论文：光纤旋转连接器在光纤传感中的应用

tianshui123 · 发表于 2004-10-12 19:49:00

普林光电技术有限公司

郭春芳

gcf1230@sina.com

tianshui123 · 发表于 2004-10-12 19:58:00

光纤旋转接头在海底通信中的应用

普林光电技术有限公司（www.princetel.com.cn）

2000年初以来，光缆海底通信正经历着良好的发展时期。它从传统的全电缆模式发展到电缆/光缆结合，进而达到全光缆模式。在全光缆的模式下，波分复用器（WDM）和光纤旋转接头（FORJ）起到了关键作用。本文将着重介绍WDM和FORJ的基本概念和发展。也可作为新的海底光缆传输系统设计的参考。

在过去的30年中，光纤由于它的轻巧，低损耗、抗干扰、宽带宽等特性已经成为通信系统中重要的传输媒介，在海底传输系统中也是如此。

TDM，WDM，CWDM 以及DWDM

时分复用（TDM）和波分复用（WDM）都是采用单根光纤同时传输多路信息流，不同的是，TDM将多路信息划分到不同的时隙上，而WDM 则是划分到不同的波长上；采用时分复用技术，每根光纤可以承载2.44Gbps的信息量。而WDM 可以在每个波长上支持2.44Gbps的信息量，就单根光纤而言，仅仅在1550nm窗口附近，就有2到40个，甚至更多的波长可利用。见图1。

粗波分复用器（CWDM）与密集波分复用器（DWDM）的区别在于两者的波长间隔不同。CWDM的典型波长间隔是20nm, 而DWDM 仅为4nm。ITU定义的16个标准CWDM波长通道如下：

1310，1330，1350，1370，1390，1410，1430，1450，1470，1490，1510，1530，1550，1570，1590，1610nm（ITU-T.694.2）。

在850nm附近，有8个常用的波长通道：

778，789，800，812，825，837，850，864nm(IEEE 802.3Z)。

CWDM最大的优势在于它的激光光源不需要温度控制，因此系统成本大幅度降低。由于目前海底传输系统对带宽的需求不是很大，CWDM的带宽可以充分满足海底通信系统的要求。既使未来带宽的需求超出CWDM容许的范围，也仅仅用DWDM替代CWDM 即可，而无需更换大芯数光缆。

光纤旋转接头（FORJ）

光纤旋转接头（FORJ）和电缆滑动环相似，也称做光纤滑动环。它保证了光纤在沿轴向旋转的同时，光传输信号不中断，最高转速可达到2000转/分钟。在导弹制导、舰载雷达、机器人制造、石油钻探，海底通信等领域有中有着重要的应用。

对不同的应用环境，需采用不同规格的光纤旋转接头。它们在机械结构、光学设计及性能指标方面的差异是很大的。以下是光纤旋转接头的几个重要指标：

　　插入损耗：3-dB插入损耗相当于50%的传输功率损失，在此之下难以满足系统要求。因此，插入损耗应低于2~3dB。

插损变化量：插损随着耦合条件的不同会有一些变化，然而变化量达到一定程度，信噪比会下降。0.5 dB是最大的容许值

回损：所有的激光光源尤其是DFB激光器对反射光十分敏感，可引起光谱波动和功率下降。回损是光学系统标志反射程度的指标。在单模光纤系统中，无源器件保证系统正常运行的行业标准是45~50dB。

光学带宽：和其它无源器件一样，光纤旋转接头也有谱宽，在1310 和 1550 nm的谱宽是200 nm，最新的产品谱宽可做到850到1550 nm。见图2。

封装型式：尾纤封装的光纤旋转接头能够保证它的光学特性和寿命。插口型的光纤旋转接头的光学特性和连接器关系很大，灰尘和潮湿是光特性劣化的主要原因。图2展示的，是工作波长635-1620 nm的尾纤封装小型光纤旋转接头。

连接器类型：由于历史的原因，ST型连接器应用的比较广泛。但是它的光学特性差，尤其不能在某一角度抛光以增大回损。因此，我们推荐使用FC连接器，一是它在通信领域广泛使用，二是可得到8度角的反射，即FC/APC。连接器SC, SC/APC, LC和 LC/APC也是应用比较广泛的连接器。

外观：正如过去光器件发展史所表明的，光旋转接头将越来越小，它需要更小的扭矩，更小的空间，以方便和电转动头集成。见图3。

芯径为9nm的标准单模光纤可以传输1 W级的光功率，多模光纤可传kW级光功率，随着光器件效率的提高，无供电的全光遥感系统将不再是梦想。例如：配备转换效率为20%的光电池，就可以通过发射10W的激光而得到2W的电能。这对于一般的传感器和小型的摄像机已经足够了。见 Fig. 4。

美国Princetel公司已有单通道、双通道和光电复合的光纤旋转接头产品。见图5、图6和图7。美国海军和英国空军已批量采购。光电性能更好的多通道产品即将在10月推出。

其中有世界上最小最轻的旋转接头，重量只有10g，外形尺寸仅为6.8X29mm，其机械结构示意图如下：图5。

fig.5世界上最小最轻的旋转接头

fig.6单通道光纤旋转接头

fig.7双通道光纤旋转接头

通信市场的暂时低迷，给海底通信系统的发展，提供了一个绝好的机会。光纤和WDM器件的性能指标不断提高。而价格却不断降低，使海底传输系统采用全光纤网络成为可能。与此同时，体积更小、性能更好的新型光纤旋转接头产品正在研制中。光纤、波分复用器和光纤旋转接头三项技术的完美结合，为海底通信系统向全光模式发展，打下了良好的基础。毋庸置疑，谁拥有新技术，谁就拥有明天。

tianshui123 · 发表于 2004-10-12 20:02:00

可惜，图片传不上来啊！！

论文：光纤旋转连接器在光纤传感中的应用

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