光纤连接器原理和分类

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1、光纤连接器原理和分类～教育资源库　　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。　　　　光纤连接器是光系统中使用量最大的光无源器件。对连接器的要求主要是插入损耗小，反射损耗高，重

2、复插拔性好，环境稳定和机械性能好等。由于光纤连接器也是一种损耗性产品，所以还要求其价格低廉。其典型应用包括通信、局域网（LAN）、光纤到户（FTTH）、高质量视频传输、光纤传感、测试仪器仪表、CATV等。　　　　这里所讲的光纤连接器确切地讲是光纤活动连接器，是按光纤接头可拆卸与否来分类时的一类，所以相应地还有一种不可拆卸的连接器，称为固定连接器，在这里就不多提。光纤连接器按传输媒介的不同可分为常见的硅基光纤的单模、多模连接器，还有其它媒介如塑胶等为传输媒介的光纤连接器；按连接头结构型式可分为：FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等等各种型式；按光纤端面形状分有FC、PC（包括SPC

3、或UPC）和APC型；按光纤芯数分还有单芯、多芯（如MT-RJ）型光纤连接器之分。　　　　光纤连接器应用极广，品种繁多。下面我们以最常见的FC型（即圆柱套筒型）连接器为例讲一下连接器的基本结构。　　　　FC型连接器，采用套筒（sleeve）对中和微孔插针（ferrule）配合的结构。这种结构（如图1）　　　　　　由1只套筒和两只带光纤的插针组成。插针是一只套管，其外径为ф2.499（±0.0005）mm,内径为ф0.125（±0.001）mm..把直径为ф1.125（-0）mm的光纤固定(用EPOXY胶)在插针内孔.套管(sleeve)的内径ф=2.48～2.49m

4、m,与两只带光纤的插针精密配合,完成两根光纤的对中.两个插针的端面则通过两侧的保持弹簧来保证其端面紧密接触.　　　　减小插入损耗(InsertionLoss)是连接器设计的基础.所谓插入损失是指由于连接器的引入而导致的链路功率损耗,定义为连接器的输出功率与输入功率比的分贝数.如图2,设输入功率为PI,输出功率为PO,.则此连接器的插入损耗为:　　　　　　产生插入损耗的机理有两方面:　　　　1、光纤公差引起的固有损耗.主要由光纤制造公差,即纤芯尺寸、数值孔径、纤芯/包层同心度和折射率分布失配等因素产生。　　　　2、连接器加工装配引起的固有损耗.这是由连接器加工装配公差，即端面间隙、轴线倾角、横向

5、偏移和菲涅尔反射及端面加工精度等因素产生的。通过几何关系的计算，可以得到各种机理产生的连接损耗公式，式中符号的脚标S和r分别对应于发射光纤和接收光纤，单位为dB。　　　　1．纤芯（或模场）尺寸失配　　如图3，对于多模光纤，设模式均匀分布在整个纤芯，发射光纤和接收光纤的纤芯直径分别为DS和Dr,计算得到的插入损失公式为：　　　　单模光纤相应的参数是模场半径，则IL的公式为：　　　　模场半径bda;和截止波长λc的函数，其关系为：　　　　　　2．数值孔径失配　　数值孔径失配产生的插入损耗如图4所示，　　　　其值为:　　　　　　3．折射率分布失配　　折射率分布失配产生的插入损耗如图5所

6、示。　　设功率传递是多模光纤耦合模数目的函数，g为折射率分布指数，其插入损失公式为：　　　　　　　　　　　　　4．端面间隙　　多模光纤端面间隙产生的损失是间隙距离d，纤芯直径Df,光纤数值孔径NA和间隙内介质折射率n0的函数，如图6所示：　　插入损耗公式为:　　　　单模光纤端面间隙产生的损耗是间隙距离d，模场半径w和光纤折射率nf的函12下一页友情提醒：，特别！数，插入损耗公式为：　　　　式中Z=dλ/(2πnfbda;为工作波长。　　　　5．轴线倾角　　多模光纤轴线倾角产生的损耗是光纤数值孔径NA，折射率nf和轴线倾角θ的函数，如图7所示。插入损耗公式为：　　

7、　　单模光纤轴线倾角产生的损耗是光纤模场半径bda;和轴线倾角θ的函数，插入损耗公式为：　　　　　　6．横向偏移或同心度　　多模光纤横向偏移产生的插入损耗是偏心量x和纤芯直径Df的函数,如图8所示,插入损耗公式为:　　　　单模光纤横向偏移产生的插入损耗是偏移量x和平均模场半径u;m,单模光纤的模场半径为5μm,相对折射率差Δ=0.3%.　　　　7.菲涅尔反射　　菲涅尔