光纤连接器

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新一代光纤连接器初露端倪--------------------------3 新一代光纤连接器概述----------------------------------9 光纤连接器的现状及发展------------------------------15

--------------------------------------23 浅析型光纤连接器FC 光纤活动连接器进网常见问题及分析----------28 2004年日本光连接器产业的进展-----------------33 光纤跳线生产经验谈--------------------------------------36

2005年即将推出的电子杂志： 固网移动网络融合、IPTV、ASON 应用、FTTH 工程仪表、光通信软件新型光连接器、10G 光模块、塑料光纤及器件、封装工艺、光纤传感、光通信IC，光纤在线欢您投稿。

新一代光纤连接器初露端倪

----宋金声

光纤连接器是光纤通信系统中使用量最大的光无源器件。光纤连接器的发展大致可分三个阶段。80年代，为了探讨制造光纤连接器的工艺方法，各种结构应运而生，多达 20余种。9O 年代，经过批量生产和使用，各种结构和工艺的优缺点逐渐分明，形成了以直径2.5mm陶瓷插针为关键元件的FC、ST和SC三种类型连接器占主导地位的局面。预计下世纪初，为适应光纤接入网光纤到家庭的需要，光纤连接器将进入第三阶段，新一代连接器体积更小、价格更低。

和日本的有关厂商在数年前已经开始研究新一代的光纤连接器，目前已有十余种产品面世。本文所讨论的光纤连接器，主要指单芯光缆连接器以及近年出现的光纤带连接器或多纤连接器。至于多芯光缆连接器，由于一般多用于军事，目前市场不大，所以本文不做讨论。

一、美国的研究动态

美国许多光连接器制造商对新一代光纤连接器进行了研究。目前已经研制出八种结构，并且均已获得美国电信工业协会（TIA）的标准号。其中用于光纤带连接的有四种。由于TIA负责制定光纤连接器标准的工作组为FO-6.3.4,所以其标准代号为 FOCIS。FOC- IS1、2、3和4

分别为双锥型、ST型、SC型和FC型连接器的标准。

1. 用于光纤带的连接器

USConec公司为光纤带的连接设计了MTP／MPO型连接器。该连接器以 MT（Mechani- cally Trallslerable）元件为基础，可以连接4、8、10或12芯光纤。它的外围零件为传统的推／拉式结构，通常称为 MTP／MPO（Multi—fiber Push On）连接器，标准号为 FOCISS。

这种连接器的插头由芯部和外壳组成。芯部采用MT连接器的插头体和导向销；外壳的内部可以容纳弹簧，以施力于插头体；外部形状则与插座中的有关零件相配，形成如 SC型连接器那样的插入锁紧机构。拔出时，只要按规定方向牵拉，锁紧力就可解除，插头即可拆下。

Siecor公司的小型MT（小型MPO）连接器，其标准代号为FOCIS8。这种连接器的插头体比较小，最多只能用于4芯光纤、 Berg电子公司为光纤带设计了小型MAC连接器，该连接器可以连接2至18芯光纤，其标准号为FOCIS9。此外，还有由AMP、Siecor、Hewlett-Packard、USConec和藤仓公司联合推向市场的MT-RJ连接器、预计其标准代号为FOCIS12,该连接器采用与FOCISS的小型MT锁紧机构。

2. FJ型连接器

1996年下半年，Panduit公司为适应RJ-45插口而设计了FJ型光纤连接器。该连接器是用于住宅广播的塑料光纤连接器，在一个RJ－45型的插头外壳中包含两个标准的外径为2.5mm的插针。该连接器的商品名为“光插口”，标准号为FOCIS6。

颇有趣味的是，该连接器标准FOCIS6的制定，引起了其他制造商的一阵恐慌，他们纷纷提出目前在实验室中研制的新型连接器结构，FO－6．3．4工作组在研究了这些新型连接器的结构后，表示要加速给这些制造商发送FOCIS标准号。

这些新一代连接器有以下共同点：主要用于住宅／居民光纤通信市场（至少最初是这样）；至少包含两根光纤；一般都适用于RJ－45型的8针插口模块。

3. LC型及其他连接器

LC型连接器是朗讯公司设计的，商品名为“光速”，其标准号为FOCIS10。LC连接器的套管外径为1.25mm。是常采用的ST、 FC和SC连接器套管外径的一半。这样可以提高连接器在光配线架中的密度。此外，LC连接器是以双芯连接器的形式出现的，需要时、可分为两个单芯连接器。

Siecor公司制造的SCDC／SCQC连接器，其FOCIS标准预计为FOCIS11。它可在SC 连接器的直径为2.5mm的套管内，容纳2根光纤(DC)或4根光纤（QC）。

此外，3M公司电信系统部还研制了SG型连接器，标准号为FOCIS7,它不采用套管，可以减少现场端接的时间和成本，这是该连接器与其他FOCIS连接器的明显区别。随着目前光纤几何尺寸控制方面的巨大改进，预计将来无套管连接器将有一定的市场。

二. 日本的研究动态

日本对新一代光纤连接器的研究以NTT光电子学实验室为代表，除MT型连接器外，已研究出简化SC型、MU型、FPC型和PLC型等新结构，其中MU型连接器的标准号为JIS C 5963（日本工业标准）和IEC 1754－6（国际电工委员会标准）。

1. 简化SC型连接器

传统的SC型连接器由两个相同的插头和一个插座组成，光缆的拉力>=69N，光缆弯曲力达2.5N时，连接损耗无恶化。当它们应用于接入网的光纤网络单元（ONU）或光纤终端模块（FTM）时，由于在设备的内部并不需要防拉，为了提高封装密度，降低连接器的成本，NTT 将SC的插座和装在设备内侧的插头进行简化。传统的SC型插座由一个开槽套筒、两个插孔套和两个外壳五个零件组成。在装人套筒后，两个插孔套之间采用超声波焊接定位，其最重要的尺寸是两个插孔套的卡口之间的距离，这两个卡口分别与两个SC插头连接。简化的SC插座只有一个开槽套筒、一个插孔套与一个外壳组成。

