光纤和光纤研磨-师岩峰.

培训大纲•光纤基本知识•光纤活动连接器（跳线）•带纤插芯•行业状况主讲人：师岩峰2008年7月5P1光纤基本知识1.光纤通信简介•定义：•光纤通信是指利用激光作为信息的载波信号并通过光导纤维来传递信息的通信系统。P2光纤基本知识2.光纤通信原理•光的反射与折射θ1θ2θ3θ3θ1θ2图1图2θ3θ1=θ2θ3θ1=θ2空气水P3光纤基本知识3.光纤结构及光传输原理空气(折射率n1)折射率：n1n2水(折射率n2)包层（n1）纤芯（n2）θθ被称作临介角n1n2P4光纤基本知识光纤(opticfiber)是由中心的纤芯和外围的包层及涂敷层同轴组成的圆柱形细丝。纤芯的折射率比包层稍高，损耗比包层更低，光能量主要在纤芯内传输。包层为光的传输提供反射面和光隔离，涂敷层起一定的机械保护作用。P5光纤基本知识光纤的结构•光纤通常被制造为三层：纤芯（单模8-10um）（多模50um，62.5um）：通光•包层（125um±0.5um）：反射•涂敷层（250um）：保护P6光纤基本知识光纤的数值孔径--NA•在光纤的参数中，通常不会标示出临界传播角或全反射角，而是标出数值孔径NA，它反映了光纤接收光的能力。•NA=sinθ=2221nn（n1为纤芯折射率，n2为包层折射率）为什么APC连接器要抛磨成球面斜8度角？标准单模光纤的数值孔径通常是0.13，arcsin0.13=7.5度.P7光纤基本知识光纤的全反射角和临介传播角αθθ为了使光保持在光纤中，需要使光以大于或等于临界入射角α的角度入射到纤芯和包层的界面上，实现光的全反射。为了实现全反射，必须让光以等于或小于临界传播角θ来传播（入射到光纤纤芯）。α为临界全反射角θ为临界传播角n1n2αP8光纤基本知识光纤的种类•按材料分：石英光纤、塑料光纤等•按模式分：单模光纤SMF（singlemodefiber），多模光纤MMF（Multi-modefiber），数据光纤DMF（Digitalmodefiber）.•按规格分：G651，G652（常用），G653，G654，G655.P9光纤基本知识光的模式可以简单的理解为光束。•单模光纤只能传输一束光，多模光纤可以传输多束光。•光源也分为单模光源和多模光源，分别对应单模光纤和多模光纤。•一般单模用于长距离传输，多模用于短距离传输。光的模式P10光纤基本知识光纤的损耗600100012001400160018008000.1105.02.01.00.50.25020第一窗口第二窗口第三窗口三个工作窗口850nm1310nm1550nm1385nmP11光纤基本知识光纤损耗的计算•每公里的损耗值：dB/km•A（dB/km）=(-10lgP2/P1)L•光纤的规格书中都会给出相对于相应波长的损耗值，一般为0.2dB。相当于传输一公里后输出的光功率为初始光功率的95.5%。•所以说光纤通信的一个优点就是损耗小。一般传输一百二十公里才需要中继站。P12光纤基本知识光功率的单位•常用单位：W（瓦）=103mW（毫瓦）=106uW（微瓦）•对数单位：dBmdBm=10lgP(mw）•常用功率值与dB值关系：1mW=0dBm,0.5mW=-3dBm,0.1mW=-10dBm,0.01mW=-20dBm•dB:相对值，表示两个功率值的对比。•dB=10lgP1/P2(mw）=10lgP1-10lgP2=p1(dBm)-p2(dBm)例：3dBm-1dBm=2dBP13光纤基本知识光缆•在光纤外加上尼龙和塑胶层，保护光纤的机械强度和传输特性，防止施工过程和使用期间光纤断裂，保持传输特性稳定。•光缆一般由缆芯和护套组成。•一般光缆有室内光缆、架空光缆、埋地光缆和管道光缆等。•特种光缆有水底光缆、阻燃光缆等。P14光纤基本知识光缆的分类•按内部光纤芯数分：单芯和多芯。•按光缆外径分：0.9mm，2mm、3mm、其它.•按颜色分：白色、黄色、蓝色等。其中多模光纤用桔红色表示。