光纖連接器推動(dòng)大數(shù)據(jù)時(shí)代發(fā)展

未來(lái)網(wǎng)絡(luò)將更加依賴可靠的光連接。近年來(lái)，智慧城市、固定寬帶、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，推動(dòng)了大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的快速增長(zhǎng)。每天都有海量數(shù)據(jù)產(chǎn)生，需要傳輸、存儲(chǔ)和處理的數(shù)據(jù)呈幾何級(jí)數(shù)增加，信息發(fā)展進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時(shí)代。大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力和速度要求大幅提升，引發(fā)了網(wǎng)絡(luò)體系的變革，也進(jìn)一步開拓了光纖傳送網(wǎng)的市場(chǎng)，光纖連接器的市場(chǎng)需求也將得到推動(dòng)。隨著信息化和智能化的快速發(fā)展，5G產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，數(shù)字中國(guó)建設(shè)進(jìn)程加劇，“寬帶中國(guó)”的實(shí)施，現(xiàn)代無(wú)線通訊技術(shù)對(duì)精準(zhǔn)定位、傳輸隱蔽性和抗干擾性等要求越來(lái)越高。光纖及連接器在通信、數(shù)據(jù)中心、汽車、能源電力、軌道交通、航天航空等各大領(lǐng)域的應(yīng)用也日益增多。

光纖連接器概述和種類

光纖連接器是一種基礎(chǔ)無(wú)源光器件，用于實(shí)現(xiàn)光纖系統(tǒng)中光纖之間的可拆卸（活動(dòng)）連接。它通過(guò)將光纖的兩個(gè)端面精密對(duì)接起來(lái)，使發(fā)射光纖輸出的光能量能夠最大限度地耦合到接收光纖中，并使由于其介入光鏈路而對(duì)系統(tǒng)造成的影響減到最小。這是光纖連接器的基本要求。光纖連接器在一定程度上影響著光傳輸系統(tǒng)的可靠性和各項(xiàng)性能。

光通信傳輸技術(shù)具有通信容量大、保真度高、抗干擾能力強(qiáng)、原材料來(lái)源豐富等出色的傳輸特性而被廣泛關(guān)注。光纖作為傳輸介質(zhì)，在抵達(dá)終端時(shí)，不可避免地產(chǎn)生各種各樣的連接。光纖連接器的研究、開發(fā)和應(yīng)用正是保證光纖與光纖間的連接可靠性而生。

光纖連接器大體上可分為活動(dòng)型光纖連接器、加固型光纖連接器和混合型連接器。

（一）活動(dòng)型光纖連接器

活動(dòng)型光纖連接器指與無(wú)源或有源器件的連接動(dòng)作為可重復(fù)性連接的一類光纖連接器，即常規(guī)意義上的光纖連接器，一般用于光纖器件的臨時(shí)型連接，常用的如LC、FC、SC、ST等。

（二） 加固型光纖連接器

加固型光纖連接器是根據(jù)普通光纖連接器的工作原理，結(jié)合光纖連接的實(shí)際使用環(huán)境需要，采用加固設(shè)計(jì)的方法，提升光纖連接器的耐環(huán)境、防水密封等性能的連接器。

（三） 混合型連接器

混合型連接器是一種集成了光信號(hào)、電信號(hào)、射頻信號(hào)等多種信號(hào)的可拆卸連接元器件。這種連接器的特點(diǎn)是可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，將兩種或多種信號(hào)進(jìn)行集成，如光電復(fù)合、光電射頻混合等。

應(yīng)用環(huán)境下的可靠性要求

不同類型光纖連接器使用的場(chǎng)所不同，其可靠性要求也因此不同。針對(duì)光纖材料特點(diǎn)，主要考核其機(jī)械性能、光學(xué)性能、耐環(huán)境適應(yīng)的可靠性。

