军用光纤连接器失效模式分析
动套。该活动套有定位台阶，用于接触件在连接器壳 体中的定位。当接触件前端插针端面承受向后的压 力时，法兰盘相对于活动套向后运动，安装于法兰盘 与活动套上的弹簧被压缩，其产生的弹力与插针端面 承受的压力相平衡，连接器对接时该弹力即为光纤端 面间实现物理接触的端面压力。
接触件的抗拉结构将光缆中抗拉元件( 通常为芳 纶纤维) 和光缆外皮固定在接触件尾部，当固定在法 兰盘尾部时，该接触件在承受拉力时，法兰盘和插针 － 6
为 11 × 10 ，二氧化硅光纤的热膨胀系数约为 0． 5 × － 6［1］
－ 6 10 ，353ND ℃ × 10 － 6
90℃ 以 上 为90膨胀系数约为 54 × 10 ， 260 ［2］
显然，环氧胶粘剂的热膨胀系数大于插针和光纤的热 膨胀系数。正是这一差别引发了 2 类典型的光纤断裂形式。
: 无支承光纤断裂 类型Ⅰ
图 2 所示无支承光纤是在插针尾部锥形区域后边的空隙，在该区域内可能会没有胶粘剂，由此造成
会随光缆后退; 当固定在活动套尾部时，该接触件在 承受拉力时，法兰盘和插针不会随光缆后退。
图 2 接触件内部结构示意图
3 典型失效模式及其机理分析
经过长期的统计显示，光纤连接器的失效模式包
括光纤断裂、粘接失效、光纤凸出和凹入、光纤端面污 染、光纤端面损伤和陶瓷件破碎、光缆破裂、液体浸入 等。其中，以前几类失效最为常见，并具有极大危害。 下文针对这些典型失效模式进行分析。 3． 1 光纤断裂
光纤断裂会引起光传输信号功率的严重下降，甚 至于信号中断，是必须尽量避免发生的严重故障。 光纤断裂根据断裂位置不同可以分为连接器外 部、接触件尾部和接触件内部。 3． 1． 1 法兰盘插针内部
接触件内部的光纤断裂主要有以下方面的原因: 胶粘剂热涨冷缩应力、胶粘剂中气泡作用。
一段光纤悬空，称为无支承光纤。
在环氧树脂胶在高温固化后，温度从环氧树脂硬
化点逐步冷却，环氧树脂对插针和法兰盘间无支承的
光纤( 如图 2 所示) 产生轴向的压缩力，迫使光纤发
生 微弯，当轴向力超过一定的界限时，弯曲的光纤将出 现断裂。如果光纤表面的涂覆层为内层软外层
硬的
2 层结构时，这种弯曲应力可能会被内层软涂覆层吸
收一部分，断裂失效的几率会降低，但如果光纤表面
只有一层硬涂层时，弯曲应力则无法得到释放，断裂
失效更容易发生。经研究，这种失效多发生在环氧树
脂硬化的过程中或硬化后的一定时间内，在不承受外
部应力时，通常 24h 内会发生断裂。通过对接触件模
型进行热力学分析发现，在未支承光纤纤的中心附近和插针套管的入口处应力最大。因此，这两个位置容
易出现断裂失效
［3］。
避免出现此类失效的措施是采用双层涂覆层的
光纤和避免出现无支承光纤，即在光纤粘接时使光纤的缓冲层粘接在插针的锥形入口处，使胶粘剂填充周
围的区域，避免出现无支承的光纤段，如图 3 所示。
时，环氧树脂胶体积膨胀，由于受到插针体的束缚，插 针孔内的胶体会向插针孔两端蠕动，则内部的光纤受到胶体施加的拉应力。通过有限元分析发现，在插针尾部锥形入口部位( 插针毛细孔与锥形口交界处) ，
光纤连接器失效模式分析
