徐亞國 XU Ya-guo
（萬馬電子醫療有限公司，臨安 311306）
（Wanma Electron Medical Co.，Ltd.，Lin´an 311306，China）
摘要： 本文主要描述機械式現場光纖連接器的設計原理、設計結構、產品特點以及該產品主要應用場合。
Abstract: This paper mainly describes the design principle, structure design, product characteristics and the main applications of mechanical field optical fiber connector.
關鍵詞 ： 光纖到戶；光纖接續；預埋型；V型槽；光學性能
Key words: optical fiber to the home；fiber connection；embedded type；V groove；optical performance
中圖分類號：TN253 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）34-0033-03
作者簡介：徐亞國（1968-），男，浙江杭州人，本科，高級經濟師，研究方向為通信。
0 引言
近幾年來隨著光通信產業的發展、國家政策的推行，我國FTTH從開始的試點工程到現在的規模部署，得到了飛速發展。
光纖接續作為FTTH建設中的重要環節，其工程量成倍增長，同時FTTH建設接續點向室內的延伸，也帶來了工作難度的大幅增加。傳統熱熔光纖接續方式已經無法適應當下FTTH的終端接續工作。勢必要選擇更加快捷更加方便的新方式來代替熱熔。現場光纖快速連接器恰恰具備這樣的優點，現場光纖快速連接器便應運而生。
1 機械式現場光纖連速器的結構設計
機械式現場光纖快速器的結構主要包括V型槽、套環、V型槽蓋板、主體件等部件。產品主要設計為機械結構設計，因此產品設計軟體為CAXA設計軟體，以下主要以機械結構圖紙的方式介紹產品設計要求及重點。
1.1 產品結構設計原理
本論文中涉及機械式現場光纖連接器是採用預埋式結構設計，產品結構原理如圖1。
機械式現場光纖連接器是在插芯中預埋一段光纖，光纖一端切割，插芯面進行研磨，依據客戶要求製作PC、UPC、APC等各種端面，這樣產品的回波性能可以有所保證。預埋光纖的製作原理與普通光纖活動連接器類似，即在裸插芯內孔內注入環氧樹脂A、B組分的膠水，再將裸光纖經切割後穿入，這樣可以保證裸光纖與插芯的匹配良好。因為所採用的製作工藝完全是活動連接器製作中已經成熟的工藝，因此產品光學性能、環境等相關影響都不會有任何問題。
預埋一段光纖的帶纖插芯裝入V型槽內，後續客戶在用戶過程中，將帶接續的光纜進行開剝、切割等端面處理後，由產品的後尾部穿入V型槽內，這樣預埋光纖與待接續光纖在V型槽內進行對接（如圖1），V型槽可以將對接處進行適度壓緊，一般要求保證裸光纖夾緊里達到5N，產品性能沒有太大差異。而因為人為或者刀具等因素造成的裸光纖對接間隙，可以通過預先填充在V型槽內的光學匹配液進行過渡傳輸來解決。
預埋式現場連接器的中心對接部件採用的是V型槽的結構設計，即三點定位，這樣可以保證預埋光纖與待接續光纖在中心部件對接時能夠精確對接（如圖2）。現在市場使用較多，用於通信的光纖都是外徑為0.125mm的玻璃圓柱體，而真正能夠起到通光作用的是其實只有直徑8-10um圓形區域。V型槽採用的是有機材料，材料能夠不易於受溫度、濕度等環境因素變化的影響，對裸光纖的夾持力相對穩定。
1.2 各個部件的設計結構
以下是對各個部件的設計做詳細說明。
1.2.1 V型槽
