多芯光纤连接器技术的发展

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从光通信领域最初出现时起,日本就一直引领着光通信技术的发展。20世纪70年代发明的VAD方法极大地提高了性能,降低了光纤制造成本。该技术仍作为主流光纤制造技术在全世界广泛使用。

日本千叶理工学院教授Ryo Nagase从信息性介绍开始,重点介绍了关于推进多芯光纤连接器技术的研究

从光通信领域最初出现时起,日本就一直引领着光通信技术的发展。20世纪70年代发明的VAD方法极大地提高了性能,降低了光纤制造成本。该技术仍作为主流光纤制造技术在全世界广泛使用。

20世纪80年代发明的物理接触(PC)技术也为以更低成本实现更高性能的光学连接器做出了重大贡献,并且它仍然用于大多数类型的光学连接器。

这两种用于构建光网络的基本技术自从被引入市场以来已经被公认为主流技术超过25年,并且都被认证为IEEE里程碑。

在日本,全国光纤电缆干线网络于1985年建成,全球首个商用光纤到户(FTTH)服务于2001年开通。2021年日本有3600万FTTH用户。世界范围内对通信流量的需求持续增长,并且光通信系统已经经历了巨大的改进。20年来,通过一根光纤传输的信号容量增加了约10,000倍。

多芯光纤连接器技术的发展

图一:MU型MCF连接器中的欧氏耦合机构

另一方面,目前用作最宽带介质的单模光纤(SMF)的理论极限为每根光纤100 Tb/s,如果流量需求继续增加,人们担心几年内就会出现容量短缺。

在此背景下,日本于2008年成立了“极其先进的光传输技术技术委员会(EXAT)”,旨在进一步扩大光纤传输能力。这是世界上第一个这样的委员会,它阐明了空分复用(SDM)技术的概念。其中一项技术是使用多芯光纤(MCF)。与MCF建立光网络需要新的方法,如MCF制造技术、MCF连接技术(熔接和连接器)、MCF和SMF互连技术以及MCF光放大技术。

本文介绍了最早由日本开发的MCF光连接器技术。

光连接器技术基础

在SMF,光信号在大约10米的区域内传播,因此为了连接光纤,必须以优于大约1米的高精度进行定位

另一方面,在光连接器中,外力可能通过光缆作用。特别地,在光通信网络中,光连接器以高密度安装在端子板上,并且在电话局中每天都要进行线路切换工作,因此在工作期间经常会接触到活动线路的电缆。即使有力作用在电缆上,连接性能也必须保持稳定。

光学连接器壳体还通过物理接触技术弹性变形,该物理接触技术将套管压在一起以保持稳定的连接。这种变形可以达到几十米,使得难以保证SMF所需的上述定位精度。为了避免这个问题,采用了一种浮动机构,其中光纤固定在一个套圈中,壳体的变形不影响光纤的定位。

如上所述,在日本开发的物理接触技术和浮动机制成为随后的光连接器技术的基础,并且这些技术被用于目前主流使用的SC型和LC型光连接器中。

多芯光纤连接器技术的发展

图二:SC型MCF连接器

MCF的光连接器技术

为了连接MCF,不仅需要使用浮动机构,还需要精确地调整围绕光纤轴的旋转角度。奥尔德姆联轴器是一种满足这些冲突条件的机构,它长期以来一直用于机械工程领域。该联轴器的功能是准确传递旋转角度,即使存在轴错位,但相反,由于轴错位可能在不旋转的情况下发生,因此有可能满足MCF连接器的必要条件。

第一个用于MCF的实用光学连接器是2012年在日本开发的MU型MCF连接器(图1)。通过应用奥尔德姆的耦合机制,保持定位精度,包括旋转角度。它具有即使拉伸载荷施加到电缆上,连接损耗也不会波动的特性。2019年,开发了一种SC型MCF连接器,通过简化的结构实现了相同的原理(2)(图2)。将光连接器实际应用于使用MCF的光通信网络的工作正在进行中。
结论

在光通信领域,自该领域开始以来,日本对新技术的发展作出了重大贡献。使用SMF构建的当前光通信网络的容量限制已经变得明显,因此我们正在进行研究和开发以克服这一障碍。

在日本,我们开发了目前使用的光纤连接器的基本技术,并且正在为MCF开发新的光纤连接器,这对于使用MCF构建光纤网络是必不可少的。

参考
1. R.Nagase,K. Sakaime,K. Watanabe和T. Saito,“MU型多芯光纤连接器”,在Proc。IWCS2012,17-2(2012年11月)。
2. K.Imaizumi和R. Nagase,“具有简化结构的SC型多芯光纤连接器”,在Proc。IWCS 2019,8-1 (2019)。

责任编辑:庞桂玉 来源: 千家网
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