光纤现场连接器技术

光纤现场连接器光纤现场连接器 一 适应一 适应 PONPON 技术演进的现场连接器技术技术演进的现场连接器技术 1 1 现有 PON 不能满足未来对带宽的需求 EPON GPON 仅仅能提供 2G 的带宽 未来三网 融合带来的 IPTV HDTV 大型互联网游戏 以及物联网的接入 光传感 光网络监控 带宽需求每 5 年将增加一个量级 根据中期预测 每户带宽将达到 100M 代表下一代 PON 的接入技术的 WDM PON NGPON 的运用会增加 图 1 2 2 下一代 PON 的演进呈现四个特点 高速率 10G 甚至更高 大分光比 1 128 1 256 的分路器将用于 PON 网络中 多波长 WDM PON 的介入 将会在 PON 中引入波分的器件 网络的 云 管 端 的观念 其中 管 是运营商最宝贵的资源 管道很难建设 这涉及到市政 街道 城管 物业 住户多层级的交涉沟通 也涉及到光缆 无源器件 配线架等多个类型的厂家供应 还涉及到复杂的工程设计 规划和施工 是运营商最头疼 的问题 两端设备容易建设 特别是局端设备升级更换很容易 3 3 下一代 PON 演进对现场连接器的要求 支持 PON 网络技术的演进 要求更高的稳定性和寿命 现场连接器处于 PON 网络 管段的最末端 最分散 量却是最大 是管道建设中的难点 下一代 PON 的演进要求网络 管道能平滑过渡 特别是处于网络末梢的现场连接器不能更换 否则将带来最大的工程施 工点 更低的损耗 PON 网络的演进对大分光比分路器的导入和波分复用的使用 将是 PON 功率预算更一步精确 功率预算更紧张 现场连接器必须提供更低的损耗 回波损耗要求将放到更重要的位置 PON 网络的演进的推动在于提供更多服务 更 完美的用户体验 无论是 HDTV 还是在线大型游戏都需要高品质的视频业务 回波损耗恰恰 是影响视频业务的主因 防护要求的增加 现场连接器使用的场景更为多样化 环境更为恶劣 未来的 PON 网络对现场连接器的防护要求会越来越高 二 我国光纤现场连接器发展现状二 我国光纤现场连接器发展现状 2012 年 是我国的 FTTH 建设大年 估计全国成端使用量将极为庞大 作为物理光网 络的最后一个连接节点 现场连接器业已成为主流成端技术 现状是 这个带有一定技术 门槛 但技术领域又相对单一 机械 的新兴子领域 近两年来小资本蜂拥而至 同时为 我国的 FTTH 网络带来不确定因素 从光连接器研究的历史看 我国从来就没真正发明一个光连接器 光连接器从 70 年代 爱立信的熔接到法国人发明机械 V 槽连接 到 80 年代日本 NTT 突破性的 FC SC 连接器 再到国际上已处于主导的美国 LUCENT 发明的 LC 连接器 均未见我国身影 光连接器本质 还是一个光学器件 我国厂家长期定位在生产组装 我国厂家潜意识里认为光连接器是个 纯机械产品 光连接器的主要指标 插损和回损 在我国业内理解不深入 不全面 特别是回波 损耗更是被人忽视 光纤现场连接器是一种遍及千家万户的用户终端产品 产品应具备高 稳定性和高可靠性 避免在规模部署后在用户终端出现高故障率 高返修率的风险 这对 于提高整个 FTTH 网络的可靠性至关重要 根据在工信部质检中心实际检测及各地运营商招 标测试及实际应用情况 出现质量问题的较多的产品就有光纤现场连接器 中国电信科技 委主任韦乐平曾表示 本以为 FTTH 能节省维护成本 谁知运营成本不降反升 现在看来 中 国电信的 FTTH 质量问题太多 而且极大部分问题都出在 ODN 上 三 光纤现场连接器分类及特点三 光纤现场连接器分类及特点 目前包括国外国内 光纤现场连接器生产厂家较多 其结构和材质上也形成了各自的 特点 结构上分类 机械接续型和热熔型两大类 其中机械接续型分 非预置型 直通型 和预置型 预埋型 热熔型又分 熔接型现场连接器和皮线尾缆 预成端 光纤现场连接器针对其特点 目前主要应用有两类 一类是配线光缆与入户皮线光缆 接续点 光纤配线箱 内 另一类就是用户家中接入点 主要是在光信息面板内将皮线光缆 端接形成端口 和多媒体箱内将皮线光缆端接 直接连接家庭终端 ONU 1 1 非预置型现场连接器 俗称直通型现场连接器 非预置型现场连接器 