光纤连接器发展概况

1 概述
信息技术的飞速发展、网络的普及、基础技术的进步，为光通讯技术的发展提供了广阔的空间。光纤已经成为通信网的重要传输媒介。目前世界上大约有70％左右的通信系统采用光纤传输。光纤通信网络的普及为光电元件的应用及发展提供了更多机会，光纤通信元件、组件的需求也有了很大的发展。
光纤连接器是光系统中使用量最大的光无源元器件，广泛应用于通信、局域网（LAN）、光纤到户（FTTH）、高质量视频传输、光纤传感、测试仪器仪表等。光纤连接器是光纤与光纤之间进行可拆卸（活动）连接的元器件，因此又称为“活接头”，它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。因此，光纤连接器在很大程度上影响着光传输系统的光学性能、机械性能、耐环境性能和可靠性。
经过20多年的发展，光纤连接器已由最初的尺寸大、结构粗糙、安装困难、性能不高，发展到成目前的尺寸小、结构简单、容易安装、性能优良。
现在已经广泛应用的光纤连接器，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，即绝大多数光纤连接器一般采用高精密组件（由两个插针和一个耦合管三个部分组成）实现光纤的对准连接。两个插头装进两根光纤尾端；耦合管起对准套管的作用，结构示意见图1。

图1   光纤连接器简图

图1    光纤连接器的一般结构
2 光纤连接器的性能要求
2.1 光学性能
光纤连接器的光学性能要求包括插入损耗、回波损耗、光学不连续、串音、环境光敏感性、带宽（仅指多模）等，其中插入损耗和回波损耗是两个最基本的参数。
插入损耗，即连接损耗，是指因连接器的导入而引起的链路有效光功率的损耗。插入损耗越小越好，在寿命期间内，一般应不超过0.9dB。
回波损耗是指连接器对链路光功率反射的抑制能力，其典型值应不小于30dB。实际应用的连接器，插针表面经过了专门的抛光处理，可以使回波损耗更大，一般不低于45dB。
2.2 互换性、重复性
光纤连接器是通用的无源元器件，对于同一类型的光纤连接器，一般都可以任意组合使用、并可以重复多次使用，由此而导入的附加损耗一般都在小于0.2dB的范围内。
2.3 机械性能
光纤连接器的机械性能包括轴向保持强度、端接保持力、连接和分离力（力矩）、撞击、扭转、光缆保持力、抗挤压、外部弯曲力矩、振动、冲击、静态负荷等，对于各种光纤连接器使用情况的不同，对要求的重点不同。
2.4 环境性能
环境性能主要有：高温、温度冲击、潮湿、砂尘、臭氧暴露、腐蚀（盐雾）、易燃性等。
2.5 机械耐久性
机械耐久性是指光纤连接器正常使用情况下的插拔次数，目前使用的光纤连接器一般都可以插拔l000次以上。
3  部分常用光纤连接器
3.1 ST-兼容连接器
1986年首次推出的ST-兼容连接器（图2）是带定位键、接触型中等损耗连接器，但无抗拉或抗扭转结构。ST-兼容连接器的安装采用旋转插入方法，要求在面板上有较大的空间，但安装容易，快捷。

图2 ST-兼容连接器
3.2 FC型光纤连接器
FC型光纤连接器（图3）最早是由日本的NTT公司研制的，其外部采用金属套进行加强，紧固方式采用螺纹。FC型连接器采用旋转插入方法，这种方法要求在面板上留有大的空间。FC型连接器是带定位键、接触型，有抗拉或抗扭转结构的连接器。
最早的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，但光纤端面对微尘污染比较敏感，易产生菲涅尔反射，提高回波损耗性能较为困难。
该类型连接器的改进型，即FC/APC（图4），插针对接端面呈球面(PC)，与原来的FC型连接器相比，插入损耗和回波损耗性能有了较大幅度的提高，而且其它特性基本相同，外部结构也没有改变。

图3  FC型光纤连接器                    图4  FC/APC型光纤连接器
3.3 SC型光纤连接器
1988年开始使用的SC型连接器（图5）也是由日本的NTT公司研制的。该连接器在满足了建筑布线标准TIA/EIA-568的要求后，才得到广泛应用。

图5   SC型连接器

SC型连接器的外壳采用模塑工艺，用玻璃纤维塑料制成，呈矩型，是一种模塑插拔耦合式单模光纤连接器。插针由精密陶瓷制成，耦合管为金属开缝套管结构，其结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC或APC型研磨方式；插入方法是“推入/推出”方式，不需旋转，紧固方式是采用插拔销闩式。
SC型连接器可以通过使用左右外部护套或外部卡夹，实现双工（图6）。这种特性使SC双工连接器内的光纤不容易颠倒，从而提高了网络的可靠性。

