光纖的兩個(gè)端面必須精密對(duì)接起來，以使發(fā)射光纖輸出的光能量能最大限度地耦合到接收光纖中去。光纖線路的成功連接取決于光纖物理連接的質(zhì)量，兩個(gè)光纖端面需要達(dá)到充分的物理接觸，如同融為一體的介質(zhì)。物理接觸對(duì)保證光纖連接點(diǎn)的低插入損耗和高回波損耗至關(guān)重要，光纖端面形狀的演化，經(jīng)歷了PC、UPC和APC三種類型，如圖1所示。PC 是Physical Contact，物理接觸。UPC (Ultra Physical Contact)，超物理端面。APC (Angled Physical Contact) 稱為斜面物理接觸，光纖端面通常研磨成8°斜面。
圖1 光纖連接器端面的研磨類型 所有端面都研磨成球面，其中UPC連接器的端面曲率半徑小于PC連接器，而APC連接器的端面通常研磨成8° 斜面。PC、UPC和APC三類連接器能夠保證的回波損耗分別為40dB、55dB和65dB。 光纖跳線的端面要求研磨成球面，然而經(jīng)實(shí)際生產(chǎn)工藝制造出來的產(chǎn)品不可能是完美的。因此在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)端面形狀進(jìn)行了規(guī)范，包括曲率半徑ROC、頂點(diǎn)偏移和光纖高度，如圖2所示。 曲率（Radius of Curvature）：端面研磨圓弧狀的曲率半徑。表1中總結(jié)了IEC組織給出的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其中ROC應(yīng)取適當(dāng)大小的值（對(duì)PC型連接器為10~25mm，對(duì)APC型連接器為5~15mm），ROC太大則不能在壓力下產(chǎn)生足夠的形變以保證光纖之間的物理接觸，ROC太小則在重復(fù)插拔之后易壓碎光纖。 頂點(diǎn)偏移（Apex Offset）指的是曲面頂點(diǎn)與光纖軸線之間的偏移量，圖3展示了頂點(diǎn)偏移對(duì)光纖之間物理接觸的影響。如果頂點(diǎn)偏移太大，端面的形變足以讓光纖之間發(fā)生物理接觸，因此技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中要求光纖跳線的頂點(diǎn)偏移≤50μm。 光纖高度（Fiber Height）值得是光纖端面相對(duì)于插芯端面的高度，光纖端面可能是凸出于插芯端面之上的，也可能是凹陷于插芯端面之下的。稍小的光纖凹陷不會(huì)影響光纖之間的物理接觸，因?yàn)椴逍緯?huì)在壓力下產(chǎn)生一定的形變；稍小的光纖凸出量也不會(huì)影響光纖之間的物理接觸，因?yàn)楣饫w本身有一定的彈性。因此技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定光纖高度的范圍是-250~+250nm。
圖2 光纖條線端面形狀（三項(xiàng)值示意圖）
表1. IEC組織制定的關(guān)于插芯端面形狀的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)
圖3 插芯端面的頂點(diǎn)偏移對(duì)光纖之間物理接觸的影響 在表1的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，我們注意到APC類光纖連接器的曲率半徑要小于PC類連接器。APC類連接器通過一定角度的研磨盤制備，圖4（a）描述了陶瓷插芯在研磨盤中中的傾斜排列情況。然而，當(dāng)插芯被插入適配器的陶瓷套筒中時(shí)，它的排列方向是豎直的，如圖4（b）所示，曲面頂點(diǎn)將會(huì)偏離纖芯。圖5描述了兩個(gè)APC類連接器之間的連接適配情況，由于兩個(gè)端面的頂點(diǎn)不能對(duì)準(zhǔn)，要求插芯端面產(chǎn)生更大的形變，才能保證光纖端面之間的物理接觸。因此對(duì)APC類光纖連接器的端面曲率半徑，要求取值更小。
