光無源器件發(fā)展新方向——光纖懸浮技術(shù)

       【訊石光通訊咨詢網(wǎng)】光通信的發(fā)展離不開技術(shù)的革新，近日西比（湖州）通信科技有限公司副總經(jīng)理張曉東向本網(wǎng)投稿，發(fā)布光纖懸浮技術(shù)文章，訊石在此感謝，同時(shí)也歡迎行業(yè)專業(yè)人士投稿，ICC愿提供行業(yè)技術(shù)信息交流平臺（投稿可發(fā)送至cathy@iccsz.com）。據(jù)悉，此項(xiàng)技術(shù)公司已申請專利保護(hù)，“我們的懸浮技術(shù)對光纖凢乎無損害，安裝結(jié)構(gòu)簡便，光輸送離閃性小”據(jù)市場部戴先生介紹。目前應(yīng)用此技術(shù)的光纖快速連接器產(chǎn)品已定型，將很快推向市場。

      本文作者：西比（湖州）通信科技有限公司副總經(jīng)理張曉東，張總有16年光纖行業(yè)研發(fā)和制造經(jīng)驗(yàn)，是12項(xiàng)光纖技術(shù)和光無源器件技術(shù)發(fā)明人。目前任西比（湖州）通信科技有限公司入戶光纜接續(xù)和布線產(chǎn)品負(fù)責(zé)人。 
       
引言： 
        在光纖出現(xiàn)的30多年時(shí)間里光纖在應(yīng)用中是懸浮的，但并沒有人提出光纖懸浮技術(shù)。直到近年以PLC和快接為代表的新型ODN網(wǎng)絡(luò)器件出現(xiàn)后，隨之出現(xiàn)了可以精確定位精確對接的光纖壓接技術(shù)，例如光纖陣列、光纖冷接連接器、現(xiàn)場組裝光纖連接器。與這些新技術(shù)比較，我們在此提出新型光無源器件的光纖懸浮技術(shù)，它既是傳統(tǒng)技術(shù)又是工藝上的創(chuàng)新，我們將以此為契機(jī)，探索光無源器件發(fā)展的新方向。 

        一、光纖懸浮技術(shù) 
       
       隨著光纖技術(shù)向高密度、光電集成、冷接方向發(fā)展，對于多光纖在器件中的相對位置精度要求越來越高。目前光纖的對接技術(shù)主要是壓接技術(shù)，通過上蓋板將兩根光纖壓在V型槽中，實(shí)現(xiàn)光纖的對接。 
                 

       根據(jù)格里菲斯的微裂紋理論，在纖維表面上總是會存在著微裂紋，在大氣環(huán)境中發(fā)生慢裂紋生長，使裂紋不斷地?cái)U(kuò)大，使光纖的機(jī)械強(qiáng)度逐漸退化。當(dāng)光纖表面有微裂紋（或缺陷）時(shí)，在受到外來應(yīng)力的作用，并不會立即斷裂，只有施加應(yīng)力達(dá)到裂紋的臨界值時(shí)，纖維才會斷裂。而石英纖維承受到一個小于臨界值的恒定應(yīng)力時(shí)，表面裂紋會發(fā)生緩慢的擴(kuò)大，使裂紋的深度達(dá)到斷裂的臨界值而突然斷裂。 

       在壓接技術(shù)中由于需要對光纖施加壓力因此光纖會產(chǎn)生一個應(yīng)變，這個應(yīng)變隨施加在光纖上的力不同而不同。遺憾的是盡管軸向拉力對光纖微裂紋生長的影響已經(jīng)被業(yè)內(nèi)研究的非常透徹了，但目前還沒有推算徑向壓力對光纖微裂紋生長影響的模型。 

        在此情況下，為了預(yù)防和消除光纖在接續(xù)中的應(yīng)變對光纖的影響我們提出了光纖懸浮技術(shù)。 

       光纖懸浮技術(shù)是指光纖懸浮在介質(zhì)中（如油膏、膠水等），側(cè)面不受壓力，通過油膏等非極性物質(zhì)與水等極性分子隔離，并用耐壓、抗拉的保護(hù)性外殼包裹，如光纜、光纖連接器、MPO、熔融拉錐的耦合器、DWDM等?？梢哉f在光纖陣列和冷接器件出現(xiàn)之前全部光纖網(wǎng)絡(luò)中的無源部分是懸浮的。 

