光纤插芯技术标准讨论-2012年12月中电元协潮州

1、潮州三环（集团）股份有限公司 郑镇宏光纤陶瓷插芯光纤陶瓷插芯应用及技术标准的应用及技术标准的探探讨讨二、光纤陶瓷插芯的应用领域二、光纤陶瓷插芯的应用领域一、光纤陶瓷插芯的发展背景一、光纤陶瓷插芯的发展背景三、光纤活动连接器的现状及问题的探讨三、光纤活动连接器的现状及问题的探讨四、插芯关键技术及对连接器性能的影响四、插芯关键技术及对连接器性能的影响五、插芯新标准制订的必要性探讨五、插芯新标准制订的必要性探讨六、总结和展望六、总结和展望- 1 -一、光纤陶瓷插芯的发展背景一、光纤陶瓷插芯的发展背景光纤插芯的定义光纤插芯的定义 光纤光纤插芯体插芯体（ferrule），），在通信行业标准在通信行业标准

2、YD/T 1198-2002光纤活动连接器插针体技术要求光纤活动连接器插针体技术要求给出这样的定义：给出这样的定义：光纤光纤活动连接器插头中精密对中的圆柱体，中心有一微孔，用作活动连接器插头中精密对中的圆柱体，中心有一微孔，用作固定光纤。固定光纤。作用和要求作用和要求1、保证两光纤的对接，单模要求轴向偏差小于、保证两光纤的对接，单模要求轴向偏差小于1um，多模要，多模要要求轴向偏差小于要求轴向偏差小于4um；2、产品耐磨损，可多次重复插拨；产品耐磨损，可多次重复插拨；3、端头易加工，可研磨成球面、斜球面；端头易加工，可研磨成球面、斜球面；4、产品抗老化，使用寿命产品抗老化，使用寿命30年以上；

3、年以上；5、材料热胀冷缩系数小，环境适应性能强。材料热胀冷缩系数小，环境适应性能强。- 2 -一、光纤陶瓷插芯的发展背景一、光纤陶瓷插芯的发展背景光纤插芯的分类和发展（一）光纤插芯的分类和发展（一）不锈钢：最早使用的连接器插芯，但由于加工精度、耐磨性能、不锈钢：最早使用的连接器插芯，但由于加工精度、耐磨性能、 老化性能、环境适应性能等原因，基本被淘汰。老化性能、环境适应性能等原因，基本被淘汰。ZrO2陶瓷插芯陶瓷插芯：近二十年被广近二十年被广泛应用。加工精度高、耐磨损、泛应用。加工精度高、耐磨损、可加工性好、使用寿命长，能可加工性好、使用寿命长，能保证良好的插入损耗和回波损保证良好的插入损耗和

4、回波损耗。耗。玻璃插芯：由于加玻璃插芯：由于加工精度差、材料脆工精度差、材料脆等原因，最终不能等原因，最终不能在连接器领域应用在连接器领域应用而转向光纤准直器而转向光纤准直器领域。优点是热匹领域。优点是热匹配性能与光纤、透配性能与光纤、透镜等玻璃材料接近。镜等玻璃材料接近。模塑：由于期望模塑：由于期望降低成本而开发，降低成本而开发，但指标性能不能但指标性能不能突破而停滞。突破而停滞。镍基：新材料应镍基：新材料应用，但成本高、用，但成本高、性能差等原因使性能差等原因使其最终没发展。其最终没发展。氧化铝，氧化铝，20世纪世纪70年代，主要年代，主要用于多模，由于颗粒约用于多模，由于颗粒约15um，

