先进的多芯光纤连接器技术

从光通信技术刚出现之日起，日本就一直引领着光通信技术的发展。1970 年代发明的 VAD 方法极大地提高了光纤的性能并降低了制造光纤的成本。该技术仍作为主流的光纤制造技术在世界范围内广泛使用。

1980 年代发明的物理接触 (PC) 技术也为以更低的成本实现更高性能的光连接器做出了重大贡献，并且它仍然用于大多数类型的光连接器。

这两项构建光网络的基础技术自推向市场以来已被公认为主流技术已超过 25 年，均获得 IEEE Milestone 认证。

在日本，1985 年完成了全国性的光缆干线网络，2001 年开始了世界上第一个商用光纤到户(FTTH)服务。2021 年日本有 3600 万 FTTH 用户。对通信流量的需求在全球范围内不断增加，光通信系统也发生了很大的改进。通过单根光纤传输的信号容量在 20 年内增加了约 10,000 倍。

图 1. MU 型 MCF 连接器中的 Oldham 耦合机制

另一方面，目前用作最宽带介质的单模光纤 (SMF) 的理论极限为每根光纤 100 Tb/s，如果流量需求继续增加，有人担心容量紧缩将几年内发生。

在此背景下，日本于2008年成立了“极先进光传输技术技术委员会(EXAT)”，意在进一步扩大光纤传输能力。这是世界上第一个这样的委员会，它阐明了空分复用(SDM)技术的概念。一种这样的技术是使用多芯光纤 (MCF)。用MCF构建光网络需要新的方法，如MCF制造技术、MCF连接技术(熔接和连接器)、MCF和SMF互连技术、MCF光放大技术。

本文介绍了日本首创的用于MCF的光连接器技术。

光连接器技术基础

在 SMF 中，光信号在约 10 µm 的区域内传播，因此要连接光纤，必须以优于约 1 µm 的高精度进行定位。

另一方面，在光连接器中，外力可能通过光缆作用。特别是在光通信网络中，光连接器高密度地安装在终端板上，电话局每天都在进行线路交换工作，因此在工作中经常会接触到现用线路的电缆。即使对电缆施加力，连接性能也必须保持稳定。

光学连接器外壳也通过物理接触技术发生弹性变形，将套圈压在一起以保持稳定的连接。这种变形可达几十μm，难以确保上述SMF所需的定位精度。为了避免这个问题，采用了浮动机构，其中固定光纤的插芯浮动，并且外壳的变形不会影响光纤的定位。

如上所述，日本开发的物理接触技术和浮动机构成为后续光连接器技术的基础，这些技术用于目前主流使用的SC型和LC型光连接器。

图 2. SC 型 MCF 连接器

用于 MCF 的光连接器技术

为了连接 MCF，不仅需要采用浮动机构，还需要精确对齐围绕光纤轴的旋转角度。奥尔德姆联轴器就是满足这些矛盾条件的一种机制，在机械工程领域早已得到应用。该联轴器的作用是即使发生轴偏心也能准确地传递旋转角度，但反过来说，即使不旋转也会发生轴偏心，因此有可能满足MCF连接器的必要条件。

用于 MCF 的第一个实用光连接器是 2012 年在日本开发的 MU 型 MCF 连接器(图 1)。通过应用奥尔德姆的耦合机构，保持定位精度，包括旋转角度。它具有即使对电缆施加拉伸载荷，连接损耗也不会波动的特性。2019年开发出SC型MCF连接器，以简化结构实现相同原理(图2)。使用 MCF 将光连接器实际应用于光通信网络的工作正在取得进展。

结论

在光通信领域，日本自该领域开始以来就为新技术的发展做出了重大贡献。目前使用 SMF 构建的光通信网络的容量限制已经很明显，因此我们正在进行研究和开发以克服这一障碍。

在日本，我们开发了目前使用的光连接器的基本技术，并且正在开发用于 MCF 的新型光连接器，这对于使用 MCF 构建光网络是必不可少的。

参考

1) R. Nagase、K. Sakaime、K. Watanabe 和 T. Saito，“MU 型多芯光纤连接器”，Proc。IWCS2012，17-2(2012 年 11 月)。

2) K. Imaizumi 和 R. Nagase，“具有简化结构的 SC 型多芯光纤连接器”，Proc. IWCS 2019, 8-1 (2019)。