1、项目科技报告插图清单引言随着光纤通信技术的不断发展，特别是高速局域网和光接入网的发展，光纤连接器在光纤系统中的应用将更为广泛。同时，也对光纤连接器提出了更多的、更高的要求，其主要的发展方向就是：外观小型化、成本低廉化，操作简单化，而对性能的要求却越来越高。光纤连接器的互换性能直接影响光纤连接的质量和施工效率，而光纤连接器的防损质量直接影响光纤网络的性能。所以低损耗互换性好的光纤连接器是光纤发展的必备器件。目前，光纤连接器的套筒一般采用加有凸楞的方型套筒，时间一长或在震动的环境里容易松开,导致光纤无法对接，产生光信号传输不良，其采用分体式的夹持方式，产生的模具成本高，并且抗拉效果差，导致夹持的稳
2、定性不好，受到外力后容易张开影响光信号的传输，且光纤匹配液封闭性差,会导致匹配液流失。因此，如何研发出有效保障光信号传输,损耗低、成本低、互换性好、抗拉强度高的连接器产品,是实现光纤通信升级改造的关键问题,也是光纤通信产业转型升级亟待解决的重要问题。（1）光纤连接器的概念在光纤通信（传输)链路中,为了实现不同模块、设备和系统之间灵活连接的需要，必须有一种能在光纤与光纤之间进行可拆卸（活动)连接的器件，使光路能按所需的通道进行传输，以实现和完成预定或期望的目的和要求，能实现这种功能的器件就叫光纤连接器.光纤连接器就是把光纤的两个端面精密对接起来,以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤
3、中去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小,这是光纤连接器的基本要求。在一定程度上,光纤连接器也影响了光传输系统的可靠性和各项性能。 （2）光纤连接器的一般结构光纤连接器的主要用途是用以实现光纤的接续.现在已经广泛应用在光纤通信系统中的光纤连接器，其种类众多，结构各异.但细究起来，各种类型的光纤连接器的基本结构却是一致的,即绝大多数的光纤连接器一般都采用高精密组件(由两个插针和一个耦合管共三个部分组成）实现光纤的对准连接.这种方法是将光纤穿入并固定在插针中,并将插针表面进行抛光处理后,在耦合管中实现对准.插针的外组件采用金属或非金属的材料制作。插针的对接端必须进行研磨处理，另一端通常
4、采用弯曲限制构件来支撑光纤或光纤软缆以释放应力.耦合管一般是由陶瓷或青铜等材料制成的两半合成的、紧固的圆筒形构件做成，多配有金属或塑料的法兰盘,以便于连接器的安装固定。为尽量精确地对准光纤,对插针和耦合管的加工精度要求很高。(3)对光纤活动连接的要求 对于要求可拆卸的光纤连接方式，目前都采用机械式连接器来实现.对其要求主要有以下几方面：连接损耗要小，单模光纤损耗小于0。5dB ;应有较好的重复性和互换性。多次插拔和互换配件后，仍有较好的一致性；具有较好的稳定性，连接件紧固后插入损耗稳定，不受温度变化的影响;体积要小，重量要轻；有一定的强度；价格适宜. (4）光纤接续技术发展的意义在光纤通信的发
5、展过程中，接续技术是十分关键的技术.简化接续技术,提高接续质量，降低信号损耗，提高连接器的互换性,对扩大光纤应用领域将起到积极的促进作用。随着大众对通信速度和质量的要求不断提高，对光纤连接器的连接损耗要求越来越低,连接便利性的要求也越来越高。1 研发方案与内容1。1 光学性能的研究光纤连接器的光学性能主要有两项：插入损耗和回波损耗。插入损耗是指因连接器的介入而引起传输线路有效功率减小的量值，对于网络来说，该值越小越好。回波损耗(或称反射衰减、回损、回程损耗）是衡量从连接器反射回来并沿输入通道返回的输入功率分量的一个量度.对于光纤通信系统来说,随着系统传输速率的不断提高,反射对系统的影响也越来越
