日本千葉理工學(xué)院教授Ryo Nagase從信息性介紹開始，重點(diǎn)介紹了關(guān)于推進(jìn)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(shí)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(shí)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(chǎng)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(guó)光纖電纜干線網(wǎng)絡(luò)于1985年建成，全球首個(gè)商用光纖到戶(FTTH)服務(wù)于2001年開通。2021年日本有3600萬(wàn)FTTH用戶。世界范圍內(nèi)對(duì)通信流量的需求持續(xù)增長(zhǎng)，并且光通信系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷了巨大的改進(jìn)。20年來，通過一根光纖傳輸?shù)男盘?hào)容量增加了約10，000倍。

圖一：MU型MCF連接器中的歐氏耦合機(jī)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(huì)出現(xiàn)容量短缺。

在此背景下，日本于2008年成立了“極其先進(jìn)的光傳輸技術(shù)技術(shù)委員會(huì)(EXAT)”，旨在進(jìn)一步擴(kuò)大光纖傳輸能力。這是世界上第一個(gè)這樣的委員會(huì)，它闡明了空分復(fù)用(SDM)技術(shù)的概念。其中一項(xiàng)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(hào)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(jìn)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(jìn)行線路切換工作，因此在工作期間經(jīng)常會(huì)接觸到活動(dòng)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(gè)問題，采用了一種浮動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中光纖固定在一個(gè)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(jī)構(gòu)，它長(zhǎng)期以來一直用于機(jī)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(cuò)位，但相反，由于軸錯(cuò)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(gè)用于MCF的實(shí)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(jī)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(huì)波動(dòng)的特性。2019年，開發(fā)了一種SC型MCF連接器，通過簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了相同的原理(2)(圖2)。將光連接器實(shí)際應(yīng)用于使用MCF的光通信網(wǎng)絡(luò)的工作正在進(jìn)行中。
結(jié)論

在光通信領(lǐng)域，自該領(lǐng)域開始以來，日本對(duì)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(jìn)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(duì)于使用MCF構(gòu)建光纖網(wǎng)絡(luò)是必不可少的。

參考
1. 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)。
2. K.Imaizumi和R. Nagase，“具有簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的SC型多芯光纖連接器”，在Proc。IWCS 2019，8-1 (2019)。