一种可便携多模式光接口转换装置的研究

一种可便携多模式光接口转换装置的研究

黄仰锐

广东电网有限责任公司惠州供电局,广东惠州 516000

摘要

为助力广东省构建清洁低碳现代化能源体系、实现能源高质量发展，在“十四五”期间广东电网有限责任公司加大配电网建设的投资力度，以提高配电网供电可靠性。在此过程中，配电通信网的高效运维显得尤为重要。然而，不同网络类型的通信设备以及各类测量仪器的光模块端口存在接口模式的差异，导致通信作业人员在测量通信设备的光路业务的相关参数时，需要通过光纤耦合器对接入设备的端口模式进行转换。同时，目前市场中主流的光纤耦合器智能实现单一接口模式之间的转换，这意味着在通信光路业务变更的工作中需要准备至少6个光纤耦合器，为实际检修和运维工作带来极大不便。面对上述情况，本文创新性提出一种基于可便携的多模式光接口转换装置，操作人员可以将测试尾纤接入至该装置对应模式的输入端口中，通过转换输出端口，将输出端口转成所需要的接口模式，实现以一根尾纤一个装置满足测试不同接口模式的通信设备需求。

关键词：多模式 接口转换 光纤

一、背景

1.1 光纤通信在电力系统中的应用

如果将发、输、变、配、用视为电力系统的不同动作，则电力通信可视为是贯穿其中、协调这些动作有序运转的神经，为保障大电网安全、可靠运行发挥不可磨灭的作用。自光纤问世后，光纤通信作为现代通信的一项重要技术在电力通信中也得到广泛应用，例如调度、自动化以及继电保护等，为主站与厂站之间提供了高速、稳定和经济的通信[1,2]。

1.2 常见的光纤连接器

随着不同通信厂商的光设备所采用的技术不同，对应光模块的接口模式也不尽相同。因此，为满足日常维护和通信业务调整的需求，需要使用大量不同类型的光纤连接器。光纤连接器是两根光纤之间进行拆卸与连接的器件，它的基本功能是把光纤的两个端面精密对接起来，使得发射光纤输出的光能量能够最大限度地被耦合到接收光纤中去，将由于其介入光链路而对通信系统造成的影响降至最低，这便是光纤连接器的基本作用。在一定程度上，光纤连接器也影响了光传输系统的可靠性和各项性能[3]。

按照连接头的结构样式不同，目前电力通信系统内常用的光纤连接器主要可分为FC、SC和LC等[4]。其中，FC-FC光纤连接器广泛应用于通信行业，特别是主网光纤配线架中，其外部由金属构成，螺丝和螺纹作为固定。但对微尘敏感，容易发生菲涅尔反射，产生回波损耗。SC-SC连接器广泛应用于数据通信和电信领域，是一种标准化连接器，采用插针式对接方式，插拔灵活，安装便捷，插入损耗低且抗压强度大、耐高温、防氧化，但不易固定，使用年限低。LC-LC连接器则适用于高密度布线的场合，如数据中心和通信设备，其外型较小，尺寸仅为SC连接器的一半，因此可以实现更高的布线密度[5-7]。

1.3 可便携多模式的光接口转换装置

随着电力通信网日益复杂化，在同一工作场景下出现不同接口类型光设备的概率愈来愈高。目前市场上未发现有面向多模式可自由转换的光接口转换器产品，因此，基层员工每次作业前都需要备齐多种类型的光纤连接器，这给日常运维和业务调整等工作带来极大不便，造成工作效率和经济效益低下。面对以上难题，本文提出研发一种可便携多模式的光接口转换装置，可通过转换输出端口，将输出端口转成所需要的接口模式，实现仅需携带一个光接口转换装置即可测试多种接口模式的通信设备需求。

二、可便携多模式的光接口转换装置的研发

2.1 产品功能需求分析

在每一种产品的研发制作之前，首先应明确使用者的需求。本文研发的光接口转换装置主要是为了解决目前光纤转换器无法进行多模式转换的难题，因此多模式兼容则是本产品的核心需求。其次，为了方便操作人员携带和使用，在满足核心需求的同时，还应兼顾可便携性和简易操作等实用需求。综上，本文在后续内容作进一步的需求分析。

1）多模式兼容性

本光接口转换装置应至少兼容SC、LC和FC三种日常工作中常用的光模块端口模式，使得这三者两两之间实现较低的耦合损耗。其中，光信号的插入损耗应控制在0.2dB以下，回波损耗应保持在38dB以上，以确保连接后的光学性能符合ITU-T G.652标准。同时，每种连接器在插头形状、尺寸和固定方式均有所不同，在本光接口转换装置的设计制作时，需充分考虑到这些方面的差异，以满足不同模式连接器之间的耦合需求。

2）可便携性

本光接口转换装置应充分考虑产品的尺寸和重量等物理参数，方便其与OTDR、光源和光功率计等仪器一同收纳于工具包内，满足日常运维和业务调整需求。实际制作时，应参照现有光纤连接器的结构与质量，充分考虑现有不同厂商通信设备的光板之间的最小间隔，合理设定本产品的尺寸，提高该装置的可便携性和高适用性。

