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从MT看光纤连接器发展现状及动向
发布时间:2013-7-29 0:00:00

一、引言

——光纤光缆技术的发展使光纤离最终用户越来越近,人们对较短链路的需求日益增大,连接器用量也大大增加。据预测未来5年内全球光纤连接器市场消费额将以23%的年增长率增长,到2007年消费额将达19.6亿美元。从日本光纤连接器的生产状况来说,99年1-12月间累计生产金额157亿9100万日元,生产数量达3196万个(97年月平均生产216万个,98年222万个,99年266万个),但仍供不应求。另一方面,用户通信网规模的扩大、WDM的普及、TeleCom/DataCom的光化乃至多媒体大容量信息处理设备的发展均推动着光缆向多芯、高密度方向深入发展,多芯光缆需要用多芯光连接器进行连接,正是因此,应运而生的MT连接器在市场上拥有不断扩大的用户群并以日本光通信网为中心而被广泛应用于多种领域。目前世界各大公司均在加速开发MT系列连接器并积极投入市场。下面主要以藤仓公司为例对此加以介绍。

二、MT技术

——MT连接器是NTT公司为接续多芯带状光纤而开发出的、采用塑料套管的一种光连接器,具有优良的高密度安装能力且成本较低。在此基础上,NTT提出了小型MT方案AMP提出了MT-RJ方案。此外,NTT开发的MPO、AMP的MPX、USConec的MTP及Hirose的MD等也属于该连接器系列。目前NTTIE着
力改善该系列产品,其高精度标准(master)连接器、低损耗MT连接器、迭层式多芯集中连接器、设备用MBP连接器均已进入实用阶段,他们还开发出了集中接续光波导与光纤的技术,重大技术成果是MT连接器经济化技术、带安全锁的小型MT连接器等。

——MT连接器的基本机理是用两根导向销精密地在套管内确定好光纤位置,再用夹箍施压挟持住对接部分从而保持接续状态稳定。MT套管大致分为四种:1)小型MT套管——端面尺寸W4.4mm×H2.5mm,最大容纳4根光纤,其中光纤间隔0.75mm的小型双芯套管已实际运用于MT-RJ
连接器(如下节所述)及Mini-MPO连接器,预计需求将会日益扩大。2)4芯、8芯类普通MT套管——端面尺寸W6.4mm×H2.5mm,最大容纳12根光纤。3)16MT套管——端面尺寸W8.4mm×H2.5mm,可按0.25mm间隔集中接续16根光纤。4)二维MT套管——在端面尺寸W6.4mm×H2.5mm或W8.4mm×H2.5mm的MT套管内沿水平及垂直方向(从套管端面看光纤槽口为二维平面状排列,从粘合剂填充窗口看套管内部的光纤引入槽呈阶梯状排列)大致以0.25mm等间隔排列光纤槽,这样利用普通W6.4mm×H2.5mm MT套管最大可容纳60根光纤,它还适用于MPO连接器和MPO底板连接器,安装密度极高,其中16芯二维MT套管是普通16芯MT套管安装密度的1.3倍,60芯、80芯二维MT连接器则是普通12芯MT连接器安装密度的5倍。MT连接器关键技术包括塑料成型套管、金属导向销、套管端面研磨抛光技术和检查技术等,对精度的要求极高。套管一般按照金属铸模结构采用传递模塑法或注入成型法,由模槽前方的V型槽确定及固定中心销位置而制造成型,二维MT套管则采用经加工好穴位的部件来确定中心销位置即采用基准洞穴方式定位成型(基准洞穴的位置精确度在0.25μm以下)。

——在二维MT连接器方面,藤仓已开发出了16芯MT连接器(在导向销洞穴中心线上排列8纤槽口,垂直方向上再横向排列8纤,即8×2)、24芯MT连接器(上下间隔0.5mm、以导向销洞穴中心线为轴对称排列2行12纤槽口,即12×2)、60芯MT连接器(在垂直方向上排列5行12纤槽口,即12×5)及80芯MT连接器(在W8.4mm×H2.5mm端面上排列5行16纤槽口,即16×5)。他们利用单模光纤进行了光学特性评估,发现这种连接器特性良好且与排列状态无关:16芯、24芯、60芯及80芯连接器的平均接续损耗分别为0.23dB、≤0.23、≤0.25dB和0.346dB左右;试验采用折射率匹配剂后平均反射衰减量约50dB;采用夹箍接续法连续插拔500次后接续损耗变化<0.2dB且端面无明显损伤在-40℃~+70℃温度循环试验中接续损耗变化<0.2dB。

