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光纤活动连接器进网常见问题及分析

发布时间:2018-08-13 17:15编辑:采集侠浏览(182)

          近几年来,光通信在世界范围内得到飞速发展,光通信的触角也不断从骨干网向非骨干网及接入网中延伸。与此同时,作为光通信中不可缺少的连接部件-----光纤活动连接器,也随着光通信的发展而得到更加广泛的应用。因此,光纤活动连接器质量问题也越来越引起了相关部门的重视,在信息产业部信科(1999)68号的发文中向各相关检验中心发布了《单模光纤活动连接器进网质量检验实施细则》,通过这几年的进网检验,光纤活动连接器的产品质量得到了普遍的提高,但是,由于光纤活动连接器的生产受到技术及设备的局限性,因此不可避免仍然存在一些问题,本文就目前光纤活动连接器进网检验的现状及进网检验中所发现的一些问题进行归纳和分析。
           一、光纤活动连接器进网检验中较常出现的一些问题 
          光纤活动连接器在1999年开始进行进网质量检验以来,光纤活动连接器的产品质量在稳步提高。在此之前,光纤活动连接器的质量很不稳定,有不少检验项目都在不同程度存在一些问题,如常态的插入损耗过高或回波损耗过低;重复性差别较大,稳定性不好;机械耐久性差,经过多次插拔,插入损耗和回波损耗的测试值明显变差;耐环境试验差,经过高温试验或盐雾的环境试验后,连接器外观明显出现不应有的一些问题等等。但随着这几年技术和设备的改善,进网检验的光纤活动连接器出现的问题比以前的要少多了。在此就目前进网检验中仍然较为常见的问题作一下阐述和分析。
          1.光纤活动连接器的光学指标
          在光纤活动连接器的进网检验中,光学性能方面出现的主要问题是插入损耗和回波损耗无法达到细则中规定的要求。为了说明这个问题,首先把细则中对光纤连接器的光学性能方面的技术要求在这里详细介绍一下,表1是细则中规定的详细技术指标要求。

     

          这些技术要求与标准中的技术要求大部分是一致的,但也有一点小小的区别,主要区别是,标准中规定的插入损耗要求一般为≤0.5dB,而在进网检验细则中要求为PC型≤0.2dB,而APC型≤0.3dB。另外标准中对回波损耗的要求为:PC型≥40dB,而在细则中则规定为:PC型≥45dB,UPC型≥50dB。APC型的回波损耗标准与细则的要求是一致的,均为≥60dB。弄清这些区别对于厂家指导自己的产品生产和质量检验以及申请光纤活动连接器进网检验肯定是有帮助的。
          下面简单地分析一下光纤活动连接器可能出现光学性能质量问题的原因。
          根据前面的介绍我们知道,光纤活动连接器的光学性能主要包括插入损耗和回波损耗。而插入损耗与回波损耗并非是独立的,理论上是高插入损耗则一般对应低回波损耗,与之相反,低插入损耗则一般对应高回波损耗。但由于插入损耗光功率的数量级远大于回波损耗光功率的数量级,因此上述规律并非是绝对的。实际上回波损耗的大小主要取决于能否把反射光尽量旁路掉,这跟端插针端面的结构很有关系。为方便起见,本文在讨论光纤活动连接器的光学性能的影响因素时,只讨论插入损耗的影响因素。
          光纤活动连接器的插入损耗是由光纤固有损耗和端接损耗引起的,而光纤固有损耗主要包括光纤吸收损耗和瑞利散射损耗,目前光纤的制造技术可以使光纤的固有损耗在1550nm附近降到0.2dB/km,而光纤跳线的长度通常为10m左右,因此光纤跳线的固有损耗几乎可以忽略不计。因此光纤活动连接器的插入损耗主要取决于光纤跳线的端接损耗。
          端接损耗是指两根光纤跳线通过适配器连接而引起的损耗。产生端接损耗的原因有很多,大概包括有纤心尺寸失配、数值孔径失配、折射率分布失配、端面间隙、轴线倾角、横向偏移或同心度、菲涅尔(Fresnel)反射等等。
