初探非预置光纤接续理论.doc

初探非预置光纤接续理论引言：随着FTTH光纤到户的大规模应用，现场光纤连接器（光纤快速接续连接器）的应用越来越广泛，人们对光纤快速成端技术的探讨也逐步深入，目前分预置光纤接续理论和非预置光纤接续理论两大派系，而预置光纤接续产品从二十世纪初就有了，主要代表厂家有美国3M、康宁，日本住友、藤仓，当时主要局限于光纤切割技术的瓶颈，现场光纤切割角度、表面缺陷等问题，不能采用现场光纤的直接对接，所以大多企业一直使用预置光纤技术生产现场连接器。2007年江苏宇特推出的非预置光纤接续产品打破了这一传统，将现场接续连接器的接续点设置插芯表面，依靠光纤切割刀的技术进步以及自主研发的：“现场光纤表面处理技术”，实现了现场光纤切割表面直接与普通连接器预研磨光纤球面连接，达到良好的接续效果。随后，深圳日海、南京普天都先后推出了此类产品，并把非预置光纤接续产品标准列入现在正在审定的国家标准；2010年日本NTT等公司对现在通行的现场连接器中的MACHNING GEL提出质疑，展示了“光纤包层进行CHAMFER成形研磨技术”，并推出非预置接续技术产品。在这里我们初步探讨一下非预置光纤接续理论，揭示其内在机理和接续特点，为深一步研究其理论提供参考，为提高FTTH光纤链路的可靠性，减少ODN链路的后续维护提供技术的可行性。一、 非预置光纤接续理论定义：非预置光纤接续理论是指现场接续连接器的接续点设置插芯表面；现场光纤切割表面与普通连接器预研磨光纤球面连接接续，在两根光纤的活动连接之间仅有一个连接点的成端技术。图1 非预置光纤接续理论产品示意图参考资料：预置光纤接续理论定义：预置光纤接续理论是指现场接续连接器的接续点设置连接器内部的V型槽中；预置光纤一端胶接在插芯中，另一端与现场光纤切割表面在V型槽中对准、压接，接续点中放置有折射率近似纤芯的导光材料-匹配液；预置光纤胶接在插芯中的一端在工厂研磨后，形成UPC或APC表面，与目标连接器预研磨光纤球面连接接续，在两根光纤的活动连接之间有两个连接点的成端技术。图2 预置光纤接续理论产品示意图二、 非预置光纤接续理论机理：现场切割的光纤通过高精度的陶瓷插芯和光纤对中套管与普通连接器光纤对准，现场切割的光纤被固定在快速连接器插芯后的V型槽中，现场光纤切割表面与普通连接器预研磨光纤球面通过现场光纤微弹力变形紧贴，现场光纤切割表面需经过表面处理，接续点间不用设置匹配液。普通连接器 快速接续连接器图3 非预置光纤接续机理图三、 非预置光纤接续理论的光纤基础：图4 光纤切面图导光纤芯主要由具有高折射率的导光材料制成，材质致密，纯净度高；光纤的包层由低折射率导光材料制成，包括阶跃型和渐变型两类，其包层甚至故意做成气孔或其它结构，以此降低折射率；光纤切割时，切割缺陷主要在包层区域，纤芯为断裂面，表面十分光洁，达到镜面效果，远非研磨的效果可以比拟。研磨的表面，表面有无数小的磨痕。图5 光纤切面表面与研磨表面对比图结论：平整的光纤切割的表面完全可以满足光纤接续要求。四、 非预置光纤接续理论3D的要求：光纤线路的连接成功取决于光纤物理连接的质量，这个物理连接是非预置光纤接续连接器自身端面几何尺寸，如果这个几何尺寸没有严格的控制，就谈不上网络的长久可靠连接。非预置光纤接续理论应用在现场连接器中时，现场光纤在连接器的状态、位置有其特殊要求，也有一个3D标准要通过，UNIKIT YT-2007为非预置光纤接续连接器规定了六个技术参数：光纤高度、纤面凹陷、孔径间隙、同心偏差、曲率半径和顶点偏移。如果几何尺寸不能达到要求，将面临光学接续指标劣化甚至光纤链路不通等风险，所以正确理解端面几何尺寸是非常重要的。1. 光纤高度 光纤高度是光纤端面到插芯端面的距离。光纤高度这个指标是用来衡量光纤与光纤的接触，当现场连接器和普通连接器适配时，光纤凹陷会形成光纤接触间的空气间隔，发生菲尼尔反射现象，插入损耗变大，回波损耗变小（绝对值）；光纤凸出过高会增大光纤间的压力，增加光纤动态疲劳，从而损坏光纤，或则将压力传递到固定光纤的V型槽，从而破坏光纤的固定，影响性能的稳定。2. 纤面凹陷纤面凹陷是现场切割的光纤端面凹峰到凹谷的距离。纤面凹陷这个指标也是用来衡量光纤与光纤的接触，当现场连接器和普通连接器适配时，纤面凹陷会形成光纤接触间的空气间隔，改变插入和回波损耗。3. 孔径间隙 孔径间隙是指快速接续连接器陶瓷插芯的孔径与现场光纤的差值。