光纖連接器 UPC APC 規格

 

光纖連接器的機械尺寸小, 連結對準的精密程度高, 需要精密的對接條件, 才能有效地將光信號由此條光纖導入下條光纖. 主流光纖連接器具備了圓柱形的套管結構, 用以抓持光纖, 進行對準. 除了套管本身的精密度, 套管端面的品質更直接影響兩光纖的接合效果. 歷經了演進, 端面研磨逐漸形成幾種不同性能的規格分級, 正是常聽到的 PC, UPC, APC.

 

光纖連接器套管

經過長時間的市場演進, 光纖連接器繁衍出許多不同的外型類別. 然而, 不論是何種類別, 市場的主流產品都使用基於套管的核心組件. 套管可由玻璃, 不鏽鋼, 塑膠或是陶瓷材料所製作. 基於高強度, 低彈性係數, 低溫度膨脹係數, 化學上的穩定性, 陶瓷材料成為最重要而廣泛應用的套管材料選項. 典型的陶瓷套管如左圖, 白色部位為陶瓷, 金屬部位為不銹鋼夾持件. 剖面如右圖, 陶瓷套管內部有一導溝供連接器組裝時引導光纖絲穿越, 而後上膠固化. 突出多餘的光纖予以裁切, 最後研磨成特定形式, 這正是光纖連接器最核心的製程.

 

光纖連接器的特性規格

簡化來說, 光纖連接器有兩個主要的特性規格, Insertion Loss 插入損失以及 Return Loss 反射損失. 插入損失用以描述當光信號跨越一個連接器介面所造成的損耗. 反射損失則描述光經歷該介面時被反射的光功率比例. 理想的連接介面, 所有信號強度都正向傳達至後段光纖中. 插入損失為零; 反射損失無窮大. 概念上也很容易, 讓兩條光纖的銜接, 越接近一條連續而完整的光纖, 自然越接近理想狀態.

Insertion Loss

 

Return Loss

 

PC Physical Contact

PC Physical Contact 實體接觸式, 是一個很直覺的概念, 只要將兩端理想的陶瓷套管做完美的平面研磨, 然後對接, 即可達到光纖對接的效果. 實際上也確實可行, 特別是在多模光纖連接器產品上. 低廉又可靠. 然而現實上的世界, 這樣完美的接觸面是不存在的, 研磨的水平度, 表面的平整度, 都存在誤差. 放大來看, 我們會看到其實, 兩端的光纖 Core 並不總是如預期密合. 相當於對接時, Core 是否密合有其隨機性. 多模光纖, 模態眾多, 光信號跨越這縫隙, 大多仍可傳達至後段光纖. 單模光纖只有單一模態, 不穩定的縫隙尺寸, 隨之而來就是不穩定的連接衰減, 甚至是不可接受的衰減量. 同時, 縫隙也代表著光信號傳播路徑的折射率發生變化, 跨折射率介面將導致反射, 這對雷射光源將誘發更多雜訊, 降低系統的可靠度.

 

UPC Ultra Physical Contact

UPC Ultra Physical Contact 研磨方式是 PC 的一種改良. 既然研磨面可能存在眾多不理想因素, 而我們實際上只需要兩端的 Core 進行對接. 因而把端面曲面化, Core 保持於曲面頂點, 對接時, 即可大幅減低研磨面誤差所帶來的影響. UPC 對於單模是一個可行的對接研磨方式. 可以保持插入損失小, 再現性好, 也因對接穩定性高, 大幅降低了 Return Loss 到 -50 dB 的水準. 適用於大多數的單模應用.

 

APC Angeled Physical Contact

對於穩定性要求更高的系統, 為了使雜訊水準更低, APC Angled Physical Contact 被提出來. 使用 8 度的傾斜研磨面, 如此一來, 不論成因如何的反射光, 基於光槓桿原理都將以 16 度進行反射, 這個角度已經超出了單模光在光纖內的傳播角度. 也就是說, 反射光將散失, 無法逆向沿光纖到達雷射光源, 造成雜訊干擾. APC 的 Return Loss 規格可達 -60 dB.

 

小結

前述說明了三款主要的光纖連接器研磨方式, 以及應用場景. PC 研磨適用於多模光纖產品. UPC 適用於多數單模光纖產品. APC 則多應用於對反射雜訊敏感的傳輸系統. 使用上應同一規格成對搭配. 當然也可以判斷出, 當 UPC 與 APC 對接時, 不僅沒有 APC 抗反射的能力, 連 UPC 基本的特性規格都將無法達到.