       懸浮光纖解決了三個影響可靠性的重要問題，第一、光纖表面不會與水分子中氫氧基接觸，保證了光纖表面不會出現(xiàn)因化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的微裂紋。第二、光纖側(cè)面不會受到壓力。第三、軸向拉力主要作用在加強(qiáng)件上，光纖本身不會受到拉力。 

        二、影響光纖連接損耗的主要因素 

        1、在光纖對接過程中，影響光纖連接損耗是主要有光纖之間橫向錯位、端面間隙。 由于纖芯橫向錯位引起的損耗叫錯位損耗，它是光纖接續(xù)損耗的重要原因。

                                                

           單模光纖的傳輸模為高斯分布，其錯位損耗由下式表式：

                                              
其中d 表示為兩對接光纖錯位的距離, 

         2、光纖端面間隙損耗 在光纖端面連接處，由于端面存在間隙而引起的損耗叫端面間隙損耗。

      
          通過計(jì)算要想使損入損耗小于0.1dB,并假定2a=10μm，橫向錯位d=0.72μm. 

         2、光纖端面間隙損耗 

         在光纖端面連接處，由于端面存在間隙而引起的損耗叫端面間隙損耗。 
 
                         
                                        圖2.3 間隙損耗關(guān)系圖
                    

          經(jīng)計(jì)算光纖之間的間隙22.6微米時(shí)，間隙損耗為0.1dB。
 
          由上面計(jì)算可知，而將光纖壓在V型槽陣列中，由于可以使得光纖變形，達(dá)到負(fù)公差。目前光纖外徑的標(biāo)準(zhǔn)差（平均值125μm±0.3 μm）和纖芯/包層同心度誤差（平均值為±0.1 μm），極限累加偏差為0.8 μm。因此不考慮光纖間隙損耗，壓接法基本可以達(dá)到0.15dB的對接損耗。

         由上可見光纖對接有兩種方式，一種是實(shí)現(xiàn)一個低于0.5μm正公差的精確導(dǎo)向，光纖在其中以懸浮方式對接，另一種是通過壓接方式使得光纖變形，達(dá)到負(fù)公差對接。而懸浮式對接需要對導(dǎo)向進(jìn)行精確加工，因此實(shí)現(xiàn)起來更困難。

三、光纖懸浮技術(shù)的優(yōu)勢和應(yīng)用 

       為提高光纖陣列和現(xiàn)場組裝光纖連接器的可靠性，使得光纖側(cè)面不受壓力，我們提出在上述兩種產(chǎn)品中實(shí)施懸浮技術(shù)。并制作了基于懸浮技術(shù)的現(xiàn)場組裝光纖連接器。

             

                                              圖3.1基于光纖懸浮技術(shù)的現(xiàn)場組裝光纖連接器

        在此產(chǎn)品中，光纖懸浮在導(dǎo)向中側(cè)面不受壓力，裸光纖部分全部被阻水的匹配液保護(hù)。這樣做有兩個好處，第一、光纖的側(cè)面不再受到壓力，光纖不會產(chǎn)生應(yīng)變；第二、組裝更加方便快捷；第三、保證軸向拉力只作用在光纜上，接續(xù)點(diǎn)不受拉力。第四、裸光纖部分不受水分子侵。

            
                                   圖3.2、100個現(xiàn)場組裝光纖連接器插入損耗數(shù)值（dB） 

        經(jīng)測試可以符合目前市場上插入損耗0.5dB的要求。 

        光纖懸浮技術(shù)未來的另一個重要應(yīng)用是在光纖陣列中，應(yīng)用這種技術(shù)光纖在光纖陣列中的狀態(tài)與光纖在陶瓷插芯和MPO插芯的狀態(tài)相同。希望可以幫助解決困擾行業(yè)的光纖陣列成品率低的問題并提高PLC的使用壽命。目前此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)申請專利并在進(jìn)行研發(fā)。
 
        在目前無源器件各種產(chǎn)品已經(jīng)完全成熟并競爭激烈的大環(huán)境下，需要有一些新的技術(shù)出現(xiàn)成為拉動產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的新動力。我們提出光纖懸浮技術(shù)希望能夠成為行業(yè)的一個新方向。