传统的SC插头由8个零件组成。而简化的SC插头只有套管和尾套，不需要压缩弹簧、套管由氧化锆陶瓷插针和模压的法兰组成。套管的长度比传统的SC型套管短，减少了陶瓷套管的制造成本。每个简化的插头都可以通过方形法兰，和四个90度旋转，定位于最佳的位置，以达到与传统的SC连接器相同的低损耗。在目前的FTM中，采用传统的四联套管SC连接器，每个模块只能安装1000端。 NTT 已经利用这种简化的SC型连接器，制成简化的8联插座。利用这种插座，每个模块可安装2000端。该插座能分别连接8个SC插头和8个简化插头，其厚度只有12.4mm，比SC型插座的厚度（15mm）小。

在FTM中，室内光缆需与8路光分支器件相连，在传统的FTM中，需要采用扇形引出（FO）器件，使分支器的8芯光纤带与8个SC插头相连。采用简化的8联插座，则不需要扇形引出器件，简化插头的光纤分别与分路器件的8芯光纤带直接相连，这又进一步减少了每个终端的FTM成本。

2. MU型连接器

在接入网中，光纤不仅要与传输和交换系统相连，还要与用户系统相连。作为设备和光缆之间的接口，光纤连接器必须结构紧凑，性能优良，以实现高密度封装。此外，光电元件的小型化使印制板具有高封装密度，这也需要有小型和多芯的连接器。为此， NTT研制了小型单元耦合型（miniature unit－CouPling，简化MU型）连接器。该连接器采用1.25mm直径的套管和自保持机构，并达到以SC连接器同样的优良性能。

应用于底板的光连接器由于设备空间的影响，其尺寸受到严格的限制。该连接器采用印制板插入底板的方法，使印制板上的光元件与光缆相连。这些底板连接器的单元面积、高度受到加强杆的限制，其宽度又受到两块印制板之间的距离限制，在高密度封装系统中，宽度为15mm，高度为100mm。

在这个单元面积中，能安装多少光插头取决于插头的大小，而插头的大小又与套管的尺寸有关。当然，插头排列的方法也是很重要的。插头在插座内可作垂直安装或水平安装。当套管直径大于 l.32mm时，插头的宽度太大，以致不能水平安装，当套管直径小于1.32mm时，插头的宽度就小于插座的宽度，足以进行水平安装，这样总的安装数量就增加到14个或更多。如果套管直径小于1.25mm，则安装数量可达16个。但是，由于受小型化的限制，套管直径不能小于1.13mm。为此，决定采用直径为1.25mm的套管。

光连接器一般采用PC技术，以获得低插入损耗、高回波损耗和高可靠性。两个相连的套管是采用线圈状弹簧对接在一起的，弹簧提供给套管的压力约10N。如果采用传统的光底板连接器，套管压缩弹簧有一个压力直接作用于底板，因此要在一个设备上实现大量的光连接就有困难，因为总的压力正比平装在底板上的光插头的总数量，这会引起底板的变形。所以，如果多光纤底板光连接器要实现大量的光连接，就必须具备能吸收套管压力并适于操作的机构。

为此，NTT开发了一种新的自保持机构，底板插座由一个内壳和一个外壳组成。当印制板插座插入底板时，底板插座的内壳与印制板插座相耦合。底板插座内壳相对于底板插座外壳是浮动的，可消除套管作用在底板上的压力。这样形成的自保持机构，可以克服底板强度不够的问题。此外，这两个插座都具有浮动机构，可以吸收水平、垂直和轴向的错位。利用MU的l.25mm 直径的套管，NTT已经开发了MU连接器的系列。它们有用于光缆连接的插座型光连接器（MU －A系列），具有自保持机构的底板连接器（MU－B系列）以及用于连接LD／PD模块与插头的简化插座（MU-SR系列）等。

3. FPC型连接器

由于采用无源双星（PDS）结构和波分复用（DWM）系统，目前光通信系统的结构已有很大变化。这些系统由很多光学元件组成，不仅有电／光和光／电器件，而且还有光路分支、波分复用、交换和放大器件。这些器件都被安装在印制板上，再装入传输系统中，印制板之间的间距约10mm。目前这些元件的尾纤是采用熔接方法连接的，若重新熔接很困难，因为这需要有一段尾纤的余长，而在极小的封装空间内，很难容纳这样的余长。因此，NTT研究了用于印制板上光器件相互连接的新型连接器。

这种印制板上的光纤连接器必须很小，且应具有良好的光学性能，其大小的目标是熔接接头的加强管尺寸，即直径为4mm，长度为40mm。此外，其性能要与物理接触（PC）连接器，如SC型连接器和MU连接器相当。这些连接器的平均损耗为0.07dB，最大损耗为 0.3dB；平均回波损耗为50dB，最小回波损耗为40dB。这些损耗在环境温度变化时必须稳定。

SC和MU连接器的横截面分别为13*10mm和9*6mm，显然是难以安装在印制板上的。由于存在套管和弹簧，要减小其尺寸几乎是不可能的，因为套管用于增强光纤，弹簧用于提供压力，使光纤在接触点上实现物理接触。因此，NTT对这种PC连接器进行了简化设计，既不需要套管，又不需要弹簧，成为光纤物理接触（FPC）连接器。该FPC连接器由于裸光纤本身的纵向弯曲力而产生PC接触。对于PC连接，光纤需要有光滑的端面。在FPC连接器中，相配的横截面仅仅是光纤的端面，所以是很小的。在传统的PC连接器中，由于套管的截面很大，所以需要采用球面抛光来保证PC接触。在制造FPC连接器时，最初来用简单的切割法，获得了光滑的光纤端面，该连接器具有高达60dB的平均回波损耗，平均插入损耗为0.17dB，当温度在-25摄底度到70摄氏度范围变化时，以及在200次的插拔循环内，插人损耗和回波损耗稳定。

4. PLC型连接器

在光波导，如平面光波线路（PLC）与光纤连接时，通常是采用粘结剂构成不可拆接头。预计在这方面将开发一种能使PLC模块与光纤之间实现插拔的PLC连接器，便于大量生产。NTT 已经开发了一种不用折射率匹配材料或粘接剂的能使PLC与光纤之间达到PC 接触的新技术。

