MT／MPO光纤连接器的新发展
徐乃英
信息产业部电信科学技术第一研究所
上海200032
【摘要】本文介绍近年来为了适应高速和大容量光纤通信系统中高密度和高效率的互连布线的需要，日本住友和藤仓两家公司在MT／MPO 光纤连接器方面所进行的研究开发工作。研究重点在这些连接器中的关键部件MT套筒的改进。采用了注塑成形的PPS新材料来制造套筒，以取得超低而稳定的介入损耗；提出了在连接端面附近的导引孔周围打倒角，以改善反复接插的耐久性。引入了最大达16芯的单维MT连接器和最大达60芯的2－维阵列MT连接器，以代替用多个12芯MT套筒的大芯数连接器，显著增加了光纤密度。开发了2－维阵列MT 连接器用的24芯扁光纤带光缆代替圆光缆。文章介绍了这些新开发的产品的光学、机械和环境等方面的各项性能。
关键词：MT套筒MT／MPO连接器注塑成形转移成形倒角2－维阵列叠堆光纤带护套收缩弯曲半径
1 引言
近年来，基于诸如DWDM（密集波分复用）的高速和大容量光纤通信系统已经大量使用，光连接器是DWDM技术的一个重要组成部分。虽然在过去已经广泛地采用单芯的SC连接器，近年来，DWDM系统对多芯高密度连接器的需求一直在增长着。在日本，最受欢迎的8芯MPO连接器的光纤密度高达SC连接器的5倍。
然而，要实现与单芯连接器的介入损耗相仿的多芯连接器是困难的，因为多芯连接器需要能把多根光纤精确定位的高精密度的套筒。要提高传统的用热固性环氧树脂的套筒制造工艺的生产率也是非常困难的，因为热固性树脂需要一定的时间来固化。还有，在传统的采用MT套筒的MPO连接器中，当反复接插时，就有在端面附近导引孔周围产生开裂和损伤的问题，它们会最终影响介入损耗的稳定性。
为了满足生产率较高的多芯和高密度连接器的需要，日本住友已经研究了这些问题，并用注塑成形的套筒开发了一种倒角型超低损多芯 MPO连接器［1］。本文将描述低损连接器的设计概念，用注塑成形法制造高精密的套筒和8芯MPO 连接器。该公司还试制了12芯MPO连接器和16芯窄节距MPO连接器，作为向更高密度连接迈进的一步。
在标准尺寸的套筒和标准光纤节距的条件下，要把光纤芯数提高到12芯以
上，必须把传统的单维光纤阵列改为2－维（2－D）阵列。日本藤仓已经开发了按2－D排列的大芯数MT型套筒和连接器［2］，以经济和可靠地连接多根光纤。用这种2－D阵列连接器时，最大芯数能达60芯。在本文中将描述这种2－DMT套筒的结构、生产方法以及光学与可靠性试验结果，并报道24芯MPO连接器的结构与性能。
为了与24芯MPO连接器相配合使用，日本住友开发了24芯扁光纤带光缆［3］。这种光缆应用光纤带叠堆结构。在本文中，将报道带有2－D阵列连接面都具有优良的特性。
2 MPO连接器简介
为了说明在MPO等连接器所用的关键部件MT套筒的发展，首先说明MPO连接器的结构。图1示出被IEC列为标准（IEC61754－7）的MPO连接器的结构。MPO连接器由一对MT套筒、两支导引针、两个外壳和一只适配器组成。
MT套筒是确定连接器连接特性的关键部分。套筒具有两个导引孔和若干个光纤孔（最多12个）。导引针和光纤孔的节距分别为4．6mm 和0．25mm。为了得到单模光纤的低介入损耗，光纤孔离设计位置的错位必须小于或等于1μm。于是，传统的MT套筒一直是用转移成形（transfer molding）法制造的，生产效率较低。把光纤插入光纤孔内，并用粘结剂固定到MT套筒上。套筒的每一面都被精确地抛光而装进各自的外壳中，在那里把导引针插入每只套筒的导引孔内以精确地对准。MPO连接器通过一只MPO适配器而容易地连接和断开。为了得到高的回波损耗而不用折射率匹配材料，光纤的端面和套筒都以8°的角抛光，而光纤的端面必须精密地抛光，使得与对面的光纤端面相接触。
3 低介入损耗连接器的设计与制造
光连接器的介入损耗的主要因素是光纤芯偏离设计位置。MPO连接器中的纤芯错位是有下列诸因素在一起造成的：1）在套筒中光纤孔离设计位置的错位；2）光纤与光纤孔之间的间隙；3）光纤芯离光纤中心的错位；4）导引针与导引针孔之间的间隙。
为了减小介入损耗，住友公司研究了降低光纤芯错位及其标准差的可能性。确定了不但需要改进模子来降低光纤孔的错位，而且还需要降低导引针与导引孔之间以及光纤与光纤孔之间的间隙。研究结果提出，光纤孔偏离设计理想位置要小于0．7μm，而导引针孔和光纤孔的间隙都要小于0．3μm。还确定了光纤孔的倾斜容差要小于0．2°。为此，在MT套筒的制造中，采取了以下措施：
3．1 套筒材料与制造方法
在过去，制造套筒最常用的方法是转移成形法，这种方法比较容易得到精密的尺寸。然而，这种方法的生产效率较低，不适合于大批量生产。住友改用了注入成形（injection molding）法，并选用了PPS（聚苯撑硫）作为基树脂，这种树脂具有低的热膨胀系数、低的吸水率和高的机械强度。还选择了合适的填料混进基树脂中来改善其特性。
采用了注入成形法，不但通过缩短成形过程中的硬化时间，而且通过在成形后清洁模子来减少模子的溢料，把成形周期减少到转移成形法的三分之一。大大提高了制造套筒的生产效率。
3．2 模子的开发
图2示出所用模子的结构示意图。为了精确地对准光纤孔，固定在一个滑动架上进行对准的形成导引孔和形成光纤孔的若干芯针被插入一个带有V－槽的空腔中，而用V－槽来精确定位。虽然这种结构传统地被用于环氧树脂的转移成形来降低套筒的光纤孔错位和导引孔和光纤孔的间隙，对V－槽的精度作了改进，并仔细地选择了直径容差小于0．1μm的芯针。另外，对模子的流动部分和进口部分也作了改进，使得能够更好地成形而不受加入的大量填料所产生的高粘度树脂的影响。
3．3 成形条件
为了在多次成形中能够取得精确的尺寸和尺寸稳定性，必须保持优异的复制能力，并减少成形件中的残余应力。对于MT套筒的注入成形，成形条件尤为重要，因为在成形过程中用了直径非常小的针和高粘度的树脂。最佳的成形条件是通过实验来确定的，即成形温度、树脂温度、注入速度、注入压力和冷却条件。实验证明，较低的注入速度和较低的注入压力展示出良好的结果。