6、大，来自连接器的巨大反射将影响高速率激光器（开关速率为Gbits级)的稳定度,并导致分布噪声的增大和激光器抖动。因此对回波损耗的要求也越来越高。图 1 光纤连接器插入损耗影响因素图1.1.1单通道耦合方式研究直接耦合是单通道光纤连接器中结构最简单的耦合方式，因其抗电磁干扰能力强、体积小、寿命长、插入损耗小等特点而被称为最为理想的耦合方式。但实际操作中，由于光纤的芯径很小,且光纤不能接触,只有保证光纤的横向错位小于1.5m,轴向间距小于40m，才能实现两光纤的耦合，因此需要精密的机械结构和很小的转配误差来保证两光纤的直接耦合。针对这一难点，考虑在两光纤间加入透镜作为辅助器件来实现光信号的耦合，透
7、镜使两光纤间的锥形光束变为近似平行光束,从而改善光纤间的耦合质量,使光纤连接器的插入损耗减小。考虑到四分之一截距的自聚集棒的安装和调整相对比普通透镜简单，这种方式的耦合经常被用以实现单通道光纤连接器间的光束耦合。1。1。2多通道光纤连接器耦合方式多通道光纤连接器的出现弥补了单通道无法同时传输多路光信号的缺点。结构复杂，耦合方式有多种,主要有DOVE棱镜耦合光信号、对称光学结构耦合光信号、菲涅尔透镜耦合光信号等。DOVE棱镜耦合方式需要精密的机械结构，同时不同波长的光信号在DOVE棱镜中传输时,其光折射率的路径不一样,从而很难确认接收信号的具体位置进行耦合。对称光学结构耦合光信号工作原理相对简单
8、、制作成本低,但是整个系统需要精密的机构结构保证平衡性,且光信号在耦合时，通过透镜后很难进入另一边的相应通道中，因此整个系统中的插入损耗较大。菲涅尔透镜耦合方式是通过将普通透镜从多通道中射出的光束变为平行光后，被菲涅尔透镜聚集到光轴的不同位置处，在这些位置放置光纤,可接收到来自多通道的光信号,从而实现光信号的连续传输.但这种方式使用过程中，不同通道间的光信号有可能出现干扰现象，增加了光纤连接器的插入损耗。本报告首先将对耦合方式的深入研究，通过技术创新,采用单模耦合多模传输的方式来降低连接器的插入损耗,提高回波损耗，从而增强连接器的光学性能.1.2 互换性能的研究光纤连接器要将两个光纤端面精密对
9、接，使得光能量最大限度地耦合接收,减少传输损耗;不同厂家生产的连接器对接时会产生不同的效果，互换性变得尤为重要,要提高互换性,要研究连接器多种结构方式,从而改进结构，优化适应性，强化互换性。光纤连接器按结构的不同可分为FC、SC、ST、D4、DIN、Biconic、MU、LC、MT等多种型式。 FC光纤连接器，其外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。FC类型的连接器,采用的陶瓷插针的对接端面是平面接触方式（FC)。此类连接器结构简单，操作方便,制作容易，但光纤端面对微尘较为敏感，且容易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性能较为困难。通过技术改进，对该类型连接器采用对接端面呈球面的插针（PC），