——另外,在OFC'99会议上美国ヲブィアント公司提出的在MT连接器内插入聚合物波导的方法值得一提,其波导长1cm,锥形(taper),纤芯直径一端为5μm,另一端100μm。利用这种方案可以仅通过转换聚合物波导、导向销和夹箍而充分运用现有MT技术来进行单模MT连接器与多模MT连接器的相连以及VCSEL阵列与光纤阵列的连接。

三、SFF趋势中的佼佼者MT-RJ技术

——1、SFF趋势

——与97年1-12月相比,1998年同期日本的光纤连接器生产数量增长了3%,但生产金额却降低了12%,单价大大降低,这固然有国际市场激烈竞争的因素,但总的来说98年连接器行业最大焦点并非价格的降低,而是所谓的SFF浪潮。到99年日本光连接器市场回升乃至一片光明,可以说除TeleCom、DataCom光化影响外,SFF连接器开始批量生产亦是市场推动力之一,功不可没。

——SFF(Small Form Factor)趋势:近年来以美国为中心,对下一代光接口SFF化的呼声日益高涨,新式光纤连接器的研究开发相当活跃,尤以97年TIA TR-41-8.1评估中5种光连接器(具体方案有LC、VF-45、MT-RJ、SC/DC和OPTI-JACK,其中前三种较有前途)为起点,由于TIA与EIA无法决定商业大楼布线标准TIA/EIA-568A而暂搁置成“悬案”,此后各方案竞争激烈并出现了几种处于明显优势的连接器类型(将在下文给以叙述)。这种趋势覆盖光连接器和光收发信机,以双芯
为标准单位,旨在大幅度减小目前使用广泛的网络双联式(duplex)SC光收发信机的体积,并在这种与模块化插孔同等尺寸的截面上实现高密度光纤安装。

——目前已有不少搭载MT-RJ光连接器和光收发信机的网络机器相继问世,OFC'99会议焦点展出了LC连接器、MT-RJ和VF-45高密度光连接器、光收发信机以及相关研磨机和测试器等,AMP也已开始出售1.25Gbps以太网/光纤信道MT-RJ光收发信机、10BASE-FL小型MT-RJ光收发信机并已着手开发系列(最高达10Gbps)超高速光收发信机。总而言之,SFF已成为评将继续成为光纤连接器的强力发展方向。

——2、MT-RJ连接器概述

——MT-RJ起步于NTT开发的MT连接器,截面尺寸不到SC双联式光连接器的一半,带有与RJ-45型LAN电连接器相同的闩锁(latch)机构,通过安装于小型套管两侧的导向销对准光纤,为便于与光收发信机相连,连接器端面光纤为双芯(间隔0.75mm)排列设计,是主要用于数据传输的下一代高密度光连接器。率先提倡MT-RJ的AMP已与HP、藤仓、Siecor、USConec五家公司结成联合阵营共同推进MT-RJ事业,至98年10月止已有30多家网络机器、连接器相关厂商表明支持MT-RJ,目前美国在这一领域处于相对优势。而藤仓作为供应MT-RJ连接器/套管最多的厂家,在业务上处于领先地位,是MT-RJ联合阵营的中心成员,它能生产除导向销之外的、由套管到外壳的整套MT系列连接器,目前正在开发连接软线、MT-RJ吉比特以太网光收发信机,尤其在制造多模用MT-RJ套管时,工艺由传统的传递模塑法转向使用热塑性材料(PPS)的注入成型法;批量生产能力明显提高。

——MT-RJ连接器制造业中最主要的是树脂套管和金属导向销,此外,安装阶段的端面研磨也是主要课题之一,普通MT连接器只需采用平面(flat)研磨和折射率匹配剂,而对MT-RJ来说,为使两光纤对准连接,必须使光纤突出于套管端面2μm左右。人们经常选用USConec、NTT-AT或日本精工技研的研磨机进行处理。

——3、藤仓的MT-RJ连接器和可简易安装的MT-RJ连接器

——藤仓生产的MT-RJ光连接器端面经高精度研磨抛光成平面PC端面,不需折射率匹配液即能实现低损耗(在SM光纤上平均接续损耗0.13dB;在GI光纤上平均0.02 dB)低反射(在SM光纤上反射衰减量40dB以上)连接,光纤物理接触可靠。SM光纤MT-RJ连接器在插拔500次后接续损耗变化(0.12dB;在-40℃~85℃温度环境下接续损耗变化≤0.05dB。由于实现低损耗轴心偏移要尽量减小套管上的光纤孔偏心量以及导向销与导向销穴之间的间隙,他们在平均光纤孔偏心量小于0.25μm的套管铸模上严格制出小型双芯套管,再通过合理设计连接器端面形状(减少加工变质层的生成),能最终制成平均接续损耗0.1dB,反射衰减量≥50dB的高质量MT-RJ连接器。