圖4 陶瓷插芯的排列方向，（a）在研磨盤中的情況，（b）在適配器的陶瓷套筒中的情況
圖5 兩個(gè)APC光纖連接器之間的匹配情況 如圖5所示，在APC類光纖連接器上，無論連接器的具體型號(hào)是什么，總有一個(gè)指示斜面方向的定向插銷，定向插銷的指示精度將會(huì)影響APC連接器的頂點(diǎn)偏移量。另外，端面研磨角度的誤差也會(huì)影響頂點(diǎn)偏移量。圖6描述了各種因素所產(chǎn)生的頂點(diǎn)偏移情況，其中R為端面曲率半徑，O點(diǎn)為端面的曲率中心。連接器端面的普通頂點(diǎn)偏移情況，如圖6（b）所示，它通常是在研磨工藝中產(chǎn)生的。如圖6（c）所示，如果端面研磨角度存在誤差Δ，當(dāng)插芯被插入干涉測(cè)量儀的8° 夾具中時(shí)，將會(huì)測(cè)得偏心量d1=R·Δ。注意干涉測(cè)量儀的測(cè)量條件與光纖連接器的實(shí)際應(yīng)用情況是一致的。圖6（d）中，連接器的插銷存在方位角誤差δ，它可能是由機(jī)械部件或者裝配工藝引入的。當(dāng)這種存在方位角誤差的連接器插入適配器中時(shí)，陶瓷插芯發(fā)生偏轉(zhuǎn)，端面曲率中心由O點(diǎn)偏轉(zhuǎn)至O'點(diǎn)，同時(shí)端面的頂點(diǎn)由A點(diǎn)偏轉(zhuǎn)至A'點(diǎn)，如圖6（e）所示。從圖6（d）中可知線段長度OE= R·sin8°，繼而從圖6（e）中得到因插銷方位角誤差引起的頂點(diǎn)偏移量為d2=R·sin8°·sinδ。 此處舉一個(gè)例子，假定連接器端面曲率半徑為R=10mm，研磨角度誤差為Δ=0.1°，插銷方位角誤差為δ=1°，由此得到各種因素引起的頂點(diǎn)偏移量分別為d1=17.5μm和d2=24.3μm。注意IEC標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定頂點(diǎn)偏移的上限是50μm。
圖6 各種因素對(duì)光纖連接器端面上頂點(diǎn)偏移的影響情況 由于技術(shù)和成本原因，光纖活動(dòng)連接器排除在端面鍍?cè)鐾改さ目赡埽虼斯饫w端面之間的物理接觸是低損耗和高回?fù)p得以實(shí)現(xiàn)的核心概念。球形端面有助于實(shí)現(xiàn)物理接觸，關(guān)于光纖端面形狀的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，旨在讓光纖連接器在各種嚴(yán)酷的環(huán)境下保證物理接觸條件。球形端面通過一個(gè)“軟”墊子，在一定的壓力下研磨而成，墊子的硬度和壓力大小都會(huì)影響端面的幾何形狀，此外研磨片的粗糙度也需要納入考慮。最佳研磨參數(shù)可通過對(duì)多因子的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)獲得。 對(duì)于APC類連接器，需要考慮更多因素，研磨角度的誤差和定位插銷的方位角誤差都會(huì)顯著影響連接器的頂點(diǎn)偏移。因此研磨盤需精密加工，以保證斜角的精度。除陶瓷插芯之外的其他零部件，其機(jī)械精度亦需得到保證。此外，連接器上的插銷，與適配器中對(duì)應(yīng)的卡槽，需要相對(duì)緊密的配合。 關(guān)于億源通（HYC） 億源通（英文簡稱HYC）創(chuàng)立于2000年，是全球行業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的無源光器件OEM/ODM及解決方案提供商，專注于光通信無源基礎(chǔ)器件研發(fā)、制造、銷售與服務(wù)。公司主營產(chǎn)品為：光纖連接器（數(shù)據(jù)中心高密度光連接器），WDM波分復(fù)用器，PLC光分路器，MEMS光開關(guān)等四大核心光無源基礎(chǔ)器件，廣泛應(yīng)用于光纖到戶、4G/5G移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、電信等。 |
