摘要：随着光纤通信技术的推广应用，以及航空、航天、舰船等通信设备传输和处理的数据量日益增大，保密及抗干扰能力要求不断增强，促使新的军事通信装备中光纤传输逐步取代电缆传输。光纤连接器是光纤通信领域应用最广泛的无源光器件之一，已经被应用于军用光纤通讯领域中。因军用设备的工作环境存在特殊性，故对军用光纤连接器的性能提出了更高的要求，本文将对光纤连接器的主要设计技术进行探讨。

关键词：光纤连接器;技术;可靠性;设计

0 引言

上世纪70年代开始，光纤通信技术真正得到了应用和普及。自此，光纤通信技术以其通信容量大、抗干扰能力强、原材料来源丰富等特点而被广泛关注。

在光纤通信链路中，为了实现不同模块、设备和系统之间灵活连接的需要，必然产生各种各样的连接，光纤连接器的研发和应用就是为了保证光纤与光纤间的可靠连接应运而生的。军用光纤连接器做为通信网络的关键节点，它的性能对整个网络起着至关重要的作用。

1 军用光纤连接器主要性能指标

1.1 主要光学性能指标

1)插入损耗

插入损耗是指光纤中的光信号通过连接器后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。表达式见公式(1)，其中P1为输出光功率，P0为输入光功率。

相关军用标准中对军用光纤连接器插入损耗值进行了规定，如表1，为MIL-PRF-29504/4C中规定的插入损耗值。

2)回波损耗

又称反射损耗，是指光信号反射性能的参数，回波损耗描述的是光信号原路返回的量值，数值一般越大越好(即返回的越少越好)。表达式见公式(2)，其中Pr为输出光功率，Pi为输入光功率。

通常军用多模光纤连接器要求RL≥30dB，单模光纤连接器要求RL≥50dB。

1.2机械性能和环境性能

军用光纤连接器机械性能和环境性能指标主要包括：机械寿命、振动、冲击、工作温度、盐雾、潮湿、霉菌等。

军用光纤连接器工作温度范围一般要求为：-55℃～125℃，机械寿命通常要求不小于500次。温度、振动、冲击、盐雾、潮湿、霉菌等性能要求通常根据产品使用要求确定。一般军用光纤连接器使用时各项要求参照GJB 1919A-2009、GJB 1217A-2009、GJB 150A-2009等标准要求考核。

2 军用光纤连接器技术原理

光纤连接器的基本原理是采用某种机械和光学结构，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去。它主要由壳体、定位安装板、光纤接触件等部分组成。现阶段军用光纤连接器领域主要分为两种技术类别，一种是接触式光纤连接器，另一种是扩束型非接触式光纤连接器。扩束型非接触式光纤连接器是在接触式光纤连接器的基础上发展起来的，故本文以接触式光纤连接器为例，对军用光纤连接器技术进行探讨。

2.1军用光纤连接器简化模型

军用光纤连接器的简化模型如下图所示，其核心结构是对插的两个壳体中包含对接接触的光纤接触件，两个光纤接触件(插针、插孔)随着壳体的对接而对接，光纤插针接触件和光纤插孔接触件前端相互接触并保持一定的端面压力。

套管(往往集成在光纤插孔中)与两端接触件针体之间为高精度小间隙或小过盈配合，从而保证了插针中光纤之间的同轴度，两个插针体在外力(例如在接触件内安装弹簧，由弹簧提供外力)的作用下迫使光纤端面紧密接触，从而实现了光纤之间的物理对接。

图1 军用光纤连接器简化模型

2.2光纤接触件设计

无论哪种光纤连接器，光纤接触件都是光纤连接器的核心部件。与大多数电接触件圆周接触式传导不同，光纤接触件利用陶瓷套管将光纤的两个端面精密对接起来，实现光纤端面物理接触，并通过对端面抛光研磨实现最优的光学性能，使光信号沿光纤从端接件一端进入另一端。

图2 光纤接触件图示

2.2.1传输模式设计

传输模式是指光在光纤中的传输方式(电磁场分布形式)。常用的通信光纤模式分为单模与多模，单模多用于长距离传输，多模多用于短距离传输。光纤结构如下图所示，单模光纤,纤芯/包层直径一般为9/125um，多模光纤常用的分为62.5/125或50/125两种形式。

图3 光纤结构图示

在进行光纤接触件设计时，相互对接的两端光纤模式必须匹配一致，否则会产生芯径失配引起的附加损耗。

2.2.2端面面型设计

光纤接触件面型分为PC(球面研磨)与APC(斜球面研磨)。APC研磨后，光沿原路返回的反射光束大大减少，有助于提高连接器的回波损耗。在设计时，需要根据用户使用要求，对光纤接触件端面面型进行设计。同时需要注意，PC与APC不能互换对接使用。