（一）機(jī)械性能

光纖玻璃本身是一種易碎材料，在實(shí)際應(yīng)用中，工程師們一直在努力加強(qiáng)其機(jī)械性能。在考核光纖光纜及連接器機(jī)械性能上主要有以下幾個(gè)方面的可靠性驗(yàn)證：

1. 互換性、重復(fù)性。光纖連接器是通用的無(wú)源器件，對(duì)于同一類型的光纖連接器，一般都可以任意組合使用、并可以重復(fù)多次使用，由此而導(dǎo)入的附加損耗一般都在小于0.2dB的范圍內(nèi)。

2. 機(jī)械壽命。通過(guò)對(duì)光纖連接器進(jìn)行插拔次數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，比如一些特種光纖連接器，如船舶用光電復(fù)合連接器，需要在水壓情況下進(jìn)行插拔。

3. 光纖光纜及連接器的物理機(jī)械性能驗(yàn)證。光纖玻璃在應(yīng)用中的受力情況，可以簡(jiǎn)單劃分為三種力：拉力，彎曲，扭轉(zhuǎn)。通過(guò)對(duì)光纖光纜部分進(jìn)行拉伸、磨損、壓扁、沖擊、反復(fù)彎曲、扭轉(zhuǎn)、曲繞、彎折、彎曲、抗拉強(qiáng)度等試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)針對(duì)連接器部分及光纜連接部分進(jìn)行插入及拔出力、光纜拉脫力等機(jī)械試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

（二）光學(xué)性能

衡量光纖連接器產(chǎn)品質(zhì)量的主要光學(xué)特性指標(biāo)為插入損耗（Insert loss）和回波損耗（Return loss）。此外，影響產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的插芯端面幾何參數(shù)等物理特性指標(biāo)也越來(lái)越被系統(tǒng)廠商或高端客戶所重視。

傳統(tǒng)的光纖連接器均為接觸式光纖連接器，其工作原理如下圖所示，通過(guò)高精度的插針套管實(shí)現(xiàn)光纖的精準(zhǔn)對(duì)接（MT型插芯是通過(guò)兩對(duì)高精度導(dǎo)銷導(dǎo)孔實(shí)現(xiàn)），通過(guò)兩端的彈力實(shí)現(xiàn)兩端端面的緊密連接，從而實(shí)現(xiàn)光路的可靠連接。

接觸式光纖連接器原理圖

非接觸式光纖連接器（以擴(kuò)束光纖連接器為例）的工作原理如下圖所示，光纖出射的光經(jīng)透鏡擴(kuò)展光斑后，以近似平行的高斯光束出射，然后進(jìn)入另一個(gè)透鏡并耦合進(jìn)光纖中，實(shí)現(xiàn)光斑面積成百上千倍的增加以及非接觸的連接，可極大地提高光纖連接器在臟污、振動(dòng)等惡劣環(huán)境下連接的可靠性。

擴(kuò)束型光纖連接工作原理圖

確保對(duì)接的兩根光纖纖芯接觸時(shí)成一直線是確保連接器優(yōu)良的連接質(zhì)量的關(guān)鍵。它主要取決于光纖本身的物理性能和連接器插針的制造精度，以及連接器的裝配加工精度。同時(shí)，光纖的光學(xué)性能指標(biāo)和插針端面的拋光質(zhì)量對(duì)于連接器的光學(xué)性能和使用可靠性也有著直接的影響。

插入損耗主要由相接續(xù)的兩根光纖之間的橫向偏離造成。如兩根光纖排成一直線，橫向偏離為零，則其造成的插入損耗最小。由于纖芯與光纖包層的不同心、光纖包層與插針內(nèi)孔的不同心以及插針內(nèi)孔與外徑的同心度誤差等，都會(huì)引起光纖間的橫向偏離。同時(shí)，光纖接頭中的縱向間隙和端面質(zhì)量也是引起插入損耗的因素之一，近年來(lái)普遍采用的UPC插頭接觸方式，則較好地解決了縱向間隙問題。UPC接觸方式，由于減小了連接端面間的間隙，除降低了插入損耗外，也減少了連接端面的反射，提高了回波損耗;而對(duì)于CATV系統(tǒng)等用戶來(lái)說(shuō)，APC型接觸方式則為更好的選擇：由于APC型接頭其陶瓷插芯端面的球面法線與光纖的軸線有一個(gè)角度（一般為8°），使得從端面反射的光泄出而不返回纖芯，從而大大提高了連接器的回波損耗。

