当连接两根光纤时,由于两根光纤的位置、形状和结构的不同,能量不能从一根光纤100% 到另一根光纤。也就是说,会有连接丢失。为了最大程度地减少连接损耗,必须将两根光纤精确对齐。光纤适配器的主要功能是快速连接两根光纤,使光信号连续形成光路。而光纤适配器又是如何实现光纤的精确连接的呢?
光纤适配器的类型很多,但是光纤之间的精确对准取决于两个因素。一种是具有精确的内径,外径和同心度的陶瓷套圈,另一种是带有狭缝的陶瓷套筒。陶瓷套筒是一个非常聪明的设计。
您可以通过陶瓷套筒看到两个光学套圈是如何精确对齐的。陶瓷套筒的内径略小于套圈的外径。因为套筒有狭缝,所以可以插入纤维。扩展的套筒将两个套圈拧紧,以实现精确对准。
单模光纤SMF的纤芯直径仅为8〜10μm左右,为了确保较低的连接损耗,必须对两根光纤进行精确对准。对于单模光纤适配器,两根光纤之间的横向未对准应小于0.5um。
然而,仅仅精确对准对于光纤连接来说是远远不够的。我们知道光会在两种不同介质之间的界面反射回来。石英光纤在1.55um处的折射率约为1.455,因此光纤端面处的反射回波BR为3.4%。背反射光会影响通信系统的稳定性,同时,每个石英玻璃-空气接口都会引入约0.15dB的插入损耗。因此,每个光纤连接器将增加0.3dB的损耗。
人们通常在端面上涂上抗反射涂层,以减少反射回波。但是,光纤适配器中未考虑涂层问题。首先,AR涂层会增加适配器的成本。其次,光纤连接不固定,反复插入和移除会损坏AR涂层。那么,我们是否可以在光纤端面上涂AR涂层并保持光纤端面不接触?
当两根光纤对接时,小到50um的纵向距离会引入近1dB的损耗,这在光纤通信系统中是无法忍受的。因此,我们已经达成共识,即两根纤维必须接触并且不能涂覆纤维的端面。反射回波发生在两种不同介质之间的界面,并且必须将光纤端面之间的空气排出,从而使两个光纤末端处于物理接触 (PC),好像介质被融合了。由于光纤固定在陶瓷插芯的中间,因此陶瓷表面的任何粗糙度都会影响光纤之间的物理接触。为了保证光纤之间的物理接触,套圈表面通常被研磨成球形表面。光纤的端面位于球面的顶点。这是光纤适配器中的第二个智能设计。
如图1所示,将套圈插入套筒中,在压力下,套圈的端面在压力下变形,并且端面的变形可以保证光纤之间的物理接触。由于物理接触取决于端面的变形,并且陶瓷既耐磨又具有一定的弹性,这就是为什么选择它作为套圈材料而不是玻璃的原因。
光纤之间的物理接触可以确保光纤连接点的低损耗,但回波损耗RL只能达到55dB。对于某些要求较高RL的应用,将光纤连接器的端面接地到一定角度,称为斜面物理触点APC。光纤端面通常抛光到8 ° 斜率,RL可以额外增加36dB,因此APC连接器的总RL通常大于65dB。
光纤适配器是光纤通信系统中最基本的光无源设备。该系统对光纤连接器的基本技术要求包括低插入损耗IL和高回波损耗RL。即最低可能反射回波BR。但是,作为应用最广泛的光无源器件,其成本和连接便利性与技术指标同等重要。
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