所用的光纖連接器，或是使用進口連接器，或是以進口的陶瓷套管和外圍金屬件等所謂“散件”在國內(nèi)進行組裝，

19、或是根據(jù)所引進國外技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備進行生產(chǎn)，主要是FC型光纖連接器。鑒于此種情況，筆者建議如下。（1）標準化問題國際上光纖連接器產(chǎn)品的型號和標準都比較多，引進和使用時如不加以限制，勢必會產(chǎn)生混亂，為維護和管理工作帶來不便。據(jù)介紹，在這方面美、日、德、法等國已有了國家標準，并為IEC所認可；我國在這方面也有類似的規(guī)定。建議將此類規(guī)定作為技術(shù)規(guī)范或入網(wǎng)要求等技術(shù)文件中的一項內(nèi)容以國家標準的方式加以公布。（2）兼容性問題由于通信是一項系統(tǒng)工程，因此建議用戶在訂貨時，應考慮光傳輸設(shè)備、光附屬設(shè)備、光測試儀表等項所用光纖連接器的兼容性。在不影響系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，應盡可能使將訂購的儀表設(shè)備與已有設(shè)備儀表的光

20、纖連接器的型號一致。如不能滿足，則應考慮使用時可能出現(xiàn)的問題，并訂購或準備相應的轉(zhuǎn)接法蘭或轉(zhuǎn)接線。(3)生產(chǎn)與使用問題就生產(chǎn)而言，建議國家指導有關(guān)光纖連接器的生產(chǎn)廠家根據(jù)有關(guān)規(guī)定并結(jié)合國內(nèi)現(xiàn)有及使用情況，統(tǒng)一以一種核心元件為基礎(chǔ)(如2.5mm的插針及相應的套筒)開發(fā)研制符合國情、適應需要的產(chǎn)品。就使用而言，建議用戶應根據(jù)自己的實際情況，選擇適用的光纖連接器。在滿足系統(tǒng)要求的前提下，充分考慮性能、價格和發(fā)展等方面的關(guān)系，努力降低成本，擴大使用范圍。在未來光纖用戶網(wǎng)和高速局域網(wǎng)中，價格和硬件升級等問題可能會更加突出，用戶更需就性能、價格和發(fā)展等方面進行綜合考慮。6發(fā)展與展望由于光纖通信技術(shù)應用領(lǐng)域

21、不斷擴大，高速局域網(wǎng)和本地用戶網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)得到了很大發(fā)展，出于維護上測量、轉(zhuǎn)接、調(diào)度等方面的需要，對光纖連接器提出的要求也越來越多，這些都促進了光纖連接器的發(fā)展。就光纖連接器的關(guān)鍵元件-插頭支撐套管和耦合套筒而言，2.5mm的插針及配套的耦合套筒將得到較大發(fā)展，以此為基礎(chǔ)已開發(fā)出FC、ST、SC、DIN472556、MiniBNC、GFS-1113、530等多種型號的光纖連接器，而且其技術(shù)也在不斷進行改進，改進的目的是努力降低介入損耗，盡可能提高回波損耗，并改善連接器的機械耐力(重復插拔性能)和溫度性能。目前改進工作主要是從兩個方面著手的。其一為制作材料。由于陶瓷材料與石英玻璃材料的熱匹配性好，理

22、化性能穩(wěn)定，加工精度高，機械耐力好，因此越來越受到重視。估計短期內(nèi)，以精密陶瓷制作的插針套管和耦合套筒將繼續(xù)占主導地位。目前使用較多的陶瓷材料是氧化鋁和3mol氧化釔不完全穩(wěn)定的氧化鋯(PSZ)。其中氧化鋁的硬度較高，研磨精度也比較高，但對研磨設(shè)備的要求也較高，且彎曲強度低、粒度大，碰到堅硬表面時易碎裂。而氧化鋯(PSZ)的彎曲強度和斷裂強度較氧化鋁要高得多，且其硬度小、顆粒小，易于進行研磨拋光，但由于其場式模量較小，因而在進行研磨時需要先進的加工工藝?？偟膩碚f，使用氧化鋯(PSZ)較氧化鋁要可靠得多。另有資料介紹說，由于需要不斷進行插拔，因此耦合套筒必須具有良好的耐磨性和一定的彈性，所以，理

23、想的組合是用氧化鋁制作插針套管，用氧化鉻制作耦合套筒。其二是改進插針體（套管）對接端端面的對接方式和端面的加工工藝。目前隨著系統(tǒng)速率的不斷提高，PC（物理接觸）型正在逐步取代FC（平面接觸）型；對于PC型研磨的工藝也在不斷進行改進，人工研磨正逐漸為機器研磨所取代；出現(xiàn)了APC（AdvancePhysicalContant）技術(shù)，即在傳統(tǒng)PC研磨的基礎(chǔ)上，再用二氧化硅磨片或微粉進行超精細研磨，以減小因光纖連接器對接端面處折射率不匹配對介入損耗和回波損耗性能的影響。這種不匹配是由研磨受力所產(chǎn)生的損傷層造成的。一般經(jīng)PC研磨后，損傷層的折射率約為1.54,高于光纖纖芯的折射率（1.46），而經(jīng)過APC研磨處理的端面，其折射率約為1.46,接近或達到纖芯的折射率。表5數(shù)據(jù)表明了采用不同材料。對接方式和加工工藝制作的插針套管對光纖連接器介入損耗和回波損耗性能的影響。表5參數(shù)金屬FC/FC型金屬FC/PC型手工研磨陶瓷FC/PC型機器研磨陶瓷FC/PC型機器研磨陶瓷FC/APC型介入損耗（dB）0.350.230.210.180.14回放損耗（dB）14.9139.8527.1438.0548.76另外，根據(jù)研究，在現(xiàn)在的.5mm型插針套管的基礎(chǔ)上，采用斜面連接是提高單模光纖連接器回波損耗性能的一個有效途徑