PLC型光分路器產(chǎn)品質(zhì)量概述

1 引言

自2010年以來，隨著光纖寬帶接入在城市和農(nóng)村的大力推廣、普及和提速，F(xiàn)TTH（光纖到戶）建設(shè)得到了大規(guī)模的投入，各種光無源器件產(chǎn)品的應(yīng)用快速發(fā)展，平面波導(dǎo)型光分路器作為FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中最核心的光無源器件，其產(chǎn)品質(zhì)量尤為重要。

光分路器主要采用熔融拉錐技術(shù)和平面波導(dǎo)技術(shù)。熔融拉錐式光分路器（FBT Splitter）是利用傳統(tǒng)拉錐耦合工藝，將兩根或多根光纖在拉錐機(jī)上熔融拉伸，并實(shí)時監(jiān)控分光比達(dá)到要求后結(jié)束熔融拉伸。PLC（Planar Lightwave Circuit)型光分路器是一種基于石英基板的集成波導(dǎo)光功率分配器件，由于它具備插入損耗對光波長不敏感，可以滿足不同波長的傳輸需要；分光均勻，可以將信號均勻分配給用戶；單只器件分光比大，成本優(yōu)勢明顯等優(yōu)點(diǎn)，因此在FTTH建設(shè)中主要采用該類型光分路器。本文所探討的光分路器是指目前移動、電信和聯(lián)通等運(yùn)營商在通信線路中大量使用的PLC型光分路器。

2 光分路器產(chǎn)品介紹

2.1 光分路器產(chǎn)品用途及對生產(chǎn)運(yùn)營/維護(hù)的影響

光分路器是ODN中最重要的無源器件之一，通常具有一個或多個輸入端和多個輸出端，一般M×N來表示一個分路器有M個輸入端和N個輸出端。光分路器應(yīng)用于ODN網(wǎng)絡(luò)中主要起到分支和連接的作用。

光分路器的損耗是影響PON網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的重要指標(biāo)，PON網(wǎng)絡(luò)光功率預(yù)算一半以上來自光分路器的衰耗。如果光分路器的損耗過高，可能導(dǎo)致該區(qū)域網(wǎng)絡(luò)信號差或不穩(wěn)定，終端產(chǎn)品接收不到光信號，引起用戶投訴，造成運(yùn)營/維護(hù)成本的提高。

2.2 光分路器產(chǎn)品構(gòu)成

平面波導(dǎo)型光分路器(PLC Splitter)是一種基于石英基板集成波導(dǎo)光功率工藝并結(jié)合精密可靠的光纖陣列經(jīng)過高精度對準(zhǔn)制成的光功率分路器。

光分路器主要由核心PLC分光器件和封裝盒體組成。其中核心PLC分光器件由芯片、入端光纖和出端光纖陣列（FA）三部件組成（如圖1所示）。經(jīng)過精密的調(diào)芯對光工藝和檢測手段，三大部件實(shí)現(xiàn)光路精密對接，再采用優(yōu)質(zhì)的膠水和卓越的封裝工藝，形成核心PLC器件。按照不同的應(yīng)用場景，將器件進(jìn)行二次封裝，并制作光纖活動連接器即形成了一個完整的光分路器（圖2所示）。

根據(jù)應(yīng)用的場景不同，光分路器可被定制成多種封裝類型，常見的類型有盒式、插片式、微型、機(jī)架式和托盤式（圖3）等。

圖1 PLC光分路器一次封裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖2 PLC光分路器二次封裝結(jié)構(gòu)圖

盒式光分路器采用ABS塑料或金屬封裝的盒體，端口用尾纖引出，是帶連接器插頭的PLC光分路器。出纖套管一般有0.9 mm、2.0 mm和3.0 mm三種?？捎迷诠饫|分光分纖盒、光纜交接箱和光纖配線架中，也有的直接裝在托盤式和機(jī)架式光分路器組合盒體中。

插片式光分路器采用ABS塑料盒封裝，是帶適配器的PLC光分路器。主要安裝在光纜分光分纖盒、光纜交接箱中。

微型光分路器是采用鋼管封裝，出纖使用0.9 mm松套管的小型光分路器組件，屬于帶連接器插頭的PLC光分路器。主要適用于安裝空間比較緊張，如光纜接頭盒、光纜分光分纖盒，也可以安裝在插片式及機(jī)架式光分路器組合盒體中。

