什麼是光纖連接器？淺顯易懂地講解結構、種類、拋光方法的基礎知識 |TOTOKU INC.

光連接器是支援高速、大容量光通訊的重要連接部件，起著高效、穩定地傳輸光訊號的作用。因為它們是決定光通訊品質的極其精確的組件，所以在使用光通訊系統時了解它們的類型、結構以及如何處理它們至關重要。

在本文中，我們將講解典型的單芯和多芯連接器的基本結構以及類型和特點。另外，我們也會詳細介紹影響通訊品質的重要因素PC/UPC/APC端面拋光的差異和特點，以及單芯和多芯的拋光流程。我們希望這將有助於加深您對光纖連接器的了解。

什麼是光纖連接器？

光連接器是精確連接光纖並以盡可能少的損耗傳輸光訊號的重要部件。

其主要特徵是不易受電磁幹擾，能夠處理高速、大容量的通訊。由於它可以處理比傳統金屬電纜更寬的頻帶，因此適用於視訊資料和雲端服務等大容量通訊。

然而，即使連接表面稍微錯位也會導致漏光或反射，從而降低通訊品質。因此，被稱為套圈的部件的加工精度和拋光效果極為重要。

如果安裝正確，它可以在從大型網路到醫療設備內部佈線的廣泛應用中實現高度可靠的光傳輸。

光連接器的基本結構

光纖連接器是保護光纖尖端並將其連接到正確位置的精密部件，主要由三個主要部分組成：套圈、連接器主體和匹配機構。

這些組件協同工作，提供穩定的連接，同時最大限度地減少光訊號損失。

下面讓我們仔細看看每個組件。

套圈
連接器主體
連鎖機制

套圈

插芯是光連接器的心臟，其作用是精確固定和保護光纖的尖端。

氧化鋯陶瓷因其尺寸精度高、機械強度高、對溫度變化穩定等特點，成為常用的材料。

這是因為光纖纖芯（傳輸光訊號的中心部分）非常細，即使最輕微的錯位也會導致嚴重的光損耗，因此必須以極高的精度固定光纖。

套圈的尖端被精密研磨成球形，以確保光纖的精確對準。

這種拋光的精度是影響光連接器的連接損耗、回波損耗等性能的關鍵因素。

連接器主體

連接器主體用於將套圈和光纖固定在一起。很多時候，外部的設計是為了保護內部免受衝擊，同時確保電纜的彎曲半徑。

根據用途和所需強度，使用工程塑膠和金屬等材料。

連接器主體通常具有鍵（突起）或鍵槽，以防止在錯誤的方向上連接，並且設計成只能在正確的方向上配合。

此外，一些連接器（例如 SC 連接器和 LC 連接器）具有稱為外殼的外部部分，該外殼可滑動或配備閂鎖機制，從而既能實現安全連接，又能輕鬆拆卸。

連接器主體的設計極大地影響了操作的簡易性和連接的可靠性。

連鎖機制

配接機構是將光連接器彼此之間、或光連接器與設備側適配器之間進行實體連接、固定的機構。此機制確保套圈尖端的光纖精確對接在一起，並保持穩定的光纖連接。

典型的配接方法包括 SC 和 LC 連接器中使用的「推拉法」、FC 連接器中使用的「螺絲法」以及 ST 連接器中使用的「卡口法」。

推拉方式具有出色的可操作性，因為只需將連接器推入即可鎖定，並且只需拉動外殼即可輕鬆移除。螺絲方法使用螺絲來擰緊並固定連接器，使其耐振動並提供穩定的連接。卡口法是透過推入並旋轉的方式來固定。

這些配合機制會根據光連接器的類型而有所不同，並根據各自的特性考慮使用環境和用途。一般情況下，對接機構要施加一定的彈簧壓力，以確保光纖芯線牢固地相對。

這種壓力使套圈黏在一起，從而減少光學損耗。保持連接器周圍區域清潔至關重要，因為骯髒的配合區域會導致彈簧壓力不均勻。

光纖連接器的種類及特點

光纖連接器的種類很多，根據所連接的光纖芯數、配接方法、拋光方法等不同而有所差異。

每個連接器都是針對特定的應用和環境條件而設計的，選擇正確的連接器是最大限度提高光通訊系統性能的關鍵。

在這裡，我們將了解典型的單芯和多芯連接器的特性。

<典型的單芯連接器>

SC連接器
FC連接器
ST 連接器
LC連接器

<典型的多芯連接器>

MPO/MTP 連接器

代表性單芯連接器

單光纖連接器是一種設計用於連接單一光纖電纜的光連接器。

由於其結構較簡單、易於操作，因此用途十分廣泛，例如LAN（區域網路）佈線、FTTH（光纖到府）室內佈線、連接各種光通訊設備等。

從單纖連接器的物理特性來看，插芯直徑一般為2.5mm或1.25mm，又可分為SC連接器、FC連接器、ST連接器，其中2.5mm為SC連接器，1.25mm為LC連接器。