10、而外部结构没有改变，使得插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高。 SC型光纤连接器，SC型光纤连接器。其外壳呈矩形，所采用的插针与耦合套筒的结构尺寸与FC型完全相同，其中插针的端面多采用PC或APC型研磨方式；紧固方式是采用插拔销闩式,不需旋转.此类连接器价格低廉,插拔操作方便,介入损耗波动小,抗压强度较高，安装密度高(路由器交换机上用得最多). LC型光纤连接器,LC型连接器采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成。其所采用的插针和套筒的尺寸是普通SC、FC等所用尺寸的一半，为1.25mm。这样可以提高光配线架中光纤连接器的密度.目前，在单模SFF方面，LC类型的连接器实际已经占据了主
11、导地位,在多模方面的应用也增长迅速。 MU型连接器,MU连接器是以目前使用最多的SC型连接器为基础，世界上最小的单芯光纤连接器，该连接器采用1.25mm直径的套管和自保持机构，其优势在于能实现高密度安装。 本报告通过对各种结构连接器的优势劣势做深入研究分析，选用最佳结构优化改进，集中各结构的优点，增加项目产品高性能与可靠性，同时提高互换性、易操作性。1.3 加工工艺的研究加工工艺直接影响光纤连接器的稳定性、可靠性,要求在高温、低温、振动、冲击、低气压等条件下，连接器的工作性能保持长期稳定性。项目研发的锁紧机构采用卡口式,保证光性能的重复性,避免螺纹连接方式连接力度不易控制的缺陷,同时提高耐冲击
12、力。本结构可有效降低端面间隙、轴线倾角、横向偏移等加工和装配误差带来的影响，降低零件的加工精度要求。1.3.1连接头的预埋式光纤，提高回波损耗回波损耗（ORL)是光纤连接性能的一个重要指标，它是指在光纤连接处，后向反射光（连续不断向输入端传输的散射光)相对输入光的比率的分贝数，回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影响。经过研究,没有预埋光纤的连接器的ORL平均值只有11dB左右,其中有50比例在10dB以下，92的比例在15dB以下。在链路中再加上其它大量无源器件（包括链路光纤）反射的影响，会极大干扰发射器的发光稳定性，造成接收机误码。由于现场连接器距离ONU比较近,对ONU的发光影响
13、更大。图 2 预埋式光纤连接器与回波损耗关系图1.3。2插芯端面的加工预研磨设计和工艺性优化研究，提高耦合质量符合行业标准的连接器，端面必须经过45道不同研磨工艺。连接器陶瓷端面基本的几何参数要求:端面曲率半径：725mm；顶点偏移量：小于50um；光纤凹凸量：-100+50nm。图 3 研磨质量对比图插芯端面的加工预研磨质量的优劣，直接影响与连接器耦合质量,影响光传输的性能稳定性和可靠性.2 研发的技术路线2。1 V型槽应用，使光纤端面精密对接，让光能量最大限度地耦合接收，减少传输损耗目前市场上的光纤快速连接器的套筒一般采用加有凸楞的方型套筒，这种方形套筒没有自锁功能，时间一长或在震动的环境
14、容易松开,导致光纤无法对接，产生光信号传输不良.光缆的夹持的方式为分体式，产生的模具成本较高，并且其抗拉效果不好.夹持槽采用U型槽夹持,U型槽夹持会因槽的底部与开口位置耦合性不好、受力不均,导致光纤夹持的稳定性不好，受到外力后容易张开影响光信号的传输.并且光纤匹配液封闭性差，会导致匹配液流失。本报告通过技术改良，插芯外壳夹持上盖的U型夹持槽改为V型槽、同时使用圆筒锁紧套.其中,夹持上盖与V型夹持槽连接，V型夹持槽与具有自锁功能的锁筒锁紧套套入连接，通过旋转圆筒锁紧套将夹持上盖锁紧，进行定位夹持，光纤的耦合性好，稳定性增强，极大地提高了光纤对接精度,从而降低光纤插入损耗。采用该技术，不仅仅是光纤
