机械式现场光纤快速器结构设计

徐亚国 XU Ya-guo

（万马电子医疗有限公司，临安 311306）

（Wanma Electron Medical Co.，Ltd.，Lin´an 311306，China）

摘要： 本文主要描述机械式现场光纤连接器的设计原理、设计结构、产品特点以及该产品主要应用场合。

Abstract: This paper mainly describes the design principle, structure design, product characteristics and the main applications of mechanical field optical fiber connector.

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关键词 ： 光纤到户；光纤接续；预埋型；V型槽；光学性能

Key words: optical fiber to the home；fiber connection；embedded type；V groove；optical performance

中图分类号：TN253 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）34-0033-03

作者简介：徐亚国（1968-），男，浙江杭州人，本科，高级经济师，研究方向为通信。

0 引言

近几年来随着光通信产业的发展、国家政策的推行，我国FTTH从开始的试点工程到现在的规模部署，得到了飞速发展。

光纤接续作为FTTH建设中的重要环节，其工程量成倍增长，同时FTTH建设接续点向室内的延伸，也带来了工作难度的大幅增加。传统热熔光纤接续方式已经无法适应当下FTTH的终端接续工作。势必要选择更加快捷更加方便的新方式来代替热熔。现场光纤快速连接器恰恰具备这样的优点，现场光纤快速连接器便应运而生。

1 机械式现场光纤连速器的结构设计

机械式现场光纤快速器的结构主要包括V型槽、套环、V型槽盖板、主体件等部件。产品主要设计为机械结构设计，因此产品设计软件为CAXA设计软件，以下主要以机械结构图纸的方式介绍产品设计要求及重点。

1.1 产品结构设计原理

本论文中涉及机械式现场光纤连接器是采用预埋式结构设计，产品结构原理如图1。

机械式现场光纤连接器是在插芯中预埋一段光纤，光纤一端切割，插芯面进行研磨，依据客户要求制作PC、UPC、APC等各种端面，这样产品的回波性能可以有所保证。预埋光纤的制作原理与普通光纤活动连接器类似，即在裸插芯内孔内注入环氧树脂A、B组分的胶水，再将裸光纤经切割后穿入，这样可以保证裸光纤与插芯的匹配良好。因为所采用的制作工艺完全是活动连接器制作中已经成熟的工艺，因此产品光学性能、环境等相关影响都不会有任何问题。

预埋一段光纤的带纤插芯装入V型槽内，后续客户在用户过程中，将带接续的光缆进行开剥、切割等端面处理后，由产品的后尾部穿入V型槽内，这样预埋光纤与待接续光纤在V型槽内进行对接（如图1），V型槽可以将对接处进行适度压紧，一般要求保证裸光纤夹紧里达到5N，产品性能没有太大差异。而因为人为或者刀具等因素造成的裸光纤对接间隙，可以通过预先填充在V型槽内的光学匹配液进行过渡传输来解决。

预埋式现场连接器的中心对接部件采用的是V型槽的结构设计，即三点定位，这样可以保证预埋光纤与待接续光纤在中心部件对接时能够精确对接（如图2）。现在市场使用较多，用于通信的光纤都是外径为0.125mm的玻璃圆柱体，而真正能够起到通光作用的是其实只有直径8-10um圆形区域。V型槽采用的是有机材料，材料能够不易于受温度、湿度等环境因素变化的影响，对裸光纤的夹持力相对稳定。

1.2 各个部件的设计结构

以下是对各个部件的设计做详细说明。

1.2.1 V型槽

产品对裸光纤的夹持设计，主要由三个部件完成，一是V型槽，一个是V型槽盖板，另一个是套环。V型槽与盖板采用上下合盖的方式对裸光纤提供对接通道，当两段光纤对接良好后，通过将套环推至V型槽中靠近插芯的那端，将裸纤对接夹紧。因为V型槽在设计中靠近插芯那端直径尺寸稍偏大与后端，这样套环移至靠近插芯端，即将裸光纤进行夹紧。

