光纤通信系统中无源器件的原理及性能指标

纤通信系统中无源器件的原理及性能指标

Abstract

Optical fiber communications equipment, optical passive devices is an important component. It is a kind of optical components, its process principles to comply with the basic law of optics and light theory and electromagnetic wave theory, various technical indicators, a variety of formulas and a variety of testing methods, and fiber optics, integrated optics are closely related; so it is with the Electrical There is a fundamental difference between passive components. In the optical fiber cable, its play connectivity, distribution, isolation, filtering and so on. In fact there are a variety of optical passive devices, limited space, here only about a few commonly used - optical splitter, optical attenuator, optical isolators, connectors, patch cords, optical switches.

Keywords: passive components, optical splitter, optical attenuator, optical isolators, connectors, patch cords, optical switching

摘要

光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分。它是一种光学元器件，其工艺原理遵守光学的基本规律及光线理论和电磁波理论、各项技术指标、多种计算公式和各种测试方法，与纤维光学、集成光学息息相关；因此它与电无源器件有本质的区别。在光纤有线电视中，其起着连接、分配、隔离、滤波等作用。实际上光无源器件有很多种，限于篇幅，此处仅讲述常用的几种—光分路器、光衰减器、光隔离器、连接器、跳线、光开关。

关键字：无源器件、光分路器、光衰减器、光隔离器、连接器、跳线、光开关

一、光纤活动连接器。

1．光纤活动连接器的原理

光纤活动连接器是实现光纤之间活动连接的无源光器件，它还有将光纤与有源器件、光纤与其它无源器件、光纤与系统和仪表进行连接的功能。

尽管光纤（缆）活动连接器在结构上千差万别，品种上多种多样，但按其功能可以分成如下几部分：连接器插头、光纤跳线、转换器、变换器等。这些部件可以单独作为器件使用，也可以合在一起成为组件使用。实际上，一个活动连接器习惯上是指两个连接器插头加一个转换器。

（1）连接器插头。

使光纤在转换器或变换器中完成插拔功能的部件称为插头，连接器插头由插针体和若干外部机械结构零件组成。两个插头在插入转换器或变换器后可以实现光纤（缆）之间的对接；插头的机械结构用于对光纤进行有效的保护。插针是一个带有微孔的精密圆柱体，其主要尺寸如下：

外径Ф2.499±0.0005mm

外径不圆度＜0.0005mm

微孔直径Ф126±0.5μm

微孔偏心量＜1μm

微孔深度 4mm 或 10mm

插针外圆柱体光洁度▽14

端面曲率半径 20-60mm

插针的材料有不锈钢、全陶瓷、玻璃和塑料几种。现在市场上用得最多的是陶瓷，陶瓷材料具有极好的温度稳定性，耐磨性和抗腐蚀能力，但价格也较贵。塑料插头价格便宜，但不耐用。市场上也有较多插头在采用塑料冒充陶瓷，工程人员在购买时请注意识别。

插针和光纤相结合成为插针体。插针体的制作是将选配好的光纤插入微孔中，用胶固定后，再加工其端面，插头端面的曲率半径对反射损耗影响很大，通常曲率半径越小，反射损耗越大。插头按其端面的形状可分为3类：PC型、SPC型、APC型。PC型插头端面曲率半径最大，近乎平面接触，反射损耗最低；SPC型插头端面的曲率半径为20mm，反射损耗可达45dB，插入损耗可以做到小于0.2dB；反射损耗最高的是APC型，它除了采用球面接触外，还把端面加工成斜面，以使反射光反射出光纤，避免反射回光发射机。斜面的倾角越大，反射损耗越大，但插入损耗也随之增大，一般取倾角为8o—9o，此时插入损耗约0.2dB，反射损耗可达60DB，在CATV系统中所有的光纤插头端面均为APC型。要想保证插针体的质量，光纤的几何尺寸必须达到下列要求：光纤外径比微孔直径小0.0005mm；光纤纤芯的不同轴度小于0.0005mm。因此，插针和光纤以及两者的选配对连接器插头的质量影响极大，也是连接器插头质量好坏的关键。不同厂家的产品工艺水平不一样，因而差别就很大，在实际应用中，本人也曾多次碰到一个插头插损1dB以上的情况，而正常值一般小于0.3dB。在工程应用中，不要小看一个小小的插头，质量低劣的插头对系统的影响是和很大的；在选购时一定要选用信誉高、知名厂家的产品。