•按外部保护层分：V-PVC—聚氯乙烯；Z-LSZH—低烟无卤；P-PE—聚乙烯P15光纤基本知识P16光纤活动连接器（跳线）光纤活动连接器•在光纤通信系统中，为了实现不同模块、设备和系统之间灵活连接的需要，必须有一种能在光纤与光纤之间进行可拆卸（活动）连接的器件，使光路能按所需的通道进行传输，以实现和完成预定或期望的目的和要求，能实现这种功能的器件就叫光纤活动连接器。P17光纤活动连接器（跳线）光纤的连接•固定连接:熔接、机械拼接（V型槽连接等）•活动连接：光纤活动连接器。•光纤活动连接器结构：插芯体、尾座、散件（闭锁装置、弹簧、外壳）、保护套。P18光纤活动连接器（跳线）光纤连接器简图P19光纤活动连接器（跳线）光纤活动连接器的分类•按紧固方式分：FC（螺纹）、SC（插拔）、ST（卡口）、LC（小型化）、MT（双芯）•按光纤端面分：FC（Flatcontact）、PC(physicalcontact)、UPC(UltraPC)、APC(AnglePC)。•一般的说法先说紧固方式，再说光纤端面，中间用斜杠表示。如：FC/PC、SC/PC、SC/APC、LC/PCP20光纤活动连接器（跳线）产品图片P21光纤活动连接器（跳线）光纤光缆活动连接器规格书•介绍光纤光缆活动连接器是最基本的光无源器，主要实现光路的跳接式连接。光纤光缆活动连接器按光纤光缆的模式类型可分为：单模、多模和数据连接器。按连接头类型可分为：FC（螺纹式）、SC（插拔式）、ST（螺旋锁卡销式）、LC（小型化）、MU（SC的小型化结构）、MT-RJ（双芯）等。•应用干线网、城域网有线电视网、光纤数据网光模块、光收发器连连接与测试•性能插入损耗、回波损耗指标优插拔重复性好，互换性好P22光纤活动连接器（跳线）参数最小值典型值最大值单位备注插入损耗0.10.2dBPC型0.150.3dBAPC型回波损耗5055dBPC型5865dBAPC型重复性≤0.2dB插拔次数0.2dB1000次工作温度-2065ºC普通光缆-4085ºC耐高温光缆P23光纤活动连接器（跳线）P24光纤活动连接器（跳线）•插入损耗：在光纤通信系统中加入某个元件后引起的损耗。•定义：IL（Insertionloss）=-10lgPout/Pin•插入损耗为0.2时，输出光功率约为输入光功率的95.5%。P25光纤活动连接器（跳线）•回波损耗：光在传播过程中遇到不同折射率的介质会引起反射。•反射光与入射光的比值即为回波损耗，也称为反射率。•可通过减小光纤端面之间的缝隙来提高回波损耗的指标。采用物理接触（PhysicalContact）或斜面接触(APC)的方法。P26光纤活动连接器（跳线）•计算：RL=-10lgP反/P入•50dB的回波损耗相当于反射光功率只有入射光功率的0.00001。•可以通过将光纤端面抛磨成一定角度，使反射光的角度大于光纤的接收角，进一步提高回波损耗。使用APC插芯，达到角度物理接触。回损值可达60dB以上。P27光纤活动连接器（跳线）•重复性：多次不同的插入，损耗的变化量。•插拔次数：相当于使用寿命。经过多少次插拔后，插损值的变化量。•工作温度：与光缆的工作温度密切相关。普通光缆工作温度为-20--+65度，耐高温光缆工作温度为-40--+85度。P28光纤活动连接器（跳线）光纤的对接损耗•任何形式的接合都会产生损耗。•引起损耗的根本原因是：两根光纤之间不匹配和不同轴性。•内部损耗：光纤直径、数值孔径或模式不匹配引起的损耗不能够从连接方面消除。（由光纤引起）•外部损耗：不同轴性引起的损耗可以降低。（由插芯或光纤引起）P29光纤活动连接器（跳线）外部损耗的种类横向不同轴角度不同轴两端分离这些损耗可能由插芯引起，也可能由光纤本身引起P30光纤活动连接器（跳线）因插芯原因造成光纤横向不同轴的情况内孔、外径不同轴内孔椭圆光纤与内孔不匹配P31光纤活动连接器（跳线）跳线指标的保证—3D•曲率半径：SC（10-25mm），LC（7-25mm）•顶点偏移：PC（小于50um），APC（小于100um）•光纤凹凸量：-50--+50nm曲率半径陶瓷插芯的被研磨的一端为球面，曲率半径指这个球面的半径。