集成纖維光學(xué)-FBT技術(shù)

1、熔融拉錐工藝及其應(yīng)用熔融拉錐工藝及其應(yīng)用兩根金屬導(dǎo)線相互靠近但不接觸，兩根金屬導(dǎo)線相互靠近但不接觸，其中一根通一個(gè)頻率較高的交流信其中一根通一個(gè)頻率較高的交流信號(hào)，另外一根中有輸出。號(hào)，另外一根中有輸出。FBT（光纖熔錐技術(shù)）（光纖熔錐技術(shù)）單窗窄帶耦合器單窗窄帶耦合器單窗寬帶耦合器單窗寬帶耦合器雙窗寬帶耦合器雙窗寬帶耦合器FBT波分復(fù)用器波分復(fù)用器多模光纖耦合器多模光纖耦合器FBT光衰減器光衰減器其他（其他（CWDMCWDM、保偏、保偏、1 1* *N N、倒錐、倒錐、組合【格狀濾波器】）組合【格狀濾波器】）耦合區(qū)耦合區(qū)入端錐體入端錐體出端錐體出端錐體I2背散射臂背散射臂I1輸入臂輸入臂I3

2、直通臂直通臂I4耦合臂耦合臂單模光纖耦合器瞬衰場耦合示意圖單模光纖耦合器瞬衰場耦合示意圖單光纖融錐區(qū)分成三部分單光纖融錐區(qū)分成三部分cZtZABCPQ1222cladcorecorecorennV當(dāng)光纖直徑逐漸減小時(shí)，歸一化截此頻率當(dāng)光纖直徑逐漸減小時(shí)，歸一化截此頻率同時(shí)減小，纖芯中的模場逐漸擴(kuò)大；同時(shí)減小，纖芯中的模場逐漸擴(kuò)大；在在P、Q點(diǎn)歸一化頻率減至單位值點(diǎn)歸一化頻率減至單位值1，模場，模場不再限制于纖芯中傳輸，而是轉(zhuǎn)換至包層不再限制于纖芯中傳輸，而是轉(zhuǎn)換至包層/空空氣構(gòu)成的波導(dǎo)中傳輸，纖芯作用可忽略；氣構(gòu)成的波導(dǎo)中傳輸，纖芯作用可忽略；用包層用包層/空氣波導(dǎo)近似分析光纖融錐區(qū)是空氣波導(dǎo)

3、近似分析光纖融錐區(qū)是FBT器件器件最重要的理論之一，與實(shí)際符合得很好。最重要的理論之一，與實(shí)際符合得很好。HE11模單光纖融錐區(qū)的單光纖融錐區(qū)的HE11模和模和HE12模模HE12模包層包層/空氣折射率差遠(yuǎn)比纖芯空氣折射率差遠(yuǎn)比纖芯/包層折射率差大，包層折射率差大，而且而且B區(qū)直徑也比纖芯大的多，因此區(qū)直徑也比纖芯大的多，因此B區(qū)為多模區(qū)為多模波導(dǎo)；波導(dǎo)；在在B區(qū)起點(diǎn)區(qū)起點(diǎn)P只有只有HE11模被激勵(lì)，之后與傳播模被激勵(lì)，之后與傳播常數(shù)最接近的常數(shù)最接近的HE12模發(fā)生耦合，在模發(fā)生耦合，在Q點(diǎn)只有保點(diǎn)只有保留在留在HE11模中的光能夠被重新俘獲為纖芯模中的光能夠被重新俘獲為纖芯/包層包層模式，

4、其他光將成為高階模式而損耗掉；模式，其他光將成為高階模式而損耗掉； zAiCzAidzzdAzAiCzAidzzdA121122212111 zAzA21,21,1,2ji, ijC在弱導(dǎo)和弱耦近似下，忽略自耦合效應(yīng)，并在弱導(dǎo)和弱耦近似下，忽略自耦合效應(yīng)，并假設(shè)光纖是無吸收損耗的，則在耦合區(qū)有模式耦假設(shè)光纖是無吸收損耗的，則在耦合區(qū)有模式耦合方程組：合方程組：是兩根光纖的模場振幅；是兩根光纖的模場振幅；是兩根光纖的縱向模傳播常數(shù)；是兩根光纖的縱向模傳播常數(shù)；是耦合系數(shù)。實(shí)際中近似有是耦合系數(shù)。實(shí)際中近似有 zizFCACAiFzFCAzAzizFCACAiFzFCAzAexpsin020cos