（2）跳线。

将一根光纤的两头都装上插头，称为跳线。连接器插头是跳线的特殊情况，即只在光纤的一头装有插头。在工程及仪表应用中，大量使用着各种型号、规格的跳线，跳线中光纤两头的插头可以是同一型号，也可以是不同的型号。跳线可以是单芯的，也可以是多芯的。跳

线的价格主要由接头的质量决定。因而价格也相差较大。在选用跳线时，本着质优价廉去选是不错，但一定不要买质次价低的产品。

（3）转换器。

把光纤接头连接在一起，从而使光纤接通的器件称为转换器，转换器俗称法兰盘。在CATV 系统中用得最多的是FC型连接器；SC型连接器因使用方便、价格低廉，可以密集安装等优点，应用前景也不错，除此地外，ST型连接器也有一定数量的应用。

a．FC型连接器。 FC型连接器是一种用螺纹连接，外部元件采用金属材料制作的圆形连接器。它是我国采用的主要品种，在有线电视光网络系统中大量应用；其有较强的抗拉强度，能适应各种工程的要求。

b．SC型连接器。SC型连接器外壳采用工程塑料制作，采用矩形结构，便于密集安装；不用螺纹连接，可以直接插拔，操作空间小。实用于高密集安装，使用方便。

c．ST型连接器。 ST型连接器采用带键的卡口式锁紧结构，确保连接时准确对中。

这三种连接器虽然外观不一样，但核心元件——套筒是一样的。套筒是一个加工精密的套管（有开口和不开口两种），两个插针在套筒中对接并保证两根光纤的对准。其原理是：以插针的外圆柱面为基准面，插针与套筒之间为紧配合；当光纤纤芯外圆柱面的同轴度、插针的外圆柱面和端面、以及套筒的内孔加工的非常精密时，两根插针在套筒中对接，就实现了两根光纤的对准。

下面详细讲一下套筒。套筒有两种结构：开口套筒与不开口套筒。 a．开口套筒。开口套筒在连接器中使用最普遍，其主要尺寸为：外径：Ф3.2±0.01mm，内径Ф2.5±0.02mm，内孔光洁度：▽14；弹性形变：小于0.0005mm，插针插入或拔出套筒的力：3.92-5.88N。开口套筒采用高弹性的材料，如磷青铜、铍青铜和氧化锆陶瓷制作，当插针插入套筒之后，套筒对插针的夹持力应保持恒定，这三种材料制作的套筒都在应用，但以铍青铜和氧化锆陶瓷居多。 b．不开口套筒。不开口套筒在连接器中应用较少，在光纤与有源器件的连接中应用较多，其外型尺寸与开口套筒基本上一致。不同之处在于它的内孔直径为ф2.5+0.0005mm，即比插针的外径大1μm；既让插针能够顺利插入，同时间隙也不能太大，保证光纤与有源器件（如激光管、探测器）连接时，重复性、互换性达到要求的指标。

上述三种型号的转换器，只能对同型号的插头进行连接，对不同型号插头的连接，就需要下面三种转换器。即：FC/SC型转换器——用于FC与SC型插头互连；FC/ST型转换器——用于FC与ST型插头互连，SC/ST型转换器——用于SC与ST型插头互连。市场上的法兰盘价格高低之间相关数倍，其实讲完这些，读者也应该明白原因在何处。

（4）变换器。

将某一种型号的插头变换成另一型号插头的器件叫做变换器，该器件由两部分组成，其中一半为某一型号的转换器，另一半为其它型号的插头。使用时将某一型号的插头插入同型号的转换器中，就变成其它型号的插头了。在实际工程应用中，往往会遇到这种情况，即手头上有某种型号的插头，而仪表或系统中是另一型号的转换器，彼此配不上，不能工作。如果备有这种型号的变换器，问题就迎刃而解了。对于FC、SC、ST三种连接器，要做到能完全互换，有下述6种变换器。SC—FC，将SC插头变换成FC插头；ST—FC将ST插头变换成FC 插头；FC—SC将FC插头变换成SC插头；FC—ST将FC插头变换成ST插头，SC—ST将SC插头变换成ST插头；ST—SC将ST插头变换成SC插头。

实际上光纤的活动连接除了采用上述的活动连接器外，如果是紧急抢修断光缆，而手头又没有熔接机，通常采用一种机械连接头（也称快速接线子）处理。其利用一个玻璃微细管来定位，用一套机械装置来紧固光纤，使用时先切开光纤，对端面进行清洁处理，光纤端头保留6—8mm，然后将光纤的两个端面在玻璃微细管的中央对准后夹紧，拧紧两端的螺帽即可实现光纤的可靠连接。这种机械连接头的长度约40mm，直径不超过5.7mm，平均插入损耗小