图6   SC型双工连接器
SC型连接器是带定位键、接触型，有抗拉和抗扭转结构的一种连接器。此类连接器，插拔操作方便，插入损耗波动小，抗压强度较高，安装密度高。据有关资料介绍，单体型的SC连接器，其平均插入损耗值为0.06dB，标准偏差为0.07dB；回波损耗：采用PC技术时，平均值为28.4dB，标准偏差为0.6dB；采用APC技术时，平均值为46.1dB，标准偏差为2.7dB。
另外NTT公司已将这种连接器开发成一个系列型产品，包括单体型、双体F（扁平）型、H（高密度）型、高密度四孔型等。
3.4  双锥型连接器
这类光纤连接器中最有代表性的产品是由美国贝尔实验室开发研制，由两个经精密模压成形的端头呈圆锥形的插头和一个内部装有双锥形塑料管的耦合组件组成。据有关资料介绍其最大插入损耗值为0.7dB，平均为0.28dB。
3.5  DIN47256型光纤连接器
这是一种由德国开发的连接器（DIN是德国工业标准的表示，其后面的数字为标准号）。这种连接器采用的插针和耦合管的结构尺寸与FC型相同，端面处理采用PC研磨方式。与FC型连接器相比，其结构要复杂一些，内部金属结构中有控制压力的弹簧，可以避免因插接压力过大而损伤端面。另外，这种连接器的机械精度较高，因而插入损耗值较小。据有关资料提供的数据，插入损耗标称值为0.55dB的连接器，其实测最大值为0.14dB，平均值为0.088dB。
3.6  小型连接器（SFF）
随着网络技术的飞速发展，对光纤连接器的综合性能提出了更高的要求，尤其是高密度安装要求日趋强烈。导致了一些小型光纤的诞生和发展，主要有：光纤插孔、MT-RJ型、LC型、Volition (VF-45) 型、MU型等。
3.6.1 光纤插孔
1997年1月，Panduit公司推出了第一个双工SFF插头和插座连接器系统，即为光纤插孔（图7）。这个商标为“Opti-Jack™”的插头和插座系统采用了一种新型封装形式，而且应用了目前已比较成熟的四种工艺技术：2.5mm套管、快速固化粘接安装、开槽对准套管和RJ-45形状。
Opti-Jack型插头是一种带定位键、接触型、中等损耗、有抗拉和抗扭转结构的连接器。它是一种每根光纤一个套管的双工连接器。这种结构允许每根光纤单独对准，以实现最小的功率损耗。

图7 Opti-JackTM
3.6.2 MT-RJ型连接器
MT-RJ起步于NTT公司开发的MT连接器，带有与RJ-45型相同的锁紧机构，通过安装于小型套管两侧的导向销对准光纤，为便于与光接收机/发射机相连，连接器端面光纤为双芯（间隔0.75mm）排列设计，是主要用于数据传输的高密度光连接器。
MT-RJ型连接器是另一种双工SFF连接器（图8）。它有两种形式：TYCO公司的插头和插座形式和Corning Cable Systems公司及其它公司的插头、适配器和插头形式。MT-RJ型连接器是一种带定位键、接触型、有抗拉结构的连接器。
虽然MT-RJ型插头比其它SFF连接器的尺寸小，但是MT-RJ型插头在面板上的排列密度与其它SFF连接器相同。同时，MT-RJ型接口的光电设备传输速率仅达1Gbps。

图8  MT-RJ型连接器                             图9  LC型连接器
3.6.3 LC型连接器（图9）
LC型连接器由朗讯科技公司研制开发，研制的目的是让电话公司提高所使用连接器的安装密度。为了得到极低的反射，早期推出的LC型连接器，采用APC形式。
LC型是一种带定位键、接触型、中等损耗、有抗拉和抗扭转结构的连接器。LC型的套管直径为1.25mm，只有ST-兼容连接器、SC型型连接器中套管直径的一半，这样大大提高了光配线架中光纤连接器的密度。同时，LC型是一种单工SFF连接器，但能够通过使用一个卡夹变成双工连接器。
LC型接口的光电子设备传输速度能够达到10 Gbps。
目前，在单模SFF方面，LC类型的连接器实际已经占据了主导地位，在多模方面的应用也增长迅速。
3.6.4 LX.5型连接器
ADC通讯公司研制的LX.5型连接器（图10）是一种类似LC型连接器的产品，也用于电话网络。采用半圆形和APC端面形式的LX.5型连接器有一个独有的特性：有一个防尘罩，安装时，应先去掉防尘罩；同样，LX.5型适配器(图11)也有一个防尘罩。连接器和适配器中的防尘罩提高了产品的可靠性。

图10 LX.5型连接器                               图11 LX.5型适配器
3.6.5 Volition™型连接器
来源于3M公司的Volition™型双工连接器是一种插头和插座系统（图12）。Volition型具有一个典型的结构特性：V型槽代替了套管。
采用V型槽来对准光纤：在插座中，光纤保持在精密模注塑料V型槽内。在插头中，定制的光纤自由浮动，插头中的光纤轻松插入插座的V型槽中，通过光纤挠曲产生的压力而使互连的光纤接触。因为插座要求的是有镀层、直径为250μm的光纤，所以这种光缆需要定制。

图12   Volition™型双工连接器
3.6.6 MU型连接器
MU连接器（图13）是由日本的NTT公司在SC型连接器基础上，研制开发出来的，目前是世界上最小的单芯光纤连接器（尺寸仅为SC型连接器的1/2）。该连接器采用1.25mm直径的套管和自保持机构，能实现高密度安装。MU型是一种带定位键、接触型、中等损耗、有抗拉和抗扭转结构的连接器，它是唯一能够装成双工、三工或四工的光纤连接器。
利用MU的l.25mm直径的套管，NTT公司已经开发了MU连接器的系列：MU－A系列（用于光缆连接的插座型光连接器）；MU－B系列（具有自保持机构的底板连接器）以及MU-SR系列（用于连接LD／PD模块与插头的简化插座）等。

图13  MU连接器                            图14  MPO连接器
3.6.7 MTP/MPO型连接器
MTP/MPO型连接器（图14）有6～24根光纤在一个模塑的合成套管内。这些连接器减小了附件和面板的尺寸。