新型ODC光纤连接器的性能及应用.doc

光学仪器O P T ICAL IN S TRU M EN TS第 30 卷 第 4 期2008 年 8 月Vol . 30 , No . 4A ugust , 2008文章编号 : 100525630 (2008) 0420028204新型 OD C 光纤连接器的性能及应用 3周燕鸿 ,袁一方(上海理工大学 光电学院 ,上海 200093)摘要 : 光纤连接器是一种无源器件 ,它是光纤通信系统中各种装置连接所必不可少的器件 。介绍了常用的光纤连接器的主要性能 :插入损耗 、回波损耗 。并详细介绍了一种新型的 ODC 光纤 连接器性能和应用 ,该户外光纤连接器完全代替同轴线的方案 。加大传输距离 ,减少网络人工成本 ,无疑是网络结构体系的革新 。关键词 : 光纤连接器 ; 插入损耗 ; 回波损耗 ; 户外光纤连接器 ( ODC)中图分类号 : TN 253文献标识码 : AThe f eature an d a ppl icat ion of ne w types ODC f iber opt ic connectorZ H O U Y a n hon g , Y U A N Y i f a n g( College of Op tical a nd Elect ro nic Info r matio n Engi neeri ng , U niver sit y ofShanghai fo r Science a nd Technolo gy , Sha nghai 200093 , Chi na)Abstract : Fiber op tic co nnecto r is a passive part ,it is very impo rtant part to co nnector t he apparat usesin t he fiber optic co mmunicatio n netwo rk. Int roduce t he main feat ures of fiber op tic co nnecto r :insertio n lo ss and ret urn lo ss. Meanwhile ,mainly int ro duce a new t ype of t he fiber optic co nnector named ODC (o ut door co nnector) : feat ures and applicatio n. The fiber optic co nnector replaces t he co nventio nal highf requency cable assembly. It enhances t ransmissio n distance , reduces overhead co st fo r network operator s and suppo rt s more innovative network architect ures.Key words : fi be r op tic co nnecto r ; i n ser tio n lo ss ; ret ur n lo ss ; o ut doo r co n necto r ( ODC)1引言在一条光通信线流中 ,除了具有光纤光缆 ,光发送机 ,光中继机和光接收机等基本设备外 ,还需要许多配套的功能器件 ,通常分为有源器件和无源器件 。光纤连接器是一种无源器件 。它是光纤通信系统中各 种装置连接所必不可少的器件 ,也是目前使用量最大的光纤器件 1 。由于本地通信网络的逐步光纤化 ,城域网和用户接入网需求的上升 ,近年来全球光纤连接器市场的总需求量不断扩大 ,预计未来十年的年增长率将在 20 %左右 。随着光纤连接器生产设计技术地不断成熟和生产工艺的日臻完善 ,新一代体积更小 、技术更新的光纤连接器在未来通信中占据主导地位 。2光纤连接器光纤连接器按其使用要求有不同的类型 ,如固定接头和活动接头连接器 ,单模与多模光纤连接器和近 场与远场连接器等 。衡量光纤连接器按产品质量的主要光学特性指标为插入损耗 (i n ser t lo ss) 和回波损3 收稿日期 : 2007211227作者简介 : 周燕鸿 ( 19732) ,女 ,上海人 ,硕士研究生 ,主要从事光学电子信息方面的研究 。耗 ( ret ur n lo ss) 2 。影响产品质量可靠性和重复性的插芯端面几何参数等物理特性指标也越来越被系统厂商或高端客户所重视 。