光纤通信及光器件基础

中国电信广东公司光纤通信及无源光器件基础知识2012年3月中国电信广东公司综合部2××部集团网发部2现场活动连接器基础知识光纤通信基础知识1光分路器基础知识243目录中国电信广东公司综合部3××部集团网发部3光纤的基本结构及组成光纤主要由纤芯、包层、涂敷层组成。纤芯的作用是传导光波。包层的作用是将光波封闭在光纤中传播。纤芯和包层均由石英材料构成，只不过是为了形成光波导效应，必须使纤芯折射率高于包层折射率（即n1n2），因而两者石英材料的掺杂情况不同。涂敷层的作用是保护光纤不受水汽的侵蚀和机械的擦伤，同时增加光纤的柔韧性，它一般采用环氧树脂或硅橡胶。目前主流应用的光纤有两种尺寸规格，一种是芯线标称直径规格为62.5um/125um（纤芯直径/包层直径，下同）或50um/125um的多模光纤，一种是芯线标称直径规格为9um/125um的单模光纤。光纤的组成结构单模光纤尺寸多模光纤尺寸中国电信广东公司综合部4××部集团网发部4光纤导光原理折射定理：n1sinθ1=n2sinθ2必须指出的是，根据θ1=sin-1(n2/n1)，只有当光从折射率大的介质射入折射率小的介质时，即n2n1时，才能产生全反射。例如，当光从玻璃射入空气时能产生全反射；而当光从折射率小的空气射入折射率大的玻璃时，就不可能产生全反射。普通光纤是在纤芯材料（SiO2）中掺杂少量的Ge，使得纤芯的折射率略微高出包层的折射率，满足光的全反射条件。中国电信广东公司综合部5××部集团网发部5光纤的损耗与接入网工程建设最为相关的主要是：弯曲损耗：建设规范化、人员相关知识水平和责任心；接续损耗：施工仪器及设备，人员技能；OH根离子吸收：注意光纤的应用环境，尤其注意阻水及防潮；G.652光纤弯曲半径不得小于30mm；G.657A1光纤最小推荐的弯曲半径为10mm，G.657A2光纤最小推荐弯曲半径为7.5mm；中国电信广东公司综合部6××部集团网发部6现场活动连接器基础知识光纤通信基础知识1光分路器基础知识243目录中国电信广东公司综合部7××部集团网发部7定义：光分路器是指用于实现特定波段光信号的功率辑合及再分配功能的光无源器件，光分路器可以是均匀分光，也可以是不均匀分光。分类：根据制作工艺，光分路器可分为熔融拉锥（FBT）光分路器和平面光波导（PLC）光分路器两种类型。熔融拉锥型（FBT）平面波导型（PLC）光分路器的定义及分类中国电信广东公司综合部8××部集团网发部8FBT与PLC的特点FBT型优点：制作工艺简单，成本低；可做不等分分路器；FBT型缺点：损耗对波长敏感；分光均匀性差，1：8以上很难保证均匀分光；大分路比器件体积大、可靠性差；熔融拉锥型（FBT）平面波导型（PLC）PLC型优点损耗对传输光波长不敏感，可以满足不同波长的传输需要；分光均匀，可以将信号均匀分配给用户；结构紧凑，体积小；单只器件分路通道很多，可以达到32路以上；多路成本低，分路数越多，成本优势越明显；PLC型缺点芯片制作工艺复杂，门槛高，几乎被国外垄断；相对于熔融拉锥式分路器成本较高，特别在低通道分路器方面更处于劣势。PLC型光分路器工作波段为1260nm-1650nm!中国电信广东公司综合部9××部集团网发部9PLC光分路器的各类形态机架式盒式微型托盘式插片式中国电信广东公司综合部10××部集团网发部10PLC光分路器的基本组成经过一次封装之后的光分路器主要有以下部分构成：PLC芯片；光纤阵列（FA）;封装管及胶水；其中芯片与FA成本占到光分路器总成本的50％－60％；中国电信广东公司综合部11××部集团网发部11影响PLC品质的关键因素1V槽的精度；V形槽之间间距会直接影响分路的插入损耗，芯数较多时除了每两个V槽之间的间距，还有累计公差造成与芯片的匹配问题，从而影响插入损耗；V槽的光洁度；V形槽的表面如果不光滑，会造成光纤放入后放不平整，做成成品后，温度变化时，会造成断纤或衰减大。