15、夹持器件受力均衡，不易松动，在时间长或者在震动的环境中也不会导致光纤对接产生光信号传输不良的问题，有效保障了光信号的传输,并且匹配液密封效果好，不易泄露，不存在匹配液流失的情况，完全解决目前市场上同类连接器所存在的问题.2。2 模块化设计，一体式结构，增加抗拉力和稳定性目前随着通信容量的不断增长，通信机箱和模块的集成度越来越高，内部的空间日趋紧凑，这就要求器件的体积越来越小。而插入到模块内部的标准适配器和标准连接器占据了较多的空间,使得插拔连接器等施工的操作难度加大。如果插拔方向或力度不好，还会影响光学耦合效果。同时，实际应用时模块内部的连接器被插拔的次数相对较少，继续采用标准的结构无疑会造成
16、浪费。目前市面上已有的相关技术方案,基本上都是零部件太多太复杂，反而增加了成本或尺寸。 本报告使用技术创新，在不影响连接器可靠性和稳定性的基础上，对连接器现有的标准结构进行简化，适配器及光纤连接器的止动座进行一体式模块化结构设计，来节省大量空间和成本。连接器结构整体尺寸短小紧凑，零件数量较少,易于组装、拆卸和加工，成本低，节省空间，而且能够实现不同连接器的通用，同时一体式设计增强连接器抗拉力和稳定性。图 4 一体式结构图2。3 插芯端面的加工预研磨工艺优化设计2.3。1 光纤连接器插芯端面影响因素及性能关键光纤连接器是光路上必不可缺少的零件,非常重要。其中光路上的光跳线的组装、组装的品质以及光
17、跳线的性能好坏在很大的程度上受到光纤连接器插芯端面质量的影响。插芯端面的几何精确度高、质量优良，光跳线的组件的质量就会得到保证.而良好的夹紧方式是确保插芯端面质量的重要条件。光纤跳线市场需求很大，所以光连接器的生产技术必须做到同时满足高性能、高品质及高生产效率,以满足日趋严苛的规模化需求。光纤连接器在使用时,对接的两根光纤纤芯理论上应该在一条直线上,光纤连接器的插芯就是用来连接两根光纤以达到这一目的的元件，它的精确程度对于光纤的连接效果有着重要的影响.连接器插芯的端面质量和几何参数是影响光纤连接器性能的最重要、最根本因素，也是连接质量优良的关键指标。它不仅取决于光纤本身的质量和物理性能，还取决
18、于光连接器的制造工艺,特别是插芯的研磨方式.根据IEC的标准，一般对光连接器检查以下几何尺寸项目。如表所示:图 5 光纤连接器IEC标准曲率半径：一般插芯的表面被研磨成球面状,其曲率半径的大小必须控制在IEC标准规定之内；光纤高度：因为光纤与插芯不仅材料不同，而且硬度也不一样.这就造成在研磨时它们的磨削量不同，导致光纤与插芯不在同一端面,光纤端面或高于插芯端面,也可能低于插芯端面.我们把它们之间高度差称为光纤高度;球面顶点偏移:理论上插芯的中心线就是光连接器的中心线。但在实际研磨中，由于各种原因,插芯的球面顶点往往不在其中心线上，实际顶点位置与插芯中心线的距离，我们称为顶点偏移误差。本报告着重
19、在研究能控制上述影响光纤连接器性能的研磨工艺. 2。3.2 插芯研磨的夹紧方式是工艺精度的关键点对于连接器插芯的端面研磨情况的界定,一般是通过三维或者二维成像显示,对研磨后产品的曲率半径、顶点偏移、光纤高度等关键参数进行测量，通过对这些指标的控制，达到对产品精密度的控制.在实际的生产过程中,产品的端面质量特别是顶点偏移和曲率半径的控制,是影响产品最终精确度的重要因素，深入分析影响端面质量的各个因素，影响顶点偏移的主要因素为研磨夹具对插芯的夹紧力和插芯在研磨时是否垂直于研磨的基准面(基准面包括研磨盘，软垫和砂纸)而这两点都与研磨时的夹紧方式有着密切的关联,因此对影响端面的关键工艺研磨的夹紧方式进