2.3可靠性设计

军用光纤连接器需要长期使用在振动、冲击等环境中，所以光纤连接器的可靠接触是必须保证的，与之相对应的弹性机构、定位机构、防护机构等可靠性设计是不可忽视的。

2.3.1弹性机构的可靠性设计

为保证光纤连接器在振动、冲击环境下能保证有效接触，除了为连接器锁紧机构设计防松结构，还要对光纤接触件的弹性机构即弹簧进行合理设计。标准MIL-PRF-29504、ARINC801等中的光纤接触件，均有弹性结构。

如下图所示，弹簧是保证可靠接触的优选方案之一。设计弹簧时，应尽量选用等节距弹簧，这样可以保证弹簧力成线性关系，并且能保证光纤插孔装配后的同心度，装配后的弹簧在非工作状态下，弹簧力的预紧力应大于陶瓷套筒的插拔力。合理性的弹性设计，可有效避免光纤连接器在振动、冲击环境下光信号瞬断的现象，从而提高军用光纤连接器的可靠性。

图4 光纤接触件对接示意图

2.3.2定位机构的可靠性设计

在光纤连接器设计时，增加定位销、引导键槽等定位机构来保证光纤接触件在对接过程中通过引导实现准确连接，从而减少因为定位不准引起的陶瓷插芯碎裂、光纤插损偏大等问题。同时光纤接触件也可以进行定位功能设计，以防止光纤接触件在连接器内转动，从而减小或避免光纤连接器在对接过程中以及振动、冲击等环境下光纤接触件陶瓷端面因相互转动而形成的磨损、划伤。

ARINC801标准的光纤连接器则采用了定位销结构和两端可以浮动的具备防转功能的光纤接触件，具有更好的光学性能，如下图所示。

图5 ARINC801标准光纤连接器图示

2.3.3防护设计

良好的防护设计，也是提高光纤连接器可靠性的方法之一。众所周知，光纤连接器产品对清洁度要求较高，细小的灰尘都能对光信号传输造成较大的影响，所以必须对光纤连接器进行防尘机构设计，如为产品设计防尘保护盖、专用清洁器等。同时，还应该根据所匹配的光纤线径为军用光纤连接器设计封线体，以保证光缆集束可靠和耐潮湿环境等。

2.4 精度匹配设计

军用光纤连接器往往是将多个光纤接触件集成在一个连接器中，对精度的要求往往更加严格。所以在设计军用光纤连接器时，应对各个配合尺寸进行严格的计算，包括但不限于零件精度、孔位精度、孔腔同轴度、接触长度等。径向尺寸精度过低(如孔位精度和孔腔同轴度)会引起光纤错位损耗和倾斜损耗，而零件轴向尺寸精度要求过低，则会导致接触长度不足(间隙损耗)或过量接触(导致连接器缩针现象)。

精度设计方面，除了尺寸公差设计，还可以从面向产品装配的角度进行简化设计。从公差累计的角度来看，尺寸链的数目越少，装配关系越简单，累计的公差越小，所以在设计产品时，在满足产品性能及生产工艺的前提下，可以尽量的减化装配关系。

2.5 产品通用化、系列化、组合化设计

由于军用光纤连接器的特殊性，所以在进行产品设计时，除了需要进行产品结构、参数等方面的考虑，同时也需要考虑产品的标准化、系列化、组合化设计，包括光纤接触体的标准化设计;连接器轴向、径向定位尺寸一致性等系列化、组合化设计。

例如，美军标MIL-PRF-29504对可安装于美军标MIL-C-38999电连接器外壳中的16#光纤接触件进行了规定。而采用了MIL-PRF-29504标准的光纤接触件可以在J599系列电连接器基础上制得光纤连接器，或者与电接触件一起实现光电混装连接器。

3 结束语

随着光纤通信技术的发展，光纤连接器被广泛的应用于军事领域中。而由于军用装备使用环境的特殊性，所以对光纤连接器的光学性能、机械性能、耐环境性能等提出了更高的要求，本文对军用光纤连接器技术进行了简要分析，仅是抛砖引玉。

低插损、高回损、高密度是光纤连接器的未来发展方向，但是如何提高光纤连接器可靠性和耐极端环境性能，才是决定军用光纤连接器广泛应用的关键，也是军用光纤连接器未来发展的重中之重。相信随着科学技术的发展，军用光纤连接器也必将会迈上新台阶。

参考文献：

Joseph,C.,Palais,光纤通信(第五版)电子工业出版社，2015-6;

李华强.军用光纤连接器技术近期发展动向【J】.光通信技术，2015(3)：21-23.