俗称直通型现场连接器 图 2 非预置型现场连接器的本质就是一个被运维使用了数十年的裸纤适配器 其技术本质 是利用陶瓷插芯的高精密内孔来限位光纤 是多快好省的技术 但有几个问题无法规避 光纤在陶瓷插芯中没有固定 常规的尾跳纤 光纤是被用胶固化在插芯中的 光 纤有微小的自由度 影响光纤的稳定对中 对切割端面依赖性强 直通型结构是将光纤从连接器尾部直接穿到连接器顶端 光纤切割端面就是连接器端面 如果光纤切割端面不平整 势必会影响连接器性能指标 尤其是回波损耗更无保障 直通型结构只是手工切割端面 不再研磨 端面谈不上 PC UPC APC 操作人员的切割水平决定质量 因此要求操作人员具备较强的光纤施工能 力和经验 对陶瓷插芯与光纤直径匹配要求严格 直通型结构是将光纤从连接器尾部直接穿到 连接器顶端 要求陶瓷插芯内孔径要大于等于光纤直径 否则穿不进去 但是又不能太大 太大则为导致光纤在陶瓷插芯内晃动 导致偏芯 从而影响连接器性能 对切割长度 夹持件强度要求严格 切割所留光纤如果长了或者短了致使在穿纤的 时候穿过头或没穿到头 都会导致衰减大 另外即使长度到位 对于后方固定光纤光缆的 夹持件强度要求也很高 因为施工以及用户在使用过程中的拉拽 以及随着使用年限的增 加 材料的形变都可能引起光纤光缆与连接器发生相对位移 实验表明在凸出或凹陷超过 50nm 的情况下 连接器的损耗就会变得很大 回波无保证 切割的光纤端面会极大增加的菲涅尔反射 使通讯线路中的回波损耗 增大数十倍至上万倍 严重影响光端机激光器的发射信号 损害通讯质量 降低网络覆盖 距离 2 2 预置型光纤现场连接器 也称为预埋式光纤现场连接器 预置型光纤现场连接器 也称为预埋式光纤现场连接器 图 3 主要问题有 主要问题有 产品性能参差不齐 故障率高 故障率高的根本原因在于现场连接器的核心 V 槽精 度不高导致 虽然我国各生产厂家陆续学习到美国 日本 V 槽的材料和机械成型技术 并 掌握核心的工艺技术 目前还不能像日本住友等厂家 研发自己的 V 槽材料和成型零件 的注塑设备 市面常规的材料和成型设备是 0 01mm 米级的设备 在制造亚微米级别的的 V 槽零件时 是无法保证批量的稳定性的 这种不稳定性导致现场连接器在工程网络中的高 故障率 使用寿命短 可靠性低 国内 V 槽多采用塑料材料 普通的塑料材料的蠕变特性和 吸水性都将在时间轴上反映出 V 槽尺寸的变化 这种变化将累计应力 改变光纤对中耦合 使光学性能异化 损耗大 缩短覆盖距离 现场连接器的 营销数据 实验数据 厂家自测数据 工程数据 相差悬殊 现场连接器的名称里就要 现场 两字 所以工程数据是我们考核 的标准 现实是我国的现场连接器工程数据很差 很多达到了 1dB 以上 严重的缩短了 PON 的传输距离 增大了网络建设成本 具体表现如下 a a 预埋纤和接续纤的对接点未经研磨 切割表明不平整 对接间隙大 存在假对接现 象 而且当接续纤插入 V 槽时 由于施工环境的影响 灰尘也会被带入 对匹配液造成污 染 通光率下降 损耗增大 b b 对接点的匹配液随着时间的推移产生流失而影响使用寿命 V 槽采用有机材料 受 温度变化以及有机材料老化的影响 会造成夹持力减小 损耗增加 c c 由于预埋纤的规格与现场接续纤的规格差异 易发生失配现象 增加损耗 有标准没规范 工程性定义太少 导致工程困难 操作很难统一规范 4 4 我国对信息面板制定规范时 对采用 86 标准有稍许不完善的地方 美国和日本都 5 5 有鉴于光纤弯曲的特殊性 采用了与电 强电和弱点 不同的规范 我国 FTTH 和电信息插 座采用了和电相同的 86 标准 导致现场连接器在皮线上成端后 盘存空间异常局促 很难 保证有一个合理的弯曲半径 加上我国皮线所用的塑料材料较差 将很难保证现场连接器 皮缆的 30 年使用寿命 给 FTTH 带来质量隐患 3 3 熔接型现场连接器熔接型现场连接器 图 4 实际上跟目前光缆施工光纤熔接一样 只不过熔接点位于连接器尾部保护套内 相 当于把尾纤的尾缆给省掉了 无需额外保护 插入损耗低 回波损耗好 使用寿命长 后 期维护成本低 但就其操作来讲 一样要使用熔接机 一样是有源热熔 和普通热熔实际上本质上并 无区别 光纤熔接机需要配备专门的夹具和剥线工具 