機(jī)架式光分路器采用金屬盒體封裝，可安裝于19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，是帶適配器的PLC光分路器。主要應(yīng)用在光纜交接箱、光纖配線架中。

托盤式光分路器采用塑料盒封裝，也是帶適配器的PLC光分路器。主要也是應(yīng)用于光纜交接箱、光纖配線架中。

3 光分路器產(chǎn)品生產(chǎn)流程和工藝介紹

3.1 光分路器產(chǎn)品關(guān)鍵生產(chǎn)流程介紹

光分路器產(chǎn)品的關(guān)鍵生產(chǎn)流程主要包括晶圓切割、光纖陣列(FA)加工、PLC耦合和PLC組裝這4個流程（如圖4所示）。

3.2 光分路器產(chǎn)品關(guān)鍵生產(chǎn)工藝介紹

3.2.1 晶圓切割工藝

對晶圓進(jìn)行光路檢查、清潔之后，對應(yīng)切割機(jī)上晶圓型號將晶圓切割分片。

3.2.2 FA加工工藝

將剝好的光纖通過排纖系統(tǒng)按順序放置到V槽對應(yīng)的槽位上，點(diǎn)膠并固化。

3.2.3 PLC耦合工藝

PLC耦合工藝是通過精密微調(diào)設(shè)備將FA和芯片進(jìn)行對光、粘接，通過UV固化、定型，形成光分路器最基礎(chǔ)的光學(xué)器件。耦合對光時應(yīng)保持工作環(huán)境的超凈度級別，使用六維精密微調(diào)架、光源、光功率計(jì)和顯微觀測系統(tǒng)等儀表設(shè)備。

圖3 PLC光分路器封裝示意圖

圖4 PLC光分路器關(guān)鍵生產(chǎn)流程

3.2.4 PLC組裝工藝

PLC組裝工藝在整個光分路器制作過程中屬于末端工序，組裝時應(yīng)避免因裝配不當(dāng)而造成對前道工序性能的影響。將耦合后的器件經(jīng)充分靜置冷卻后進(jìn)入組裝工序，外殼等零部件用膠水密封固定、連接器散件零部件進(jìn)行壓接、裝配和研磨。

4 光分路器產(chǎn)品價格介紹

4.1 光分路器產(chǎn)品價格組成及占比描述

不同供應(yīng)商的光分路器，其產(chǎn)品價格組成和占比各有不同。表1是根據(jù)目前國內(nèi)光分路器生產(chǎn)量較大的部分廠家提供的數(shù)據(jù)綜合之后的結(jié)果，可作為參考。

4.2 光分路器產(chǎn)品關(guān)鍵原材料/器件在原材料總額的占比情況介紹

不同供應(yīng)商、不同分光比、不同封裝形式的光分路器，其產(chǎn)品關(guān)鍵原材料占原材料總價格的比例也不同。表2是綜合了各廠家提供的數(shù)據(jù)之后，以1:8插片式光分路器為例的原材料占比情況參考。

5 光分路器產(chǎn)品指標(biāo)介紹

5.1 關(guān)鍵指標(biāo)介紹

5.1.1 材料

要求光分路器產(chǎn)品中的工程塑料，包括封裝材料、尾纖的套管、插頭等的燃燒性能應(yīng)符合YD/T 694-2004《總配線架》標(biāo)準(zhǔn)中5.4.3的要求。

材料使用不當(dāng)，會造成產(chǎn)品易損壞、使用壽命短甚至不阻燃，影響光信號的正常傳輸和機(jī)房安全。

5.1.2 光學(xué)性能

光學(xué)性能考核插入損耗、回波損耗、工作波長、偏振相關(guān)損耗、方向性和均勻性等性能。

表1 光分路器產(chǎn)品價格組成及占比

表2 光分路器關(guān)鍵原材料及占比

光學(xué)性能不滿足要求，會造成光鏈路衰耗增大，限制傳輸距離，降低傳輸性能。比如回波損耗差容易造成傳輸誤碼，影響了正常業(yè)務(wù)傳輸。偏振大會造成接收端光功率不穩(wěn)定，信號忽好忽壞。方向性小會造成線路之間的干擾。均勻性差會造成分光不均勻，各分支光功率輸出的一致性差，增大了整體網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃布局和網(wǎng)絡(luò)故障率的排查和處理等難度。