5、不易研磨而被代替。不易研磨而被代替。- 3-一、光纤陶瓷插芯的发展背景一、光纤陶瓷插芯的发展背景光纤插芯的分类和发展（二）光纤插芯的分类和发展（二）FC型（型（Flat Contact） ，即端面为平面研磨。其插入损耗一般能小于，即端面为平面研磨。其插入损耗一般能小于0.5dB，回波插损大于回波插损大于35dB。PC型（型（Physical Contact），即端面为球面研磨。其插入损耗一般能小于，即端面为球面研磨。其插入损耗一般能小于0.3dB，回波插损大于，回波插损大于40dB。UPC型（型（Ultra Physical Contact），即端面为球面研磨且，即端面为球面研磨且3D（曲率半

6、径、顶曲率半径、顶点偏移、凹凸量）受控。其插入损耗小于点偏移、凹凸量）受控。其插入损耗小于0.2dB，回波插损大于，回波插损大于50dB。APC型（型（Angled-Physical Contact），即端面为斜球面研磨且，即端面为斜球面研磨且3D （曲率半径、曲率半径、顶点偏移、凹凸量）顶点偏移、凹凸量）受控。插入损耗小于受控。插入损耗小于0.3dB，回波插损大于，回波插损大于60dB。是一种高性能、未来将受广泛应用的光纤陶瓷插芯。是一种高性能、未来将受广泛应用的光纤陶瓷插芯。- 4 -二、光纤陶瓷插芯的应用领域二、光纤陶瓷插芯的应用领域应用介绍一（光纤活动连接器）应用介绍一（光纤活动连接器

7、） 光纤活动连接器是实现光纤之间活动连接的光无源器件，它具有光光纤活动连接器是实现光纤之间活动连接的光无源器件，它具有光纤与光纤、光纤与有源器件、光纤与其它无源器件以及光纤与仪表之间纤与光纤、光纤与有源器件、光纤与其它无源器件以及光纤与仪表之间活动连接的功能。光纤活动连接器是光纤通信系统中最基本的光无源器活动连接的功能。光纤活动连接器是光纤通信系统中最基本的光无源器件，也是用量最大的光件，也是用量最大的光无源无源器件。器件。 而光纤活动连接器的最核心部件就是光纤陶瓷插芯，其决定了连接而光纤活动连接器的最核心部件就是光纤陶瓷插芯，其决定了连接器的插入损耗、回波损耗、重复性、互换性。器的插入损耗、

8、回波损耗、重复性、互换性。FC型型SC型型ST型型LC型型- 5 -二、光纤陶瓷插芯的应用领域二、光纤陶瓷插芯的应用领域应用介绍一（光纤活动连接器）应用介绍一（光纤活动连接器）电信电信/移动基站移动基站跳线跳线PLC分路器分路器路边交接箱路边交接箱楼道交接盒楼道交接盒- 6 -二、光纤陶瓷插芯的应用领域二、光纤陶瓷插芯的应用领域应用介绍二（半导体激光器）应用介绍二（半导体激光器） 随着光纤通信的发展，随着光纤通信的发展，半导体光电半导体光电子器件在光纤通信子器件在光纤通信得到广泛应用且取得得到广泛应用且取得突出的进展。但突出的进展。但半导体激光器半导体激光器LD（或（或PD）的模块化以及的模块

9、化以及LD/PD与光纤的对接与光纤的对接显显得得非常重要非常重要。目前最好的解决方案就是利。目前最好的解决方案就是利用光纤陶瓷插芯进行耦合并对接。用光纤陶瓷插芯进行耦合并对接。OLT光收发和交换光收发和交换ONU光入户单元光入户单元(光猫光猫)- 7 -二、光纤陶瓷插芯的应用领域二、光纤陶瓷插芯的应用领域应用介绍三（快速连接器）应用介绍三（快速连接器） 快速连接器，也称机械型现场组装快速连接器，也称机械型现场组装式光纤活动连接器，是指不需要热熔接式光纤活动连接器，是指不需要热熔接机，通过简单的工具、利用机械连接技机，通过简单的工具、利用机械连接技术直接组装而成的现场组装式光纤活动术直接组装而成