它們具有連接穩定性、易於安裝和拆卸以及耐用性等不同特性，可用於各種用途。了解每種方法的優缺點將有助於您在設計網路時做出最佳選擇。

SC連接器

SC 連接器是一種單芯光纖連接器，具有方形外殼並以推拉方式配接。

由NTT開發，因其優異的可操作性和可靠性，被廣泛應用於室內佈線、FTTH（光纖到府）、CATV（有線電視）等光通訊系統。

這款產品的一大特點是使用方便；只需簡單推入即可輕鬆連接連接器，拉動外殼即可輕鬆移除。它還具有相對較高的連接密度，並被應用於許多設備和麵板。

另一方面，由於它的尺寸比LC連接器稍大，因此在需要更高密度安裝的情況下傾向於選擇LC連接器。

FC連接器

FC連接器是一種單芯光連接器，具有圓形金屬外殼和螺絲式配接機構。

由於採用螺絲牢固固定，因此耐振動和衝擊，適用於需要穩定連接特性的環境。這是一種自光纖通訊普及以來就已存在的老牌連接器，在電信業者的室外設施中經常見到。

套圈定位精度高，透過鍵（突起）唯一確定連接方向，實現穩定、低損耗的連接。但由於其安裝和拆卸較為困難，因此不適合需要經常維護的環境。知道一旦連接就會牢固固定，讓人安心，這是一個很大的優點。

ST 連接器

ST 連接器是一種單芯光連接器，具有圓形外殼和卡口鎖定機制（一種推入並旋轉以固定的方法）。

它主要用於使用多模光纖的 LAN（區域網路）系統和工業網路。卡口系統可以相對輕鬆地進行連接和拆卸，同時仍提供安全的連接。

然而，自從 SC 和 LC 連接器問世以來，它們在新系統中被採用的機會一直在減少。這是因為SC連接器操作更簡單，而LC連接器體積更小，更適合高密度安裝。如今，它通常用於現有設施和特定工業設備的維護等有限的目的。

LC連接器

LC 連接器是一種單芯光纖連接器，其尺寸約為 SC 連接器的一半，並具有推拉式配合機制。

該技術由朗訊科技（現為諾基亞）開發，體積小巧，廣泛用於需要高密度封裝的資料中心和電信設備內部的連接。

它也被用作SFP（小型可插拔）收發器等光模組的標準，在現代光通訊系統中發揮著非常重要的作用。

其主要特點是體積小，但具有與SC連接器同樣優異的光學性能和可操作性。這有助於設備的小型化和連接埠數量的增加，從而可以提高整個通訊系統的整合度。

代表性多芯連接器

多光纖連接器是一種可以同時將多個光纖連接在一起的光連接器。

由於它能夠大幅提高電纜佈線作業的效率，因此在需要處理大量光纖的資料中心幹線佈線、通訊設備內部等需要高密度實施的領域中得到越來越廣泛的應用。與使用多個單芯連接器相比，這具有顯著減少連接所需的時間和空間的主要優勢。

多光纖連接器的代表性例子是MPO和MTP。

MPO（多光纖推入式）連接器是一種多光纖連接器，可將多根以帶狀排列的光纖（通常為4芯、8芯、12芯、16芯、24芯、32芯等）連接在一起。

此連接器採用推拉式配合機制，可在小空間內實現高密度連接，尤其對於資料中心的伺服器和交換器之間的高速、大容量通訊不可或缺。

MTP 連接器是 USConec 生產的 MPO 連接器的高性能版本，具有更精確的組件和結構，可提供卓越的光學性能和機械耐久性。

這些連接器採用鍵控設計，以防止錯誤配接，並具有導銷（包含在公連接器中）以實現精確對準。雖然它對佈線工作的效率和密度有很大貢獻，但在處理和清潔時需要比單芯連接器更小心。