5、0expsin020cos022112212121121222141CF WKVWdKUC213202212dUWV10,KK是光纖半徑，是光纖半徑，是兩纖的距離，是兩纖的距離，是纖芯橫向傳播常數(shù)，是纖芯橫向傳播常數(shù)，是包層橫向衰減常數(shù)，是包層橫向衰減常數(shù)，是孤立光纖的歸一化頻率，是孤立光纖的歸一化頻率，是零階和一階修正第二類是零階和一階修正第二類Bessel函數(shù)。函數(shù)。 zFCFzAzPzFCFzAzP2222222211sinsin1光源夾具光纖火焰控制電路計(jì)算機(jī)光探測器夾具（使用真空吸附）夾具（使用真空吸附）探測器（大面積探頭）探測器（大面積探頭）火焰（氫氧焰、激光、陶瓷）火焰（氫氧焰、

6、激光、陶瓷）氫氣的安全氫氣的安全拉伸過程的進(jìn)動(dòng)（絲桿）拉伸過程的進(jìn)動(dòng)（絲桿）剝光纖剝光纖（米勒鉗，熱剝）米勒鉗，熱剝）擦光纖擦光纖打結(jié)打結(jié)拉制拉制封裝（半管）封裝（半管）封裝（全管）封裝（全管）封裝（灌膠）封裝（灌膠）測試測試灌膠封裝作業(yè)指導(dǎo)書：灌膠封裝作業(yè)指導(dǎo)書：需要套松套管的先套上松套管。用快干膠把松套管粘在光纖上，松需要套松套管的先套上松套管。用快干膠把松套管粘在光纖上，松套管盡量往耦合器端推進(jìn)。套管盡量往耦合器端推進(jìn)。 排線，不銹鋼管的啟始端對(duì)應(yīng)耦合器的輸入端，而末端對(duì)應(yīng)耦合器排線，不銹鋼管的啟始端對(duì)應(yīng)耦合器的輸入端，而末端對(duì)應(yīng)耦合器的輸出端，半圓管在不銹鋼管的正中心，把耦合器依次排放

7、于夾具的輸出端，半圓管在不銹鋼管的正中心，把耦合器依次排放于夾具之上，用單面膠固定住。之上，用單面膠固定住。把夾具豎直放置，往各個(gè)不銹鋼管內(nèi)逐滴依次灌膠，在灌膠過程中，把夾具豎直放置，往各個(gè)不銹鋼管內(nèi)逐滴依次灌膠，在灌膠過程中，要隨時(shí)注意有無氣泡產(chǎn)生，如有則立即用點(diǎn)膠棒劃破。要隨時(shí)注意有無氣泡產(chǎn)生，如有則立即用點(diǎn)膠棒劃破。膠灌滿后，會(huì)從不銹鋼管的下端流出，可用點(diǎn)膠棒將流出的膠取下，膠灌滿后，會(huì)從不銹鋼管的下端流出，可用點(diǎn)膠棒將流出的膠取下，再滴到不銹鋼管口上。再滴到不銹鋼管口上。灌膠完成后，要用紙巾將沾到不銹鋼管及光纖上的膠全部擦拭干凈。灌膠完成后，要用紙巾將沾到不銹鋼管及光纖上的膠全部擦拭干

8、凈。將灌好膠的耦合器放入將灌好膠的耦合器放入70攝氏度，同時(shí)鼓風(fēng)的烘箱中烘烤攝氏度，同時(shí)鼓風(fēng)的烘箱中烘烤3-5分鐘，分鐘，拿出后，快速檢查不銹鋼管兩端是否有氣泡生成，如有則用點(diǎn)膠棒拿出后，快速檢查不銹鋼管兩端是否有氣泡生成，如有則用點(diǎn)膠棒劃破，然后將其放入烘箱中繼續(xù)烘烤劃破，然后將其放入烘箱中繼續(xù)烘烤 。在烘箱內(nèi)大約烘烤在烘箱內(nèi)大約烘烤20-30分鐘后再拿出修補(bǔ)外形。修補(bǔ)外形時(shí)往不分鐘后再拿出修補(bǔ)外形。修補(bǔ)外形時(shí)往不銹鋼管兩端添加少許的硅膠，硅膠要在其端面上呈圓錐形，錐形高銹鋼管兩端添加少許的硅膠，硅膠要在其端面上呈圓錐形，錐形高度在度在1mm左右。左右。國標(biāo)國標(biāo)GB/T 1371392中闡明