產品對裸光纖的夾持設計，主要由三個部件完成，一是V型槽，一個是V型槽蓋板，另一個是套環。V型槽與蓋板採用上下合蓋的方式對裸光纖提供對接通道，當兩段光纖對接良好後，通過將套環推至V型槽中靠近插芯的那端，將裸纖對接夾緊。因為V型槽在設計中靠近插芯那端直徑尺寸稍偏大與後端，這樣套環移至靠近插芯端，即將裸光纖進行夾緊。
V型槽的主要設計難點是尺寸加工精度的控制，現有市場上的現場組裝式光纖連接器，為提高光纖對接精度，一般採用V型槽對0.125mm裸光纖進行定位夾持。本論文設計開發的產品結構也是採用V型槽，V型槽採用有機材料製造，不易於受溫度、濕度等環境的變化而產生影響，對裸光纖的夾持力比較穩定。現場連接器光纖對接處有軸向貼緊力，光纖對接時，由於光纖端面切割狀況的影響，兩光纖端面間隙往往大於0.005mm，這時需要V型槽內光纖匹配膏的光學作用，匹配液的作用就是用來在光纖對接時彌補由於端面不平所帶來了微小空隙，從而使光信號能夠順利折射通過，使得產品性能達到甚至優於一般要求。另外， V型槽採用封閉式的設計結構，光纖匹配膏能夠很好的存放與V型槽內，不會被污染，這樣會保證產品插入損耗變化隨著時間的推移減小。
匹配液的使用對其折射率的精度要求非常嚴格，一般要求在1.468左右，同時匹配液還得具備良好的抗氧化性，且極難揮發。匹配液的主要成分是矽基化合物和石英微顆粒，是很難揮發的，因此可以保證產品較為長期的使用壽命。
V型槽的加工，除了要保證器件外部相關尺寸的精度， V型槽的尺寸大小設計與加工外，還得要保證V型的槽口中心的是否與器件的軸向正中位置重合，如果偏心，那麼完成的器件成品在後續組裝過程中會出現斷纖、或者數值偏大等狀況。
1.2.2 V型槽蓋板
V型槽蓋板材料選擇與V型槽一致，上下的配合尺寸也是製作產品的一個很關鍵要素。在設計以及加工過程中得特別注意配合公差。
1.2.3 套環
套環的設計目的，主要是將對接的兩段裸光纖進行夾緊。因此，它的設計尺寸應介於V型槽兩端尺寸之間。另外，套環內側也設計了兩道滑道槽口，這樣可以保證產品在裝配完成後，套環不會隨意轉動，導致產品操作不順。
套環正面採用人性化設計，明顯的朝向箭頭設計可以很方便地引導客戶進行操作。一來簡化了產品的操作過程，二來也使得產品設計流程更加合理。
1.2.4 主體件
將V型槽、V槽蓋板和套環組裝好，這三個部件只是提供帶接續裸光纖與預埋光纖之間的對接機制，至於待接續光纜的固緊、放置空間，則需要主體件的結構設計來實現。
主體件的非螺紋端，截面設計尺寸應保證能夠與常規使用的SC型活動連接器的藍色外殼進行匹配。另外，裸光纖的對接機制是需要通過套環的上下移動來實現的，這樣就要求主體件的中間位置是開口設計的，便於操作人員通過手指移動套環位置來控制產品接續的通斷。另外，器件後端，設計了光纖穿纖引導槽道，幫助用戶正確穿纖，也減少了在穿纖過程中可能出現的磕碰等狀況的發生，器件裝配圖如圖4。
主體件除了與V型槽等進行裝配配合，還需要提供外纜的固緊機制，因此，在主體件的後端設計了一定長度的螺紋區，這樣在將外纜穿入器件進行對接後，通過尾套與主體件的螺紋配合，將外纜的外皮固緊在主體件的後尾部，這樣即可達到產品的抗拉要求。
2 機械式現場光纖連接器的產品特點
通過以上設計的機械式現場光纖連接器的成品應具備以下的產品特點：
①裸光纖夾持機制均採用有機材料製造，不易於受溫度變化，對光纖夾持力比較穩定，另外，器件內部帶防松機構，器件抗震動，抗跌落性能非常好。
②接續穩定性好。裸光纖對接處有軸向貼緊力，光纖對接時，兩光纖端面間隙幾乎為零，所以連接損耗常常小於0.3dB，甚至小於0.1dB的情況也長出現。
