光無(wú)源器件發(fā)展新方向——光纖懸浮技術(shù)

       【訊石光通訊咨詢(xún)網(wǎng)】光通信的發(fā)展離不開(kāi)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(zhuān)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）。據悉，此項技術(shù)公司已申請專(zhuān)利保護，“我們的懸浮技術(shù)對光纖凢乎無(wú)損害，安裝結構簡(jiǎn)便，光輸送離閃性小”據市場(chǎng)部戴先生介紹。目前應用此技術(shù)的光纖快速連接器產(chǎn)品已定型，將很快推向市場(chǎng)。

      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，是12項光纖技術(shù)和光無(wú)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(hù)光纜接續和布線(xiàn)產(chǎn)品負責人。 
       
引言： 
        在光纖出現的30多年時(shí)間里光纖在應用中是懸浮的，但并沒(méi)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 )器件出現后，隨之出現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、現場(chǎng)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(wú)源器件的光纖懸浮技術(shù)，它既是傳統技術(shù)又是工藝上的創(chuàng )新，我們將以此為契機，探索光無(wú)源器件發(fā)展的新方向。 

        一、光纖懸浮技術(shù) 
       
       隨著(zhù)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(lái)越高。目前光纖的對接技術(shù)主要是壓接技術(shù)，通過(guò)上蓋板將兩根光纖壓在V型槽中，實(shí)現光纖的對接。 
                 

       根據格里菲斯的微裂紋理論，在纖維表面上總是會(huì )存在著(zhù)微裂紋，在大氣環(huán)境中發(fā)生慢裂紋生長(cháng)，使裂紋不斷地擴大，使光纖的機械強度逐漸退化。當光纖表面有微裂紋（或缺陷）時(shí)，在受到外來(lái)應力的作用，并不會(huì )立即斷裂，只有施加應力達到裂紋的臨界值時(shí)，纖維才會(huì )斷裂。而石英纖維承受到一個(gè)小于臨界值的恒定應力時(shí)，表面裂紋會(huì )發(fā)生緩慢的擴大，使裂紋的深度達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(huì )產(chǎn)生一個(gè)應變，這個(gè)應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(cháng)的影響已經(jīng)被業(yè)內研究的非常透徹了，但目前還沒(méi)有推算徑向壓力對光纖微裂紋生長(cháng)影響的模型。 

        在此情況下，為了預防和消除光纖在接續中的應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），側面不受壓力，通過(guò)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(shuō)在光纖陣列和冷接器件出現之前全部光纖網(wǎng)絡(luò )中的無(wú)源部分是懸浮的。 

       懸浮光纖解決了三個(gè)影響可靠性的重要問(wèn)題，第一、光纖表面不會(huì )與水分子中氫氧基接觸，保證了光纖表面不會(huì )出現因化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的微裂紋。第二、光纖側面不會(huì )受到壓力。第三、軸向拉力主要作用在加強件上，光纖本身不會(huì )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(guò)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(guò)計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，達到負公差。目前光纖外徑的標準差（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，壓接法基本可以達到0.15dB的對接損耗。

         由上可見(jiàn)光纖對接有兩種方式，一種是實(shí)現一個(gè)低于0.5μm正公差的精確導向，光纖在其中以懸浮方式對接，另一種是通過(guò)壓接方式使得光纖變形，達到負公差對接。而懸浮式對接需要對導向進(jìn)行精確加工，因此實(shí)現起來(lái)更困難。

三、光纖懸浮技術(shù)的優(yōu)勢和應用 

       為提高光纖陣列和現場(chǎng)組裝光纖連接器的可靠性，使得光纖側面不受壓力，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)的現場(chǎng)組裝光纖連接器。

             

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

        在此產(chǎn)品中，光纖懸浮在導向中側面不受壓力，裸光纖部分全部被阻水的匹配液保護。這樣做有兩個(gè)好處，第一、光纖的側面不再受到壓力，光纖不會(huì )產(chǎn)生應變；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，接續點(diǎn)不受拉力。第四、裸光纖部分不受水分子侵。

            
                                   圖3.2、100個(gè)現場(chǎng)組裝光纖連接器插入損耗數值（dB） 

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

        光纖懸浮技術(shù)未來(lái)的另一個(gè)重要應用是在光纖陣列中，應用這種技術(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(wèn)題并提高PLC的使用壽命。目前此項技術(shù)已經(jīng)申請專(zhuān)利并在進(jìn)行研發(fā)。
 
        在目前無(wú)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)出現成為拉動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的新動(dòng)力。我們提出光纖懸浮技術(shù)希望能夠成為行業(yè)的一個(gè)新方向。