10、的现场组装式光纤活动连接器。目前作为光纤到户安装的最佳连接器。目前作为光纤到户安装的最佳选择，正飞速地发展。选择，正飞速地发展。- 8 -二、光纤陶瓷插芯的应用领域二、光纤陶瓷插芯的应用领域接入网：大量使用光纤陶瓷插芯接入网：大量使用光纤陶瓷插芯- 9 -三、光纤活动连接器的现状及问题的探讨三、光纤活动连接器的现状及问题的探讨1 1、两个定义、两个定义插入损耗插入损耗 插入损耗是指光纤中的光信号通过连接器之后，插入损耗是指光纤中的光信号通过连接器之后，其光功率会产生变其光功率会产生变化（一般是变小），我们将化（一般是变小），我们将输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数输出光功率相对输入光功率的

11、比率的分贝数称为插入损耗称为插入损耗。其表达式为：其表达式为： IL= - 10log(Pout/Pin) dB回波损耗回波损耗 回波损耗又称为后向反射损耗。它是指在光纤连接处，后向反射光回波损耗又称为后向反射损耗。它是指在光纤连接处，后向反射光相对输入光的比率的分贝数。相对输入光的比率的分贝数。其表达式为：其表达式为：RL= - 10log(Pr/Pin) dB 回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影响。回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影响。- 10 -三、光纤活动连接器的现状及问题的探讨三、光纤活动连接器的现状及问题的探讨2 2、插入损耗的测试要求、插入损耗的测试要求Y

12、D/T 1272.3-2005光纤活动连接器第光纤活动连接器第3部分：部分：SC型型中国电信中国电信2010年集采年集采光纤活动连接器的技术规范书光纤活动连接器的技术规范书- 11 -三、光纤活动连接器的现状及问题的探讨三、光纤活动连接器的现状及问题的探讨IEC61300-3-34 中提到的随机串联测试中提到的随机串联测试- 12 -三、光纤活动连接器的现状及问题的探讨三、光纤活动连接器的现状及问题的探讨3 3、工业测试与实际使用的差异、工业测试与实际使用的差异实际使用实际使用-随机串联随机串联工业测试工业测试-标准线判定标准线判定- 13-三、光纤活动连接器的现状及问题的探讨三、光纤活动连接

13、器的现状及问题的探讨4 4、存在两个问题、存在两个问题（1 1）测试与实际使用不对应，造成很多线路光功率不满足要求而误码率测试与实际使用不对应，造成很多线路光功率不满足要求而误码率高甚至断网。高甚至断网。 （2 2）测试标准线是否标准，同时不同标准线测试结果差异的问题。虽然测试标准线是否标准，同时不同标准线测试结果差异的问题。虽然YDYD或电信技术书对标准插头和适配器做出要求，但并不直接且可行性差。或电信技术书对标准插头和适配器做出要求，但并不直接且可行性差。2.49900.0003mm-14-三、光纤活动连接器的现状及问题的探讨三、光纤活动连接器的现状及问题的探讨 因此因此, ,由于批量测试

14、方法和实际使用不相同，同时对于批量测试，既由于批量测试方法和实际使用不相同，同时对于批量测试，既没矛也没盾的现实，造成产品的质量并不受控。没矛也没盾的现实，造成产品的质量并不受控。IECIEC标准就较为直接贴近标准就较为直接贴近使用实际，规定了随机对接的损耗值。同时，使用实际，规定了随机对接的损耗值。同时，IECIEC还对插芯作了直接要求。还对插芯作了直接要求。- 15 -四、插芯关键技术及对连接器性能的影响四、插芯关键技术及对连接器性能的影响 我们参考我们参考IECIEC标准，并结合实际制作工艺，可以把影响标准，并结合实际制作工艺，可以把影响连接器性能的因素总结如下表：连接器性能的因素总结如