③插入損耗小。現場連接器的裸光纖對接處在線抗拉力可達5N，對連接損耗無影響；器件承受的軸向拉力，直接作用於器件的客體上，連接器的陶瓷插針不受拉力，不影響光纖對接效果，所以對連接損耗無影響。
④使用成本低。器件的製作成本較低，且安裝非常簡單，幾乎不需要專用施工工具，就能完成安裝。隨著全球光纖到戶的逐漸實施，性能優良，使用成本很低的產品必然是市場的主流。
⑤使用維護性好。安裝維護非常簡單，不管是施工人員，還是用戶，只需進行簡單指導或閱讀《安裝說明書》，使用光纖施工的常用工具就能完成安裝維護。
⑥安裝速度很快。器件帶有光纖導向機構，穿光纖非常快速方便，如果對裸纖施工，不到10秒即可完成光纖定位夾緊，包括對光纜進行壓接，一般在30-60秒左右（除光纖準備時間）可完成安裝。
3 機械式現場光纖連接器的應用
機械式現場光纖連接器針對其特點，目前主要應用有兩類：一類是配線光纜與入戶皮線光纜接續點（光纖配線箱）內；另一類就是用戶家中接入點，主要是光信息面板內將皮線光纜端接形成埠，和多媒體箱內將皮線光纜端接，直接連接家庭終端ONU。
以下簡單介紹下機械式現場光纖連接器的主要應用場合以及使用說明。
3.1 機械式現場光纖連接器對機房使用的跳接光纜直接成端——機房改造 原先機房多採用跳纖或尾纖進行布線，為了實現不同距離接口之間的跳接，很多時候會定製長度偏長的跳纖來使用，這樣一來造成光纜的的浪費，二來多餘出來的光纜在布線時勢必需要存儲空間，增加機房機櫃的設計難度，也加大後期線纜的維護。
如果採用將松套光纜直接成端，這樣，既可以根據施工實際情況裁取一定長度光纜，減少浪費，對機櫃設計也減少空間需求，整個機櫃整個布線格局更加合理化，對於日後的維護也是很大的幫助。
3.2 機械式現場光纖連接器直接成端——應用於光纖分配箱、樓道箱、用戶家裡面板盒內 機械式現場光纖連接器的另一個廣泛用途就是直接在光纖分配箱或者樓道箱內進行端接，這樣減少了尾纖的使用，因為如果使用尾纖進行端接，勢必會採用熱熔的方式，但是熱熔存在以下提及的諸多問題，而光纖分配箱、樓道箱等一般使用空間都比較狹小，不利於熱熔機得使用。再來，現場連接器操作方便，不像熱熔那般小心翼翼地，簡化了布線的盤纖走纖流程。
3.3 機械式現場光纖連接器直接成端連接ONU 現場連接器也可用於將入戶光纜直接成端，連接到ONU上，它的使用類似於現在家庭用網線的用法，而且，現在入戶光纜多採用2mm×3.1mm的蝶形引入光纜，光纜中間有兩根加強芯，依據不同狀況，會有金屬和非金屬兩種加強芯進行選擇，金屬加強芯的光纜抗拉效果更佳。這樣的光纜在用戶家中使用，既保證了抗拉效果，也不會對入戶家中造成很繁雜的布線困擾。
4 總結
隨著網際網路持續、高速的發展，FTTH作為寬頻接入的主要趨勢，與之相關聯的各類器件的使用成為通信市場中的熱點。而機械式現場光纖連接器作為光纖通信領域實現光纖到戶最關鍵的光無源器件之一，其用量自然是非常大的。這也是國內外相關廠家爭相設計開發相關產品的原因。本設計的現場光纖連接器採用的是預埋式的原理，V型槽的設計時本產品設計中的關鍵元器件，也是產品性能的保證。產品設計主要工作內容即CAXA二維、三維軟體的繪圖操作，在設計該產品過程也得到很多幫助。同時，該產品設計過程中也涉及了無源光產品的測試方法以及相關設備的操作，也學習了有關光通信原理，光傳輸損耗主要的影響因素等等方面知識。
參考文獻：
[1]王建華，鍾敬文，徐志勇，崔一峰，魯斌.光纖接續裝置和光纖接續組件[P].中國專利：CN201689191U，2010-12-29.
[2]金將，王義雙. 光纖接續子 [P].中國專利:CN102902019A,2013-01-30.
[3]朱紅，韋磊，趙志宇，蔣陵.光纖接續子專用工具[P].中國專利:CN201984183U,2011-09-21.