通常SC/PC指标为10-25mm，LC/PC指标为7-25mm.顶点偏移球面端的圆心理论上在插芯的轴线上是最好的，但是在工艺上很难保证，这样就造成球面的顶点不在插芯轴线上，而是偏移到了一边。顶点偏移对插入损耗的影响有时是坏的，有时也会是好的，它是随机的，所以也是必须要控制的。行业标准要求，PC面的顶点偏移小于50微米，APC面的顶点偏移小于100微米。光纤凹凸量光纤插芯光纤凹凸量的指标要求为+/-50nm正值为伸出插芯端面，负值为陷入插芯端面。负值过小，光纤之间对接缝隙过大，会造成光在缝隙之间反射，从而造成损耗。正值过大，则会对光纤造成伤害。P323D测试表SampleID:3PASSMeasurementTime&Date:9:58:09AM01-13-06ZX-1ZoomInterferometerMeasurementPass/FailLimitsMeasuredPassedParameterMinimumMaximumValueorFailedRadiusofCurvature10.0025.0017.69mmPassFiberHeight(SphericalFit)-50.050.0-34.5nmPassApexOffset0.0050.0041.38mmPassFiberRoughness(Ra)0502nmFerruleRoughness(Ra)0505nmInsertionLoss1310nm0.031550nmBackreflection1310nm401550nmPASSP33光纤活动连接器（跳线）常用跳线的规格型号--SC•方形，推拉式闭锁装置，防拉设计。•使用2.5mm插芯体。可抛磨成PC面或APC面。•SC/PC为多蓝色，SC/APC为绿色P34光纤活动连接器（跳线）常用跳线的规格型号--FC•具有方向键的圆柱形金属螺母。•使用2.5mm插芯体。可抛磨成PC面或APC面。•FC/PC多为黑色尾套，FC/APC为绿色尾套。P35常用跳线的规格型号--ST•螺旋锁卡销式连接装置•使用2.5mm插芯体。只有PC面。光纤活动连接器（跳线）P36光纤活动连接器（跳线）常用跳线的规格型号--LC•体积只有SC的一半，节省空间。•采用1.25mm插芯体。只有PC型。P37光纤活动连接器（跳线）跳线生产常用光缆种类单芯（Ø0.9mm）单芯（Ø2mm或Ø3mm）双芯（Ø2mm或Ø3mm）双排（8字形）（Ø2mm或Ø3mm）P38光纤活动连接器（跳线）光纤活动连接器的制作过程1.装散件2.吸胶-穿纤-固化3.研磨：去胶-装夹-研磨-抛光（关键工序）4.检测光纤端面5.测试插损和回损6.包装P39光纤活动连接器（跳线）光纤活动连接器可靠性：GR-326-CORE环境测试：高温存储、高低温循环、高湿。机械测试:弯曲测试、扭曲测试、冲击测试、振动测试、耐力测试、光缆保持测试等。可靠性测试：环氧树脂的保存温度和工作寿命。曝露测试：灰尘、盐雾、空气污染、地下水浸入、腐蚀P40光纤活动连接器（跳线）光纤连接器使用中的注意事项不要使光纤折断不要弯曲光纤超出范围（直径30mm）不要划伤及弄脏光纤连接器端面通光时不要用眼观看端面P41光纤活动连接器（跳线）光纤精准对接的保证-适配器•为了使光从一条跳线传入另一条跳线或从设备中传输出去，必须使用适配器保证光纤精准对接。•适配器也叫法兰（盘）。•适配器也分为FC、SC、ST、LC等。•有些设备或有源器件会用到半个适配器，一端直接连接设备或器件，另一端接跳线。•保证不同的跳线接头进行对接的叫做转换器。P42光纤活动连接器（跳线）适配器的结构标准开口陶瓷套筒外壳固定螺纹P43光纤活动连接器（跳线）产品图片P44光纤活动连接器（跳线）产品图片转换器转换器P45光纤活动连接器（跳线）跳线与适配器的使用跳线跳线跳线跳