目前 ,较为流行的光纤连接器装配和对接方式为 : 利用环氧树脂热固化剂 ,将光纤粘固在高精度的陶瓷 插针孔内 ,然后使两插针在外力的作用下 ,通过适配器套筒的定位 ,实现光纤之间的对接 (如图 1) 。由图 1 可看出 , 保证对接的两根光纤纤芯接触时 成一直线是确保连接器优良的连接质量的关键 , 它主图 1 光纤连接器对接原理Fig. 1 Fiber op tic co nnecto r t heo r y要取决于光纤本身的物理性能和连接器插针的制造精度 ,以及连接器的装配加工精度 。同时 ,光纤的光学性能指标 (如数值孔径与折射率分布) 和插针端面的抛光质量对于连接器的光学性能和使用可靠性也有着直接的影响 。插入损耗 3 ,4 是指由于连接器的引入而导致的链路功率损 耗 ,定义为连接器的输出功率与输入功率比的分贝数. 如图 2 ,设输入功率为 Pi , 输出功率为 PO ,则此连接器的插入损耗为 :PO( 1)IL = - 10l gdB图 2 插入损耗示意图Fig. 2 Insertio n lo ss cha rtP i插入损耗主要由相接续的两根光纤之间的横向偏离造成 。如图 1 所示 ,要求两根光纤的纤芯排成一直线 ,横向偏离为零 ,则其造成的插入损耗最小 。但在连接器的实际对接过程中 ,这是不大可能实现的 ,因为纤芯与光纤包层的不同心 、光纤包层与插针内孔的不同心以 及插针内孔与外径的同心度误差等 ,都会引起光纤纤芯间的横向偏离 。同时 ,光纤接头中的纵向间隙和端面质量也是引起插入损耗的因素之一 ,近年来普遍采用的 U PC 插 头接触方式 ,则较好地解决了纵向间隙问题 。按此方式 ,插针和光纤端面经球面抛光处理 ,使得相对接的 两插针在外力的作用下啮合在一起 ,使啮合光纤的顶点变形并展平 ,形成光纤充分对接 ,减小光纤接头中的纵向间隙 。另外 ,要求两对接的光纤数值孔径和折射率分布相同 ,才能使插入损耗减少到最小 。回波损耗是指连接器对链路光功率反射的抑制能力 ,是指在光纤连接处 ,反向反射光功率入光功率 P i 比值的对数 ,表达式如下 :PrPr 相对输RL = 10 lo gdB( 2)P i回波损耗的典型值应不小于 25dB 。实际应用的连接器 ,插针表面经过了专门的抛光处理 ,可以使回波损耗更大 ,一般不低于 45dB 。回波损耗是用来衡量连接器端面的后向反射光大小的参数 。回波的本质即是光线反射 ,根据菲涅尔 反射原理 ,光线在传输过程中遇到两种折射率不同的界面时会发生菲涅尔反射 ,造成光通路中的信号叠加或干涉 5 。在高传输速率的单模光纤系统 6 中 ,尤其是有线电视系统 ( CA TV) ,反射现象会产生传输信号的时间滞后 ,使信号到达用户端的时间延迟 ,造成图像的重影和清晰度下降 。表 1 部分单模光纤连接器的主要特性Ta b. 1Main f eat ure s of single mo de fiber op tic co nnecto rI L 典型/ 最大 ( dB)R l 典型/ 最大 ( dB)重复性 ( dB)类型寿命/ 次工作温度FC/ PC S T/ PC SC/ PCD IN/ PC0 . 2/ 0 . 50 . 2/ 0 . 50 . 2/ 0 . 50 . 2/ 0 . 545/ 4045/ 4045/ 4045/ 40+ / - 0 . 1+ / - 0 . 1+ / - 0 . 1+ / - 0 . 11000100010001000- 40 + 85- 40 + 85- 40 + 85- 40 + 8530 光 学 仪 器第 30 卷市场上 (尤其是中国市场) ,其主流光纤连接器品种仍然是早年就一直沿袭下来的 2 . 5 mm 的精密陶瓷插芯和陶瓷管构成的连接器 7 (如 FC 、SC 、S T 等) 。此外 , 1 . 25 mm 陶瓷芯的小型连接器 ( 如 L C 、M U等) ,以及带状光纤连接器为主的多芯连接器 (如 M T P 等) 的需求量也逐步增加 。3 ODC 光纤连接器近年来由于通讯网络系统的不断发展 ,及目前光纤到路边 ( F T T R) 、光纤到办公室 ( F T TO ) 、光纤到 家 ( F T T H) 、光纤到桌面 ( F T TD) 等实际要求的提出 ,使得光纤通信系统传播的信息量和速度得到更为迅 速的发展 。最近世界上又推出了光纤到天线 ( F T TA ) ,在目前最新的移动通讯系统 ( 3 G , Wil ma x ,4 G) 是 使用光纤去连接基站和天线 。完全代替了传统的高频铜线电缆的连接 。能加大传输距离 ,减少网络人工 成本 ,这无疑是网络结构体系的革新 。