利用光纤传输A/V信号已经有些时日了，沿着这条新的充满危险的道路，采取新的措施恰逢其时。光纤解决方案可能对于那些充满挑战的长途传输或高安全性应用听起来像一个伟大的构想，然而，现实应用已开始到来。光纤传输解决方案依然是一个需要仔细规划和实现的严肃的投资考虑。应该采用哪一种设备传输格式：模拟还是数字？数字传输硬件市场上有吗？这种应用需要的是多模还是单模光纤？我怎样处理客户现存已安装好的光纤？我要采用什么光纤连接器？
    图1：ST类型的连接器—上图为顶端加黑色套的连接器，下图为顶端没有加套的连接器。
    本文我们将考察用户连接器(SC)、直插式光纤连接器(ST)、固定光纤连接器(FC)和朗讯LC光纤连接器的应用、性能及其连接要求。与A/V信号传输过程中铜轴电缆布线所采用的固定的、随处可见的BNC连接器不同，光纤连接器是随着光纤技术的成熟而演进的。然而，在A/V应用中铜连接很少对信号损耗有重大的影响，光纤连接在布线系统中确实在每一个接触面的点对信号的损耗有可测量的影响。
    最后，还要回答关于物理连接的问题。或许，光纤传输设备本身将规定连接性。在其它情形下，对于大多数或所有光纤布线系统的连接性选择可能都由你负责。虽然光缆损耗确实依赖于所安装的光纤的类型和质量而逐步上升，但是，每一个连接点都分给一个确定的损耗。根据所作出的选择，累计连接器接触面信号损耗可能超过在光缆本身中存在的损耗。
    保持一定的损耗预算
    光功率跟电功率一样，一般以dB为测量单位；相对于源参考电平的-3dB点代表半功率点。对于铜缆、数字或模拟电路，各种连接器的损耗预算通常假设对于所有实际目的为“零”。换言之，连接器接触阻抗引起的欧姆损耗相对于整个电缆损耗通常都可以忽略；在大多数光纤安装中，情况可能恰好相反。在A/V应用中传输距离大约为1000英尺的光缆，光缆的损耗可能很容易做到小于3dB。实际上，由于光散射的增加，在我以前的文章中讨论过的另外一种形式的损耗，常常超过基本衰减损耗。对于几千米的布线，多模光纤散射可能成为重大的问题，因此，可能要采用损耗较低的单模光纤。
    在两种情形下，每一个由分布式信号遇到的连接器接触面都有一个与之相关的可测量的损耗。最大的初始损耗出现在源端的输出耦合处，紧跟源端的是第一个系统跳线连接。当然，良好的光纤连接器要使所连接的光纤之间的接触面损耗最小化，因此，保持一定的损耗预算就可以为系统提供长期的可靠性。连接器的接触面损耗也用dB来详细说明。因为光纤末端的不精确配对，在接触面处光路单独的中断代表一定的信号损耗，其它可能存在的畸形如光纤的劣质表面状况和不平行的末端表面校正会导致损耗急剧增加，以至超过预期的水平。
    高速激光光纤传输设计的增加给光纤终接的端面设计提出了新的担忧。具有非常高传输速率的端面具有高度的反射特性，需要诸如角抛光或球抛光之类的特殊处理使损耗效应最小。
    但是，为了详细说明连接器的损耗预算，在预期的安装条件下，连接器界面的标称损耗范围可能大约为0.1dB到最大1.5dB。要考虑从源端通过一个设备插线架、路由器和工作场所之间需要多少连接？损耗预算可能会快速增加，但是，对于未预料到的情况又怎么样？
    一切正常
    当我们日常与其它人交流时常说很自然地问：“嘿，你好吗？”一般的答案是：“哦，我很好！” 
    我的答案却总是：“一切正常。”它成了我的一种商标。现在，许多了解我的人期望我那么说，那些对我了解不深的人会对此感到惊讶。一切正常？那是什么意思？跟“很好”的意思一样吗？其实，它的意思是一切都正常并在平均预期的条件下运作。对于我来说，我猜测那意味着很好，但是，如果我的回答仅仅是简单的“很好”的话，你不会记住，也不会喜欢。