（萬馬電子醫療有限公司，臨安 311306）
（Wanma Electron Medical Co.，Ltd.，Lin´an 311306，China）
摘要： 本文主要描述機械式現場光纖連接器的設計原理、設計結構、產品特點以及該產品主要應用場合。
Abstract: This paper mainly describes the design principle, structure design, product characteristics and the main applications of mechanical field optical fiber connector.
關鍵詞 ： 光纖到戶；光纖接續；預埋型；V型槽；光學性能
Key words: optical fiber to the home；fiber connection；embedded type；V groove；optical performance
中圖分類號：TN253 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）34-0033-03
作者簡介：徐亞國（1968-），男，浙江杭州人，本科，高級經濟師，研究方向為通信。
0 引言
近幾年來隨著光通信產業的發展、國家政策的推行，我國FTTH從開始的試點工程到現在的規模部署，得到了飛速發展。
光纖接續作為FTTH建設中的重要環節，其工程量成倍增長，同時FTTH建設接續點向室內的延伸，也帶來了工作難度的大幅增加。傳統熱熔光纖接續方式已經無法適應當下FTTH的終端接續工作。勢必要選擇更加快捷更加方便的新方式來代替熱熔。現場光纖快速連接器恰恰具備這樣的優點，現場光纖快速連接器便應運而生。
1 機械式現場光纖連速器的結構設計
機械式現場光纖快速器的結構主要包括V型槽、套環、V型槽蓋板、主體件等部件。產品主要設計為機械結構設計，因此產品設計軟體為CAXA設計軟體，以下主要以機械結構圖紙的方式介紹產品設計要求及重點。
1.1 產品結構設計原理
本論文中涉及機械式現場光纖連接器是採用預埋式結構設計，產品結構原理如圖1。
機械式現場光纖連接器是在插芯中預埋一段光纖，光纖一端切割，插芯面進行研磨，依據客戶要求製作PC、UPC、APC等各種端面，這樣產品的回波性能可以有所保證。預埋光纖的製作原理與普通光纖活動連接器類似，即在裸插芯內孔內注入環氧樹脂A、B組分的膠水，再將裸光纖經切割後穿入，這樣可以保證裸光纖與插芯的匹配良好。因為所採用的製作工藝完全是活動連接器製作中已經成熟的工藝，因此產品光學性能、環境等相關影響都不會有任何問題。
預埋一段光纖的帶纖插芯裝入V型槽內，後續客戶在用戶過程中，將帶接續的光纜進行開剝、切割等端面處理後，由產品的後尾部穿入V型槽內，這樣預埋光纖與待接續光纖在V型槽內進行對接（如圖1），V型槽可以將對接處進行適度壓緊，一般要求保證裸光纖夾緊里達到5N，產品性能沒有太大差異。而因為人為或者刀具等因素造成的裸光纖對接間隙，可以通過預先填充在V型槽內的光學匹配液進行過渡傳輸來解決。
預埋式現場連接器的中心對接部件採用的是V型槽的結構設計，即三點定位，這樣可以保證預埋光纖與待接續光纖在中心部件對接時能夠精確對接（如圖2）。現在市場使用較多，用於通信的光纖都是外徑為0.125mm的玻璃圓柱體，而真正能夠起到通光作用的是其實只有直徑8-10um圓形區域。V型槽採用的是有機材料，材料能夠不易於受溫度、濕度等環境因素變化的影響，對裸光纖的夾持力相對穩定。
1.2 各個部件的設計結構
以下是對各個部件的設計做詳細說明。
1.2.1 V型槽
