光纖連接器可靠性要求

光纖連接器推動大數據時代發展

未來網絡將更加依賴可靠的光連接。近年來，智慧城市、固定寬帶、移動互聯網和物聯網等產業的快速發展，推動了大數據與云計算的快速增長。每天都有海量數據產生，需要傳輸、存儲和處理的數據呈幾何級數增加，信息發展進入了大數據時代。大數據時代對數據的處理能力和速度要求大幅提升，引發了網絡體系的變革，也進一步開拓了光纖傳送網的市場，光纖連接器的市場需求也將得到推動。隨著信息化和智能化的快速發展，5G產業加速發展，數字中國建設進程加劇，“寬帶中國”的實施，現代無線通訊技術對精準定位、傳輸隱蔽性和抗干擾性等要求越來越高。光纖及連接器在通信、數據中心、汽車、能源電力、軌道交通、航天航空等各大領域的應用也日益增多。

光纖連接器概述和種類

光纖連接器是一種基礎無源光器件，用于實現光纖系統中光纖之間的可拆卸（活動）連接。它通過將光纖的兩個端面精密對接起來，使發射光纖輸出的光能量能夠最大限度地耦合到接收光纖中，并使由于其介入光鏈路而對系統造成的影響減到最小。這是光纖連接器的基本要求。光纖連接器在一定程度上影響著光傳輸系統的可靠性和各項性能。

光通信傳輸技術具有通信容量大、保真度高、抗干擾能力強、原材料來源豐富等出色的傳輸特性而被廣泛關注。光纖作為傳輸介質，在抵達終端時，不可避免地產生各種各樣的連接。光纖連接器的研究、開發和應用正是保證光纖與光纖間的連接可靠性而生。

光纖連接器大體上可分為活動型光纖連接器、加固型光纖連接器和混合型連接器。

（一）活動型光纖連接器

活動型光纖連接器指與無源或有源器件的連接動作為可重復性連接的一類光纖連接器，即常規意義上的光纖連接器，一般用于光纖器件的臨時型連接，常用的如LC、FC、SC、ST等。

（二） 加固型光纖連接器

加固型光纖連接器是根據普通光纖連接器的工作原理，結合光纖連接的實際使用環境需要，采用加固設計的方法，提升光纖連接器的耐環境、防水密封等性能的連接器。

（三） 混合型連接器

混合型連接器是一種集成了光信號、電信號、射頻信號等多種信號的可拆卸連接元器件。這種連接器的特點是可根據實際應用需求，將兩種或多種信號進行集成，如光電復合、光電射頻混合等。

應用環境下的可靠性要求

不同類型光纖連接器使用的場所不同，其可靠性要求也因此不同。針對光纖材料特點，主要考核其機械性能、光學性能、耐環境適應的可靠性。

（一）機械性能

光纖玻璃本身是一種易碎材料，在實際應用中，工程師們一直在努力加強其機械性能。在考核光纖光纜及連接器機械性能上主要有以下幾個方面的可靠性驗證：

1. 互換性、重復性。光纖連接器是通用的無源器件，對于同一類型的光纖連接器，一般都可以任意組合使用、并可以重復多次使用，由此而導入的附加損耗一般都在小于0.2dB的范圍內。

2. 機械壽命。通過對光纖連接器進行插拔次數進行驗證，比如一些特種光纖連接器，如船舶用光電復合連接器，需要在水壓情況下進行插拔。

3. 光纖光纜及連接器的物理機械性能驗證。光纖玻璃在應用中的受力情況，可以簡單劃分為三種力：拉力，彎曲，扭轉。通過對光纖光纜部分進行拉伸、磨損、壓扁、沖擊、反復彎曲、扭轉、曲繞、彎折、彎曲、抗拉強度等試驗進行驗證，同時針對連接器部分及光纜連接部分進行插入及拔出力、光纜拉脫力等機械試驗進行驗證。