ODC 光纤连接器是一种最新研发生产的用于光纤直接与天线连接的器件 F T TA (fi be r to a nt e nna) 。它是一种由上连接和下连接两通道的光纤连接器 。ODC 连接器分为 ODC SO C KE T 和 ODC PL U G 连接器 。它们可以直接对接使用 ,不需要中间的转接连接器 。这和传统的高频连接器非常相似 。3 . 1ODC 光纤连接器的特性3 . 1 . 1结构方面ODC 是一种户外的光纤连接器 ,为了适应户外恶劣的环境条件和天气 ,将连接头从传统的塑料连接 体变为金属的高频连接体 ,壳体是经过精密机加工的多种高强度的黄铜壳体 ,并使用镀银和镍 ,不易于使 产品在插拔中磨损 ,使产品拥有多种高抗压 ,高抗张强度及抗腐蚀保护 。并且 ODC 连接器其外型是和传 统的高频 N 系列的连接器一样 ,采用”N”型连接机械接口 ,可与”N”同轴连接器互换 ,即沿用原有的面板 , 充分考虑产品演进的平滑性 。而且采用了螺纹锁紧机械装置并有导向插槽 ,可以使用单手盲插简单快捷地做连接安装 。由图 3 和图 4 可看出 ,2 通道的光纤穿过金属的连接头 。连接头 ODC p l ug 和 ODC soc ket 以螺纹进 行连接 ,从机械结构的设计 ,充分考虑了环境对产品的高要求 ,以达到防水 ,防尘 ,防锈的目的 。这无疑是 光纤连接器史上的重大改革 。图 3 ODC pl ug 的外型结构图Fig. 3 O utline drawing of ODC pl ug图 4 ODC Socket 的外型结构图Fig. 4 O utline drawing of ODC socket3 . 1 . 2性能方面ODC 光纤连接器保持了传统的光纤连接器的性能 :(1)(2) (3) (4) (5)2 通道多模或单模 (50/ 125m 或 62 . 5/ 125m) ,也可 4 通道的光纤 ;1 . 25 mm 陶瓷管 ;单模光纤插入损耗 0 . 5dB ,回波损耗 50dB ;工作温度 : - 40 + 85 ;寿命 :至少 200 次 。3 . 2ODC 光纤连接器的应用ODC 光纤连接器用于光纤直接与天线连接的器件 F T TA ,如图 5 所示 : ODC socket 光纤跳线是由L C 光纤连接器和 ODC soc ket 连接器组成 ,是一条室内跳线 。ODC p l ug 光纤跳线也是由 L C 连接器和ODC p l ug 连接器组成 ,被称为户外跳线 。在实际应用中 ,ODC socket 光纤跳线被安装在天线的远程模块内 , L C 连 接 器 和 远 程 模 块 中 的 SF P 模 块 连 接 , ODC Socket 连接器和 ODC p l ug 连接器的进行连接 。然后 通过 ODC p l ug 光纤跳线的另一头 L C 连接器连接到基站的模块中 ,这样使天线和基站连接了起来 ,达到光 信号的传输 。而传统的基站和天线的连接是通过高频 螺纹电缆和高频连接器进行连接的 。采用 F T TA 从光纤到天线 ODC 光纤连接方式比 传统的高频螺纹电缆连接方式有以下优点 :图 5 ODC 连接器的应用Fig. 5 Applicatio n of ODC co nnecto r(1) 距离方面 :传 统 的 高 频 连 接 电 缆 的 距 离 在 100 m 之 内 。每 一 个 主 基 站 只 连 接 一 个 天 线 。而F T TA 用 ODC 连接能加大传输距离 (大于 20 k m) 。每一个主基站可连接两个天线 。(2) 功能方面 :传统的高频连接电缆是高功率的消耗和高传输损耗 ( 达到 10dB) 。F T TA 用 ODC 连 接大大减少了功率消耗和降低了传输损耗 。(3) 成本方面 :传统的高频连接电缆成本高 ,重量重 ,大量的网络人工成本进行安装 。F T TA 用 ODC连接重量轻 ,能极大地减少网络人工成本 。所以可以说 ODC 光纤连接器的诞生 ,将传统的高频连接器和传统的光纤连接器的设计有效的结合 ,对于通讯系统来讲是一次重大的结构革新 。4结论随着光纤通信技术对高速大容量传输的要求 ,对光纤连接器提出了更高的要求 ,促进了光纤连接器功能及技术的不断发展 。ODC 光纤连接器已经是 F T TA 的标准解决方案 ,在不久的将来 ,所有处于领先地 位的通信生产厂商都将使用 ODC 光纤连接器在它们的新型通信系统中 。ODC 光纤连接器也将市场中占 有越来越大的份额 。为了更好的优化设计和降低成本 ,ODC 也将以更可靠 ,更经济的设计推出 ,在不久的 将来将面向市场 。参考文献 : 1 2 3 4 5 6 马军山. 光纤通信原理与技术 M