V型槽的主要设计难点是尺寸加工精度的控制，现有市场上的现场组装式光纤连接器，为提高光纤对接精度，一般采用V型槽对0.125mm裸光纤进行定位夹持。本论文设计开发的产品结构也是采用V型槽，V型槽采用有机材料制造，不易于受温度、湿度等环境的变化而产生影响，对裸光纤的夹持力比较稳定。现场连接器光纤对接处有轴向贴紧力，光纤对接时，由于光纤端面切割状况的影响，两光纤端面间隙往往大于0.005mm，这时需要V型槽内光纤匹配膏的光学作用，匹配液的作用就是用来在光纤对接时弥补由于端面不平所带来了微小空隙，从而使光信号能够顺利折射通过，使得产品性能达到甚至优于一般要求。另外， V型槽采用封闭式的设计结构，光纤匹配膏能够很好的存放与V型槽内，不会被污染，这样会保证产品插入损耗变化随着时间的推移减小。

匹配液的使用对其折射率的精度要求非常严格，一般要求在1.468左右，同时匹配液还得具备良好的抗氧化性，且极难挥发。匹配液的主要成分是硅基化合物和石英微颗粒，是很难挥发的，因此可以保证产品较为长期的使用寿命。

V型槽的加工，除了要保证器件外部相关尺寸的精度， V型槽的尺寸大小设计与加工外，还得要保证V型的槽口中心的是否与器件的轴向正中位置重合，如果偏心，那么完成的器件成品在后续组装过程中会出现断纤、或者数值偏大等状况。

1.2.2 V型槽盖板

V型槽盖板材料选择与V型槽一致，上下的配合尺寸也是制作产品的一个很关键要素。在设计以及加工过程中得特别注意配合公差。

1.2.3 套环

套环的设计目的，主要是将对接的两段裸光纤进行夹紧。因此，它的设计尺寸应介于V型槽两端尺寸之间。另外，套环内侧也设计了两道滑道槽口，这样可以保证产品在装配完成后，套环不会随意转动，导致产品操作不顺。

套环正面采用人性化设计，明显的朝向箭头设计可以很方便地引导客户进行操作。一来简化了产品的操作过程，二来也使得产品设计流程更加合理。

1.2.4 主体件

将V型槽、V槽盖板和套环组装好，这三个部件只是提供带接续裸光纤与预埋光纤之间的对接机制，至于待接续光缆的固紧、放置空间，则需要主体件的结构设计来实现。

主体件的非螺纹端，截面设计尺寸应保证能够与常规使用的SC型活动连接器的蓝色外壳进行匹配。另外，裸光纤的对接机制是需要通过套环的上下移动来实现的，这样就要求主体件的中间位置是开口设计的，便于操作人员通过手指移动套环位置来控制产品接续的通断。另外，器件后端，设计了光纤穿纤引导槽道，帮助用户正确穿纤，也减少了在穿纤过程中可能出现的磕碰等状况的发生，器件装配图如图4。

主体件除了与V型槽等进行装配配合，还需要提供外缆的固紧机制，因此，在主体件的后端设计了一定长度的螺纹区，这样在将外缆穿入器件进行对接后，通过尾套与主体件的螺纹配合，将外缆的外皮固紧在主体件的后尾部，这样即可达到产品的抗拉要求。

2 机械式现场光纤连接器的产品特点

通过以上设计的机械式现场光纤连接器的成品应具备以下的产品特点：

①裸光纤夹持机制均采用有机材料制造，不易于受温度变化，对光纤夹持力比较稳定，另外，器件内部带防松机构，器件抗震动，抗跌落性能非常好。

②接续稳定性好。裸光纤对接处有轴向贴紧力，光纤对接时，两光纤端面间隙几乎为零，所以连接损耗常常小于0.3dB，甚至小于0.1dB的情况也长出现。

③插入损耗小。现场连接器的裸光纤对接处在线抗拉力可达5N，对连接损耗无影响；器件承受的轴向拉力，直接作用于器件的客体上，连接器的陶瓷插针不受拉力，不影响光纤对接效果，所以对连接损耗无影响。