——此外,藤仓还开发出了能进行简易装配的MT-RJ光连接器,在套管上设计有多芯机械接头,插头部分mini-MT套管内还设有端面已经PC研磨抛光好的光纤。具体安装顺序为对光纤进行预处理(剥去涂层、切割)→从外部把楔子插入MT机械接头部分,解除箔制→使插入光纤与内设光纤相互对准→拔掉楔子,机械接头部分夹持住光纤→安装外壳及尾部元件。由于现场安装时无需再研磨抛光和粘结,整个安装过程仅需2分钟左右。一对标准连接器的平均接续损耗仅0.25dB。

四、从MT-RJ看光纤连接器现状

——在MT-RJ联合阵营内部,MM(多模)-SFF连接器似乎已定位在MT-RJ上;此外在SM(单模)-SFF方面,专家曾就MT-RJ、VF-45及LC连接器进行分析并举出典型例,其中日本出品的MT-RJ平均
损耗0.044dB,最大损耗0.05dB,远远低于允许值0.5dB;LC连接器平均损耗0.01dB,最大0.05dB;VF-45平均损耗0.445dB,最大0.72dB。同时MT-RJ的价格较LC的更低。由于MT-RJ与LC连接器在实用方面不相上下,很可能会出现两者处于共存局面。但实际上本质属于SM-SFF的LC在单模市场上仍比竞争对手MT-RJ多出很多市场份额,预计每月供应量达100万台以上,LC的推进者Lucent的LC连接器供应量也将增至3-5倍。目前Lucent正积极进一步进行技术改革,还计划将这种连接器搭载于Cajun(LAN switch)产品上。总的来说,北美出现了TeleCom用光连接器归属LC,而DataCom市场归属MT-RJ的趋势。但目前亟待解决的课题仍是要进一步降低成本以适应市场需求。另外,也有公司如住友3M从光纤连接器综合性能以及从没有哪一种光连接器能囊括所有市场来考虑,在着重开发LC的同时也把对VF-45的开发提上日程。

——确实,由于光纤连接器的结构在很大程度上要受光收发信机收发光部分结构的支配,同时由于光收发信机厂家与连接器厂家结成联合,单从光连接器这一方面决定最终究竟哪一种连接器更具优势是远远不够的。即使将来标准出台,恐怕在相当一段时间内仍会处于多种连接器共存局面。据美国Fleck研究公司预测,连接器行业今后增长最快的是双向/多芯连接器(总销售额将由98年的8600万美元增至2003年的2.87亿美元),最热门的是MT-RJ、VF-45和LC等基于第三代连接器的互连器件,到2003年这三种连接器的市场将分别达到7100万美元、5600万美元和1.11亿美元。

——此外,在高密度单芯光连接器方面,以北美为中心的LC与以NIT为中心的MU连接器亦竞争激烈,这也代表了光纤连接器业内的一种趋势。这两种连接器均采用Φ1.25mm套管,安装密度是SC式的2倍以上,可用于要求优良接续性能的TeleCom,也可用于要求低价位的DataCom(MM用)。专家认为在性能方面MU较优良,在简易安装方面LC更胜一筹。LC是唯一能现场调整光通量的SFF连接器且当受横向压力时连接器结构能把到达套管(可选用氧化锗或结晶化玻璃制成)套筒上的压力调整至最低限度,实力很强。据Lucent乐观估计,到2003年LC连接器将成为世界上使用量最多的光连接器。另一方面,MU的推进者NTT现阶段的单芯连接器生产也正由SC向MU重点转移,MU连接器在开发上占有先机,技术已较为成熟,只是由于价格问题,它在北美等国际市场尚未普及,因此NTT仍将致力于低成本改革。以DWDM为中心的TeleCom领域亦有广泛选择MU的趋势,而且由于DataCom领域中基干线也要向宽带、大容量传输方向发展,线路质量要与TeteCom的相一致,势必也需大量选用高质量MU连接器。因此,最终究竟哪一方肚出仍有待市场观察选择。

五、结束语

——综上所述,本文主要以藤仓为例,从MT连接器出发介绍了光纤连接器业内新一代技术发展现状及动向,旨在跟踪国际先进技术,为国内从业技术人员提供一些有价值的参考依据。另外,据某外国公司预测,中国将成为世界上增长最快的光缆组件和光纤连接器市场(交货量将从98年的1.94亿美元增长到2003年的3.57亿美元,复合年增长率12.9%)。(《网络电信》2000.06

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