浅析影响MPO/MTP光纤连接器回波损耗的因素

 摘要：本文介绍了光纤活动连接器的回波损耗测试，分析了影响MPO/MTP型光纤连接器回波损耗的因素，并给出了提高回波损耗的建议。

关键词：光纤活动连接器；MPO/MTP；回波损耗；OTDR法；OCWR法

一、引言

随着5G、物联网、人工智能等技术逐步成熟，数据中心的需求将越发强劲，MPO/MTP光纤连接器作为数据中心高密度光互连产品的重要部分，是目前光通信中使用量最大的光无源器件，而插入损耗和回波损耗又是光纤连接器两个关键的光学性能指标。那么，我们应如何保证光纤连接器回波损耗的质量，确保信号在传输中不丢失，就是本文我们所讨论的重点。

二、回波损耗的概念

回波损耗是指从光纤连接器端面反射回光源方向的光功率大小的物理量，其量化公式为RL=-10lg（Pr/Pi），Pr代表反射回光源方向的光功率，Pi为入射光功率。根据公式可知：回波损耗数值越大，反射光功率就越小；回波损耗数值越小，反射光功率就越大。

当光信号在传输时，遇到阻抗点就会形成回损，回损值越小，不但导致信号传输损耗增大，并且容易造成线路误码。如果离源端较近，还容易造成发光激光器工作不稳定。因此要求回波损耗愈大愈好，以减少反射光对光源和系统的影响，保证传输系统的稳定。在实际应用中，我们希望光信号全部传送出去，是不希望有回波的，或者说回波损耗的绝对值越大越好。

三、回波损耗测量方法

回波损耗测量方法主要有两种：OCWR法和OTDR法。这两种方法都是IEC61300-3-6建议的方法。光跳线和尾纤的回波损耗测试时，既可采用基于OTDR(后向散射)原理的免缠绕回损测试仪，也可采用基于OCWR原理的回损测试仪。

1.OCWR回损测量法：是最接近RL定义的测试方法，根据IEC61300-3-6的描述，测试方法有三种，见图1。

方法一：对光纤进行缠绕，直到回损稳定不变为止；

方法二：把光纤尾端加工成APC端面；

方法三：尾端端面采用点折射率匹配液(膏)。

以上三种方法都可用于被测试产品(DUT)的回波损耗，

但是测量步骤比较繁琐，且测量结果跟操作人员的熟练程度有很多关系，测量误差相对较大，不适合用于测量高要求产品上。

2. OTDR测量法：由于不需缠绕、也不需采用点折射率匹配液（膏），而它是采用基于后向散射原理的免缠绕回损测试仪，可以测量更大动态范围，测试方法见图2。

使用OTDR测试方法操作简单、测试速度快、准确性高，目前为高端产品的主流测试方法，如MPO/MTP产品。

四、影响MPO/MTP型光纤连接器回波损耗的因素

通常两个光纤连接器通过适配器连接，光纤连接器连接的地方会存在由于对接不良引起的回波损耗异常，比如连接器对接时两光纤存在间距、角度、径向偏移原因，导致入射光功率损失，如图3所示。

而MPO/MTP型光纤连接器是一种多芯多通道插拔式连接器。它的特征是由一个标称直径为6.4mmx2.5mm矩形插针体，利用插针体端面上左右两个0.7mm直径的导针孔与导针进行定位对中。对接时，由一个装在插针体尾部的弹簧，对插针体施加一轴向的压力，直到连接头的外框套跟适配器锁紧。插针体上侧面有一个阳(凸)键，用作连接时限制连接头之间的相对位置，以确定光纤正确的对接顺序。如图4所示。

由于MPO/MTP型光纤连接器应用于多芯并排光纤的活动连接，比常规单芯连接器要求更高，按照GR-1435-CORE标准要求，多芯光纤连接器的各通道需保证回波性能稳定。

影响MPO/MTP型光纤活动连接器的回波损耗主要有以下几大因素。

1、光纤特性

光束在光纤中前向传播时存在光纤损耗，光纤损耗可归为两类：吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是指光波通过光纤材料时，一部分光能被消耗转换成其他形式的能量，散射是光在光纤中的遇到不连续点会产生散射，产生不连续点的原因可能是制作光纤材料的杂质、微小的不均匀性等。因此光纤质量越好产生损耗越低，那么回波损耗越大，传输性能越稳定。

