光纖耦合器和光分路器教程

1、光纖耦合器和光分路器教程作者：飛速(FS)內(nèi)容來源：飛速(FS)日期:飛速(FS)LC陰陽式光纖衰減器席等方便，使用矣活耐用材質(zhì),永久保護包轅菇致#避免粗懷了解更多光纖耦合器簡介光纖耦合器的原理是，將兩根以上的光纖彼此靠攏進行熔化拉伸，從而產(chǎn)生一個耦合區(qū)。對加熱區(qū)域進行拉伸，直到出現(xiàn)所需要的耦合特性。這一裝置又被稱為熔融拉錐(FBT)耦合器。椎形區(qū)域耦合區(qū)域鉞形區(qū)域隨著輸入光纖模場直徑在下錐區(qū)內(nèi)變得越來越大，耦合過程不斷發(fā)生。在耦合區(qū)域內(nèi)，由于兩個纖芯彼此非?？拷?，因此一個纖芯與另一個纖芯發(fā)生耦合現(xiàn)象。在纖芯直徑不斷增加的上錐區(qū)，模在芯內(nèi)變得越來越小，最終兩個獨立的模離開了兩根獨立光纖的輸出端

2、。有時候，兩根光纖會在加熱拉伸前被絞合起來。另一個方法就是研磨光纖端面，使得設(shè)計者可以非常精確地控制耦合的效果。輸入光的哪一部分將被耦合進第二根光纖，取決于工作波長、兩條纖芯之間的距離以及耦合區(qū)域內(nèi)的纖芯直徑。因此，通過確定耦合區(qū)域的大小，我們將能夠控制輸出功率比，即耦合比。50:50的耦合比十分流行，而1:99則用于監(jiān)控EDFA內(nèi)部的輸入和輸出信號。如何實現(xiàn)50:50均分？在這一排列中，光模將通過兩根光纖的合并包層，并且在上錐區(qū)被分離開來。FBT耦合器的優(yōu)勢FBT耦合器具有如下三個關(guān)鍵優(yōu)勢：低損耗過程：光纖耦合是一個低損耗的過程，實際上，在芯模到耦合模再到芯模的轉(zhuǎn)換過程中是沒有損耗的。因此，

3、我們不得不說損耗是光通過一個短包層長度所造成的。不過，耦合器的插入損耗相當(dāng)高，并且取決于耦合比。無逆反射：光纖決不會再耦合過程中離開光纖結(jié)構(gòu)，所以它決不會經(jīng)過任何的接口。因此，此類型耦合器本身不會造成逆反射。實際上，此類型耦合器的技術(shù)資料中并沒有包含這一規(guī)范。便于連接：由于耦合器是由普通光纖制成，因此FBI能夠與傳輸光纖非常方便地進行連接，并且損耗低。光纖耦合器的端口結(jié)構(gòu)我們可以想象有許多種經(jīng)過裝置耦合的光纖組束，如下顯示了其中的一部分類型。2Kl合路器分珞暴2X1合路器用于將兩個光輸入?yún)R合進一條光纖(a)。當(dāng)傳輸方向改變時，該裝置將一個光信號分成兩個光信號(b)o根據(jù)所執(zhí)行的功能，該耦合器又

4、被稱為光纖分路器。這些耦合器要么耦合，要么分路，有1xN或NX1的端口結(jié)構(gòu)(c)o這種耦合器被稱之為樹狀耦合器，并且有可能是NXM結(jié)構(gòu).對于WDM絡(luò)，有一種重要的耦合器，那就是星形耦合器(d)o在這種耦合器中，有相同數(shù)量的輸入端和輸出端。它是NXN雙向(BIDI)耦合器。但是，星形耦合器可以被構(gòu)建成NXM單向耦合器。一個具有50:50輸出比的耦合器，也就是被稱為3dB耦合器的分路器。這種簡單的裝置可用作樹狀或星形耦合器的構(gòu)建塊。然而，這并不是最好的方法，因為我們需要M=(N/2)log2N3-dB的耦合器以得到一個N乂N并且發(fā)射進入每一端口的功率只有1/N會出現(xiàn)在每一個輸出端口。這就是為什么廣

5、播WDMB絡(luò)的新一代樹狀和星形耦合器直接使用FBT技術(shù)來制造。均勻性是耦合器的一個特性，用于確保相等的分光比。例如，一個理想的1X2耦合器將輸入功率均勻分流后進入兩個端口。但在現(xiàn)實中，每一個輸出端口的功率會偏離50:50的均分比。造成這一非均勻性的物理原因在于，制作過程中不同耦合插入的損耗不同。50:50耦合器的均勻性如下所示：均勻性(dB)=10log(P0/P1)-10log(P0/P2)=10log(P2/P1)關(guān)于光纖分路器光纖分路器是無源光網(wǎng)絡(luò)(PON系統(tǒng)的一個關(guān)鍵的光學(xué)器件，也被稱為無源光分路器，將光信號功率平均分流后進入所有輸出端口。在PONS備中，一個1x8到1X32分路器被放

