3.1 光连接器

光连接器（Connectors）是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸（活动）连接的器件，对这种器件的基本要求是使发射光纤输出的光能量最大限度地耦合进接收光纤。连接器是光纤通信中应用最广泛的光无源器件。连接器尾纤（即一端有活动连接器的光纤）用于和光源或光检测器耦合，构成发射机或接收机的输出或输入接口，也可以构成光缆线路或各种光无源器件两端的接口。连接器跳线（两头都有光纤活动连接器的一小段光纤）用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连，以构成光纤传输系统。

对连接器的主要要求是连接损耗（插入损耗）小、回波损耗大、多次插拔重复性好、互换性好、环境温度变化时性能保持稳定，并有足够的机械强度。当然价格也是一个重要的因素。因此，需要精密的机械和光学设计和加工装配，以保持两个光纤端面和角度达到高精度匹配，并保持适当的间隙。

3.1.1 活动连接器结构和特性

连接器的基本结构包括接口零件、光纤插针和对中三部分。光纤插针的端面有平面（Plane Contact, PC）、球面或斜面（Angled Physical Contact, APC）接触，如图3.1.1a所示。对中可以采用套管结构、双锥结构、V形槽结构或透镜耦合结构。光纤插针可以采用微孔结构、三棒结构或多层结构，因此连接器的结构也是多种多样的。采用套管结构对中和微孔结构光纤插针固定效果最好，又适合大批量生产，得到了广泛的应用，如图3.1.1b所示。两插头与转接器的连接有FC型、SC型和ST型。FC表示用螺纹连接，SC（Square/Subscriber Connector）表示轴向插拔矩形外壳结构，ST（Spring Tension）表示弹簧带键卡口结构。

通常采用的光纤活动连接器有FC/PC、FC/APC、SC/PC、SC/APC和ST/PC型。它们的结构特点和性能指标如表3.1.1所示。还有一种用于雷达天线旋转平台用的旋转光纤连接器，用光汇流环替代电汇流环，提高了上/下行信号的隔离度和可靠性，延长了汇流环寿命，实现了设备小型化。该光纤旋转连接器指标为：波长850～1650nm，插入损耗3dB，旋转光变化量1dB，通道隔离度50dB，反射损耗>30dB，最高转速100r/min。

【例3.1.1】APC连接器端面的倾斜角为何是8°

解：因为普通单模光纤的数值孔径典型值是0.13，由NA=sinθ_A，得到接收角θ_A=7.5°，所以8°倾斜角使反射光大于接收角，使反射光不会反射回去。

3.1.2 连接损耗

尽量减小连接损耗是连接器设计的基础。产生连接损耗的机理有两方面（见图3.1.2）。

首先，光纤公差引起的固有损耗，这是由光纤制造公差，如纤芯尺寸、数值孔径、纤芯/包层同心度和折射率分布失配等因素产生的。

其次，连接器加工装配引起的外部损耗，这是由连接器加工装配公差，如端面间隙、轴向倾角、横向偏移和菲涅尔（Fresnel）反射及端面加工粗糙等因素产生的。

3.1.3 光接头

光接头是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性（固定）连接。接头用于相邻两根光缆（纤）之间的连接，以形成长距离光缆线路。永久性连接一般在现场实施，这种连接是光缆线路铺设中的重要技术。

对接头的要求主要是，连接（接头）损耗小，有足够的机械强度和长期的可靠性和稳定性，以及价格便宜等。熔接损耗通常单模光纤为0.03dB，多模光纤为0.02dB，保偏光纤为0.07dB。

接头损耗的机理和连接器插入损耗相似，但不存在端面间隙和由菲涅尔反射引起的损耗，横向偏移和轴线倾角成为外部损耗的主要原因。和连接器相比，光纤公差产生的固有损耗相对占更大的比例。

1.热熔连接

把端面切割良好的两根光纤放在V形槽内，用微调器使纤芯精确对中，用高压电弧加热把两个光纤端面熔合在一起，如图3.1.3所示，用热缩套管和钢丝加固形成接头。接头的质量不仅受光纤公差而且受电弧电流和加热时间的影响。热熔连接方法在世界范围得到广泛应用。市场上有多种规格的自动控制熔接机，使用方便。

2.机械连接

用V形槽、准直棒或弹性夹头等机械夹具，使两根端面良好的光纤保持外表面准直，用热固化或紫外固化，并用光学兼容环氧树脂粘接加固。这种连接方法接头损耗大，因为纤芯对中的程度完全取决于光纤外径公差和机械夹具对光纤的控制能力。

3.毛细管黏结连接

把光纤插入精制的玻璃毛细管中，用紫外固化黏结剂固定，对端面进行抛光。在支架上用压缩弹簧把毛细管挤压在一起。调节光纤位置，使输出功率达到最大，从而实现对中，用光学兼容环氧树脂粘接形成接头。这种连接方法接头损耗很低。