          根据标准和细则的规定,光纤活动连接器的插入损耗是使用标准跳线与被测光纤活动连接器相连,从而测量出光纤活动连接器的插入损耗。根据这种测试方法,则光纤活动连接器的端接损耗实际是被测跳线与标准跳线间的端接损耗。考虑到标准跳线一般是非常规范的,因此,端接损耗主要取决于被测光纤活动连接器。在光纤活动连接器的测试过程中,通过清洁的无毛软纸沾酒精擦拭和反复插拔,首先可以排除由于端面不洁和连接不当等偶然因素造成端接损耗过高。除此之外,根据我们大量检测的经验以及使用端面干涉仪的辅助分析,光学性能中端接损耗过高的原因主要体现在以下几个方面。
          (1)研磨不充分。研磨是光纤活动连接器插针生产中很重要的一道工序。研磨不充分往往会造成光纤插头插针端面凹凸不平。这种光纤活动连接器互相连接势必会使两根光纤之间有空气缝隙,这样就容易造成光学性能变差。在研磨不充分的插针端面上还可能存在划痕,如果划划痕直接通过纤心,它们同样会引起光纤活动连接器光学性能的明显下降。
          (2)光纤偏心。通过光纤端面分析仪对光纤端面的观察,我们注意到,若光纤插针端面等高线的干涉圆环中心与实际光纤纤心基本重合,则说明光纤的纤心落在了插针的最高点,这样就可以保证纤心与纤心对接时中间不留缝隙。但是,如果干涉圆环中心与光纤纤心不重合,甚至超出65μm,则势必会影响光纤的通光性能,从而导致光纤活动连接器的插入损耗较差。
          (3)纤心凹陷或凸出。纤心的凹陷或凸出都容易引起光纤传输性能的下降。这是因为,当纤心凹陷时,则可能导致对接的两根纤心之间存在缝隙,接触不够紧密从而存在空气,引起反射,从而影响插入损耗和回波损耗;而当纤心凸出时,则可能导致对接的两根纤心互相挤压从而使实际的光线射出端面和入射端面并不平行,从而使两根光纤之间出现轴向倾角导致对接光纤的通光性能下降。 
          决定光纤活动连接器的光学性能指标最根本的因素是插头插针,如果能从插头插针的几何尺寸着手,微观分析插针端面情况,则我们就会对光纤活动连接器的光学性能有一个深刻的认识,由此我们就能可靠地判断光纤活动连接器光学性能的质量水平。
          2.光纤活动连接器的机械强度
          在进网检验中,光纤活动连接器的机械强度问题出现的情况相对较多。它们主要体现在两个方面。
          (1)抗拉试验 
          抗拉试验在进网检验中出现问题的情况较为普遍,这些问题主要表现在做完抗拉试验后。
          光缆与插头完全拉脱。可能原因是在光纤连接器生产时光缆中的纺纶与插头压接不好。纺纶是光缆与插头在经受拉力时主要的抗拉材料,它一般要与插头用金属套管压接。如果纺纶与插头压接不牢,很容易导致插头与光缆拉脱。
          光缆护套与插头分离。可能原因是光缆护套与插头粘接不可靠,从而导致外观上光缆护套与插头分离。
          光缆仍然与插头粘连,但纤心已断。可能原因是纺纶的材料不好,光纤跳线一旦受力过大则拉伸过长,从而导致纤心余长不够而断裂。
          光缆与纤心均未断,但光学性能明显下降。这说明光纤跳线经受到拉力时纤心遭到了一定程度的破坏,但并不太严重。出现这种情况的原因很复杂,但多数是因为光纤跳线的材料不好造成的。
          以上只是从技术上来分析出现这些情况的主要可能原因,实际上,主观原因是也造成抗拉试验不合格的一个重要因素。
          在现有标准YD/T826-1996《FC-PC型单模光纤光缆活动连接器技术条件》、YD/T895-1997《SC/PC型单模光纤活动连接器技术条件》、YD/T826-1997《FC-APC型单模光纤光缆活动连接器技术条件》、YD/T987-1998《ST/PC型单模光纤光缆活动连接器技术条件》中,除YD/T826-1996《FC-PC型单模光纤光缆活动连接器技术条件》规定的拉伸试验条件为50N外,其它几个标准规定的拉伸试验条件均为90N,因此信息产业部参照这些标准制定的细则中规定拉伸试验条件也为90N。
          然而在拉伸试验出现问题的光纤活动连接器产品中,不排除有一些企业仍然是按50N的试验条件要求生产和检测光纤活动连接器。如果这样,生产出的光纤活动连接器很有可能满足不了细则的要求。因此,值得我们注意的是,光纤活动连接器入网检验中拉伸试验条件为90N,而不能采用50N的试验条件要求。