產品對裸光纖的夾持設計，主要由三個部件完成，一是V型槽，一個是V型槽蓋板，另一個是套環。V型槽與蓋板採用上下合蓋的方式對裸光纖提供對接通道，當兩段光纖對接良好後，通過將套環推至V型槽中靠近插芯的那端，將裸纖對接夾緊。因為V型槽在設計中靠近插芯那端直徑尺寸稍偏大與後端，這樣套環移至靠近插芯端，即將裸光纖進行夾緊。
V型槽的主要設計難點是尺寸加工精度的控制，現有市場上的現場組裝式光纖連接器，為提高光纖對接精度，一般採用V型槽對0.125mm裸光纖進行定位夾持。本論文設計開發的產品結構也是採用V型槽，V型槽採用有機材料製造，不易於受溫度、濕度等環境的變化而產生影響，對裸光纖的夾持力比較穩定。現場連接器光纖對接處有軸向貼緊力，光纖對接時，由於光纖端面切割狀況的影響，兩光纖端面間隙往往大於0.005mm，這時需要V型槽內光纖匹配膏的光學作用，匹配液的作用就是用來在光纖對接時彌補由於端面不平所帶來了微小空隙，從而使光信號能夠順利折射通過，使得產品性能達到甚至優於一般要求。另外， V型槽採用封閉式的設計結構，光纖匹配膏能夠很好的存放與V型槽內，不會被污染，這樣會保證產品插入損耗變化隨著時間的推移減小。
匹配液的使用對其折射率的精度要求非常嚴格，一般要求在1.468左右，同時匹配液還得具備良好的抗氧化性，且極難揮發。匹配液的主要成分是矽基化合物和石英微顆粒，是很難揮發的，因此可以保證產品較為長期的使用壽命。
V型槽的加工，除了要保證器件外部相關尺寸的精度， V型槽的尺寸大小設計與加工外，還得要保證V型的槽口中心的是否與器件的軸向正中位置重合，如果偏心，那麼完成的器件成品在後續組裝過程中會出現斷纖、或者數值偏大等狀況。
1.2.2 V型槽蓋板
V型槽蓋板材料選擇與V型槽一致，上下的配合尺寸也是製作產品的一個很關鍵要素。在設計以及加工過程中得特別注意配合公差。
1.2.3 套環
套環的設計目的，主要是將對接的兩段裸光纖進行夾緊。因此，它的設計尺寸應介於V型槽兩端尺寸之間。另外，套環內側也設計了兩道滑道槽口，這樣可以保證產品在裝配完成後，套環不會隨意轉動，導致產品操作不順。
套環正面採用人性化設計，明顯的朝向箭頭設計可以很方便地引導客戶進行操作。一來簡化了產品的操作過程，二來也使得產品設計流程更加合理。
1.2.4 主體件
將V型槽、V槽蓋板和套環組裝好，這三個部件只是提供帶接續裸光纖與預埋光纖之間的對接機制，至於待接續光纜的固緊、放置空間，則需要主體件的結構設計來實現。
主體件的非螺紋端，截面設計尺寸應保證能夠與常規使用的SC型活動連接器的藍色外殼進行匹配。另外，裸光纖的對接機制是需要通過套環的上下移動來實現的，這樣就要求主體件的中間位置是開口設計的，便於操作人員通過手指移動套環位置來控制產品接續的通斷。另外，器件後端，設計了光纖穿纖引導槽道，幫助用戶正確穿纖，也減少了在穿纖過程中可能出現的磕碰等狀況的發生，器件裝配圖如圖4。
主體件除了與V型槽等進行裝配配合，還需要提供外纜的固緊機制，因此，在主體件的後端設計了一定長度的螺紋區，這樣在將外纜穿入器件進行對接後，通過尾套與主體件的螺紋配合，將外纜的外皮固緊在主體件的後尾部，這樣即可達到產品的抗拉要求。
2 機械式現場光纖連接器的產品特點
通過以上設計的機械式現場光纖連接器的成品應具備以下的產品特點：
①裸光纖夾持機制均採用有機材料製造，不易於受溫度變化，對光纖夾持力比較穩定，另外，器件內部帶防松機構，器件抗震動，抗跌落性能非常好。
②接續穩定性好。裸光纖對接處有軸向貼緊力，光纖對接時，兩光纖端面間隙幾乎為零，所以連接損耗常常小於0.3dB，甚至小於0.1dB的情況也長出現。
③插入損耗小。現場連接器的裸光纖對接處在線抗拉力可達5N，對連接損耗無影響；器件承受的軸向拉力，直接作用於器件的客體上，連接器的陶瓷插針不受拉力，不影響光纖對接效果，所以對連接損耗無影響。