3）简便操作

本光接口转换装置在使用时应该便于安装，可快速完成不同类型光纤之间、光纤与光模块之间的连接。同时，连接处应可靠牢固，不易松动脱落；具备良好的防水气、防尘、防形变与热稳定性等功能，可在多次插拔中保持稳定可靠的耦合性能。

2.2 制作与测试过程

综合上述对产品功能需求的分析，本光接口转换装置主要从面向多模式兼容转换、可便携化和可靠简便操作等三个方向进行开发，再将本产品进行出厂损耗测试等相关测试，检验该转换装置实际效果。

1）面向多模式兼容的制作

目前，本光接口转换装置融合了FC、LC和SC等三种电力通信系统内常用的光接口，通过两两转换可任意构造成6种连接器，确保本装置能与目前市场上通用的光纤类型和常见的光纤连接器精准匹配。同时，为保证该转换装置良好的光学性能，制备时采用以下方法控制耦合光功率的插入损耗和回损耗。第一，分别以高纯度掺锗二氧化硅和纯二氧化硅作为纤芯和包层材料，利用先进的微磨工艺

使得本装置光纤部分的端面形状、曲率半径和顶点偏移等达到行业标准，提高本装置光纤部分的精准度，降低插入损耗，确保光信号能够从一根光纤无缝地传输到另一根光纤。第二，在内部光学腔体涂上增反材料提高全反射效率，进一步降低光功率损耗。

2）面向可便携化的制作

为了减轻整个工具的重量，本光接口转换装置高密度、高强度塑料作为最外层的抗外力强件，同时可有效防止撞击、挤压导致的仪器损伤。经现场测试后表明，该装置的整体重量不超过目前常用的LC-LC转接口的2.5倍。在制作时充分考虑现有传输网通信设备同一板卡满载情况下两个光模块端口之间的最小间隔，

使得整个转换装置的长度与目前常用LC-LC转接口大致相当，而转换端口的宽度恰好满足上述最小间隔，从而确保在使用过程中操作人员能够灵活便于安装。

3）面向可靠简便操作的制作

为了提高整个光接口转换装置的可靠性，在外层强件与内层光纤转换器之间的涂覆层增加了一层缓冲材料，确保本装置在使用时不会因外力挤压而导致高的插入损耗，为高精度的光学对准提供可靠的物理保障。其次，由弹簧调节的锁定钳和位置可调的预紧拉环共同构成机械锁定机构，能够根据不同连接器的尺寸和形状自动调节张力，确保连接器在使用过程中稳固可靠。锁定结构经过出厂耐久性测试，确保在实际频繁操作中能够维持良好性能。

如图所示，本多模式光接口转换装置为上下分层对称结构。以上层结构为例，内部由三种常见类型的光纤组合而成，上、下两层光学腔体依靠U型光纤连接。

实际使用时操作人员可以将目标尾纤接入至该转换装置对应规格的光纤接口上，通过转换装置，将输出端口转换为所需的接口规格，实现一个装置就可以满足测试不同类型、不同厂家通信设备光接口的需求。

图1 可便携多模式光接口转换装置结构图

4）产品测试

根据ITU建议选取40个样品进行测，确定出平均损耗、标准偏差和样品最大损耗。高适应性光纤接口转换装置平均插入损耗值为0.17dB，其回波损耗值约为39dB，符合光纤转换器基本性能要求。

三、总结与展望

本文设计和制备出一种可便携多模式的光接口转换装置，成功实现FC、LC和SC等光纤接口的灵活转换，显著减少因缺乏匹配的接口转换器导致工作效率下降甚至无法开展等现场作业隐患，为层作业人员在日常运维和线路调整业务等方面带来极大便利，既能降低运维成本，又可提高工作成效和经济效益。后期可在本产品的基础上进一步融合其他类型的接口，例如以太网口等，实现一个转换装置即能完成不同类型线缆及设备的综合测试。

参考文献

[1].黄本华. 光纤发展趋势及最新技术探讨[J]. 现代传输, 2013(1): 62-64.

[2].汤晓青,姜伟薇.电厂通信系统[J].通信管理与技术,2004,(02):43.

[3].白银冰. 光纤微加工技术及器件应用研究[D]: [博士学位论文]. 杭州: 浙江大学, 2013.

[4].袁水平.常用光纤连接器的性能与分类[J].科技信息(科学教研),2008,(15):412-413.

[5].陈哲, 沈丽达, 江沛凡, 刘林和. 光纤侧边抛磨装置及其工艺方法[P]. 中国专利, CN1631616A, 2005-06-29.

[6].刘德福, 段吉安, 钟掘. 光纤端面研磨加工的表面质量[J]. 机械工程学报, 2006, 42(2): 187-191.

[7].廖运发.光纤活动连接器进网质量检验中常见问题及分析[J].通信世界,2004(23)