          实际上,目前很多国际上生产的光纤活动连接器的抗拉性能要求已是15kg(约等于147N),因此只要选择合适的材料,并采取正确的方法和程序,生产出满足抗拉条件为90N的光纤活动连接器是完全能做到的。 
         (2)SC型连接器锁紧装置的强度试验
          锁紧装置的主要作用是减少光纤插头由于意外受力而被拔出的可能性。在正常的拔出时,只要按规定方向和在规定位置施力牵拉,锁紧力就可解除,插头即可拔下,否则光纤活动连接器将锁定。与FC和ST相比,锁紧装置的强度试验是SC型光纤活动连接器独有的检验项目。这项试验的目的是考验SC型光纤活动连接器的锁紧装置在正常锁紧时中能承受轴向力的大小。根据标准和细则规定,其该检验项目的技术要求是光纤活动连接器锁紧后应能经受68.6N(即7kg)的轴向拉力试验后,其插入损耗和回波损耗指标应满足表1的要求。但在我们的试验中,发现有不少连接器在60N左右时就已破坏,说明该锁紧装置并不可靠。
          锁紧装置不可靠的原因主要是组成SC型连接器的插头或适配器的材料问题。如果使用了较软或较脆的工程塑料,均有可能导致锁紧装置可靠性无法满足标准和细则要求。
          3.光纤活动连接器的互换性
          在进网细则中规定,光纤活动连接器的互换测试就是指定某一适配器与其它跳线组成新的连接器进行插入损耗和回波损耗的测试。在进网检验中我们是针对一根带有插头的光纤跳线和一个适配器组合进行的检验。但在实际使用中,光纤跳线和适配器并非是固定搭配的,因此在进网检验中,光纤活动连接器的互换性检验是十分必要的,也是具有实际意义的。
          在光纤活动连接器的进网检验中互换性能差也是一个较为常见的问题。出现这个问题主要原因有: 
         (1)研磨机一次只能同时研磨12个或有限个插针,每一个插针的位置均不同;另外每批连接器由于人为原因有可能松紧程度和研磨程度不同,从而导致的各个连接器插针的研磨情况有一定的差别。
         (2)对于有多个研磨机的厂家,由于各个研磨机之间的肯定有一定差别,因此通过不同研磨机所生产的产品势必要比同一个研磨机生产出来的产品在一致性方面差异大点。
         (3)另外对于APC型插针,由于其斜8度端面实现起来相对困难,因此其互换性能一般比加工相对容易的PC型插针差。
          根据插针形式的不同以及连接器生产厂家的不同,我们可以把互换性问题分成4个等级。
          一等是以PC型插针组成的光纤活动连接器,一般不存在互换性能方面的问题,互换性好。其互换性试验中的插入损耗变化量典型值为0.05dB,一般不超过0.2dB。这类产品一般是由同一研磨设备研磨出来的PC型连接器。
          二等也是以PC型插针组成的光纤活动连接器,互换性方面存在较小的问题,互换性较好。其互换性试验中的插入损耗变化量典型值为0.1dB,一般不超过0.2dB。这类产品一般是由不同研磨设备研磨出来的PC型连接器。
          三等是以APC型插针组成的光纤活动连接器,互换性能有一定问题,互换性一般。其互换性试验中的插入损耗变化量典型值为0.15dB,一般不超过0.3dB。这类产品是一般由同一研磨设备研磨出来的APC型连接器。
          四等也是APC型插针组成的光纤活动连接器,这种连接器互换性能容易出现较多问题,其互换性能差。其互换性能试验中的插入损耗变化量典型值为0.2dB,一般不超过0.3dB。这类产品一般是由不同研磨设备研磨出来的APC型连接器。
          三、总结
          要保证光纤活动连接器产品满足信息产业部的进网质量检验要求,企业首先要保证光纤活动连接器的原材料满足要求;其次是严格按照规定的要求设计和生产;最后就是要求企业的质检及技术人员对产品的质量指标有一个深入全面的理解,了解和掌握有关标准和细则的要求。只有这样,才能生产出符合相关标准要求与进网检验实施细则要求的产品,从根本上避免光纤活动连接器产品在进网检验中出现问题,更好地保证光纤通信的稳定可靠。