    对于光纤系统设计来说，一切正常就是很好的意思。我们想要的是一种考虑了未预料到的情况并仍然实现了正常运作的设计。一些人会称之为“设计净空”。或者说，另外一种考虑的方式是针对大多数时间中的最坏和期望的较好情况进行计划。我认为，这是光纤连接器设计工程师要记住的。光纤连接涉及非常小的机械公差，光纤对不准的情况非常常见。
    可靠的连接要求光纤末端被平滑和准直地连接起来。末端与末端之间的位置必须正好准直……并且，我们要求达到几个微米或百万分之一米的精度。流行的多模光纤的直径为50到62.5微米，单模光纤的直径仅仅为8到9微米。把这些尺寸与人的头发丝的直径(17到180微米范围)相比可见，对不准的距离只要有“一根头发丝”那么宽，都可能意味着灾难。
    像这些等级的严格公差要求接触面要清洁。注意：在本文中，一些照片描述了一种覆盖连接器的套圈尖端的防护套。出于正当的理由，光纤连接器和组装部件在交付使用时通常都配备了防护套。指纹污迹或外来的灰尘及污垢可能严重地影响连接器的性能，乃至包括传输故障。任何时候当光纤未连接时，都用保护套。
    套圈，不例外
    正确地锁住光纤连接器是至关重要的。在所有现有的光纤连接器设计内部都有一个称为“套圈”的组件。这种精密的功能确保连接器在匹配期间的准直。光纤末端在套圈内由粘合剂或卷边固定住，从而使之成为耐用的组件。套圈的末端是精巧或磨光的，在插入嵌入式光纤之后，提供了耦合所需要的平滑接触面。套圈常常由坚硬的材料如陶瓷制成，但是，也可以采用不锈钢或硬质合金。常见的套圈的直径为2.5mm(对SC、ST和FC连接器)和1.25mm(LC连接器)。
图2：FC类型的连接器显示具有特有的锁紧插槽的公和母两种类型的连接器。
    因为套圈可以按照严格的公差制造，它的主要功能是用于光纤纤芯的对准。带弹力的板端连接器与套圈接触面，从而在光纤和LED或激光源及用于接收器的光电二极管之间提供平滑、同心的对准支持。此外，光缆的耦合可能要利用结合了类似带弹力加载对准功能的适配器。
    连接器特写
    光纤连接器化是随着技术和应用而进化的，目前在使用中的连接器可能有12种以上，每一种连接器都是根据特殊的需求和/或当时的技术局限性而设计的。目前，连接器的发展呈现结实耐用、价格适中、结构紧凑的趋势，从而能够支持较新的布线系统所需要的日益提高的密度。正如你预期的，电信行业正驱动着发展，在很大程度上所有类型的通信和娱乐服务都存在对光纤连接性的迅速成长的需求。
    我曾经设计过一个采用ST连接器的光纤布线系统，如图1所示。ST连接器在上世纪80年代由AT&T公司推出，也称为卡式光纤连接器(BFOC)。ST连接器的意思是“直插式光纤连接器”，它在多模光纤和CCTV系统中最为常用，但是，仅仅被公认为一种光纤连接性标准。ST连接器看起来是一个微型BNC连接器，其陶瓷尖端延伸过连接器的主体。在光纤术语中，它是单纯的卡式扭曲锁紧连接器。ST连接器进行操作时，要特别注意套圈，因为它没有受到保护并且是易受损伤的。虽然ST连接器在工业应用中仍然流行，但是，由于其它种类的连接器具有更为紧凑的结构及可锁紧的形状因子，ST连接器的普及性正逐渐萎缩。
    图3：SC类型的连接器有不带防护套和具有黑色尖端的防护套的两种连接器。