该连接器的原理与FPC连接器相似。在NTT的试验中，采用这种PLC连接器，回波损耗达40dB 以上，插入损耗0.9dB（包括波导的固有损耗0.5dB）。这种技术一旦实现，对于ONU模块的大量生产是十分有用的。

三、综述与讨论

1. 各种结构的应用范围

随着光纤通信技术的发展，光纤连接在系统中的应用将更为广泛，连接器将趋于多样化。新研制的各种连接器将与传统的FC、SC等连接器一起，形成“各显所长，各有所用”的格局。

首先，在光缆干线网方面，还是采用FC连接器，对于光纤带光缆，则使用MT连接器提供固定或活动连接。在光纤用户网的本地交换机中，光缆终端架上则采用SC连接器。新型的同步终端设备和用户线路终端，则采用LC或MU型连接器。当实现FTTH时，在安装于每个用户大楼或房屋的光网络单元中，则采用简化的SC连接器，以实现高密度封装。在光端机内，印制板与底板之间的光路连接应采用单芯光纤的MU或带状光纤的MPO连接器，以实现多路光连接。在印制板上，光纤器件间的连接将采用FPC连接器，而不用熔接接头。对于平面光器件与光纤之间的连接，则采用PLC连接器。

2. 新一代光连接器的发展趋势

新型光连接器在结构上大致可分为四类：第一类是在插头直径为2.5mm连接器的基础上加以改进，如NTT公司的简化SC连接器、Panduit公司的双联插头的FJ型连接器、 Seicor 公司的单插头但含有二芯和四芯光纤的SC／DC和SC／QC连接器、第二类是围绕光纤带而设计的连接器，如 AMP公司的MT－RJ连接器(二芯)，Seicor公司的mini-MT连接器（＜ =4芯＝，Berr公司的MAC连接器（＜=8芯＝等。第三类是插头直径为l.25mm的小型连接器，如 Lucent公司的LC连接器、NTT公司的MU连接器。第四类是无套管的光纤连接器，如3M 公司的SG连接器，NTT公司的FPC和PLC连接器。

随着带状光纤在光纤用户网中的广泛应用，预计光纤带用的MT型连接器的需求将迅速增加。由于高密度封装的要求，预计插针直径为1.25mm的LC、MU连接器将会得到迅速发展。这两种类型的产品可能会成为光纤用户网中主要应用的连接器。其他在插头直径为2.5mm基础上改进的连接器，可能成为重要的补充。至于无套管连接器，可能还要经历若干年后才会有一定的市场。

3. 有关对策的建议

不难看出，一些发达国家的企业都以很大的投入来研究新一代的光连接器。此外，如此高精度连接器的研制成功也得益于这些国家先进的科技和工业基础。例如，MT连接器的插头体模块，其模具的制造精度是极高的。日本古河公司目前的研究认为，采用注入模（Injection－molded）方法比转移模（ Transfer－molded）方法更好，它可以连续、大量地生产，模压时间短，价格低廉。

当前我国正大量组装直径为2.5mm的各种单芯光纤连接器，总的生产厂家达四、五十家，年销售量在8万个以上的厂家估计也有五、六家。但是，对新一代的光连接器很少有问津。诚然，企业以盈利为目的，但较大的企业对今后的技术发展应有适当的投入，才能有后劲。有关政府部门和研究机构更应在这方面有所作为。即使不可能完全搞到产业化的水平，有关的科研成果也可以加速与国外新技术的交流。

此外，如有适当的机会，应考虑与外商合作，从事新一代连接器的开发与生产。例如在90年代中期，有关单位与日本有关企业合资，进行光连接器陶瓷套管的生产，使我国很快掌握了这一精密制造技术，产品不仅可以满足国内的需求，而且可以大量出口，打入国际市场。目前新一代连接器虽然尚在起步阶段，但有识之士应密切注意国外有关厂商的技术发展动态和技术合作意向，如能把握机会，合作成功，则在国内可以领导光纤连接器发展的新潮流。

99年5月出版

武汉光迅光纤活动连接器

特点：

?可形成连续光路

?可重复装卸

?可与有源或无源器件进行活动连接

?可与系统和仪表进行活动连接

新一代光纤连接器概述

宋金声

摘要:介绍了国外为满足光纤接入网和光纤到家庭( FTTH) 的需要而研制的各种新的光纤连接器结构。这些光纤连接器具有封装密度高和价格低廉的特点。文章分析了它们的应用范围和发展趋势,并提出了有关对策。

关键词:光纤接入网; 光纤连接器

A new generation of fiber optic connectorsSON GJ in - sheng( The 23rd Research Institute , The Ministry of Electronics Industry , Shanghai 200437 , China) Abstract : The paper present s a variety of new connertors developped for fiber optic access networkand fiber to the home in some foreign count ries. These connectors feature high density connection andlow cost . Their application region , development t rend and some proposals are presented in this paper.

Key words :optical fiber access network ; optical fiber connectors

90 年代以后,各种光纤连接器经过批量制造和使用,各种结构和工艺的优缺点逐渐分明,形成了以Φ2. 5 mm 陶瓷插针为关键件的FC、ST 和SC 型三种连接器占主导地位的局面。预计本世纪末和下世纪初,为适应光纤接入网和光纤到家庭( FTTH) 的需要,光纤连接器的发展将以新一代的体积更小、价格更低的连接器为主。先进国家的有关厂商在数年前已经开始研究新一代的光纤连接器,目前已有十余种产品面世。本文对这些研究成果作一概述,并提出一些初步的见解和建议。

一、国外研究动态

1. 1 用于光纤带的连接器

USConec 公司为光纤带的连接设计了MTP/MPO 型连接器。其标准号为FOCIS5 。该连接器以MT(Mechanically Transferable) 元件为基础,可以连接4 、8 、10 或12 芯光纤。它的外围零件为传统的推/ 拉式结构。这种连接器的插头由芯部和外壳组成。芯部采用MT 连接器的插头体和导向销;外壳的内部形状可以容纳弹簧,以施力于插头体;外部形状则与插座中的有关零件相配,形成如SC 型连接器那样的插入锁紧机构。拔出时,只要按规定方向牵拉,锁紧力就可解除,插头即可拆下。