孔径间隙这个指标是用来衡量光纤与光纤接触的重复一致性，当现场连接器和普通连接器适配时，孔径间隙过大会造成光纤适配的状态的不稳定，改变插入和回波损耗。4. 同心偏差 同心偏差是指快速接续连接器陶瓷插芯外径与光纤通孔的同心度。同心偏差这个指标是用来衡量光纤与光纤的接触对准度，当现场连接器和普通连接器适配时，同心度不好会改变插入和回波损耗。5. 曲率半径曲率半径是指插芯端面曲线的半径，现场连接器通过弹簧的压力来达到陶瓷插芯与普通连接器光纤端面的紧贴, 曲率半径是控制压缩力来保持光纤中心匹配力。曲率半径的不合格将会使光纤收到的压力逐步变大，甚至会损害光纤端面。6. 顶点偏移顶点偏移是插芯端面曲线的最高点到光纤纤芯的轴线距离。顶点偏移过大将减少光纤的有效偶合区，从而增加插入损耗和回波损耗。在这6个指标中，光纤高度、纤面凹度对现场连接器的影响最大，其次是孔径间隙和同心偏差，而曲率半径和顶点偏移基本都能保证，这是源于现场光纤微弹力变形紧贴原理，把曲率半径和顶点偏移的影响降到到最小。图6 非预置光纤接续适配图五、 非预置光纤接续理论的接续指标利用非预置光纤接续理论的现场连接器的插损、回损指标：插入损耗 0.3 dB回波损耗 - 40 dB六、 非预置光纤接续理论应用在现场连接器的优势：1、 非预置光纤接续理论的核心是减少一个接续点，实现光纤接续超低损耗，接续性能与标准连接器相同。把现场接续的标准从0.5dB降低到0.3dB。2、 对与之匹配的光纤连接器的要求降低，与其匹配连接器的曲率半径、顶点偏移和光纤高度对接续几乎没有影响，适用范围广，提高了光纤接续性能。图7 非预置光纤接续产品适配不规范连接器图3、 光纤接续点在端面，接续时对环境、操作的洁净度要求不高，接续后直接清洗光纤接续端面，即可达到最好的接续效果。 接续后可对表面进行清洁处理图8 非预置光纤接续产品施工图4、 接续完毕后，可对光纤接续操作效果进行直观检验,第一时间判断接续质量,避免后期修正,降低施工成本。图9 非预置光纤接续产品端面检测图5、 由于内部无接续点，插芯端面遇到灰尘、受潮、进水时，可进行表面清洗处理，故障易于处理。图10 非预置光纤接续产品到户图七、 非预置光纤接续理论的拓展应用：工厂定制的用于跳纤光纤连接器，其制作工艺步骤如下：插芯吸胶 光纤开剥 穿纤 烘干 研磨 固定成端采用非预置光纤接续理论，其制作工艺步骤如下：光纤开剥 切割 穿纤 研磨 固定成端结论：采用非预置光纤接续理论制作的连接器，制作工序少，节省时间，还可以重复开启使用，大大提高工厂跳纤制作效率，降低成本。八、 非预置光纤接续理论的国外发展概况：2010年3月，日本NTT公司推出了光纤端面切割器，在切割光纤之后，对光纤包层进行CHAMFER成形研磨，改变了光纤跳纤及现场连接器成端的制作理念。附1：宇特专利的现场光纤端面处理技术：宇特公司早在2007年就找到了现场切割光纤端面的处理办法，并把它应用到“非预置光纤接续连接器”中，原理如下：现场光纤在连接器中经过推压、小角度旋转，去除光纤涂覆玻璃层的不良表面，保证了光纤表面的接续质量。 图11 现场光纤端面处理技术示意图光纤表面处理装置的核心零件专利号：ZL 200710135131.0图12 光纤端面处理的核心件3D示意图图13 光纤的不良切割表面示意图图14 经过处理后的光纤切割表面示意图附2：预置光纤中匹配液作用的探究：匹配液是一种透明无色液体，透光折射率在1.47左右，与光纤的折射率大体相当，专门用于光纤接续点，弥补光纤切割缺陷引起的损耗过大，有效降低菲涅尔反射。图12 匹配液作用示意图A：普通连接器对接为何不用匹配液？因为跳纤的插芯表面经过了研磨，两光纤球面弹性贴合，可以保证接续间隙最小，接续性能优异，故不需要匹配液。图13 工厂制造的跳纤适配示意图B：预置光纤接续连接器为何需要使用匹配液？预置光纤内置点为切割平面，现场光纤切割表面更不能保证球面，接续是两个非严格控制的平面接续必定会有缝隙，所以必须要有匹配液弥补空隙，减少损耗。图14 预置光纤连接器对接点示意图图15 预置光纤连接器对接点显微图C：匹配液的实际作用：图15 3M公司对匹配液的理解C1：匹配液作用间隙有限，仅限于几十微米。图16 匹配液作用范围示意图C2：匹配液对污染无能为力。图16 操作手法对接续效果影响示意图C3：匹配液的粘度