    ST连接器的一个姊妹是FC连接器。FC代表“固定连接”并且最常用于电信中的单模光纤连接应用。这种类型的连接器类似于具有锁紧和金属结构的ST连接器，但是，采用的是螺纹锁紧固定法，而不是采用插销节(锁闩)方法。针对高震动环境的连接需要，FC连接器被TIA/EIA-604-04标准所引用，见图2。
    或许，对于我们大多数人来说，最为流行的连接器是SC连接器。SC连接器代表“用户连接器”的意思。如前所述，在TIA/EIA-568B.3标准中我们已经了解了这种连接器，它常常被称为“建筑物”连接器，见图3。它具有相当紧凑的硬塑料设计，并由ISO/IEC首次对其进行标准化。这种推拉式连接器有单一或双工连接两种装配，并用色彩编码来指示光纤的类型：米色表示多模光纤，蓝色或绿色表示单模光线。虽然SC连接器广泛被用于建筑物的安装，但是，它不是可用的最为紧凑的设计。双工型连接器需要0.378平方英寸的占位面积，这个面积在构建光纤路由装置的时候是一笔巨大的不动产(开支)。
    SC连接器另一个较后面世的“表兄妹”是LC连接器，见图4。这种连接器由朗讯科技公司设计，LC连接器是专门为提高光纤设备系统的封装密度而设计的第一种真正耐用的小巧连接器。LC连接器类似于较小版本的SC连接器，由于其占位面积窄并采用推拉弹簧锁设计，从而把封装密度提高了50%。当在电信交换环境内考虑连接密度时，这是一个重大的收益。LC连接器可以被方便地用细铁丝保护深入到锁紧的双排列之中，并具有类似于常规的RJ45连接器的锁定夹。LC连接器获得了普及应用，很大程度上是因为它们在小形状因子(SFF)发射器/接收器中的应用。
    图4：LC类型连接器的双联插座和一个公插头
    在图5中，把这四种连接器排列起来以比较它们的物理尺寸。显然，LC连接器以低的接触面损耗指标及小的占位面积而获得了流行。
    我们要的是什么？
    不管连接器的类型如何，我们需要的是准直精度、耐用性、可重复性和低损耗。锁紧的连接器可能达到典型值为0.2dB的耦合损耗可重复性。因为连接器在传输损耗中发挥重要的作用，有两个主要参数：插入损耗和回波损耗，再一次成为重要的参数，因为它们与铜缆配合使用。
    插入损耗在本文中指的是由前面讨论过的连接器接触面所引起的分贝损耗。回损，正如采用铜缆那样，指的是因端面反射率引起的反射回信号源的能量。在一定程度上，要根据所采用的测试套件来详细说明连接器的插入损耗和回损。然而，虽然各个制造商提供的连接器的指标千差万别，但是，大多数连接器都最低限度地遵守TIA/EIA 568B.3商用数据网络要求。TIA/EIA-568B.3给多模和单模光纤指定的插入损耗为0.75 dB。对于多模光纤，回损最低限度≥20 dB；对于单模光纤，回损最低限度≥26 dB，见表1。SC连接器在它的界面可能通常只有大约0.3dB的损耗，而像LC这样的连接器可能具有低达0.1dB的损耗。
    图5：ST、SC、FC和LC类型连接器的实际尺寸比较。LC连接器的优势在于精密的锁紧机构、低的接触面损耗和大约50%的空间节省。
    那么，所有这些意味着什么？插入损耗简单明了之处在于我们只要把所有连接器接触面的损耗相加并由每一个连接器以dB表示的预期损耗相乘，然后，叠加到总的光缆损耗上，根据传输长度计算出重要的上限频率。由两组损耗的总和计算出因传输线和连接器损耗所引起的基本系统损耗。
    那是一个重要的指标，根据源发射器光功率和光接收器的灵敏度之间的差，所有的设计工程师都用它来确定系统是否工作正常。但是，那并不是全部的意义所在。回损参数告诉我们有多少能量被反射回源端。被反射的能量以延迟信号的形式回到光缆，这种延迟信号可能被当成附加的“模”。