V槽的形状；不能使用U形槽或不使用V形槽。否则温度变化时衰减会发生变化。所用的胶是否合适，如果胶使用不当，器件不能在-40℃～85℃、高湿的环境中工作，并且在温度变化时产生应力，造成衰减大或断纤。不同的胶有不同的特性，点胶的方式、固化时间、要求的紫外线的功率也不同，要使用适合的工艺，否则好的胶也不能达到好的效果。在封装结束后要做高低温循环试验（时间不能过长），循环试验前、后都需要测试，以验证胶及工艺稳定性。中国电信广东公司综合部12××部集团网发部12影响PLC品质的关键因素2一次封装后PLC分路器封装胶封装盒封装空管二次封装所用封装盒、空管、胶等材料在-40℃～85℃温度范围内的稳定性，阻燃性能。材料的稳定性不好会影响成品的插入损耗。胶的粘接力、硬度、强度，不同的位置要用适合的胶。胶选择如果选择不当，温度变化时插入损耗会变大。撕纤时不能将光纤撕断，否则熔接会造成插入损耗增大；涂覆层不能脱落，否则在使用过程中易断纤。封装盒Ф2.0出纤部分的抗拉强度（行业标准：≥90N).封装盒内分路器输入端及输出端光纤盘纤的弯曲半径不能太小，否则易造成插入损耗变大。中国电信广东公司综合部13××部集团网发部13光纤活动连接器使用的所有材料的高、低温性能、耐腐蚀性能、阻燃性能。光纤活动连接器的抗拉性能。陶瓷插芯的同心度、材料（氧化锆）。光纤活动连接器的插拔寿命。光纤活动连接研磨的端面的三维参数、端面粗糙度、端面缺陷数。光纤活动连接器的插入损耗及反射损耗。光纤活动连接器端面三维参数测试报告影响PLC品质的关键因素3中国电信广东公司综合部14××部集团网发部14光分路器常见故障处理光分路器的某个或多个输出通道指标异常，这是最为常见的故障，最多发的原因集中在端口的连接器上，而连接器又主要集中在插针体的端面上和适配器的接口中。一般处理办法：（1）带插头的尾纤型端口清洁异常通道的光纤活动连接器，清洁时应使用蘸有酒精的无脂棉纸，擦拭时应沿陶瓷面的角度一个方向擦拭，不应来回擦拭，以防止损坏端面；（2）适配器型端口清洁异常通道的适配器，清洁时应使用专用擦拭棒蘸酒精后将适配器及其内部的插针体的端面进行清洁。中国电信广东公司综合部15××部集团网发部15现场活动连接器基础知识光纤通信基础知识1光分路器基础知识243目录中国电信广东公司综合部16××部集团网发部16预埋型现场活动连接器内部结构预埋型：生产过程中，在陶瓷芯前段预埋裸纤，且端面经过精密的研磨处理和检验。现场对用户光缆的光纤端面进行切割，并通过内置对准机构和预埋裸纤机械连接。Ferrule(工厂研磨)预埋光纤入户光缆的光纤与预埋光纤在铝合金器件内部实现机械接续，连接器现场组装的过程中无需注胶、研磨。Backbone铝合金V型槽入户光缆匹配液中国电信广东公司综合部17××部集团网发部17将现场切割且未经研磨的光纤直接插入器件，直接与其它连接器进行对接。入户光缆直通式腔体直通型现场活动连接器内部结构直通型：生产过程中，陶瓷芯完全贯通。现场对用户光缆的光纤端面进行切割，直接插入陶瓷芯。目前市场上，大部分的直插型现场连接器的端面在现场是没有经过研磨和检验的。中国电信广东公司综合部18××部集团网发部18对网络质量影响的关键点直通型预埋型光纤端面切割不平整依靠人工利于辅助工具进行现场研磨切割端面利用匹配液进行弥补光纤端面切割的不平整夹持件对光纤的夹持力利用与预埋型不同结构的夹持件保证光纤不能前后有较大的位移有匹配液，对夹持件维持的前后夹持力要求较直通型的要低夹持件的材质要求膨胀系数与光纤类似，需具有一定弹性要求膨胀系数与光纤类似，需具有一定弹性陶瓷插芯端面的研磨依靠人工利于辅助工具进行现场研磨切割端面工厂研磨成型陶瓷插芯孔径的差异陶瓷同心度较低,一般采用1.0um或1.5um的规格一般采用同心度1.0um或0.5um及以下的规格匹配液无须匹配液，无该项产品指标的成本和风险考虑需要内置一定匹配油用以满足预置纤与光纤对接时的光学特性，劣质产品或替代性产品一般难以满足要求，且匹配液存在受粉尘及其他颗粒污染的机率操作人员的技能要求专业要求较高，且需要配备较专业的研磨工具专业技能要求相对较低，无须进行陶瓷端面的现场研磨两型产品指标与应用时关键点的对比中国电信广东公司综合部19××部集团网发部19主流预埋型产品夹持件原理对比【复位式，塑料V型槽】金属外壳楔形器件插入楔形器件取出楔形器件，上下层单元复位。