Siecor 公司的小型MT (小型MPO) 连接器,其标准代号为FOCIS8 。这种连接器的插头体比较小,最多只能用于4 芯光纤。Berg 电子公司为光纤带设计了小型MAC 连接器,该连接器

可以连接2 至18 芯光纤,其标准号为FOCIS9 。此外,还有由AMP、Siecor 、Hewlett - Packard、USConec 和藤仓公司联合推向市场的MT - RJ 连接器,预计其标准代号为FOCIS12 。该连接器采用与FOCIS8 的小型MT 相同的元件,但也采用普通RJ 型的锁紧机构。

1. 2 FJ 型连接器

1996 年下半年,Panduit 公司为适应RJ - 45 插口而设计了FJ 型光纤连接器。该连接器是用于住宅广播的塑料光纤连接,在一个RJ - 45 型的插头外壳中包含两个标准的外径为2. 5 mm 的插针。该连接器的商品名为“光插口”,标准号为FOCIS6 。

1. 3 LC 型及其他连接器

LC 型连接器是朗讯公司(Lucent) 设计的,商品名为“光速”,其标准号为FOCIS10 。LC 连接器的套管外径为1. 25 mm ,是通常采用的ST、FC 和SC连接器套管外径2. 5 mm 的一半。这样可以提高连接器在光配线架中的密度。此外,LC 连接器是以双芯连接器的形式出现的,需要时,可以分开为两个单芯连接器。

Siecor 公司制造的SCDC/ SCQC 连接器, 其FOCIS 标准尚在等待确认,预计为FOCIS11 。它可在SC 连接器的直径为2. 5 mm 的套管内,容纳2 根光纤(DC) 或4 根光纤(QC) 。

此外,3M 公司电信系统部还研制了SG型连接器,标准号为FOCIS7 。它不采用套管,可以减少现场端接的时间和成本,这是该连接器与其他FOCIS连接器的明显区别。随着目前在光纤几何尺寸控制方面的巨大改进,预计将来无套管连接器将有一定的市场。

1. 4 简化SC 型连接器

传统的SC 型连接器由两个相同的插头和一个插座组成,光缆的拉力≥69 N ,光缆弯曲力可达2. 5N ,而连接损耗无恶化。当它们应用于接入网的光纤网络单元(ONU) 或光纤终端模块(FTM) 时,由于在设备的内部并不需要防拉,为了提高封装密度,降低连接器的成本,NTT 将SC 的插座和装在设备内侧的插头进行简化。

传统的SC 型插座由一个开槽套筒、两个插孔套与两个外壳等五个零件组成。在装入套筒后,两个插孔套之间采用超声波焊接定位,其最重要的尺寸是两个插孔套的卡口之间的距离,这两个卡口分别与两个SC 插头连接。而简化的SC 插座只有一个开槽套筒、一个插孔套与一个外壳等三个零件组成,在一个插孔套的两端设置卡口,所以这两个卡口之间的距离具有高精度的重复性。其中一端与简化的插头连接;另一端与传统的SC 插头连接。这样就可免去SC 插头中为产生轴向压缩力而设置的弹簧。

传统的SC 插头由8 个零件组成。而简化的SC插头只有套管和尾套两个零件组成,不需要压缩弹簧。套管由氧化锆陶瓷插针和模压的法兰组成。由于它能全部插入开槽套筒,所以套管的长度比传统的SC 型套管短,因而可以减少陶瓷套管的制造成本。每个简化的插头都可以采用与

传统的SC 插头装配相同的方法,即通过方形法兰,和四个90°旋转,定位于最佳位置,以达到与传统的SC 连接器相同的低损耗。

在目前的FTM 中,采用传统的四联套管SC 连接器,每个模块只能安装1 000 端。为使光纤接入系统的用户更多,需要有更高的安装密度。NTT 已经利用这种简化的SC 型连接器,制成简化的八联插座。利用这种插座,每个模块可以安装2 000 端。该插座能分别连接8 个SC 插头和8 个简化插头,其厚度只有12. 4 mm ,比SC 型插座的厚度15 mm窄些。

在FTM 中,室内光缆需与8 路光分支器件相连。在传统的FTM 中,需要采用扇形( FO) 引出器件,使分支器的8 芯光纤带与8 个SC 插头相连。采用了简化的8 联插座,则不需要扇形引出器件,简化插头的光纤分别与分路器件的8 芯光纤带直接相连,这又进一步减少了每个终端的FTM 的成本。

1. 5 MU 型连接器

在接入网中,光纤不仅要与传输和交换系统相连,而且还要与用户系统相连。作为设备和光缆之间的接口,光纤连接器必须结构紧凑,性能优良,以实现高密度封装。此外,光电元件的小型化使印制板具有高封装密度,这也需要有小型和多芯的连接器。为此,NTT 研制了小型单元耦合型(miniatureunit - coupling ,简称MU 型) 连接器。该连接器的特点是采用1. 25 mm 直径的套管和自保持机构,并达到与SC 连接器同样的优良性能。

在各种光连接器中,应用于底板的光连接器由于设备空间的影响,其尺寸受到严格的限制。该连接器采用印制板插入底板的方法,使印制板上的光元件与光缆相连。在NTT 这种高密度封装系统中,宽度为15 mm ,高度为100 mm。在这个单元面积中,能安装多少光插头主要取决于插头的大小,而插头的大小又与套管的尺寸有关。当然,插头排列的方法也是很重要的。插头在插座内可作垂直安装或水平安装,当套管直径大于1. 32 mm 时,插头的宽度太大,以致不能水平安装,而只能垂直安装,这样总的安装数量就减少了。当套管直径小于1. 32 mm 时,插头的宽度就小于插座的宽度,足以进行水平安装,这样总的安装数量就增加到14 或更多。如果套管直径小于1. 25 mm ,则安装数量可达16 。但是,由于受小型化的限制,套管直径不能小于1. 13 mm。为此,决定采用直径为1.25 mm 的套管。

