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光纤连接器的主要类型以及在光路耦合中的应用

发布时间:2020-07-09 09:56:31 浏览量:45


摘要:

光纤连接器是一种可插拔的光纤器件,主要用来断开或者反复连接光纤。对光纤连接器的要求是:低损耗、性能稳定、反复插拔的重复

性与一致性好,安装简易方便操作。与此同时,对于一些距离光源较近使用的光纤连接器,还需要有回波损耗的限制(其定义为反射光

与入射光的功率比,要求达到-60~-45 dB,甚至达到-115 dB),以消除光纤端面的反射光对激光器造成的损伤。光纤连接器凭借其优

秀的精密机械结构和光学结构设计,降低了人们使用光纤学习成本,也扩大了光纤的应用范围,对整个光纤行业的发展起到了至关重要

的促进作用。


一、光纤连接器的行业标准

光纤连接器在光纤通信行业有着广泛的应用,目前市面上已经出现的光纤连接器型号已达到数百种,其重要的类型如下图1所示,迄今

大部分的光纤连接设计已经被IEC(国际电工委员会)等组织标准化。

 

图1 光纤连接器的主要类型


从设计原理和耦合机理上分析,光纤连接器可以分为对接耦合式(或称精密套管对接式)和透镜耦合式(或称透镜扩束式)两类;从机

械连接的结构形式看,光纤连接器常采用螺丝卡口、卡销固定、推拉式三种结构。这三种结构都既包括光缆对光缆的单通道连接器,也

包含光缆对线路卡连接的多通道连接器。此外,这些连接器利用的基本耦合机理既可以是对接类型,也可以是透镜扩展光束类型。


二、对接耦合式光纤连接器

这类光纤连接器是依靠连接器高精度的几何设计来确保两光纤的准确对接的。类似于光纤的固定连接技术,光纤活动连接器的制备同样

包括光纤端面制备、光纤对准调节、光纤接头固定三个基本环节。其中,光纤端面制备一般都是采用研磨抛光方法;光纤对准调节一般

采用无源或者有源二次对准技术;而光纤接头固定结构则是随着固定光纤并使之对准的方式以及连接器的锁定装置而形式各异。


对接耦合式光纤连接器,无论是对单模光纤还是多模光纤系统,常用的对准机构设计一般都采用直套筒式锥形(双锥形)套筒结构。如

图2所示,两根带连接的光纤被固定在两个金属或陶瓷的内套筒中,内套筒中心打有直径为126 um(对单模光纤)或这127 um(对多

模光纤)左右的精密孔,其孔径稍大于包层外径。两个内套筒共置于一个精密的圆柱形定位筒(即外套筒)内,以保证两根光纤同轴且

两端面准确地接触。两个内套筒的轴向定位由两端的保持弹簧来保证。


图2 圆柱套筒型连接器基本结构


对接耦合式光纤连接器的几种典型结构

1、SC型——咬合式单光纤连接器。这是由日本NTT公司开发的一种广泛采用的咬合式单光纤连接器,适合于多芯光缆安装。

2、ST——扭转式单光纤连接器。这是一种在数据通信系统中长期广泛使用的扭转式单光纤连接器,它是通过扭转来实现封闭的。

3、FC型——它也是一种由日本NTT公司开发的扭转式单光纤连接器,有时也称其为FC-PC型,其结构类似于ST型,但是它是通过螺纹

旋转来实现闭锁的。

4、PC型光纤连接器。它是利用光纤端面的物理接触来提高连接器的性能的,光纤端面设计成圆弧形,纤芯端面接触间隙小于λ/4,从

而使菲涅尔损耗大为降低,回波损耗大大提高。

5、双工连接器。其结构包含一对光纤,一个内键,因此可以单向配合,即双工连接器式单向配合的。一种简单的双工连接器就是一对

SC连接器;另一些双工连接器是用于网络用途。

6、多芯光缆连接器。这种连接器又称为多光纤连接器(MT),根据芯数和应用场合不同,有多种结构。图3为一种带状阵列式结构,

多用于各种局域网中。带状光缆的连接,采用塑料注模技术制造,两个插头用两根导针对准定位,可以一次连接10~20根光纤。平均插

入损耗小于0.3~0.35 dB。



图3 阵列式连接器


三、透镜耦合式光纤连接器

透镜耦合式光纤连接器式在待连接的两光纤端面加入一对准直-聚焦透镜,这对透镜可以将发射光纤出射的光准直扩束,随后又可以将

扩展的平行光束聚焦到接收光纤的纤芯处。这种连接器的优点是,两光纤间横向偏移对耦合影响的敏感程度大为减小,同时连接器两光

纤端面间轴向分离的敏感程度也减小了。另外,便于将一些光处理原件(如分束器、光开关等)插入到光纤端面间的扩展光束,从而制

成分束器、波分复用器、隔离器、衰减器以及光开关等无源器件。但是这种连接器对两光纤的轴线倾斜角偏差影响敏感程度加大。

图4 透镜耦合式连接器


图4所示为自聚焦透镜耦合连接器的结构示意图。图中的自聚焦由1/4周期长度的自聚焦光纤棒构成。这种结构的优点是,其焦距短,其

可和光纤端面粘结在一起,因而结构紧凑。当需要在两光纤中加入其他光学器件时,这种结构特别适用。


结语:

光纤连接器是传递光纤内容信息的一个重要中继站,它是光纤系统中一个重要媒介,需要在高精度的几何设计和光学复合结构共同作用

下保证下保持良好的运行。此外,光纤连接器凭借其极低的信号损失保证了传输信息的内容质量,同时也因为光纤连接器本身具有可插

拔结构方便了人们的日常使用,降低了光信号传输的使用成本,为光纤通信和光纤传感等行业的发展做出了巨大贡献。