V形槽上层单元下层单元【压接式，金属V型槽】顶盖主体定位固定单元V形槽下压后的永久接续光纤夹持件的材料：预埋纤型对光纤对接部分的材料选材要求非常高，要求膨胀系数与光纤类似，需具有一定弹性。中国电信广东公司综合部20××部集团网发部20光纤接续匹配液由一种硅基合成液体混合了特殊配方的精微粉末所生产出来的触变胶体以3M为例：V型槽内预先灌注匹配液，匹配液可以大大减小插入损耗和回波损耗，从而优化接续性能以3M为例：每微米小于0.0005%光吸收率，相当于每个接头因此产生的损耗小于0.001dB正宗的光纤匹配液并非用于润滑和粘合光纤！中国电信广东公司综合部21××部集团网发部21预埋型–预埋经过研磨的光纤，现场组装纤芯端面二维图（显示与陶瓷芯端面高度和同心度的偏差）纤芯端面三维图（显示纤芯端面的粗糙度）预埋型现场活动连接器插芯端面中国电信广东公司综合部22××部集团网发部22直通型现场活动连接器插芯端面©3M2011.AllRightsReserved.直通型1–现场切割，未经研磨，端面极不平整纤芯端面二维图（显示与陶瓷芯端面高度和同心度的偏差）纤芯端面三维图（显示纤芯端面的粗糙度）中国电信广东公司综合部23××部集团网发部23直通型现场活动连接器插芯端面直通型2–现场切割，未见光纤端面纤芯端面二维图（显示与陶瓷芯端面高度和同心度的偏差）纤芯端面三维图（显示纤芯端面的粗糙度）中国电信广东公司综合部24××部集团网发部24现场活动连接器品质与造价分析对比差异名称直通型预埋型增加的成本说明陶瓷插芯断面研磨无有0.3陶瓷插芯在出厂时已经经过初步研磨,在生产非预埋型连接器的时候,有的工厂往往不研磨而直接使用,即使有经过研磨,研磨后的赃物很容易进入陶瓷的内孔而难以清洗陶瓷插芯差异陶瓷同心度较低,一般采用1.0um或1.5um的规格一般采用同心度1.0um或0.5um及以下的规格1-1.5无预埋纤的处理无有1.5预埋纤的处理比较复杂,包含了剥纤,切割,穿纤,固化等工序,与非预埋型相比,存在一定的报废率匹配油无有0.3-0.8预埋纤型需要内置一定匹配油用以满足预置纤与光纤对接时的光学特性陶瓷端面几何参数不符合规范要求满足规范要求0.2-0.3在接头的端面要求上,光纤的凹凸量的规范为-100至50nm,非预埋型因是用光纤直接穿到陶瓷顶端,无法保证凹凸量.特别是经过环境测试以后,变化更加明显.后期维护成本很高测试工序无有0.3-0.4非预埋纤型没有测试工序,组装后直接出货.预埋型需要出厂前对预置纤进行全面检测塑胶模具复杂程度较简单复杂0.7-0.9对预埋型来说,需对光纤进行精确对位,精度极高,模具成本复杂很多中国电信广东公司综合部25××部集团网发部25预埋型现场活动连接器品质与造价分析对比差异名称高品质产品特点与普通型相比成本差异(元/个)说明陶瓷插芯差异采用同心度为0.5um以下的优选材级料1同心度较小的产品可以保证现场连接器的光学指标（插损、回损）在同等条件下更优光纤夹持件的材料有很高的选材要求,采用原装进口的GE材料,价格昂贵,达到20万每吨以上1.1原料单价是普通材料的8--10倍.塑胶模具成本模具非常精密复杂,且光纤夹持件的原材料模具的腐蚀比较严重,所以需每月更换模具配件0.7对预埋型来说,因需对光纤进行精确对位,精度极高,刚才特殊模具复杂很多外壳保护件均采用GE或杜邦的原装进口材料0.8进口材料一般为国产料的2--3倍匹配液采用美国进口的匹配液0.5高质量的匹配液的主要特点除匹配特性优