20、行合理的选择,是提高产品几何质量，最终提高产品对准精度的关键所在。图 6 插芯的研磨方式对顶点偏移影响图光纤连接器常用的夹紧方式有两种：其一是传统的壳体夹紧定位方式，工艺的优点主要为插拔的效率高，固定器制作成本低，更换方便。但缺点也非常明显:定位精度低，由于是利用壳体定位，间隙较大,导致插芯在研磨后的端面几何形状无法一致。其二是插芯夹紧定位方式。插芯夹紧方式具有定位精度高、对插芯端面所形成的几何形状能有效控制的优点.由于光纤连接器的插芯被紧紧地夹住，虽然摩擦力仍然作用于插芯端面，但插芯不再摇晃,从而使得插芯与研磨砂纸的垂直度得到了有效地保证，但相对成本较高、效率相对低。本报告研究插芯式夹紧的方
21、式，优化工艺，使用编写PLC程序进行控制工位机械手的运动动作，综合以上两种定位的优点,达到插芯研磨精度高，插拔效率高,成本低，更换方便。3 研究的创新点3。1 结构性创新，增加稳定性、互换性本报告对传统活动连接器实行结构性创新，采用一体式结构，模块化设计，连接器精简后仅使用关键部件适配器、套筒、插芯、插芯尾座、止动座，适配器与止动座相连接形成空腔，套筒、插芯及插芯尾座安装于空腔内。采用该技术方案，可以有效解决通信模块内部的空间问题，极大降低加工制造成本。配合V型夹持槽的应用，匹配液不易流失，密封效果好，不仅光传输性能优越，而且稳定性高、抗拉力强，互换性强。3.2 功能性创新，自锁功能目前市场上
22、现有的插拔自锁系列光纤连接器,插头内的每一路光纤均为一个光纤组件，光纤组件由若干个零件组成，零件加工精度要求高,光学性能指标完全取决于零件精度,若精度达不到要求，光学性能相对无法符合网路要求。若完成组装整个光纤组件，不但操作复杂成本较高,而且需专用的安装工具。由于光纤组件在装入光纤连接器之前已经组装在一个壳体内,外形尺寸相对于连接器内部嵌入式的零件要大一些，因此安装密度相对较低。本报告研发连接器采用插拔自锁连接技术进行快速连接，连接效果受力均衡,不易松动,有效保障了光信号的传输。通过设计V 型夹持槽与具有自锁功能的筒锁紧套套入连接，旋转圆筒锁紧套将夹持上盖锁紧。由于圆筒锁紧套具有自锁功能，并且
23、采用圆筒型,使得受力均衡,不易松动，有效保障了光信号的传输。通过圆筒锁紧套自锁功能锁紧夹持上盖与V 型夹持槽，使得匹配液密封好，不易泄露。并且采用一体式结构,降低了模具的成本。 3。3 应用性创新,通过技术攻关,采用预埋式光纤降低生产成本减少施工难度目前市面光纤连接器按现场施工分为预埋式和直插式两种,直插式因接头内，现场光纤在陶瓷插芯内是松动的，在固定尾端光缆时， 会影响光纤的纵向位移，在插拔过程中，会出现耦合光功率不稳定等现象.现场光纤外径可能同陶瓷插针空管内径不匹配;如果光纤外径大，则有可能不能插入针孔;如果光纤外径小，则光纤在针孔内是松动的。所以直插式有明显的缺陷。相对直插式,预埋光纤和
24、现场光纤在V槽等装置内被固定，接头内部有预留空间，可以使光纤预先设置一定的余长,即使尾端固定时产生位移,也可在此处进行位移补偿和应力释放。内部光纤对接使用了匹配液消除光的反射，并减小连接损耗,提高回波损耗,但预埋式连接器成本偏高，主要和这种技术难度高有关.本报告产品使用预埋式结构设计，通过端面研磨、结构优化等技术攻关，降低生产成本，减小现场施工难度.3。4 工艺性创新，全自动化工艺,确保防尘防污依靠光纤传感器对适配器散件方向进行自动识别，识别后的散件通过研发的震动夹具能对应到生产工位内，在编写好的PLC程序的基础上，各工位之间能自动化流转,以及超声波设备的自动化压接.编写PLC程序进行控制各工