6、置在一個電極上，將空中的配線光纜和用戶引線連接至用戶室內(nèi)。一個1XN分路器可以是一個NXN星形耦合器的一部分。例如，左圖所示是一個帶有四層拓撲結(jié)構(gòu)的16X16的星形耦合器，虛線區(qū)域表示的是一個1X16分路器。星形耦合器可在一個完美的Shuffle拓撲結(jié)構(gòu)中，通過ba町力率分配asN=L6tii級聯(lián)3-dB耦合器進行構(gòu)建。3-dB耦合器有兩個輸入端口和兩個輸出端口，而且它將輸入功率進行50:50均分后進入輸出端口。用于k層1xN耦合器的3-dB耦合器數(shù)量由以下公式給出:N3dB耦合器=2k-1,k=log2N并且每個輸出端口的分光損耗由以下公式給出分光損耗=3kdB.對于一個1乂16分路器，k=

7、4,那么所需的3-dB耦合器的數(shù)量即為32,并且每個輸出端口的分光損耗為12dB高階分路器的構(gòu)建可以看成是對此類耦合器進行k層排列。它們有一個或兩個輸入端口，并且輸出端口的數(shù)量，如果所示為N3dB耦合器=2k,輸出端口的數(shù)量被稱為分光比，相當(dāng)于可連接的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU的數(shù)量輸出端口1嫁人端口1始入詰口上優(yōu)入端；編出端口N輸出戲口N輸出端口I在下行方向上，分路器將光的路徑從所有的ONS配至輸入端口。分光比增倍的代價即為輸出功率上的3-dB損耗。上行信號跟下行信號一樣受到同樣的損耗，甚至是只有一個端口連接至光線路終端（OLTo這是無源對稱裝置互易性的自然結(jié)果。目前，我們認為分路器是不會造成任何損

8、耗的，原因在于3dB不是損耗的能量，而僅僅可能是分路本身造成的。在一個實際的分路器中會有額外的損耗，我們稱之為附加損耗。另外一個分路器的重要參數(shù)就是它的均勻性，這一參數(shù)用來衡量功率在各個輸出端口之間是如何被均勻分配的。這是各端口之間損耗方面的最大不同。光纖分路器具有很好的方向性。當(dāng)先從一個輸入（或輸出）端口被注入時，幾乎不會發(fā)散至其他輸入（或輸出）端口。這一行為用方向性系數(shù)D來衡量，也被稱為是近端串?dāng)_或近端隔離：D=10log（P0/P3）回損值R是指發(fā)射至端口的光功率與反射至同一端口的光功率之比。方向系數(shù)D和回損R在其他所有光終端端口來測量，也就是，來自其他端口的零反射。R=10log（P0

9、/P4）光纖分路器的類型這類裝置有兩種類型：光纖和硅平面波導(dǎo)電路（PL。如下圖所示，F(xiàn)BT光纖耦合器分路器的制作原理是，通過將兩根獨立的光纖燒結(jié)在一起形成耦合區(qū)。耦合區(qū)兩頭的錐形區(qū)足夠長，以至于來自左手邊任一端口的入射功率耦合進右手邊的光纖，伴有光線的回射。通過燒結(jié)融合光纖的3-dB耦合器，帶有32端口的星型耦合器就有可能實現(xiàn)。優(yōu)勢在于與其他光纖傳輸線路容易耦合并且損耗低，無偏振相關(guān)性損耗?，F(xiàn)實當(dāng)中的光纖分路器在目標(biāo)光譜內(nèi)有一致的性能，從1260到1600nm這里是一個封裝在LGX機箱內(nèi)的1X4分路器，基于數(shù)個1X2FBT光分路器（來自飛速（FS）.可以看到，分路器受到了光纖最小半徑的限制。對

10、于大分路比（如32或者更多），F(xiàn)BT耦合器分路器在各項光學(xué)特性，特別是可靠性方面，表現(xiàn)不足（1X4以下的FBT耦合器分路器包含三個1X2分路器和七個接續(xù)子），很多的元件都會遇到故障，而且很多的廠商都為此付出了很多努力。下圖顯示了硅基PLC星型光分路器。這一集成了耦合器的光分路器針對光配線網(wǎng)絡(luò)（ODN設(shè)計。PLC技術(shù)允許分路器通過像生產(chǎn)半導(dǎo)體一樣的技術(shù)來進行生產(chǎn)。這些技術(shù)在小體積、低損耗和可靠的設(shè)備中實現(xiàn)了高分光比A=LbbUllFll1500n卜0ITQTDR反射至型illT卜ISO.；rii'i1500雨11壬、?？?分籍篇或先演山由fromOTDR1500和LbS口到1小分路器或

11、光建f專轉(zhuǎn)介城溺氏七PLC分路器用于需要大規(guī)模、集中式分路的GPOODN（如：與由多個獨立放置的1X4分路器構(gòu)成的樹狀結(jié)構(gòu)不同）。如下表格列舉了1XN（單一輸入）和2XNPLC分路器的典型參數(shù)。分光比硒最大唱dB均勻性回療dB方向系數(shù)dB123.4031;475051：810.70.81:161171.01:以1591.5116420.4L：1282J.52.7分光比揚損KAIidD均勻性民大位d日用以dH方南系散JB2:2121.1so5S2111.22:811.0L61:14.62,42：J217.03.0221.53.72:12825.14.0對于檢測而言，光時域反射儀（OTDR的工作波長為1650nm光分路器在分路輸出端口有反射類型的耦合器，由多層介質(zhì)濾波器構(gòu)成。它雖然緊湊，但是光纖必須要連接至輸入和輸出端口。兩種類型的耦合器（分路器）之間的損耗特性沒有太大的差異。例如，市面上有售的1X16星型耦合器的插損大約為13到14dB,包括光纖類型和PLC耦合器/分路器的1到2dB附加損耗。偏振相關(guān)損耗