光连接器一般采用PC 技术以获得低插入损耗、高回波损耗和高可靠性。两个相连的套管是采用线圈状弹簧对接在一起的,弹簧提供给套管的压力约10 N。如果采用传统的光底板连接器,套管压缩弹簧有一个压力直接作用于底板,因此要在一个设备上实现大量的光连接就有困难,因为总的压力正比于装在底板上的光插头的总数量,这会引起底板的变形。所以,如果多光纤底板光连接器要实现大量的光连接,就必须具备能吸收套管压力并适于操作的机构。

为此,NTT 开发了一种新的自保持机构,底板插座由一个内壳和一个外壳组成。当印制板插座插入底板时,底板插座的内壳与印制板插座相耦合。底板插座内壳相对于底板插座外壳是浮动的,可消除套管作用在底板上的压力。这样形成的自保持机构,可以克服底板强度不够的问题。此外,这两个插座都具有浮动机构,可以吸收水平的、垂直的和轴向的错位。利用MU 的1. 25 mm

直径的套管,NTT 已经开发了MU 连接器系列。它们有用于光缆连接的插座型光连接器(MU - A 系列) 、具有自保持机构的底板连接器(MU - B 系列) 以及用于连接LD/ PD模块与插头的简化插座(MU - SR 系列) 等。

1. 6 FPC 型连接器

由于采用无源双星结构和波分复用系统,目前光通信系统的结构已经有了很大的变化。这些系统由很多光学元件组成,不仅有电/ 光和光/ 电器件,而且还有光路分支、波分复用、交换和放大器件。这些器件都被安装在印制板上,再装入传输系统中,印制板之间的间距约10 mm。目前这些元件的尾纤是采用熔接方法连接的,如要重新熔接就很困难,因为这需要有一段尾纤的余长,而在极小的封装空间内,很难容纳这样的余长。因此,NTT 研究了用于印制板上光器件相互连接的新型连接器。

这种印制板上的光纤连接器必须很小,并且应具有优良的光学性能,其大小的目标是熔接接头的加强管尺寸,即直径为4 mm ,长度为40 mm。此外,其性能要与物理接触(PC) 连接器,如SC 型连接器和MU 连接器相当。这些连接器的平均损耗为0. 07 dB ,最大损耗为0. 3 dB ;平均回波损耗为50dB ,最小回波损耗为40 dB。这些损耗在环境温度变化时必须稳定。

SC 和MU 连接器的横截面分别为13 ×10(mm) 2 和9 ×6 (mm) 2 ,显然是难以安装到印制板上的。由于存在套管和弹簧,要减小其尺寸几乎是不可能的,因为套管用于增加光纤强度,弹簧用于提供压力, 使光纤在接触处实现物理接触。因此,NTT 对这种PC 连接器进行了简化设计,使它既不需要套管又不需要弹簧,成为光纤物理接触( FPC)连接器。该FPC 连接器由于裸光纤本身的纵向弯曲力产生PC 接触。

这种连接器由4 个零件组成:插头1 、插头2 、用于光纤准直的微套筒以及用于接头定位的开槽套筒。插头1 固定光纤,并有一个直径为1 mm 的内腔。在插头1 中,光纤形成一根悬臂梁。插头1 和插头2 在开槽套筒中依靠摩擦力连接在一起。连接器的总长度为40 mm。微套筒位于插头内腔中,插头1 和插头2 的光纤就连接在这个微套筒中。在插头1 中,由于光纤的端面伸出插头端面50μm ,所以光纤在长度为7 mm 的内腔中产生弯曲,使光纤连接处受到由于光纤本身弯曲力而形成的压力。

对于PC 连接, 光纤需要有光滑的端面。在FPC 连接器中,相配的横截面仅仅是光纤的端面,所以是很小的。在传统的PC 连接器中,由于套管的截面很大,所以需要采用球面抛光来保证达到PC接触。在制造FPC 连接器时,最初简单地采用切割方法,获得了光滑的光纤端面,但它会产生一定的波纹,其高度可从不足1μm 到几个μm ,因而影响到PC 连接。后来发现这些波纹仅产生于光纤断面的边缘,于是采用修切边缘的方法来去除波纹。这种方法简单易行,能提供平坦的表面且无抛光中产生的比原光纤折射率要高的损伤层。所以该连接器具有高达60 dB 的平均回波损耗,平均插入损耗为0.17 dB ,当温度在- 25 到70 ℃范围内变化时以及在200 次的插拔循环内,插入损耗和回波损耗稳定。

1. 7 PLC 型连接器

在光波导,如平面光波线路( PLC) 与光纤连接时,通常是采用粘结剂构成不可拆接头。预计在这方面将开发一种能使PLC 模块与光纤之间实现插拔的PLC 连接器,以用于大量生产。NTT 已经开发了一种不用折射率匹配材料或粘接剂的、能使PLC 与光纤之间达到PC 接触的新技术。该连接器的原理与FPC 连接器相似。在平面波导的端面有一个光纤导向管,在导向管与固定元件之间,裸光纤产生弯曲,因而使光纤与波导之间形成PC 接触。在NTT 的试验中,采用这种PLC 连接器,回波损耗达40 dB 以上,插入损耗0. 9 dB (包括波导的固有损耗0. 5 dB) 。这种技术一旦实现,对于ONU 模块的大量生产是十分有用的。

二、围和发展趋势

2. 1 各种结构的应用范围

从国外新近研制的各种连接器结构可以看到,随着光纤通信技术的发展,光纤连接在系统中

的应用将更为广泛,连接器从目前的简单几种式样而趋于多样化。新研制的各种连接器将与传统的FC、SC 等连接器一起,形成各显所长,各有所用的格局,或者说是恰当的连接器用于恰当的地方。在光缆干线网方面,还是采用FC 连接器,对于光纤带光缆,则使用MT 连接器进行固定或活动连接。在光纤用户网的本地交换机中,光缆终端架上则采用SC 连接器。新型的同步终端设备和用户线路终端,则采用LC 或MU 型连接器。当实现FT2TH 时,在安装于每个用户大楼或房屋的光网络单元中,则采用简化的SC 连接器,以实现高密度封装。

