日本千葉理工學(xué)院教授Ryo Nagase從信息性介紹開始,重點介紹了關(guān)于推進多芯光纖連接器技術(shù)的研究。
從光通信領(lǐng)域最初出現(xiàn)時起,日本就一直引領(lǐng)著光通信技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)70年代發(fā)明的VAD方法極大地提高了性能,降低了光纖制造成本。該技術(shù)仍作為主流光纖制造技術(shù)在全世界廣泛使用。
20世紀(jì)80年代發(fā)明的物理接觸(PC)技術(shù)也為以更低成本實現(xiàn)更高性能的光學(xué)連接器做出了重大貢獻(xiàn),并且它仍然用于大多數(shù)類型的光學(xué)連接器。
這兩種用于構(gòu)建光網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)自從被引入市場以來已經(jīng)被公認(rèn)為主流技術(shù)超過25年,并且都被認(rèn)證為IEEE里程碑。
在日本,全國光纖電纜干線網(wǎng)絡(luò)于1985年建成,全球首個商用光纖到戶(FTTH)服務(wù)于2001年開通。2021年日本有3600萬FTTH用戶。世界范圍內(nèi)對通
信流量的需求持續(xù)增長,并且光通信系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了巨大的改進。20年來,通過一根光纖傳輸?shù)男盘柸萘吭黾恿思s10,000倍。
圖一:MU型MCF連接器中的歐氏耦合機構(gòu)
另一方面,目前用作最寬帶介質(zhì)的單模光纖(SMF)的理論極限為每根光纖100 Tb/s,如果流量需求繼續(xù)增加,人們擔(dān)心幾年內(nèi)就會出現(xiàn)容量短缺。
在此背景下,日本于2008年成立了“極其先進的光傳輸技術(shù)技術(shù)委員會(EXAT)”,旨在進一步擴大光纖傳輸能力。這是世界上第一個這樣的委員會,它闡明了空分復(fù)用(SDM)技術(shù)的概念。其中一項技術(shù)是使用多芯光纖(MCF)。與MCF建立光網(wǎng)絡(luò)需要新的方法,如MCF制造技術(shù)、MCF連接技術(shù)(熔接和連接器)、MCF和SMF互連技術(shù)以及MCF光放大技術(shù)。
本文介紹了最早由日本開發(fā)的MCF光連接器技術(shù)。
光連接器技術(shù)基礎(chǔ)
在SMF,光信號在大約10米的區(qū)域內(nèi)傳播,因此為了連接光纖,必須以優(yōu)于大約1米的高精度進行定位
另一方面,在光連接器中,外力可能通過光纜作用。特別地,在光通信網(wǎng)絡(luò)中,光連接器以高密度安裝在端子板上,并且在電話局中每天都要進行線路切換工作,因此在工作期間經(jīng)常會接觸到活動線路的電纜。即使有力作用在電纜上,連接性能也必須保持穩(wěn)定。
光學(xué)連接器殼體還通過物理接觸技術(shù)彈性變形,該物理接觸技術(shù)將套管壓在一起以保持穩(wěn)定的連接。這種變形可以達(dá)到幾十米,使得難以保證SMF所需的上述定位精度。為了避免這個問題,采用了一種浮動機構(gòu),其中光纖固定在一個套圈中,殼體的變形不影響光纖的定位。
如上所述,在日本開發(fā)的物理接觸技術(shù)和浮動機制成為隨后的光連接器技術(shù)的基礎(chǔ),并且這些技術(shù)被用于目前主流使用的SC型和LC型光連接器中。
圖二:SC型MCF連接器
MCF的光連接器技術(shù)
為了連接MCF,不僅需要使用浮動機構(gòu),還需要精確地調(diào)整圍繞光纖軸的旋轉(zhuǎn)角度。奧爾德姆聯(lián)軸器是一種滿足這些沖突條件的機構(gòu),它長期以來一直用于機械工程領(lǐng)域。該聯(lián)軸器的功能是準(zhǔn)確傳遞旋轉(zhuǎn)角度,即使存在軸錯位,但相反,由于軸錯位可能在不旋轉(zhuǎn)的情況下發(fā)生,因此有可能滿足MCF連接器的必要條件。
第一個用于MCF的實用光學(xué)連接器是2012年在日本開發(fā)的MU型MCF連接器(圖1)。通過應(yīng)用奧爾德姆的耦合機制,保持定位精度,包括旋轉(zhuǎn)角度。它具有即使拉伸載荷施加到電纜上,連接損耗也不會波動的特性。2019年,開發(fā)了一種SC型MCF連接器,通過簡化的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了相同的原理(2)(圖2)。將光連接器實際應(yīng)用于使用MCF的光通信網(wǎng)絡(luò)的工作正在進行中。
結(jié)論
在光通信領(lǐng)域,自該領(lǐng)域開始以來,日本對新技術(shù)的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。使用SMF構(gòu)建的當(dāng)前光通信網(wǎng)絡(luò)的容量限制已經(jīng)變得明顯,因此我們正在進行研究和開發(fā)以克服這一障礙。
在日本,我們開發(fā)了目前使用的光纖連接器的基本技術(shù),并且正在為MCF開發(fā)新的光纖連接器,這對于使用MCF構(gòu)建光纖網(wǎng)絡(luò)是必不可少的。
參考
R.Nagase,K. Sakaime,K. Watanabe和T. Saito,“MU型多芯光纖連接器”,在Proc。IWCS2012,17-2(2012年11月)。
K.Imaizumi和R. Nagase,“具有簡化結(jié)構(gòu)的SC型多芯光纖連接器”,在Proc。IWCS 2019,8-1 (2019)。
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