不能重复熔接 操作困难 要求操作人 员具备较强的光纤施工能力和经验 因此该类方式并未被广泛采用 4 4 皮线尾缆 预成端 皮线尾缆 预成端 图 5 实际上跟目前光缆施工光纤熔接一样 采用光纤熔接机 改用匹线热缩套管对匹线光 纤进行保护 插入损耗低 回波损耗好 使用寿命长 后期维护成本低 光缆与匹线尾纤通过熔接机热熔对接完后需要使用熔接盘进行固定保护 相比现在施工中成熟的光缆接续 光纤熔接机需要配备匹线光纤夹具 热缩保护管加 热器进行调整 其他没有任何区别 四 到户光缆成端技术对比四 到户光缆成端技术对比 插入损耗 标准 回波损耗 标准 可靠性工程操作备注 非预置型现 场连接器 直通型 0 3dB 40dB PC 50dB UPC 55dB APC 差 对中光 纤可移动 简单 插入损耗和回 波损耗实测数 据较差 一致 性较差 预置型现场 连接器 预埋式 0 3dB 40dB PC 50dB UPC 55dB APC 较高简单 不同材料 不 同 V 槽差别较 大 离散性较 大 熔接型现场 连接器 0 2dB 40dB PC 50dB UPC 高复杂 55dB APC 皮线尾缆 预成端 0 2dB 40dB PC 50dB UPC 55dB APC 高复杂 从上表可以看出 在当前可预期的时间内 预置光纤型现场连接器是 FTTH 最佳的光缆成端技术 性能 操作 成本最为平衡的一种技术 是美国 日本等发达国家基本在主推的技术方案 熔接型现场连接器性能优异 但处理熔接后的光纤保护问题一直很困难 对操作规范 要求较高 皮线尾缆 预成端 使用皮线成端 施工与通用成熟的光缆接续是一样的 五 五 为应对 PON 的技术演进 满足未来高速率 多业务需求 必须提高快接的技术标 准 特别是回波损耗和光纤端面几何尺寸的标准 通过标准筛选掉不成熟和落后的技术 为我国网络管道建设打下夯实的基础 希望我们国内厂家共同努力 尽快的研发自己的 V 槽材料和成型零件的注塑设备 制 造亚微米级别的的 V 槽零件 研发生产现场连接器的相关辅料 确保此类产品的稳定性 可靠性 一致性 才能在即将到来的 FTTH 爆发式应用中 保障我国的光纤现场连接器达到 美国 日本等发达国家的技术水平 为我们通信事业作出贡献 获得丰厚的回报 附件附件 1 1 回波损耗对链路的影响依据回波损耗对链路的影响依据 回波损耗又称为反射损耗 它是指在光纤连接处 后向反射光相对输入光的比率的分 贝数 回波损耗愈大愈好 以减少反射光对光源和系统的影响 当网络传输速率达到千兆位数量级 采用 DWDM 宽带传输技术的时候 光纤组件的回波 损耗对系统性能就变得重要了 激光的稳定性和信号的透明度都受到反射光的影响 这些 光从链接中的组件 特别是连接器 反射回来 改进回波损耗的方法是 尽量选用将光纤端面加工成球面或斜球面是改进回波损耗的 有效方法 在现有 FTTH 工程中的线路上下行速率不是太高 当 EPON 模式时 上行速率反射损耗 对信号质量的影响有限 还未引起足够重视 当传输速率达到千兆位数量级 采用高密度波分复用宽带传输技术的时候 回波损耗 将是光纤链路关注的指标 以下是有关标准中对反射损耗的条文 1 1 宽带光纤接入工程设计规范宽带光纤接入工程设计规范 YDYD 5206 2011 5206 2011 中的有关条文 中的有关条文 光纤现场连接器 光纤现场连接器 一种用于在施工现场用机械方式在单模光纤或光缆的护套上直接组 装而成的单模光纤活动连接器 一般采用预埋光纤式 8 2 3 当 ODN 承载 CATV 业务时 OLT S R 和 ONU R S 参考点之间的所有离散反射损耗 应大于 55dB 链路反射损耗大于 32dB 2 2 宽带光纤接入工程验收规范宽带光纤接入工程验收规范 YDYD 5207 2011 5207 2011 中的有关条文 中的有关条文 7 1 ODN 测试 7 1 1 应测试 ODN 合路光纤段 支路光纤段的光纤衰减和 ODN 光纤链路全程衰减 7 1 2 应根据应用的不同系统采用相应的上行和下行波长测试 ODN 的衰减 测试结果 应符合设计要求 7 1 3 当采用第三波承载 CATV 业务时 应测试 1550nm 波长的回波损耗 光纤链路的 回波损耗应大于 32dB 3 3 