在光端机内,印制板与底板之间的光路连接,应采用单芯光纤的MU 或带状光纤的MPO 连接器,以实现多路光连接而又不使底板变形。在印制板上,光纤器件与光纤器件之间的连接,将采用FPC连接器,而不用熔接接头。对于平面光器件与光纤之间的连接,则采用PLC 连接器。

2. 2 新一代光连接器的发展趋势

纵观这些新型的光连接器,在结构上大致可分为四类。第一类是在插头直径为2. 5 mm 的连接器的基础上加以改进,如NTT 公司的简化SC 连接器,Panduit 公司的双联插头的FJ 型连接器,Seicor公司的单插头但含有二芯和四芯光纤的SC/ DC 和SC/ QC 连接器。第二类是围绕光纤带而设计的连接器,如AMP 公司的MT - RJ 连接器(2 芯) ,Seicor公司的mini - MT 连接器( ≤4 芯) ,Berg 公司的MAC 连接器( ≤18 芯) 等。第三类是插头直径为1.25 mm 的小型连接器,如Lucent 公司的LC 连接器,NTT 公司的MU 连接器。第四类是无套管的光纤连接器,如3 M 公司的SG连接器,NTT 公司的FPC 和PLC 连接器。

随着带状光纤在光纤用户网中的广泛应用,预计光纤带用的MT 型连接器的需求将迅速增加。由于高密度封装的要求,预计插针直径为1. 25 mm的LC、MU 连接器将会得到迅速发展。这两种类型的产品可能会成为光纤用户网中主要应用的连接器。其他在插头直径为2. 5 mm 基础上改进的连接器,可能成为重要的补充。至于无套管连接器,可能还要经历若干年后才有一定的市场。

3 有关对策的建议

不难看出,一些发达国家的企业都以很大的投入来研究新一代的光连接器。此外,如此高精度连接器的研制成功也得益于这些国家的先进的科技和工业基础。例如,MT 连接器的插头体模块,其模具的制造精度是极高的。日本古河公司目前的研究认为,采用注入模方法,比转移模方法更好,它可以连续、大量地生产,模压时间短,价格低廉。

当前我国正大量组装直径为2. 5 mm 的各种单芯光纤连接器,总的生产厂家达四五十家,年销售量在8 万条以上的估计也有五六家。但是,对新一代光连接器很少有人问津。诚然,企业以盈利为目的,但较大的企业对今后的技术发展应有适当投入,才能有后劲。有关政府部门和研究机构更应在这方面有所作为。即使不可能完全搞到产业化水平,有关科研成果也可加速与国外新技术的交流。

此外,如有适当的机会,应考虑与外商合作从事新一代连接器的开发和生产。例如在90 年代中期,有关单位与日本有关企业合资,进行光连接器陶瓷套管的生产,使我国很快掌握了这一精密制造技术,产品不仅可以满足国内的需求,而且可以大量出口,打入国际市场。目前新一代连接器虽然尚在起步阶段,但有识之士应密切注意国外有关厂商的技术发展动态和技术合作意向,如能把握机会,合作成功,则在国内可以领导光纤连接器发展的新潮流。

参考文献:

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[5 ] Masaru Kobayashi , et al. Fiber physical contact optical connector [J ] . NTT Review , 1997 ,Mar :72

光纤连接器的现状及发展

刘沪阳总参通信工程设计研究院沈阳110005

文章来源：《飞达光学网》

本文对光纤连接器的一般特征、性能、现状及发展等几个方面作了简要的论述。

1 引言

光纤连接器，俗称活接头，国际电信联盟（ITU）建议将其定义为“用以稳定地，但并不是永久地连接两根或多根光纤的无源组件”（CCITT第VI研究组1992年3月于日内瓦通过）。主要用于实现系统中设备间、设备与仪表间、设备与光纤间以及光纤与光纤间的非永久性固定连接，是光纤通信系统中不可缺少的无源器件。正是由于连接器的使用，使得光通道间的可拆式连接成为可能，从而为光纤提供了测试入口，方便了光系统的调测与维护；又为网路管理提供了媒介，使光系统的转接调度更加灵活。

2 光纤连接器的一般特征

由于光纤连接器在光纤通信系统中具有如此重要的作用，因此各国的厂家对此投入了大量的人力、物力，进行了积极和深入的研究，研制开发出了多种光纤连接器，现已广泛地应用于各类光纤通信系统中。

（1）光纤连接器的基本构成

目前，大多数的光纤连接器是由三个部分组成的：两个配合插头和一个耦合管。两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起对准套管的作用。另外，耦合管多配有金属或非金属法兰，以便于连接器的安装固定。

（2）光纤连接器的对准方式

光纤连接器的对准方式有两种：用精密组件对准和主动对准。

高精密组件对准方式是最常用的方式，这种方法是将光纤穿入并固定在插头的支撑套管中，将对接端口进行打磨或抛光处理后，在套筒耦合管中实现对准。插头的支撑套管采用不锈钢、镶嵌玻璃或陶瓷的不锈钢、陶瓷套管、铸模玻璃纤维塑料等材料制作。插头的对接端进行研磨处理，另一端通常采用弯曲限制构件来支撑光纤或光纤软线以释放应力。耦合对准用的套筒一般是由陶瓷、玻璃纤维增强塑料（FRP）或金属等材料制成的两半合成的、紧固的圆筒形构件做成的。为使光纤对得准，这种类型的连接器对插头和套筒耦合组件的加工精度要求很高，需采用超高精密铸模或机械加工工艺制作。这一类光纤连接器的介入损耗在（0.18～3.0）dB范围内。

主动对准连接器对组件的精度要求较低，可按低成本的普通工艺制造。但在装配时需采用光学仪表（显微镜、可见光源等）辅助调节，以对准纤芯。为获得较低的插入损耗和较高的回波损耗，还需使用折射率匹配材料。