    要记住：在光纤中出现的多模或光路在接收端被解释为数字系统信号抖动的增加或模拟系统的上升时间变慢。换言之，在每一个连接器结点上低于标准的回损性能是一种累计效应，即使信号电平可能在正常的边界范围内，也将使接收端的解码性能退化。这种效应证明：数字信号眼图零交叉的退化，导致接收端跟踪并锁定数据的能力被削弱，以至于达到性能故障点；相比之下，模拟光纤信号展示出退化的上升时间，看起来就是图像变得非常模糊。
    例如，每一个仅仅具有20 dB回损的连接器，信号的反射大约为1%。根据在信号路径中连接器的数量，这个数值的回损可能是很大的。26 dB的回损把反射降低到0.3%；50 dB的回损把反射降低到大约0.001%。
    连接的各种考虑
    传统上，光纤终接技术的发展一直是缓慢和昂贵的，并且需要昂贵的设备和技术技能。当考虑在现场对单模光纤进行终接时，那些关注或许是有理由的。然而，借用一句老歌的歌词：“时间，它们在不断变化...”在一些情形下，预先终接的光缆是整齐的并且可以从各种渠道订购任何类型的连接器。大多数短跳线就属于这一类型。
    对于定制安装来说，现场终接可能是唯一可用的选项。但是，仍然有其它的选项。现场对单模光纤的终接目前在较少的范围内进行，要求具备可用的熔接工具套件，以最小化所需要的设备和技术技能。即使对于多模光缆，在把光纤装配到预先完成的连接器/光缆头上以后，新的熔接法采用简单的光纤剥断方法进行终接。结果，这是一种比较简单的光纤与光纤之间对缝接头解决方案。熔接体制通常采用一种特殊的光学凝胶体以便于光纤端面的耦合。  
    此外，光纤的终接可能由Corning公司开发的一种新型系统来完成，其中结合了简单的剥断和卷曲系统。连接器的套圈端面是采用一种埋入光纤预先完成的。这种内在的光纤具有一种预先剥断的末端，而该末端被嵌入到包含一个光学凝胶体的卷曲管之内。利用一种廉价的预备工具，待终接的光缆被剥去覆盖层并剥断。已准备好的光纤末端被插入到卷曲管之中，然后，利用一个光学器件把它与已嵌入进去的光纤对准对直，从而让技术人员能够方便地测量准直的程度。光纤准直之后，连接器被卷曲，终接完成。所需要的总时间大约为两或三分钟。
    多模光缆的终接通常由两类磨光端面组成：扁平面空气间隙型和接触型。在两种磨光端面类型中，简单的扁平空气间隙型可能招致≥14 dB的回损，相应地大约有3.2%的光反射回光源；接触型是首选，因为其回损≥20 dB，或仅仅为1%。
    为了控制插入损耗和回损，对于单模光缆来说，工厂有下列几种典型的终接端面磨光方法：
物理接触法，简称为PC法；超物理接触法，简称为SPC法；甚物理接触法，简称UPC法；角物理接触法，简称APC法。从PC到UPC的每一种物理接触方法采用了不同程度的端面精度并产生日益增多的较低的耦合损耗和更佳的回损。APC方法提供≥65 dB的回损，从而把反射控制在0.000032%。虽然单模APC连接提供最佳的性能，角磨光表面要求所有连接器接触面拥有精密的锁紧功能。因为所要求的精度，大多数单模连接都是在工厂制造的。现场终接最好利用预先完成的光纤头—可能是对缝接头—来实现。
    连接的讨论
    了解什么时候进行终接或许与选择正确的光纤连接器并进行合适的终接一样重要。我们已经介绍了一些关于光纤连接器的基础知识，当你在应用中遇到它们的时候，这些知识将有望为你提供良好的服务。此外，同样的参数也适合于其它我没有时间涉及的连接器类型。仔细地注意连接器选择及光纤终接，能够为你选择的任何连接器技术提供最佳的可用性能。最终，设计达到按计划运转的系统将导向高的系统可靠性。