军用光纤连接器发展研讨

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(沈阳兴华航空电器有限责任公司，辽宁沈阳，110144)

1 引言

光纤活动连接器是光纤与光纤之间进行可拆卸(活动)连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来，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。

在现代战争中，信息传输系统起着关键作用，光纤通信用于军事通信可扩大系统容量，可提高军事通信的保密度，抗干扰能力强，还可以提高敌方摧毁能力。光纤可用带宽很宽，系统设计人员能够在一条光缆里进行数据多路传输，从而减少了所用光缆的数量。大大减轻军用通信系统后勤保障的工作负担。这些都是卫星通信、微波通信所不及的。到目前为止光纤通信已应用于战术通信系统、局部通信系统和空中布缆，以及在飞机、舰船、雷达、导弹、卫星等军事装备和军事设施内部信息传递和通信联络等。光纤连接器作为光纤通信领域应用最广泛的光无源器件之一，随着军用光纤通讯技术的逐步推广应用，已逐渐被应用于军用光纤通讯领域中。

2 军事光纤通讯及军用光纤连接器 作用和地位

光纤通讯跟卫星通讯一样是当今信息社会最具开发潜力的通讯，是构筑国家干线乃至国际干线网的主体通讯手段。西方军事评论家在评论和估价光纤通讯技术对军事通讯系统带来的深刻变革时，将20世纪80年代进入到军用现场的光纤通讯作用和地位比作第二次世界大战初期的坦克与雷达，这足以说明了当今光纤通讯在军事上的显要地位和重要性。

当代军事通讯的一个明显发展趋势是竭力使其信息处理、交换、传输、存储等趋向于一体化，网络管理趋向集中化、自动化；使传输手段趋向数字化、宽带化、综合化，同时要求建立集指挥、控制、通讯、信息处理及情报于一体的通讯系统，光纤通讯本身所具有的特点无疑将会加速上述发展趋势的形成。

在2003年的伊拉克战争中，美军首次试验了网络中心战(Network Centric Warfare)模式，支持这场网络中心战的核心平台则是位于多哈附近的美军中央司令部的可移动司令部设施。该设施就是一个高速光纤骨干网络，速度比起上次海湾战争的骨干网络快了7倍，很大原因在于高速光纤连接器及光纤网络的启用大大加快了数据传输速度，扩展了传输能力，提升了美军军事的快速反应能力，为美军空军精确打击伊拉克的军事目标奠定了基础。美国军方正计划将主流军事平台由铜系统转向光纤系统，军用光纤连接器作为光纤系统高速信号传输的一个关键环节，其重要性和发展前景是完全可预期的。

随着航空、航天设备处理和传输数据量越来越大，传统基于铜构架的系统对于大流量、高速数据传输日益捉襟见肘，研究表明当数据传输超过10Gb/s时，铜系统将难以胜任。据估计，一架现代军用飞机的互连线缆质量与其他机载设备器材相等，因此，减小机载电子设备的质量和体积，成为提高军用飞机作战性能的重要问题之一。与铜和同轴电缆相比，光纤的最大优势在于廉价地提供更高的宽带、更快的传输速度、更轻的重量同时抗EMI/RFI。

3 军用光纤连接器发展趋势

随着对更宽的带宽、更轻的质量和抗EMI/RFI的需要，光纤网络及光纤连接器将必然成为军用航空、航天设计优先选择的技术与产品。国内光纤总线系统已经在新一代战机中应用，但仍处于起步阶段。光纤连接器在光互连过程中既要保证光纤信号的完美传输，又要肩负着适应恶劣环境下正常工作的要求。国内军用光纤连接器厂商必须为新一代军事设备的光互连问题提供优质的解决方案。

3.1 低损耗、高互换

插入损耗是光纤连接器性能的关键指标之一，军用光纤连接器的插入损耗一般控制在0.75dB以下。在引起插入损耗的各种因素中，光纤相对于陶瓷插针的横向偏移是最主要的一种，这种横向偏移是随机的。当两根光纤的偏移方向相反时，对接引起的插入损耗最大，同时这种随机性会导致批次间产品的一致性和互换性难以保证。

图1 光纤横向偏移示意图

低损耗、高互换，是军用光纤连接器批量装备武器设备的前提，目前提高互换性的途径主要有：筛选高精度陶瓷插芯，调整光纤与插针的同心，以及通过增加接触件限位结构使光纤偏心限制在一定区域内等方法。

3.2 抗污、易维护

光纤端面污染后，必须进行清洁处理，否则将导致光信号传输失效。与商用光纤连接器相比，军用光纤连接器通常设有法兰盘，而在插头或插座一端设计对准机构，这样总有一端的插针是隐藏在陶瓷套筒内部，这给端面清洁和检测带来了极大的困难。

光纤连接器的污染源分为外部污染源和内部污染源，外部污染源主要来源于光纤连接器的使用环境，可以通过为连接器设计密封结构隔离污染源。内部污染源主要来源于元件间的相对运动，特别是强震动、强冲击条件下，光纤端面间的位移摩擦所产生的污染物将直接粘附在光纤端面，堵塞光通道，并且该类污染粘附强度高，极难清洁。是影响光纤连接器寿命的主要因素之一。