2、光纤端面空气间隙

两MPO/MTP型光纤连接器是通过适配器进行锁紧，是属于物理连接。但又不能实现光纤间的真正物理接触，两连接头的接触端面会存在间隙。端面空气间隙越小引起的损耗将越小，对应的回损值越大。在实际使用过程中，对接不充分，适配器出现不洁或损伤，都会影响回损值。在使用过程中需及时清洁，适配器一般使用次数超过500次需及时更换。

3、对中定位偏差

MPO/MTP型光纤连接器的两连接头接触时，其有效接触面为其光纤端面区域，接触形式是通过弹簧给连接器施加适当的轴向端接力，从而实现紧密的物理接触。

由于MPO/MTP插芯是方形，且多根光纤接触，要实现每个光纤孔通道有效接触，其各接触面必须受力均匀，当插芯面对接受力不均或Pin针变形，就会出现倾斜，导致角度、径向偏移。测试出来的各通道回损值会出现有规律性增减，即一侧回损值不合格一侧回损值合格。出现这种情况，在实际MPO/MTP装配作业过程中要注意。例如Senko散件在组装时要求弹簧缺口面、底座非缺口面、插芯窗口面为同一平面，可避免插芯出现受力不均。如图5所示。

4、端面几何参数

要实现各连接器的互换匹配，光纤连接器在生产过程中研磨与抛光对测试性能的影响也非常关键。除了要有良好的端面洁净度外，还需管控MPO/MTP连接器的端面几何参数（X轴曲率，Y轴曲率，X轴角度，Y轴角度，Croddip，最大纤差，相邻纤差）。其中Croddip对回波损耗影响最大，因为光纤凹陷使连接器在对接时会存在空气间隙，若这个指标控制不好，整个回波损耗值会偏低，一般行业内为了获得更稳定的回损，一般把Croddip控制在100μm以下。

端面缺陷同样对回损测试有较大影响，端面按照IEC61300-3-35标准都能满足回损性能要求，但在测试过程中需适当清洁插芯平面，去除插芯端面的残留脏污，避免因插芯上有其他可擦拭脏污，导致对中偏差及间隙而影响回损。

5、测试设备及标准线

测试MPO/MTP跳线产品需采用OTDR法的插回损测试仪，才能适用多通道复杂的回损测量要求。在选取设备时需从影响测试设备的准确度方面进行考量，其中光模块偏敏感度、光源稳定度、光功率测量的线性误差为影响设备精度的主要因素。

选取的标准线的材料、质量、性能指标、端面、3D指标的要求更严格，标准线长度一般为3.5米比较合适，其使用的插芯、散件、光纤与被测试产品(DUT)尽量保证一致。

五、结束语

在当今快速发展的互联网浪潮中，随着云计算和大数据的影响力不断提升，对高速传输和数据容量的需求成正比式爆增。像ALBB、Google、Facebook、腾讯这样的互联网巨头公司，存在数以百万计的服务器在云计算数据中心。因此，如何平衡高容量和高传输数据速率和低功耗是当今数据中心所面临的一个重大挑战。

MPO/MTP光纤连接器作为数据中心高密度光互连产品的重要部分，在数据中心中具有重要的地位，同时也对MPO/MTP光纤连接器的性能提出更高的要求。在实际的应用中，我们要更清楚的知道影响MPO/MTP光纤连接器回波损耗的因素，较好地掌握光纤连接器回波损耗的解决办法及测量方法，为数据中心网络建设提供质量良好的光纤活动连接器。

参考文献

[1]YD/T1272.5-2009《光纤活动连接器第5部分：MPO型》.

[2]IEC61300-3-6:2008《纤维光学互连器件和无源元件.基本试验和测量程序.第3-3部分：检查和测量.回波损耗》.

[3]IEC61300-3-35:2015《光纤互连器件和无源元件-基本测试评估程序-第3-35部分：检测-光纤连接器和光纤收发器视觉检测》.