15、下表：序号序号插芯插芯光纤光纤连接头研磨工艺连接头研磨工艺1 同心度同心度 同心度同心度曲率半径曲率半径2内孔出射角（开口夹角）内孔出射角（开口夹角） 外圆直径外圆直径(与插芯内孔配合度与插芯内孔配合度)顶点偏移顶点偏移3外圆直径及外圆圆度外圆直径及外圆圆度 凹凸量凹凸量4 内孔直径（与光纤配合度）内孔直径（与光纤配合度）- 16 -四、插芯关键技术及对连接器性能的影响四、插芯关键技术及对连接器性能的影响 L=-10*LOG10(EXP(-(d/r)2)错位损耗错位损耗dB- 17 -四、插芯关键技术及对连接器性能的影响四、插芯关键技术及对连接器性能的影响 倾角损耗倾角损耗dB- 18 -四、

16、插芯关键技术及对连接器性能的影响四、插芯关键技术及对连接器性能的影响1 1、同心度、同心度（同心度和错位量（同心度和错位量d d实际上是实际上是2 2倍的关系）倍的关系） 同心度就是插芯内径距同心度就是插芯内径距离整个圆心的偏移程度。理离整个圆心的偏移程度。理想状态是想状态是0 0，就是不偏移。，就是不偏移。 在标准在标准YD/T 1198-2002YD/T 1198-2002光纤活动连接器插针体技术要求光纤活动连接器插针体技术要求中，定中，定义了同心度，但并不规范。义了同心度，但并不规范。 因此，在因此，在YD/TYD/T 1272.3-20051272.3-2005光纤活动连接器第光纤活动

17、连接器第3 3部分：部分：SCSC型型中，中，又将其重新定义为同轴度误差。又将其重新定义为同轴度误差。- 19 -四、插芯关键技术及对连接器性能的影响四、插芯关键技术及对连接器性能的影响 假定标准测试线的同轴度误差不为假定标准测试线的同轴度误差不为0um0um，而是，而是YDYD标准要求的小于标准要求的小于0.3um0.3um，那么，存在的情况就更为复杂，风险就更大。，那么，存在的情况就更为复杂，风险就更大。标准线同轴度误差标准线同轴度误差0.3um最小错位量最小错位量(um)最小测试损耗最小测试损耗(dB) 最大错位量最大错位量(um)最大测试损耗最大测试损耗(dB)线线A-标准线标准线0.

18、70.071.30.243线线B-标准线标准线0.70.071.30.243线线A-线线B0020.574 同心度对连接器性的指标的影响是最为重要，也是最为直观的。而同心度对连接器性的指标的影响是最为重要，也是最为直观的。而同心度正是评估光纤陶瓷插芯质量好坏的标准。我们看到，由于损耗的同心度正是评估光纤陶瓷插芯质量好坏的标准。我们看到，由于损耗的增加是非线性的。因此，可能存在的风险是比较大的。增加是非线性的。因此，可能存在的风险是比较大的。错位量错位量(um)损耗损耗(dB)线线A-标准线标准线10.144线线B-标准线标准线10.144线线A-线线B20.574 假定我们现在有同轴度误差为假

19、定我们现在有同轴度误差为0um0um的标准测试线，我们通过理论计算的标准测试线，我们通过理论计算-20-四、插芯关键技术及对连接器性能的影响四、插芯关键技术及对连接器性能的影响2 2、内孔出射角（开口夹角）、内孔出射角（开口夹角） 内孔出射角，也称开口夹角或内孔角偏差，是指插芯内孔轴线与插内孔出射角，也称开口夹角或内孔角偏差，是指插芯内孔轴线与插芯圆柱体轴线之间所形成的夹角。芯圆柱体轴线之间所形成的夹角。两方面的影响：两方面的影响：（1 1）、）、倾角损耗；倾角损耗；（2 2）、）、随着研磨量的增加，同心度会发生变化，可能变好，也可能变坏；随着研磨量的增加，同心度会发生变化，可能变好，也可能变