（二）光學性能

衡量光纖連接器產品質量的主要光學特性指標為插入損耗（Insert loss）和回波損耗（Return loss）。此外，影響產品質量可靠性的插芯端面幾何參數等物理特性指標也越來越被系統廠商或高端客戶所重視。

傳統的光纖連接器均為接觸式光纖連接器，其工作原理如下圖所示，通過高精度的插針套管實現光纖的精準對接（MT型插芯是通過兩對高精度導銷導孔實現），通過兩端的彈力實現兩端端面的緊密連接，從而實現光路的可靠連接。

接觸式光纖連接器原理圖

非接觸式光纖連接器（以擴束光纖連接器為例）的工作原理如下圖所示，光纖出射的光經透鏡擴展光斑后，以近似平行的高斯光束出射，然后進入另一個透鏡并耦合進光纖中，實現光斑面積成百上千倍的增加以及非接觸的連接，可極大地提高光纖連接器在臟污、振動等惡劣環境下連接的可靠性。

擴束型光纖連接工作原理圖

確保對接的兩根光纖纖芯接觸時成一直線是確保連接器優良的連接質量的關鍵。它主要取決于光纖本身的物理性能和連接器插針的制造精度，以及連接器的裝配加工精度。同時，光纖的光學性能指標和插針端面的拋光質量對于連接器的光學性能和使用可靠性也有著直接的影響。

插入損耗主要由相接續的兩根光纖之間的橫向偏離造成。如兩根光纖排成一直線，橫向偏離為零，則其造成的插入損耗最小。由于纖芯與光纖包層的不同心、光纖包層與插針內孔的不同心以及插針內孔與外徑的同心度誤差等，都會引起光纖間的橫向偏離。同時，光纖接頭中的縱向間隙和端面質量也是引起插入損耗的因素之一，近年來普遍采用的UPC插頭接觸方式，則較好地解決了縱向間隙問題。UPC接觸方式，由于減小了連接端面間的間隙，除降低了插入損耗外，也減少了連接端面的反射，提高了回波損耗;而對于CATV系統等用戶來說，APC型接觸方式則為更好的選擇：由于APC型接頭其陶瓷插芯端面的球面法線與光纖的軸線有一個角度（一般為8°），使得從端面反射的光泄出而不返回纖芯，從而大大提高了連接器的回波損耗。

3種不同連接器的端面示意圖

（三）耐環境適應性

由于光纖連接器使用的場所不同，其耐環境適應性是影響光纖通信的關鍵技術。耐環境主要包含了耐溫濕度、振動沖擊類、特殊環境如砂塵、鹽霧、霉菌、酸性大氣、低氣壓、液體浸漬、耐水壓和冰凍等等。

耐溫濕度主要是考核連接器中陶瓷、光纖、外殼、膠粘劑之間的溫度濕度條件運行及條件變化引起的性能不匹配導致呼吸效應，引起連接損耗增大。主要試驗項目有高溫壽命、高溫運行、低溫儲存、低溫運行、溫度循環、溫濕循環、溫度沖擊等試驗；在試驗前后、試驗期間需要測試光透射性能變化。

振動沖擊類主要考核連接器在壽命期間可能遇到在主要頻段或隨機振動頻段范圍內及其幅度上受振動、沖擊的影響引起的附加衰減情況。在試驗期間需要監測不連續性，監測在持續1us或1us以上期間，光信號強度降低程度，一般超過1dB判定為光不連續；同時在試驗后需要測試光透射性能變化。

特殊環境適應性。有的光纖連接器，尤其是特殊裝備用光纖連接器，因使用環境的特殊性，需要對材料霉菌情況進行驗證、在模擬海水鹽霧應用、酸性大氣、低氣壓、應用過程中有接觸液體試劑、海底耐靜壓能力、冰凍等等環境下都需要模擬試驗條件進行可靠性驗證，試驗后都需要檢查光纖能否正常工作，光透射性能變化是否符合要求。

廣電計量的服務能力

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