光纖連接器如何實現光纖的精密連接？
發布時間：2020-1-6 11:11
發布者：hycsystembella
關鍵詞：
光纖連接器
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當兩根光纖接續時，由于兩光纖位置、形狀、結構等的差異，造成能量并不能100%的從一根光纖進入另一根光纖，即會出現連接損耗。為了盡量地減小連接損耗，兩根光纖之間必須精密對準。光纖連接器的主要作用是快速連接兩根光纖，使光信號可以連續而形成光通路。而光纖連接器是如何來實現光纖的精準連接？ 光纖連接器種類非常繁多，然而光纖之間的精確對準取決于兩個因素，其一是具有精密內徑、外徑和同心度的陶瓷插芯，其二是帶開縫的陶瓷套筒，這個陶瓷套筒是一個非常聰明的設計。從圖1中可以看到兩根光纖如何通過一個陶瓷套筒實現精密對準，陶瓷套筒的內徑比插芯的外徑稍小，因為套筒上有開縫，插芯才能插入。被擴張的套筒箍緊兩個插芯，實現精密對準。 
圖1 兩根光纖之間的精密對準 單模光纖SMF的芯徑只有8~10μm左右，為了保證低連接損耗，兩根光纖之間必須精密對準。從圖2中可以看到連接損耗與兩根光纖橫向錯位量之間的關系，該曲線是指數關系的，小至2.4μm的橫向錯位就會產生1dB的損耗。因此對單模光纖連接器，兩根光纖之間的橫向錯位應小于0.5μm。
圖2 連接損耗與光纖橫向錯位之間的關系 光纖端面的物理接觸 然而，僅僅是精密對準，對光纖連接來說是遠遠不夠的。我們知道，光在兩種不同介質的分界面上會發生反射回波。石英光纖在1.55μm處的折射率約為1.455，因此光纖端面的反射回波BR為3.4%。后向反射光會影響通信系統的穩定性，同時每個石英玻璃-空氣界面還會引入大約0.15dB的插入損耗。因此每個光纖接頭會增加0.3dB的損耗。 人們通常在端面上鍍增透膜來減少反射回波，然而在光纖連接器中不考慮鍍膜問題。首先，鍍增透膜會增加連接器的成本；其次，光纖連接并不是固定的，重復插拔會破壞增透膜。那么可不可以在光纖端面鍍增透膜，并保持光纖端面不接觸呢？從圖3中可以看到光纖對接損耗與兩根光纖縱向間距之間關系，小至50μm的間隙就會引入將近1dB的損耗，這在光纖通信系統中是不能容忍的。 因此我們得到共識，兩根光纖之間必須接觸且光纖端面不能鍍膜。反射回波發生在兩種不同介質的分界面上，光纖端面之間的空氣必須排出，這樣兩個光纖端面達到物理接觸（PC），如同融為一體的介質。由于光纖被固定在陶瓷插芯的中間，陶瓷表面的任何粗糙不平，都會影響光纖之間的物理接觸。為了保證光纖之間的物理接觸，插芯表面通常被研磨成球面，光纖端面位于球面的頂點處，這是光纖連接器中的第二個聰明設計。如圖1中所示，插芯被插入套筒，在壓力作用下，插芯端面發生變形，端面變形可保證光纖之間的物理接觸。由于物理接觸取決于端面變形，而陶瓷既耐磨又有一定的彈性，這是它而非玻璃被選作插芯材料的原因。
圖3 插入損耗與光纖間距之間的關系 進一步減少反射回波 光纖之間的物理接觸可保證光纖接續點的低損耗，然而回波損耗RL僅能達到55dB。對于一些要求更高RL的應用領域，光纖連接器的端面被研磨成一定角度，稱為斜面物理接觸APC。圖4曲線表示增加的RL與光纖端面角度之間的關系，光纖端面通常研磨成8°斜面，RL可額外增加36dB，因此APC連接器的總RL通常大于65dB。
圖4 回波損耗RL與光纖端面角度之間的關系 光纖連接器是光纖通信系統中最基礎的光無源器件，系統對光纖連接器最基本的技術要求包括插入損耗IL低、回波損耗RL高，即盡量低的反射回波BR。然而，作為應用最多的光無源器件，其成本和連接便利性與技術指標同等重要。 |
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