20、坏；（3 3）、）、方向性变化。方向性变化。- 21 -四、插芯关键技术及对连接器性能的影响四、插芯关键技术及对连接器性能的影响3 3、外圆直径（外圆圆度）、外圆直径（外圆圆度） 外圆直径表现出来的仍然主要是错位损耗，也表现出倾角损耗。而外圆直径表现出来的仍然主要是错位损耗，也表现出倾角损耗。而外圆圆度更表现为连接器多次插拨的稳定性，不同方向的方向性，不同外圆圆度更表现为连接器多次插拨的稳定性，不同方向的方向性，不同连接器间的互换性。连接器间的互换性。外径大小不匹配外径大小不匹配真圆度不匹配真圆度不匹配圆柱度不匹配圆柱度不匹配- 22 -四、插芯关键技术及对连接器性能的影响四、插芯关键技术及对

21、连接器性能的影响4 4、内孔直径（与光纤配合）、内孔直径（与光纤配合） 内孔直径是一个常被忽略但确是十分重要的指标。当然，由于光通内孔直径是一个常被忽略但确是十分重要的指标。当然，由于光通信行业正在高速发展，光纤需求量连续几年处于供不应求状态。行业对信行业正在高速发展，光纤需求量连续几年处于供不应求状态。行业对光纤直径的标准也是一变现再变。光纤直径的标准也是一变现再变。（1 1）光纤用于传输，对外径要求确实可以要求不高；光纤用于传输，对外径要求确实可以要求不高；（2 2）光纤用于跳线等接插头，要和插芯内孔配合，对光纤外径还是要提光纤用于跳线等接插头，要和插芯内孔配合，对光纤外径还是要提出要求。

22、出要求。 因此，包括内孔直径、外圆直因此，包括内孔直径、外圆直径、插芯同心度、光纤同心度，有径、插芯同心度、光纤同心度，有一个拟算公式一个拟算公式- 23 -五、插芯新标准制订的必要性探讨五、插芯新标准制订的必要性探讨1 1、总则总则1 1、活动连接器的标准在近几年根据需要，已进行修订。活动连接器的标准在近几年根据需要，已进行修订。 如：如： 而插芯原有的标准一直没有修订而插芯原有的标准一直没有修订, ,已然不太合适现有连接器的已然不太合适现有连接器的要求要求。2 2、IECIEC标准根据光纤活动连接器的指标需求，定义了不同级别的标准根据光纤活动连接器的指标需求，定义了不同级别的光纤活动连接器

23、，同时对应定义了相应连接器的几何指标。光纤活动连接器，同时对应定义了相应连接器的几何指标。3 3、中国的光纤通信正处于高速发展时期，可以说中国的连接器水中国的光纤通信正处于高速发展时期，可以说中国的连接器水平处于全球领先地位，全球连接器或连接器用的光纤陶瓷插芯有平处于全球领先地位，全球连接器或连接器用的光纤陶瓷插芯有70%70%以上由中国生产。因此，我国更需要注重实际使用，并从标准以上由中国生产。因此，我国更需要注重实际使用，并从标准上对连接器用光纤陶瓷插芯进行规范。上对连接器用光纤陶瓷插芯进行规范。- 24 -五、插芯新标准制订的必要性探讨五、插芯新标准制订的必要性探讨2 2、各指标、各指标（1 1）、）、同心度同心度 目前要求是目前要求是1.4um1.4um，而实际则需要更细化。，而实际则需要更细化。IECIEC标准就进行了标准就进行了A A、B B、C C、D D四级连接器对应不同的四级连接器对应不同的 同心度。同心度。（2 2）、）、内孔出射角内孔出射角 目前要求是目前要求是1717 ，而，而IECIEC标准有标准有0.20.2、0.30.3和和0.60.6 。（3 3）、）、内孔大小，如何来与光纤外径进行更好的配合。内孔大小，如何来与光纤外径进行更好的配合。（4 4）、）、对应连接器指标的分级和实