精抛光有助于抑制此类污染物的产生，但无法从根本上避免光纤端面的相对运动和产生污染物。国际上已经在研制扩束光纤连接器、新型凹形端面结构连接器，可有效抑制此类污染物。

新型凹形光纤连接器技术即光纤的端部被研磨成凹面形状以便在相对的光纤之间形成可精细控制的气隙。这种独特的研磨方法可产生稳定的光连接，具体结构见下图2。

图2 新型凹形光纤

扩束光纤连接器是由Tyco公司研制的一种非物理接触式连接器，其原理是将光纤与自聚焦透镜耦合到一起，使从光纤射出的光经自聚焦透镜扩展后以平行光射出，然后再进入另一个带自聚焦透镜的连接器中。扩展后的光束直径可达1mm左右，因此可极大的降低振动、灰尘的影响，且易于清洁维护。扩束光纤连接器的关键技术是光纤与自聚焦准直透镜的耦合封装技术，使光纤端面中心与透镜焦点重合。具体结构见图3。

图3 扩束光纤原理

4 小型化、集成化

随着军用电子设备朝着小型化、集成化方向发展，军用光纤连接器也必将朝着小型化、集成化发展，以下是几种典型的小型化、集成化军用光纤连接器产品。

4.1 MT光纤阵列连接器

MT光纤阵列连接器是小型化的代表，光纤孔间距可以达到0.25mm，光纤数量范围从 6至 432 路光路不等。军用MT光纤阵列连接器是将MT置于金属连接器外壳内的单芯或多芯MT套管。金属外壳和不锈钢推拉锁紧环可提供更为牢固的设计。MT 套管嵌入连接器和插座外壳，比传统光纤连接器更为优越。军用 MT 产品可以改善定位、提高拉力强度并能使用新的圆形扁平光缆结构。下图为圆形军用 MT 产品结构图。

图4 MT光纤阵列应用于军用圆形连接器

目前MT光纤阵列连接器和适配器系统已经应用于飞机机箱背板上，坚固的不锈钢定位销可确保高度一致且可重复的插配。相信未来国内MT光纤阵列连接器会在光纤连接器领域存在爆发式的增长，MT光纤阵列连接器在未来军事领域也会大有作为。

4.2 光电混装连接器

光电混装连接器是将光纤接触件与电接触件同时集成在一个连接器内，可同时实现光、电信号的传输。可有效的减少设备接口的数量，减小接口占用的空间，为设备的小型化提供有效的解决方案。考虑到光纤接触件和电接触件精度对产品对接的影响，将光纤接触件与电接触件同时集中在一个模块中，并不是最佳的方案。将光纤接触件模块与电接触件组成的模块同时集成在一个连接器中，将会是更好的方案。如ARINC600系列、LRM系列、SERIES系列产品。

图5 模块化光电混装连接器

4.3 光电转换连接器

光电转换型光纤连接器是光电转换技术和连接器技术相结合的成果。光电转换型光纤连接器突破了无源器件这一范畴，是一种集成化的有源器件，一端为电连接器接口，一端为光纤连接器接口，在壳体内部集成光电转换芯片，将输入的电信号转换成光信号，再耦合到输出端的光纤中。

光电转换连接器为光纤在武器型号上的应用提供了一种新的思路，解决了高速电信号无法远距离传输的问题，并同时实现了线缆网的轻量化、小型化，非常适用于武器装备中点对点的长距离传输。

4.4 高可靠、耐极端环境

因军用设备的工作环境包括高空、海洋、沙漠、极寒等各种极端环境，以相关标准要求的数据举例：军用光纤连接器要求的工作温度范围为-55℃～+125℃，承受的随机振动的加速度均方根值大于23.1g，冲击也不能低于980m/s2。在使用过程中，光纤连接器暴露出端面易污染、易损伤、不稳定等问题。因此，解决在恶劣的航空、航天环境下光纤互连问题必将成为军方关注的焦点。如何提高光纤连接器可靠性和耐极端环境性能，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。

4.5 标准化、系列化

军用光纤连接器可以通过提高普通军用电连接器精度，改用光纤接触件的方法而实现；也可以参详标准进行设计实现。现阶段，设计结构、功能和用途相同的军用光纤连接器，在不同生产厂家有不同的型号命名方法，并未形成通用的标准或系列。按发展规律，军用光纤连接器的种类应该是从少到多，再由多变少的一个过程，标准化、系列化必将是一个趋势。按照各自制定的企业标准或企业军用标准生产，难以做好产品的标准化、系列化。政府引领，产学研结合，或许将是促进标准化、系列化发展的方法之一。在国际市场上，谁的技术成为标准，谁就掌握了市场主动权。专利影响的只是一个企业或若干企业，标准却能影响一个产业，甚至一个国家的竞争力。根据技术创新，掌握共性优势，制定标准按标准生产、系列化配套,使产品研发从保证型号配套到引领国际市场，是军用光纤连接器未来发展的目标。

5 结语

作为军用通信网络的关键节点，军用光纤连接器的性能对整个网络起着至关重要的作用。随着我国军事的长足发展，军用光纤连接器的整体水平必将提升！