5.1.3 環(huán)境性能

環(huán)境性能考核低溫、高溫、濕熱、溫循、水泡、鹽霧試驗(yàn)后的光學(xué)性能。

環(huán)境性能不滿足要求，會造成光分路器容易受環(huán)境溫度的影響，光纖受到不均勻應(yīng)力作用產(chǎn)生變形或微彎曲，使器件本身的損耗增大，從而增加整體網(wǎng)絡(luò)的損耗，影響正常業(yè)務(wù)傳輸。在極端天氣環(huán)境下，器件外殼變形，無法兼容配套的光分路箱或光纜交接箱等設(shè)備，甚至導(dǎo)致器件內(nèi)部關(guān)鍵器件移位，影響產(chǎn)品的壽命。

5.1.4 機(jī)械性能

機(jī)械性能考核跌落、振動、抗拉、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)后的光學(xué)性能。

機(jī)械性能如果不滿足要求，當(dāng)施工過程中出現(xiàn)光分路器不小心跌落就無法使用。而且施工過程中盒式光分路器的引出纜有時會受到較大拉力，也容易出現(xiàn)無法恢復(fù)的損傷，部分支路或整個樣品無法使用，增加運(yùn)營成本。

5.2 其它指標(biāo)介紹

5.2.1 外觀封裝

外觀封裝應(yīng)平滑、潔凈、無油漬、無變形、無傷痕和裂紋；金屬零部件不應(yīng)有銹蝕及其他機(jī)械損傷。內(nèi)外部尾纖上數(shù)字標(biāo)識與端口一一對應(yīng)，尾纖連接頭均無松動，且與適配器插拔平順。

外觀封裝如果不滿足要求，光分路器在使用過程中會出現(xiàn)匹配性不好甚至損壞，增加運(yùn)維成本。

5.2.2 標(biāo)識

自2017年以來，運(yùn)營商開始要求光分路器產(chǎn)品應(yīng)在顯著位置打上運(yùn)營商的LOGO 標(biāo)識及生產(chǎn)廠家LOGO標(biāo)識，此標(biāo)識均應(yīng)是永久和清晰的。塑料盒體應(yīng)采用永久性注塑成型、非印刷形式。金屬盒體上應(yīng)采用激光雕刻方式。

產(chǎn)品上如果沒有廠家的標(biāo)志信息，無法對產(chǎn)品來源進(jìn)行追溯，當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題時不能及時聯(lián)系對應(yīng)廠家進(jìn)行處理。

6 光分路器產(chǎn)品質(zhì)量分析

6.1 光分路器指標(biāo)與原材料的關(guān)聯(lián)分析

（如表3所示）

（1）核心芯體的質(zhì)量直接影響分路器的光學(xué)性能，芯片和光纖陣列的耦合對準(zhǔn)精度影響著產(chǎn)品的插入損耗值和回波損耗。V形槽之間間距會直接影響分路的插入損耗，芯數(shù)較多時除了每兩個V槽之間的間距，還有累計(jì)公差造成與芯片的匹配問題，從而影響插入損耗。

（2）光纖/纜線的質(zhì)量對機(jī)械性能（抗拉、扭轉(zhuǎn)）和阻燃性能影響大，質(zhì)量較差的光纖/纜線其插入損耗值大、回波損耗小，也會影響到光信號的傳輸。

（3）連接器插頭的質(zhì)量對光學(xué)性能和機(jī)械性能的影響較大，連接器插頭內(nèi)的插芯質(zhì)量影響著產(chǎn)品的插入損耗。插頭是否壓接完好關(guān)聯(lián)到產(chǎn)品的抗拉和扭轉(zhuǎn)性能。