FTTH FTTH 的工程设计 工程施工方法介绍的工程设计 工程施工方法介绍 FTTH 工程验收测试内容 端到端链路损耗大小 端到端光回损 含 CATV 业务时需要 链路长度和链路 OTDR 曲线 4 4 大规模大规模 ODNODN 建设及维护经验汇报建设及维护经验汇报 ODN 线路测试验收标准 施工界面到用户室内 ONT 时 线路中的反射点的回损不小于 40dB 链路损耗不大于 25dB 附件附件 2 2 生产线实测数据示例 生产线实测数据示例 项目插入损耗 单位 dB 回波损耗 单位 dB 10 6940 1 20 5841 4 31 2737 8 42 2836 7 51 2337 9 61 1932 4 70 2635 5 80 8239 2 90 8638 6 100 8844 7 111 7143 2 121 9042 9 131 3941 3 141 2141 5 154 9042 3 预埋式 试验样品 1 165 0140 3 11 7042 7 21 5444 2 32 3138 7 42 4537 5 52 5639 2 63 1238 6 75 3140 1 86 2339 8 预埋式 试验样品 2 94 9536 9 105 0338 4 1110 0039 1 1212 3238 6 10 2432 9 20 25 测不出 30 6038 8 40 7039 2 51 2334 1 61 2941 1 72 1231 4 82 4531 8 91 5632 4 直通式 试验样品 1 101 7831 6 110 78 211 84 320 53 直通式 试验样品 2 419 91 插损太大 测回损没有意义 注 1 上表是四类 V 槽和注塑件组装成的成品 表中数据仅针对样品 不能全面反映快速 连接器的现状 2 不同类产品 从测试结果数据看 质量差异较大 3 对操作者的熟练程度要求较高 对光纤的预留长度 开剥长度 端面切割要求较高 4 上表测试的数据 不对预埋式和直通式快速连接器的优劣做出判断 5 预埋式的回波损耗要优于直通式 6 所有的快速连接器的接续一致性不好 重复接续时前后接续的指标差异较大 7 就操作性而言 预埋式要优于直通式 热熔式和皮线尾缆已经是是成熟的使用工艺 不做复述 附件附件 3 3 现场组装型连接器的探讨 摘录 现场组装型连接器的探讨 摘录 对于运营商 施工人员来说 可重复开启使用的现场组装型连接器是个不错的想法 因为施工过程中难免有失误产生 可重复开启使用意味着出错后可打开再重新组装 这样 报废的风险将大大降低 施工成本也大幅度降低 而当今市场上大多数产品都采用预置光 纤匹配液 这个想法如果实施 对光纤接入的后期维护将造成灾难性后果 国外冷接续知 名企业 3M 早就看到这一点 并在它的冷接子产品说明书中明确提出 此产品不可以重复 使用 在这里我们就这个问题进行探讨 首先 我们需要分析接续失败的原因 1 切割刀磨损后未及时更换刀口 造成现场光纤切割表面损伤 或切口斜度过大或凸 边致使接续间隙过大而产生的接续损耗过大或失败现象 图 1 现场光纤不良切割面 2 现场光纤制备不合规格 涂覆层和裸纤长度误差较大 造成假对接或大的弯曲损耗 图 2 假对接现象 图 3 不规范的光纤制备造成过大的弯曲 3 松包纤芯皮线光缆由于光纤穿入接续时 产生回退导致间隙过大致使接续损耗过大 图 4 松包纤芯皮线光缆易回缩 4 皮线光缆在使用过程中 由于外皮老化与光纤分离开脱造成纤芯窜动 在受常态布线力 的作用下 导致现场纤芯回退 接续间隙加大 损耗加大 图 5 线缆使用中数十年期老化弯曲变形 5 现场灰尘大 尤其是装修阶段 光纤制备时没有用专用清洁纸处理 造成现场组装型连 接器内部匹配液污染 接续损耗过大或失败 图 6 匹配液受到污染 6 光纤插入 V 型槽时 塑料倒口在穿纤不慎时 把刮伤的导入槽侧表面碎屑带入接续点 阻挡光纤对接贴合 甚至阻挡通过 导致不通光 图 7 导入槽侧表面被刮出碎屑 阻挡通光并污染匹配液 7 光纤开剥产生的微损伤在接续压紧固定时 产生断纤致使接续失败 图 8 断纤现象 8 切割刀磨损后未及时更换刀口 造成现场光纤切割表面产生凸牙 接续时由于初始间隙 较大 导致凸牙损伤预埋光纤 致使接续失败