④使用成本低。器件的製作成本較低，且安裝非常簡單，幾乎不需要專用施工工具，就能完成安裝。隨著全球光纖到戶的逐漸實施，性能優良，使用成本很低的產品必然是市場的主流。
⑤使用維護性好。安裝維護非常簡單，不管是施工人員，還是用戶，只需進行簡單指導或閱讀《安裝說明書》，使用光纖施工的常用工具就能完成安裝維護。
⑥安裝速度很快。器件帶有光纖導向機構，穿光纖非常快速方便，如果對裸纖施工，不到10秒即可完成光纖定位夾緊，包括對光纜進行壓接，一般在30-60秒左右（除光纖準備時間）可完成安裝。
3 機械式現場光纖連接器的應用
機械式現場光纖連接器針對其特點，目前主要應用有兩類：一類是配線光纜與入戶皮線光纜接續點（光纖配線箱）內；另一類就是用戶家中接入點，主要是光信息面板內將皮線光纜端接形成埠，和多媒體箱內將皮線光纜端接，直接連接家庭終端ONU。
以下簡單介紹下機械式現場光纖連接器的主要應用場合以及使用說明。
3.1 機械式現場光纖連接器對機房使用的跳接光纜直接成端——機房改造 原先機房多採用跳纖或尾纖進行布線，為了實現不同距離接口之間的跳接，很多時候會定製長度偏長的跳纖來使用，這樣一來造成光纜的的浪費，二來多餘出來的光纜在布線時勢必需要存儲空間，增加機房機櫃的設計難度，也加大後期線纜的維護。
如果採用將松套光纜直接成端，這樣，既可以根據施工實際情況裁取一定長度光纜，減少浪費，對機櫃設計也減少空間需求，整個機櫃整個布線格局更加合理化，對於日後的維護也是很大的幫助。
3.2 機械式現場光纖連接器直接成端——應用於光纖分配箱、樓道箱、用戶家裡面板盒內 機械式現場光纖連接器的另一個廣泛用途就是直接在光纖分配箱或者樓道箱內進行端接，這樣減少了尾纖的使用，因為如果使用尾纖進行端接，勢必會採用熱熔的方式，但是熱熔存在以下提及的諸多問題，而光纖分配箱、樓道箱等一般使用空間都比較狹小，不利於熱熔機得使用。再來，現場連接器操作方便，不像熱熔那般小心翼翼地，簡化了布線的盤纖走纖流程。
3.3 機械式現場光纖連接器直接成端連接ONU 現場連接器也可用於將入戶光纜直接成端，連接到ONU上，它的使用類似於現在家庭用網線的用法，而且，現在入戶光纜多採用2mm×3.1mm的蝶形引入光纜，光纜中間有兩根加強芯，依據不同狀況，會有金屬和非金屬兩種加強芯進行選擇，金屬加強芯的光纜抗拉效果更佳。這樣的光纜在用戶家中使用，既保證了抗拉效果，也不會對入戶家中造成很繁雜的布線困擾。
4 總結
隨著網際網路持續、高速的發展，FTTH作為寬頻接入的主要趨勢，與之相關聯的各類器件的使用成為通信市場中的熱點。而機械式現場光纖連接器作為光纖通信領域實現光纖到戶最關鍵的光無源器件之一，其用量自然是非常大的。這也是國內外相關廠家爭相設計開發相關產品的原因。本設計的現場光纖連接器採用的是預埋式的原理，V型槽的設計時本產品設計中的關鍵元器件，也是產品性能的保證。產品設計主要工作內容即CAXA二維、三維軟體的繪圖操作，在設計該產品過程也得到很多幫助。同時，該產品設計過程中也涉及了無源光產品的測試方法以及相關設備的操作，也學習了有關光通信原理，光傳輸損耗主要的影響因素等等方面知識。
參考文獻：
[1]王建華，鍾敬文，徐志勇，崔一峰，魯斌.光纖接續裝置和光纖接續組件[P].中國專利：CN201689191U，2010-12-29.
[2]金將，王義雙. 光纖接續子 [P].中國專利:CN102902019A,2013-01-30.
[3]朱紅，韋磊，趙志宇，蔣陵.光纖接續子專用工具[P].中國專利:CN201984183U,2011-09-21.
收藏