（4）插片式、托盤式和機(jī)架式光分路器產(chǎn)品都帶適配器，適配器內(nèi)的陶瓷套筒及適配器外殼的材料決定著產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，陶瓷套筒的同心度、抱緊力會影響連接器插頭的插回?fù)p值，適配器外殼的材料好壞會影響適配器的阻燃性能，適配器的整體質(zhì)量好壞會影響到光鏈路的信號傳輸。

（5）粘合劑主要用在核心芯體耦合、芯體封裝及封裝芯體與分路器的盒體粘結(jié)。耦合膠水的質(zhì)量會影響芯片與FA陣列端面對接的效果，影響產(chǎn)品的光學(xué)性能。耦合膠水和組裝膠水對溫度、跌落試驗(yàn)敏感，因此也影響到產(chǎn)品的環(huán)境性能和機(jī)械性能。

（6）光分路器產(chǎn)品的外殼對其內(nèi)部器件保護(hù)起著至關(guān)重要的作用，除了微型光分路器僅用簡易方鋼管作為外殼外，其它類型的光分路器都有二次封裝的盒體作為保護(hù)。盒體材質(zhì)有塑料和金屬兩種，塑料材質(zhì)盒體影響到產(chǎn)品的環(huán)境性能和阻燃性能。金屬材質(zhì)外殼則會影響產(chǎn)品的鹽霧性能。

表3 關(guān)鍵原材料對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

6.2 光分路器指標(biāo)與生產(chǎn)工藝和流程的關(guān)聯(lián)分析

（如表4所示）

6.2.1 晶圓切割

晶圓切割工藝直接影響了核心芯體的光學(xué)性能指標(biāo)，其中研磨拋光和芯片切割工藝的好壞對芯體的插回?fù)p影響較大，要特別關(guān)注芯片切割的完整性、芯片研磨角度與端面質(zhì)量。

6.2.2 光纖陣列加工

光纖陣列FA的加工工藝影響了產(chǎn)品整個光路的各性能指標(biāo)，其中FA組裝、UV曝光、研磨拋光對光分路器產(chǎn)品的插回?fù)p和環(huán)境性能指標(biāo)影響較大。

6.2.3 PLC耦合

PLC耦合工藝中的耦合指標(biāo)、膠層厚度、固化條件和耦合面清潔度影響了產(chǎn)品的插回?fù)p、方向性和均勻性等光學(xué)性能指標(biāo)和高低溫、濕熱等環(huán)境性能指標(biāo)。

6.2.4 PLC組裝

PLC組裝時鋼管的固定、盒體封裝、光纖連接器、插芯的研磨影響到產(chǎn)品的總體性能，特別是對光學(xué)性能和機(jī)械性能指標(biāo)（跌落、振動、抗拉、扭轉(zhuǎn)）影響較大。

表4 關(guān)鍵生產(chǎn)工藝對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

6.3 光分路器指標(biāo)與產(chǎn)品價格、原材料、生產(chǎn)流程和工藝的聯(lián)動分析（如表5所示）

光分路器產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的提升，會涉及到原材料、生產(chǎn)流程/工藝要求、生產(chǎn)制造成本和管理成本的上升，從而提高了產(chǎn)品價格。

原材料是保證產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)的前提，產(chǎn)品的原材料越好，其質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)也就越好，同時產(chǎn)品價格也越高。

生產(chǎn)流程和工藝是保證產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵，好的生產(chǎn)流程和工藝在保證產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)的同時也可以提高生產(chǎn)效率、降低人工成本，降低產(chǎn)品價格。

目前，光分路器的原材料成本主要集中在核心芯體上，大部分供應(yīng)商在對光耦合工序還依賴人工，芯片和光纖陣列的耦合對準(zhǔn)精度、芯片和FA端面的清潔度等工藝的穩(wěn)定性與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)。

