光纖連接器怎樣實現(xiàn)光纖精準連接

當兩根光纖接續(xù)時，由于兩光纖位置、形狀、結(jié)構(gòu)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(xiàn)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(xù)而形成光通路。而光纖連接器是如何來實現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)精密對準，陶瓷套筒的內(nèi)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(xiàn)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(shù)關系的，小至2．4μm的橫向錯位就會產(chǎn)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(zhì)的分界面上會發(fā)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(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)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(fā)生在兩種不同介質(zhì)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(zhì)。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(fā)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(xù)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(tǒng)中最基礎的光無源器件，系統(tǒng)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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