作者：張曉東

引言：
    在光纖出現(xiàn)的30多年時間里光纖在應(yīng)用中是懸浮的，但并沒有人提出光纖懸浮技術(shù)。直到近年以PLC和快接為代表的新型ODN網(wǎng)絡(luò)器件出現(xiàn)后，隨之出現(xiàn)了可以精確定位精確對接的光纖壓接技術(shù)，例如光纖陣列、光纖冷接連接器、現(xiàn)場組裝光纖連接器。與這些新技術(shù)比較，我們在此提出新型光無源器件的光纖懸浮技術(shù)，它既是傳統(tǒng)技術(shù)又是工藝上的創(chuàng)新，我們將以此為契機，探索光無源器件發(fā)展的新方向。

一、光纖懸浮技術(shù)
    隨著光纖技術(shù)向高密度、光電集成、冷接方向發(fā)展，對于多光纖在器件中的相對位置精度要求越來越高。目前光纖的對接技術(shù)主要是壓接技術(shù)，通過上蓋板將兩根光纖壓在V型槽中，實現(xiàn)光纖的對接。

    根據(jù)格里菲斯的微裂紋理論，在纖維表面上總是會存在著微裂紋，在大氣環(huán)境中發(fā)生慢裂紋生長，使裂紋不斷地擴大，使光纖的機械強度逐漸退化。當光纖表面有微裂紋（或缺陷）時，在受到外來應(yīng)力的作用，并不會立即斷裂，只有施加應(yīng)力達到裂紋的臨界值時，纖維才會斷裂。而石英纖維承受到一個小于臨界值的恒定應(yīng)力時，表面裂紋會發(fā)生緩慢的擴大，使裂紋的深度達到斷裂的臨界值而突然斷裂。
    在壓接技術(shù)中由于需要對光纖施加壓力因此光纖會產(chǎn)生一個應(yīng)變，這個應(yīng)變隨施加在光纖上的力不同而不同。遺憾的是盡管軸向拉力對光纖微裂紋生長的影響已經(jīng)被業(yè)內(nèi)研究的非常透徹了，但目前還沒有推算徑向壓力對光纖微裂紋生長影響的模型。
    在此情況下，為了預(yù)防和消除光纖在接續(xù)中的應(yīng)變對光纖的影響我們提出了光纖懸浮技術(shù)。
    光纖懸浮技術(shù)是指光纖懸浮在介質(zhì)中（如油膏、膠水等），側(cè)面不受壓力，通過油膏等非極性物質(zhì)與水等極性分子隔離，并用耐壓、抗拉的保護性外殼包裹，如光纜、光纖連接器、MPO、熔融拉錐的耦合器、DWDM等。可以說在光纖陣列和冷接器件出現(xiàn)之前全部光纖網(wǎng)絡(luò)中的無源部分是懸浮的。
    懸浮光纖解決了三個影響可靠性的重要問題，第一、光纖表面不會與水分子中氫氧基接觸，保證了光纖表面不會出現(xiàn)因化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的微裂紋。第二、光纖側(cè)面不會受到壓力。第三、軸向拉力主要作用在加強件上，光纖本身不會受到拉力。

二、影響光纖連接損耗的主要因素
    1、在光纖對接過程中，影響光纖連接損耗是主要有光纖之間橫向錯位、端面間隙。
    由于纖芯橫向錯位引起的損耗叫錯位損耗，它是光纖接續(xù)損耗的重要原因。

    單模光纖的傳輸模為高斯分布，其錯位損耗由下式表式：

    其中d 表示為兩對接光纖錯位的距離, 圖1.1表示錯位與損耗之間的關(guān)系曲線,圖1.2為纖芯錯位。

                                           圖2.1 錯位損耗關(guān)系曲線

                                            圖2.2 纖芯之間橫向錯位
    通過計算要想使損入損耗小于0.1dB,并假定2a=10μm，橫向錯位d=0.72μm.
    2、光纖端面間隙損耗
    在光纖端面連接處，由于端面存在間隙而引起的損耗叫端面間隙損耗。

                                           圖2.3 間隙損耗關(guān)系圖

                                         圖2.4 兩光纖之間的間隙
    經(jīng)計算光纖之間的間隙22.6微米時，間隙損耗為0.1dB。
    由上面計算可知，將光纖壓在V型槽陣列中，由于可以使得光纖變形，達到負公差。目前光纖外徑的標準差（平均值125μm±0.3 μm）和纖芯/包層同心度誤差（平均值為±0.1 μm），極限累加偏差為0.8 μm。因此不考慮光纖間隙損耗，壓接法基本可以達到0.15dB的對接損耗。
    由上可見光纖對接有兩種方式，一種是實現(xiàn)一個低于0.5μm正公差的精確導(dǎo)向，光纖在其中以懸浮方式對接，另一種是通過壓接方式使得光纖變形，達到負公差對接。而懸浮式對接需要對導(dǎo)向進行精確加工，因此實現(xiàn)起來更困難。

三、光纖懸浮技術(shù)的優(yōu)勢和應(yīng)用
    為提高光纖陣列和現(xiàn)場組裝光纖連接器的可靠性，使得光纖側(cè)面不受壓力，我們提出在上述兩種產(chǎn)品中實施懸浮技術(shù)。并制作了基于懸浮技術(shù)的現(xiàn)場組裝光纖連接器。

                     圖3.1基于光纖懸浮技術(shù)的現(xiàn)場組裝光纖連接器
    在此產(chǎn)品中，光纖懸浮在導(dǎo)向中側(cè)面不受壓力，裸光纖部分全部被阻水的匹配液保護。這樣做有兩個好處，第一、光纖的側(cè)面不再受到壓力，光纖不會產(chǎn)生應(yīng)變；第二、組裝更加方便快捷；第三、保證軸向拉力只作用在光纜上，接續(xù)點不受拉力。第四、裸光纖部分不受水分子侵。

                         圖3.2、100個現(xiàn)場組裝光纖連接器插入損耗數(shù)值（dB）
    經(jīng)測試可以符合目前市場上插入損耗0.5dB的要求。
    光纖懸浮技術(shù)未來的另一個重要應(yīng)用是在光纖陣列中，應(yīng)用這種技術(shù)光纖在光纖陣列中的狀態(tài)與光纖在陶瓷插芯和MPO插芯的狀態(tài)相同。希望可以幫助解決困擾行業(yè)的光纖陣列成品率低的問題并提高PLC的使用壽命。目前此項技術(shù)已經(jīng)申請專利并在進行研發(fā)。
    在目前無源器件各種產(chǎn)品已經(jīng)完全成熟并競爭激烈的大環(huán)境下，需要有一些新的技術(shù)出現(xiàn)成為拉動產(chǎn)業(yè)進步的新動力。我們提出光纖懸浮技術(shù)希望能夠成為行業(yè)的一個新方向。

作者簡介：
張曉東
   西比（湖州）通信科技有限公司副總經(jīng)理，有16年光纖行業(yè)研發(fā)和制造經(jīng)驗，12項光纖技術(shù)和光無源器件技術(shù)發(fā)明人。目前任西比（湖州）通信科技有限公司入戶光纜接續(xù)和布線產(chǎn)品負責(zé)人。