表5 技術(shù)指標(biāo)與價格、原材料、生產(chǎn)流程/工藝相關(guān)聯(lián)動分析

6.4 光分路器的常見問題及改善建議

無源光分路器產(chǎn)品技術(shù)成熟度較高，作為ODN中的核心器件，廠家對產(chǎn)品的指標(biāo)要求也越來越清晰、對產(chǎn)品的質(zhì)量越來越重視。下面根據(jù)本實(shí)驗(yàn)室多年來光分路器產(chǎn)品檢測的總體情況，對光分路器質(zhì)量存在的常見問題進(jìn)行原因分析，供廠家提升產(chǎn)品質(zhì)量參考，建議廠家加強(qiáng)產(chǎn)品原材料的質(zhì)量檢驗(yàn)、工藝流程的管控和成品全性能的抽樣檢驗(yàn)。

常態(tài)插入損耗、回波損耗不合格：芯片和光纖陣列的耦合對準(zhǔn)精度、V型槽的精度不夠，一次封裝時芯片、FA端面的清潔不干凈，二次封裝時分路器輸入端及輸出端光纖盤纖的彎曲半徑過小，引出跳線質(zhì)量不穩(wěn)定，插針體端面研磨不充分都有可能引起常態(tài)插回?fù)p指標(biāo)不合格。

端口間插損均勻性、波長間插損均勻性不合格：核心芯片分光不均勻，芯片和光纖陣列的耦合對準(zhǔn)精度不夠，插頭端面質(zhì)量有差異等都會造成光分路器產(chǎn)品不同支路，或者同一支路在不同波段的插入損耗偏差較大。

抗拉試驗(yàn)不合格：光分路器的插頭側(cè)能否通過抗拉試驗(yàn)與引出跳線插頭的紡綸線、光纜中的紡綸與插頭壓接、護(hù)套與插頭粘接質(zhì)量密切相關(guān)；封裝側(cè)能否通過抗拉試驗(yàn)與其封裝方式、護(hù)套材料質(zhì)量相關(guān)。有的光分路器的封裝側(cè)僅依賴光纖護(hù)套與盒體粘接，顯然承受不住50 N外力的拉伸。

環(huán)境試驗(yàn)（高溫、低溫、高濕高熱、溫度循環(huán)）不合格：盒體/適配器材料選用不當(dāng)，一次封裝和二次封裝過程中各種膠水的質(zhì)量（如FA固化膠與光纖和水晶體的匹配性、FA與芯片的耦合膠與光纖的匹配性、外殼膠與硅材料以及金屬材料的匹配性）不穩(wěn)定，廠家未對膠水的粘接力、硬度、強(qiáng)度進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證。

跌落試驗(yàn)不合格：跌落試驗(yàn)屬于機(jī)械試驗(yàn)項(xiàng)目之一，有一定的破壞性，所以廠家進(jìn)行內(nèi)部質(zhì)量控制時一般未能進(jìn)行全檢；產(chǎn)品釋放之后處于自由落體狀態(tài)，其自重、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會造成落地碰觸瞬間受力點(diǎn)的不確定性；產(chǎn)品內(nèi)部固定微型封裝不銹鋼管的膠水性能對跌落性能也有一定影響。

7 結(jié)束語

作為FTTH建設(shè)中最為核心的無源光器件，光分路器產(chǎn)品的性能直接影響著FTTH網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)質(zhì)量，分支比越大，其影響的用戶數(shù)也越多，光分路器質(zhì)量的有效保證對通信鏈路的正常傳輸起至關(guān)重要的作用。光分路器的使用壽命更是直接影響到ODN網(wǎng)絡(luò)能否保證20～30年的可靠使用。

光分路器產(chǎn)品生產(chǎn)廠家較多，競爭激烈，各供應(yīng)商在降低生產(chǎn)成本的同時，不能降低對質(zhì)量的要求，包括嚴(yán)格使用合格的原材料、規(guī)范工藝流程和嚴(yán)格出廠質(zhì)量檢查制度。

運(yùn)營商在采購時產(chǎn)品價格應(yīng)與質(zhì)量掛鉤，確保供應(yīng)商正常的經(jīng)營利潤，合理定價，避免低價格帶來低質(zhì)量原材料的使用，影響光分路器的性能。

運(yùn)維部門應(yīng)根據(jù)光分路器實(shí)際使用環(huán)境，選擇合適封裝形式的產(chǎn)品，既要保證安裝固定，也要確保有一定的操作和維護(hù)空間，并保證每個支路端口的潔凈度。