④使用成本低。器件的制作成本较低，且安装非常简单，几乎不需要专用施工工具，就能完成安装。随着全球光纤到户的逐渐实施，性能优良，使用成本很低的产品必然是市场的主流。

⑤使用维护性好。安装维护非常简单，不管是施工人员，还是用户，只需进行简单指导或阅读《安装说明书》，使用光纤施工的常用工具就能完成安装维护。

⑥安装速度很快。器件带有光纤导向机构，穿光纤非常快速方便，如果对裸纤施工，不到10秒即可完成光纤定位夹紧，包括对光缆进行压接，一般在30-60秒左右（除光纤准备时间）可完成安装。

3 机械式现场光纤连接器的应用

机械式现场光纤连接器针对其特点，目前主要应用有两类：一类是配线光缆与入户皮线光缆接续点（光纤配线箱）内；另一类就是用户家中接入点，主要是光信息面板内将皮线光缆端接形成端口，和多媒体箱内将皮线光缆端接，直接连接家庭终端ONU。

以下简单介绍下机械式现场光纤连接器的主要应用场合以及使用说明。

3.1 机械式现场光纤连接器对机房使用的跳接光缆直接成端——机房改造 原先机房多采用跳纤或尾纤进行布线，为了实现不同距离接口之间的跳接，很多时候会定制长度偏长的跳纤来使用，这样一来造成光缆的的浪费，二来多余出来的光缆在布线时势必需要存储空间，增加机房机柜的设计难度，也加大后期线缆的维护。

如果采用将松套光缆直接成端，这样，既可以根据施工实际情况裁取一定长度光缆，减少浪费，对机柜设计也减少空间需求，整个机柜整个布线格局更加合理化，对于日后的维护也是很大的帮助。

3.2 机械式现场光纤连接器直接成端——应用于光纤分配箱、楼道箱、用户家里面板盒内 机械式现场光纤连接器的另一个广泛用途就是直接在光纤分配箱或者楼道箱内进行端接，这样减少了尾纤的使用，因为如果使用尾纤进行端接，势必会采用热熔的方式，但是热熔存在以下提及的诸多问题，而光纤分配箱、楼道箱等一般使用空间都比较狭小，不利于热熔机得使用。再来，现场连接器操作方便，不像热熔那般小心翼翼地，简化了布线的盘纤走纤流程。

3.3 机械式现场光纤连接器直接成端连接ONU 现场连接器也可用于将入户光缆直接成端，连接到ONU上，它的使用类似于现在家庭用网线的用法，而且，现在入户光缆多采用2mm×3.1mm的蝶形引入光缆，光缆中间有两根加强芯，依据不同状况，会有金属和非金属两种加强芯进行选择，金属加强芯的光缆抗拉效果更佳。这样的光缆在用户家中使用，既保证了抗拉效果，也不会对入户家中造成很繁杂的布线困扰。

4 总结

随着互联网持续、高速的发展，FTTH作为宽带接入的主要趋势，与之相关联的各类器件的使用成为通信市场中的热点。而机械式现场光纤连接器作为光纤通信领域实现光纤到户最关键的光无源器件之一，其用量自然是非常大的。这也是国内外相关厂家争相设计开发相关产品的原因。本设计的现场光纤连接器采用的是预埋式的原理，V型槽的设计时本产品设计中的关键元器件，也是产品性能的保证。产品设计主要工作内容即CAXA二维、三维软件的绘图操作，在设计该产品过程也得到很多帮助。同时，该产品设计过程中也涉及了无源光产品的测试方法以及相关设备的操作，也学习了有关光通信原理，光传输损耗主要的影响因素等等方面知识。

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参考文献：

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