（3）光纤连接器的分类

根据ITU的建议，光纤连接器的分类是按光纤数量、光耦合系统、机械耦合系统、套管结构和紧固方式进行的，如表1所示。

表1

光纤数量光耦合机械耦合套管结构紧固方式

单通道对接

套筒

V型槽

直套管螺丝

多通道透镜锥型锥形套管销钉单／多通道其它其它其它弹簧销

3 光纤连接器的性能

光纤连接器的性能，从根本上讲首先是光纤连接器的光学性能；另外为保证光纤连接器的正常使用，还要考虑光纤连接器的互换（同型号间）性能、机械性能、环境性能和寿命（即最大可拔插次数）。

（1）光学性能

对于连接器光学特性的确定，ITU建议按表2要求加以考虑。

表2

性能因素单纤连接器多纤连接器

介入损耗应当要求应当要求

回波损耗应当要求应当要求

谱损应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求

背景光耦合应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求

串话不要求应当要求

带宽（仅指多模）应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求目前，对于单纤连接器光性能方面的要求，用户所关心的和厂家宣传的重点还是放在介入损耗和回波损耗这两个最基本的性能参数上。

其中，介入损耗（或称插入损耗）是指因连接器的介入而引起传输线路有效功率减小的量值，对于用户来说，该值越小越好。对于该项性能，ITU建议应根据20个样品的测试，确定出平均损耗、标准偏差和样品最大损耗。基保平均损耗值应不大于0.5dB。

回波损耗（或称反射衰减、回损、回程损耗）是衡量从连接器反射回来并沿输入通道返回的输入功率分量的一个量度，其典型值应不小于25dB。对于光纤通信系统来说，随着系统传输速率的不断提高，反射对系统的影响也越来越大，来自连接器的巨大反射将影响高速率激光器（开关速率为Gbit／s级）的稳定度，并导致分布噪声的增大和激光器抖动。因此对回波损耗的要求也越来越高，仅满足典型值的要求已无法符合实际要求，还需要进一步提高回波损耗。研究表明，通过对连接器对接端的端部进行专门的抛光或研磨处理，可以使回波损耗更大。ITU建议此类经专门处理过的连接器，其回波损耗值不应小于38dB。

需要指出的是，对于上述两项的有关数值要求，ITU认为当系统受到光功率分配方面的限制时，这些取值是合适的；对于分配网等对功率分配要求不高的场合，较低的性能也是可以接受的。

光纤连接器光学性能的试验方法，ITU建议按IEC874-1最新修订版中规定的方法进行。

但应注意这些方法是为生产测试规定的，不完全适用于野外环境。其中介入损耗和反射可采用OTDR进行测试。为保证测试精度，使用OTDR进行介入损耗的测试时必须从两个方向进行。

（2）互换性能

对于光纤连接器的互换（同型号间）性能的确定，在ITU的有关建议中未见表述。但在实际应用中，由于光纤连接器是一种通用的光接口元件，因此对于同一种型号的光纤连接器，如无特殊要求，任意组合而成的连接器组合与已匹配好的连接器组合相比较，传输功率的附加损耗应可忽略不计。而目前由于连接方式、加工精度以及光纤的本征特征（模场直径、模场心度误差等）的限制，该附加损耗尚不能完全忽略。用户与厂家一般将此附加损耗限制在小于0.2dB的范围内。

（3）机械性能

对于光纤连接器的机械性能的确定，ITU建议按表3要求加以考虑。

表3

性能因素单纤连接器多纤连接器

轴向抗张强度应当要求应当要求

弯曲应当要求应当要求

机械耐力应当要求应当要求

撞击（敲击）应当要求应当要求

下垂应当要求应当要求

振动应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求

冲击（跌落）应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求

静态负荷应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求

对于光纤连接器机械性能的试验方法，ITU建议按IEC874-1总规范最新修订版所规定的方法进行。抽样数量，除特殊要求外，IEC规定一般不少于5个连接器／光缆组合件。对于部分试验项目，IEC规定的试验方法中还明确了试验条件以及评价标准。

对于配对连接器的轴向抗张强度和至少包含5个连接器的光缆组合件的强度保持力，IEC 确定其最小起来 90N。

对于弯曲性能，IEC规定至少应测试5个连接器／光缆组合件样品。应在距连接器1m处对光缆施加15.0N的力。在1.25cm半径的圆轴上弯曲300个循环。试验结束后，附加损耗应不超过0.2dB。

对于耐机械性能（即重复插拔性能），IEC规定应从5个连接器／光缆组合件样品中取出1个，用人工方式接入和断开至少200次，连接器应加以清洗，每重复接入25次就要测量一次介入损耗。完成测试后，与初始值相比，其最大附加损耗不应超过0.2dB，并仍能工作。

对于下垂性能，IEC规定应至少试验5个安装了连接器的光缆组合件。试验后的最大附加损耗不应超过0.2dB。

对于振动性能，IEC规定振动频率范围为（10～55）Hz，稳定振幅为0.75mm。试验后的最大附加损耗不应超过0.2dB。

（4）环境性能

对于光纤连接器环境性能的确定，ITU建议按表4加以考虑。

表4

性能因素单纤连接器多纤连接器

温度循环应当要求应当要求

高湿应当要求应当要求

灰尘应当要求应当要求

工业环境应当要求应当要求

高低温存放应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求

腐蚀（盐雾）应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求

易燃性应当考虑，适当要求应当考虑，适当要求对于光纤连接器环境性能的试验方法，ITU建议按安装条件来加以考虑。所抽样品及数量，除特殊要求外，ITU建议一般选用装配了连接器的光缆，其数量不少于10根。对于部分试验项目，ITU还明确了试验条件以及评价标准。

对于温度循环性能的试验，ITU建议低温应为-40℃，高温应为+70℃。循环次数为40个温度周期。试验后，与初始值相比较，附加损耗不应超过0.5dB。

对于高湿度（稳态湿热）性能，ITU建议试验环境为：（60±2）℃，相对湿度90％～95％，持续时间为504h。试验后，与初始值相比较，附加损耗不应超过0.5dB。