如何拋光光纖連接器

插芯端面的拋光方法是決定光連接器性能的一個非常重要的因素，特別是連接損耗和回波損耗。光訊號的傳輸效率很大程度上取決於光纖尖端如何精確且無間隙地相互接觸。

拋光方法有多種類型，每種方法都會產生不同的端面形狀和特性。
拋光方法主要有三種：

● PC拋光
● UPC拋光
● APC拋光

PC拋光

PC拋光是一種基本的拋光方法，旨在物理接觸光連接器的插芯端面。插芯的尖端被拋光成略微凸起的球形，以確保光纖尖端之間的可靠接觸。

這種球形使得纖維的中心首先接觸並對外圍施加壓力，防止纖維之間形成氣穴。

它已被廣泛應用於多種常見的通訊環境，其優點之一是相對容易實現且成本較低。對於短距離或對反射特性要求不太嚴格的情況，PC拋光性能通常就足夠了。由於各連接器製造商均將其作為標準產品提供，因此其分佈廣泛且具有易於獲得的拋光形狀。

UPC拋光

UPC拋光是一種先進的拋光方法，它改進了PC拋光，實現了更低的回波損耗（減少光反射的能力）。

其基本原理與PC拋光相同，即將插芯端面拋光成凸球形，以便進行物理接觸，但更精確的拋光技術和表面處理可以形成更光滑、更均勻的球面。這提高了光纖之間的黏合性，與 PC 拋光相比，回波損耗明顯改善，通常可達到 -50dB 或更好的優異值。

UPC拋光用於需要高訊號品質的應用，例如高品質數位訊號傳輸以及混合類比和數位訊號的系統，例如CATV（有線電視）。儘管與 PC 拋光連接器物理相容，但為了獲得最佳性能，建議將具有相同拋光的連接器配對在一起。

APC拋光

APC拋光是一種特殊的拋光方法，其中套圈的尖端以一定角度（通常約為8度）進行拋光。

這種傾斜角度是其最大的特徵，其設計使得在光纖末端產生的反射光不會返迴光纖的纖芯（光訊號傳輸的中心部分），而是逃逸到包層（圍繞纖芯的部分）。

這使得回波損耗保持極低，通常達到 -60dB 或更好的優異值。

APC拋光廣泛應用於容易受到反射光影響的類比訊號傳輸（例如某些CATV系統）、使用高功率雷射光源的系統以及FTTH（光纖到戶）。

由於PC拋光和UPC拋光的端面形狀不同，因此只有APC拋光的連接器才能連接在一起。混合和連接它們時要小心，因為這可能會造成重大損失。

光纖連接器拋光程序

為了最大限度地提高光纖連接器的性能，對套圈端面進行精確拋光至關重要。拋光過程的目的是使光纖尖端清潔、光滑，從而最大限度地減少光訊號的損失。

單芯連接器和多芯連接器的拋光程序在所使用的拋光工具和工藝方面略有不同。無論哪種情況，套圈端面都必須均勻地加工成所需的形狀。

這裡我們解釋每個拋光步驟的過程。

單芯連接器的拋光
多光纖連接器拋光

單芯連接器的拋光

單芯連接器的拋光集中在一個套圈上，從而更容易最大限度地減少錯位，但工作過程分為小步驟。

整體步驟如下：

將連接器連接到拋光支架
用粗糙的砂紙將末端形狀粗略打磨
換成細磨料片，使表面更光滑
最後用超微粒片對端面進行精加工，徹底清除刮痕和污垢。
用端面觀察顯微鏡檢查拋光情況，如果有問題則重新拋光。

從粗糙的磨料膜開始，去除多餘的黏合劑和纖維突起，然後逐漸換成更細的膜，以形成光滑、無刮痕的球形或斜面表面。

在每個步驟中保持恆定的拋光壓力非常重要，因為不均勻的壓力會導致端面傾斜或錯位。

拋光後，必須使用超音波清潔器或鼓風機清潔表面，以去除細小的灰塵和拋光碎屑。即使是最輕微的污垢或刮痕也會嚴重影響傳輸質量，因此必須仔細且長期地進行最終檢查。

一旦確認已獲得所需的光學特性（連接損耗和回波損耗），拋光過程就完成了。

多光纖連接器拋光

拋光多光纖連接器，特別是MPO/MTP連接器，需要同時均勻地對多根光纖的端面進行精加工，這比拋光單光纖連接器需要更先進的技術和專門的設備。

拋光時，利用專用夾具將多個連接器同時設置在拋光機上，並精確控制拋光壓力、時間、拋光軌跡等。