光纖旋轉連接器?研制狀況

風力發(fā)電、雷達系統、艦艇系統、火控系統、車輛系統、光電經緯儀、直升機、飛機、無人機、衛(wèi)星、飛船、潛艇、無人潛水器、石油平臺、聲納探測設備、水聽器、醫(yī)療CT、工業(yè)機器人、高空氣球、包裝設備、周視平臺、視頻監(jiān)控系統、物料輸送系統、遠程機械遙控、工業(yè)傳感器等高速視頻、數字、模擬信號的傳輸和控制。

自上世紀70年代初開始，國外就逐步開展光纖旋轉連接頭的研究和開發(fā)，美國一些軍用部門，如國防武器系統研究實驗室、海軍武器中心、海軍研究實驗室和航空航天局路易斯研究中心等都對其進行了可行性研究和開發(fā)計劃。1989年美國海軍公布了艦船用光纖旋轉連接頭的軍用規(guī)范 MIL-R-24727 和兩篇分規(guī)范。在目前的國際市場上，有多家公司推出了多款旋轉連接器產品和專利。

國內對旋轉連接器的研究是從上世紀90年代初期開始的，1991 年機電部三十四研究所季伯言在光通信技術中發(fā)表的《光纖旋轉連接器》，是國內最早發(fā)表的有關旋轉連接器的文獻。1992年機電部二十三所寇秉成提到了幾種結構方案，可看成是對當時光纖旋轉連接器技術的整體概述。此后，有關研究單位對此技術進行了研究，但并沒有取得突破性進展。直到九十年代末期，國內的一些實驗室中相繼研制出單通道和多通道的光纖旋轉連接器。

2010年以后國內的光纖旋轉連接器技術有了較大發(fā)展，學術論文研究成爆發(fā)趨勢。部分企業(yè)單位和研究所開始推出系列產品，經過6年的實際使用，國產光纖旋轉連接器已經趨于成熟，與進口產品的差距已經很小。由于進口產品存在價格昂貴、生產周期長、售后服務困難等原因，國產光纖旋轉連接器發(fā)展迅速，不但在國內逐步增加市場份額，還迅速轉向國外市場，與國外老牌廠商形成競爭。

2016年，國內小型化光纖旋轉連接器獲得突破性進展，已有最小光纖旋轉連接器，其外徑可小于6.0mm，小于原先的6.8mm。請參考專利《基于光纖準直器調節(jié)結構的光纖旋轉連接器》。2017年，在該專利基礎上進一步拓展，七通道光纖旋轉連接器實際產品直徑可小于43mm，請參考《小型化多通道光纖旋轉連接器》。

與傳統的電連接器相比，光纖旋轉連接器有以下優(yōu)點：

1、使用光進行信號傳輸，無電磁泄漏，保密性好，抗電磁干擾。

2、無接觸傳輸，無磨損，壽命長，可達500萬轉。無摩擦，可在易燃易爆的環(huán)境中使用。

3、傳輸帶寬遠遠大于電連接器，與波分復用器配合使用，更可以成倍提高帶寬。

4、允許轉速高，最高可達上萬轉每分鐘。

1、按工作原理可分為有源光纖連接器、無源光纖連接器。有源器件體積較大，抗干擾能力較差，傳輸信道少。

2、按照通道數可分為單通道、雙通道和多通道。多通道光纖旋轉連接器傳輸信號的容量大，可以實現雙向傳輸，不過它體積較大，結構相對復雜。

3、按照所使用的光纖的不同可分為單模光纖旋轉連接器和多模光纖旋轉連接器兩種。

4、其它分類，有采用空間紅外技術的光纖旋轉連接器以及采用波分復用技術的光纖旋轉連接器等。

光纖連接器的性能，首先是光學性能，此外還要考慮光纖連接器的互換性、重復性、抗拉強度、溫度和插拔次數等。

（1）光學性能：對于光纖連接器的光性能方面的要求，主要是插入損耗和回波損耗這兩個最基本的參數。

插入損耗（InsertionLoss）即連接損耗，是指因連接器的導入而引起的鏈路有效光功率的損耗。插入損耗越小越好，一般要求應不大于0.5dB。

回波損耗（ReturnLoss,ReflectionLoss）是指連接器對鏈路光功率反射的抑制能力，其典型值應不小于25dB。實際應用的連接器，插針表面經過了專門的拋光處理，可以使回波損耗更大，一般不低于45dB。

（2）互換性、重復性

光纖連接器是通用的無源器件，對于同一類型的光纖連接器，一般都可以任意組合使用、并可以重復多次使用，由此而導入的附加損耗一般都在小于0.2dB的范圍內。（3）抗拉強度

對于做好的光纖連接器，一般要求其抗拉強度應不低于90N。

（4）溫度

一般要求，光纖連接器必須在-40oC~ 70oC的溫度下能夠正常使用。

（5）插拔次數

使用的光纖連接器基本都可以插拔l000次以上。

標注解讀： 在表示尾纖接頭的標注中，我們常能見到“FC/PC”、“SC/PC”等，其含義如下：

“/”前面部分表示尾纖的連接器型號，說明見前述。 “/”后面表示光纖接頭截面工藝，即研磨方式。 光纖連接器端面接觸方式有PC、UPC、APC型三種。 　PC——Physic Contact，原意是物理接觸的意思，插針體端面為物理端面；UPC——Ultra Physical Contact，插針體端面為超級物理端面；APC型——Angled Physical Contact，插針體端面為角度物理端面；三者的區(qū)別除了物理不一樣以外，還有回波損耗，即反射損耗（性能）不一樣。PC多模光纖沒有APC型。 "PC”在電信運營商的設備中應用得最為廣泛，其接頭截面是平的。 "UPC”的衰耗比"PC”要小，一般用于有特殊需求的設備，一些廠家光連接設備內部跳線用的就是FC/UPC，主要是為提高設備自身的指標。 "APC”多用在廣電和早期的CATV系統中，因為APC采用了帶傾角的端面，可以改善電視信號的質量，主要原因是電視信號是模擬光調制，當接頭耦合面是垂直的時候，反射光沿原路徑返回。由于光纖折射率分布的不均勻會再度返回耦合面，此時雖然能量很小但由于模擬信號是無法徹底消除噪聲的，所以相當于在原來的清晰信號上疊加了一個帶時延的微弱信號，表現畫面上就是重影。尾纖頭帶傾角可使反射光不沿原路徑返回。一般數字信號一般不存在此問題。