3種不同連接器的端面示意圖

（三）耐環(huán)境適應(yīng)性

由于光纖連接器使用的場(chǎng)所不同，其耐環(huán)境適應(yīng)性是影響光纖通信的關(guān)鍵技術(shù)。耐環(huán)境主要包含了耐溫濕度、振動(dòng)沖擊類、特殊環(huán)境如砂塵、鹽霧、霉菌、酸性大氣、低氣壓、液體浸漬、耐水壓和冰凍等等。

耐溫濕度主要是考核連接器中陶瓷、光纖、外殼、膠粘劑之間的溫度濕度條件運(yùn)行及條件變化引起的性能不匹配導(dǎo)致呼吸效應(yīng)，引起連接損耗增大。主要試驗(yàn)項(xiàng)目有高溫壽命、高溫運(yùn)行、低溫儲(chǔ)存、低溫運(yùn)行、溫度循環(huán)、溫濕循環(huán)、溫度沖擊等試驗(yàn)；在試驗(yàn)前后、試驗(yàn)期間需要測(cè)試光透射性能變化。

振動(dòng)沖擊類主要考核連接器在壽命期間可能遇到在主要頻段或隨機(jī)振動(dòng)頻段范圍內(nèi)及其幅度上受振動(dòng)、沖擊的影響引起的附加衰減情況。在試驗(yàn)期間需要監(jiān)測(cè)不連續(xù)性，監(jiān)測(cè)在持續(xù)1us或1us以上期間，光信號(hào)強(qiáng)度降低程度，一般超過(guò)1dB判定為光不連續(xù)；同時(shí)在試驗(yàn)后需要測(cè)試光透射性能變化。

特殊環(huán)境適應(yīng)性。有的光纖連接器，尤其是特殊裝備用光纖連接器，因使用環(huán)境的特殊性，需要對(duì)材料霉菌情況進(jìn)行驗(yàn)證、在模擬海水鹽霧應(yīng)用、酸性大氣、低氣壓、應(yīng)用過(guò)程中有接觸液體試劑、海底耐靜壓能力、冰凍等等環(huán)境下都需要模擬試驗(yàn)條件進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，試驗(yàn)后都需要檢查光纖能否正常工作，光透射性能變化是否符合要求。

廣電計(jì)量的服務(wù)能力

廣電計(jì)量（股票代碼002967）是為航空航天、船舶、新能源汽車等提供產(chǎn)品鑒定和檢測(cè)服務(wù)的第三方檢測(cè)服務(wù)機(jī)構(gòu)，具備光電復(fù)合電纜、高密度光電混裝水密連接器、擴(kuò)束型光連接器、光電射頻混合連接器等光連接器全項(xiàng)目可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

廣電計(jì)量現(xiàn)已全面開展通信用光電子器件的可靠性測(cè)試認(rèn)證服務(wù)，形成了以博士、專家為核心的光電器件測(cè)試分析團(tuán)隊(duì)，具備國(guó)內(nèi)權(quán)威的光電子器件測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)解讀能力和試驗(yàn)?zāi)芰?，能夠提供一站式光電子器件測(cè)試方案。在新一代信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，廣電計(jì)量正從以測(cè)量為中心向以數(shù)據(jù)為中心轉(zhuǎn)變，從提供精準(zhǔn)測(cè)量向提供精準(zhǔn)服務(wù)轉(zhuǎn)變。這些服務(wù)不僅提高了產(chǎn)品的可靠性，也為客戶提供了更為便捷的服務(wù)體驗(yàn)。