光纤连接器的基本原理是什么?具有怎样的应用性能?
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光纤连接器是一种在光纤通信传输的链路中,在光纤与光纤之间,为了实现设备、系统和不同的模块连接的需要能够进行拆卸的连接器件。能够使光路按照需要的通道进行传输功能的器件,实现和完成预订或期望的目标以及要求的器件就叫连接器。光纤连接器是光纤与光纤之间进行可拆卸(活动)连接的器件,它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,并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小,这是光纤连接器的基本要求。在一定程度上,光纤连接器影响了光传输系统的可靠性和各项性能。
光纤连接器的基本原理是利用某种机械结构,使两个抛光的光纤端面精确对准并紧密接触。两根光纤之间的对接耦合,对径向错位非常敏感,因此要求固定光纤的陶瓷插芯外径具有非常高的圆度,内孔具有非常高的同心度,内孔径尺寸非常精确。为了保证两根光纤的紧密接触,要求陶瓷插芯端面研磨成球面而非平面,这样有助于其中心的光纤相互接触,另外光纤连接器对接时,借助弹簧施加一定压力,使陶瓷插芯的球端面发生轻微变形以保证两光纤端面的紧密接触,
通常,衡量光纤连接器产品质量的主要光学特性指标为插入损耗(Insert loss)和回波损耗(Return loss)。此外,影响产品质量可靠性的插芯端面几何参数等物理特性指标也越来越被系统厂商或高端客户所重视。下面从光纤连接器的工作原理出发,对连接器的插入和回波损耗作简单的介绍:
光纤连接器不能单独使用,它必须与其它同类型的连接器互配,才能形成光通路的连接,目前,较为流行的光纤连接器装配和对接方式为:利用环氧树脂热固化剂,将光纤粘固在高精度的陶瓷插针孔内,然后使两插针在外力的作用下,通过适配器套筒的定位,实现光纤之间的对接。保证对接的两根光纤纤芯接触时成一直线是确保连接器优良的连接质量的关键,它主要取决于光纤本身的物理性能和连接器插针的制造精度,以及连接器的装配加工精度。同时,光纤的光学性能指标和插针端面的抛光质量对于连接器的光学性能和使用可靠性也有着直接的影响。
插入损耗是指接续的连接器给系统造成的光功率衰减(即光连接器输出功率相对于输入功率的相对减少量)。插入损耗主要由相接续的两根光纤之间的横向偏离造成。如图一所示,如两根光纤排成一直线,横向偏离为零,则其造成的插入损耗最小。但在连接器的实际对接过程中,这是不大可能实现的,因为纤芯与光纤包层的不同心、光纤包层与插针内孔的不同心以及插针内孔与外径的同心度误差等,都会引起光纤间的横向偏离。
同时,光纤接头中的纵向间隙和端面质量也是引起插入损耗的因素之一,近年来普遍采用的UPC插头接触方式,则较好地解决了纵向间隙问题。按此方式,插针和光纤端面经球面抛光处理,使得相对接的两插针在外力的作用下啮合在一起,使啮合光纤的顶点变形并展平,形成光纤充分对接,减小光纤接头中的纵向间隙。
作为最基本的光无源器件,光纤连接器的应用最为广泛,其种类也非常繁多,有FC、SC、ST、LC、MU、E2000等。光纤连接器是光纤通信系统中各种装置连接所必不可少的器件,也是目前使用量最大的光纤器件。由于本地通信网络的逐步光纤化,城域网和用户接入网需求的上升,近年来全球光纤连接器市场的总需求量不断扩大,预计未来十年的年增长率将在20%左右。