25、位机械手的运动动作，整个运行过程中全自动化，直接由程序进行控制，无需人工参与。全自动化工艺的应用，可以达到误差率小，产品精度一致,无污染，大幅降低人工成本。4 研究的工作基础4.1 资金、人员与行业地位报告单位成立于1998年8月，注册资金655万美元，是从事光通讯相关产品和解决方案的专业供应商。公司现有职工总数418 人,其中研发人员有47人，占公司总人数11;研发人员中本科以上学历的有31人，占研发人员总数的66。公司在惠州建有3.5万平方米的现代化光纤通讯产品生产基地，经过十几年的持续发展，已成为国内光通讯行业产品系列全、综合实力强的高新科技企业，是国内专业生产、研发、销售光通信传输设备
26、及接入网设备的重点骨干企业.4.2 研究设施与设备报告单位致力于发展成为广东省乃至全国领先的光通讯供应商。公司设有技术研发中心及产品实验室，2014年被认定为市级工程技术研发中心。2015年被认定为省级工程技术研究开发中心.研发中心现拥有盐雾实验机、可程式恒温恒湿试验箱、塑胶燃烧试验机、二次元测量、插拔力实验机等一流的研发和测试设备，先进的研发和测试设备确保了新产品新工艺研发工作的持续进行。4.3 报告单位体系资质报告单位获ISO9001、ISO14001、OHSAS18001等系列认证；企业被认定为惠州市知识产权优势企业。4.4 报告单位技术资质报告单位所有产品均已通过国家信息产业部的通信产
27、品防护性能监督检测中心的严格检测。光有源类产品均获得中国电信设备进网许可证和相关技术测试，出口产品系列均符合欧盟和美国要求,取得了相关CE，ROHS，UL认证,在生产规模和产品质量方面已取得同行业领先地位，成为行业知名品牌和客户信得过品牌，产品畅销海内外，合作伙伴遍布全球30 多个国家和地区。4。5 现有的研究基础和成果报告单位光纤连接器和光跳线产品通过自主研发，采用先进的自动化生产设备和工艺技术，利用光纤中光的光场分布及光模式对传输速带宽的影响，设计制作了单模耦合多模传输的模式跳线，能够大大减小模式色散，从而提高传输带宽.5 结论（1）研究成果达到的技术指标本报告研发的低损耗高互换性光纤连接
28、器产品达到如下技术指标:插入损耗0.20dB；重复性010dB；互换性0。20dB.套筒材料:陶瓷或金属；工作温度：4085;储存温度:-4085。（2)市场前景展望光纤作为宽带接入的主流方式，有着通信容量大、中继距离长、保密性能好、适应能力强、体积小重量轻、原材料来源广价格低廉等优点，未来在宽带互联网接入网的应用将会非常广泛。数据表明,光纤宽带的普及已是大势所趋。而光纤连接器是光纤宽带中的必备器件，因此对于低损耗、互换性好的光纤连接器必然会在光纤市场上享有竞争优势。该研究产品属于光通讯器件，切合国家、省市有关光通讯产业的战略发展规划，其研发及产业化，将大大拓展光通讯产业的技术发展和应用领域。
29、参考文献 1 张若琳， 梁忠诚, 黄金安，等. 基于非预置光纤连接器的特性研究J。 光通信技术， 2012, 36(11）:2831. 2 马月秋。 光纤连接器打磨生产工艺夹紧方法浅析J. 电子技术与软件工程， 2014（12):267269。3 杨福兴。 光纤连接器超精密加工技术的研究J. 航空精密制造技术， 2003, 39(3）:13。4 张英囡. 光纤连接器性能浅析J。 辽宁科技学院学报, 2005, 7（1）:3334. 5 光通讯网。 各种光纤连接器结构及性能浅析J. 中国多媒体通信, 2014(11）：64-65.附录A 知识产权情况发表专利1中国专利，刘XX,xxx装置，专利申请号：XXXX2中国专利,刘XX，XXX装置,专利申请号:XXXX3中国专利，4中国专利,5中国专利，6中国专利，7中国专利，