高低温（冷／干热）性能，主要是用以评估贮存温度对装配了连接器的光缆组合件的影响。对于此项目的试验，ITU建议在最高干热温度+8O℃和最低温度-55℃下各持续保温360h。然后把带连接器的光缆稳定在（21±2）℃、相对湿度为约为50％的环境下，持续24h。试验后，与初始值相比较，附加损耗不应超过0.05dB。

（5）光纤连接器的寿命

由于维护中转接跳线和正常测试等需要，光纤连接器经常要进行插拔，由此引出了插拔寿命即最大可插拔次数的问题。这个问题的提出应基于这样的前提：光纤连接器在正常使用条件下，经规定次数的插拔，各元件无机械损伤，附加损耗不超过限值（通常该限值规定为0.2dB）。光纤连接器的插拔寿命一般由元件的机械磨损情况决定的。当前，光纤连接器的插拔寿命一般可以达到大于l000次，附加损耗不超过0.2dB。对采用开槽陶瓷耦合套筒的光纤连接器来说，由于陶瓷材料存在裂纹生长，因此静态疲劳将导致套筒破裂。根据有关资料介绍，未经筛选的此类套筒20年的破裂概率为10-4。若以比工作应力大2.6倍的筛选力进行筛选试验，那么在20年内将不会发生破裂。

4 部分常见光纤连接器

以下介绍的是部分常见的光纤连接器，其性能指标皆为配合单模光纤在131Onm波长下使用时的情况。

（1）FC／FC型光纤连接器

这种连接器最早是由日本NIT研制。前一个FC是Ferrule Connector的缩写，表明其外部加强件是采用金属套，紧固方式为螺丝扣；后一个FC表明接头的对接方式为平面对接。此类连接器结构简单，操作方便，制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗较为困难。以NTT的FC／FC型光纤连接器为例，其部分参数分别为：介入损耗：最大为1.0dB，平均为0.5dB；重复性偏差（即机械耐力）：最大为0.3dB，平均为0.06dB；互换偏差：最大为0.5dB，平均为0.2dB。

（2）FC／PC型光纤连接器

这种连接器是FC／FC型连接器的改进型。其中FC的意义与前者相同；PC是Physical Connection的缩写，表明其对接端面是物理接触，即端面呈凸面拱型结构。与前者相比，这种连接器外部结构没有改变，只是对接端面的结构由平面变为拱型凸面。此类连接器的介入损耗和回波损耗性能与前者比较有了较大幅度的提高。以北京住力电通光电技术公司采用日本住友电工的技术和标准生产的FC／PC型光纤连接器为例，根据该公司的介绍，其100个介入损耗规格值为0.5dB的连接器的最大介入损耗为0.35dB，平均值为0.18dB。回波损耗皆大于40dB，平均值可达到44.12dB。

以上两种连接器，在有些资料中被统称为FC（F01）型连接器，较为详细的资料一般都注明其端面为平面抛光型还是球面（或PC）研磨型。也有些资料将FC／FC型连接器称为FC型

连接器，将FC／PC型连接器称为PC型连接器。由于经这两种端面处理过的连接器，其光学性能相差较大，因此用户在选用时一定要弄清楚对方介绍的究竟是哪一种连接器。

（3）SC（F04）型光纤连接器

这是一种由日本NTT公司开发的模塑插拔耦合式单模光纤连接器。其外壳采用模塑工艺，用铸模玻璃纤维塑料制成，呈矩型；插头套管（也称插针）由精密陶瓷制成，耦合套筒为金属开缝套管结构，其结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式，不需旋转。此类连接器价格低廉，插拔操作方便，介入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。据有关资料介绍，单体型的SC连接器，其平均介入损耗值为0.06dB，标准偏差为0.07dB；回波损耗：采用PC技术时，平均值为28.4dB，标准偏差为0.6dB；采用APC技术时，平均值为46.1dB，标准偏差为2.7dB。另外NTT已将这种连接器开发成一个系列型产品，包括四种型号的SC连接器（单体型、双体F（扁平）型和H（高密度）型、高密度四孔型）、适用于书架式单元中印刷电路板与底座之间多路光连接的底座光连接器、固定衰减器、SC型插座、测量插座和光纤连接器清洗器等。

（4）DIN47256型光纤连接器

这是一种由德国开发的连接器，DIN是德国工业标准的表示，其后面的数字为标准号。这种连接器采用的插针和耦合套筒的结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC研磨方式。与FC 型连接器相比，其结构要复杂一些，内部金属结构中有控制压力的弹簧，可以避免因插接压力过大而损伤端面。另外，这种连接器的机械精度较高，因而介入损耗值较小。据有关资料提供的数据，介入损耗标称值为0.55dB的连接器，其实测最大值为0.14dB，平均值为0.088dB。

（5）双锥型连接器（Biconical Connector）

这类光纤连接器中最有代表性的产品是由美国贝尔实验室开发研制，由两个经精密模压成形的端头呈截头圆锥形的圆筒插头和一个内部装有双锥形塑料套筒的耦合组件组成。据有关资料介绍其最大介入损耗值为0.7dB，平均为0.28dB。已见报导的商用型号为2016。

5 国内情况及建议

当前，随着国内通信事业的不断发展，光纤通信已步入实用化阶段，且应用的范围越来越广。我国目前对于光通信系统中所用的光纤连接器，或是使用进口连接器，或是以进口的陶瓷套管和外围金属件等所谓“散件”在国内进行组装，或是根据所引进国外技术和关键设备进行生产，主要是FC型光纤连接器。鉴于此种情况，笔者建议如下。

（1）标准化问题

国际上光纤连接器产品的型号和标准都比较多，引进和使用时如不加以限制，势必会产生混乱，为维护和管理工作带来不便。据介绍，在这方面美、日、德、法等国已有了国家标准，并为IEC所认可；我国在这方面也有类似的规定。建议将此类规定作为技术规范或入网要求等技术文件中的一项内容以国家标准的方式加以公布。