9、測量條件如下：中闡明測量條件如下：測試環(huán)境：無源器件的測量應(yīng)該在測試環(huán)境：無源器件的測量應(yīng)該在GB 2421中所規(guī)定的正中所規(guī)定的正常大氣條件下進(jìn)行，即溫度：常大氣條件下進(jìn)行，即溫度：1535攝氏度；濕度：攝氏度；濕度：4575；氣壓：；氣壓：85Kpa106Kpa。光纖類別光纖類別多模多模單模單模光源光源LEDLDLD功率穩(wěn)定性（功率穩(wěn)定性（dB）0.050.050.0550功率處線寬功率處線寬nm100510500500重復(fù)性（重復(fù)性（dB）0.150.150.15注：注：【1】：在整個(gè)測量周期中或至少】：在整個(gè)測量周期中或至少1h； 【2】：注入到光纖中的功率不能高到產(chǎn)生非線性散射】：注

10、入到光纖中的功率不能高到產(chǎn)生非線性散射效應(yīng)的水平；效應(yīng)的水平；測量應(yīng)該注意的事項(xiàng)還有：測量應(yīng)該注意的事項(xiàng)還有：為了保證包層模不影響測量，應(yīng)按分規(guī)范的為了保證包層模不影響測量，應(yīng)按分規(guī)范的規(guī)定依靠光纖本身的衰減作用或靠加一個(gè)包規(guī)定依靠光纖本身的衰減作用或靠加一個(gè)包層模消除器來消除包層模；層模消除器來消除包層模；注意保證與器件接口處的斑紋圖形不會(huì)影響注意保證與器件接口處的斑紋圖形不會(huì)影響插入損耗的測量；插入損耗的測量；在器件的整個(gè)測試中，每一邊的光纖或光纜在器件的整個(gè)測試中，每一邊的光纖或光纜應(yīng)該保持固定，并考慮光纖上盡可能的沒有應(yīng)該保持固定，并考慮光纖上盡可能的沒有應(yīng)力和較大的彎曲半徑；應(yīng)力和較

11、大的彎曲半徑；各種實(shí)驗(yàn)后耦合器損耗變化量和分光比變化量各種實(shí)驗(yàn)后耦合器損耗變化量和分光比變化量不應(yīng)該超過下表的數(shù)據(jù)（不應(yīng)該超過下表的數(shù)據(jù)（YD/T 893-1997）序號(hào)序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目插入損耗變插入損耗變化量（化量（dB）分光比變化分光比變化量量1振動(dòng)實(shí)驗(yàn)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)(GB /T2423.10)=0.1=0.5%2沖擊實(shí)驗(yàn)沖擊實(shí)驗(yàn)(GB /T2423.15)=0.1=0.5%3高溫實(shí)驗(yàn)高溫實(shí)驗(yàn)=0.2=3%4低溫實(shí)驗(yàn)低溫實(shí)驗(yàn)=0.2=3%5高低溫循環(huán)實(shí)驗(yàn)高低溫循環(huán)實(shí)驗(yàn)=0.2=3%l高溫實(shí)驗(yàn)條件為：以溫度變化速率不大于高溫實(shí)驗(yàn)條件為：以溫度變化速率不大于1攝攝氏度氏度/分鐘（不超過平均分鐘（

12、不超過平均5分鐘）升至最高溫度分鐘）升至最高溫度85攝氏度，保持恒溫?cái)z氏度，保持恒溫2小時(shí)，恢復(fù)至常溫后，小時(shí)，恢復(fù)至常溫后，進(jìn)行測試；進(jìn)行測試；l低溫實(shí)驗(yàn)條件為：以溫度變化速率不大于低溫實(shí)驗(yàn)條件為：以溫度變化速率不大于1攝攝氏度氏度/分鐘（不超過平均分鐘（不超過平均5分鐘）降至最低溫度分鐘）降至最低溫度-40攝氏度，保持恒溫?cái)z氏度，保持恒溫2小時(shí)，恢復(fù)至常溫后，小時(shí)，恢復(fù)至常溫后，進(jìn)行測試；進(jìn)行測試；l高低溫循環(huán)實(shí)驗(yàn)：將樣品在高溫下測量其插高低溫循環(huán)實(shí)驗(yàn)：將樣品在高溫下測量其插損，然后升溫至損，然后升溫至85攝氏度，保持恒溫?cái)z氏度，保持恒溫30分鐘，分鐘，然后降溫至然后降溫至-40攝氏度，保

13、持?jǐn)z氏度，保持30分鐘，取出在常分鐘，取出在常溫下溫下2小時(shí)，擦去水珠，測量并記錄其插入損耗小時(shí)，擦去水珠，測量并記錄其插入損耗值，繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)試驗(yàn)。值，繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)試驗(yàn)。溫度循環(huán)實(shí)驗(yàn)（1209一般規(guī)定14天42個(gè)循環(huán)）1. Hold at room temperature for 1 hour.2. Steadily ramp up to +85 2C in 1 hour.3. Hold at +85 2C for 1 hour.4. Steadily ramp down to room temperature in 1 hour.5. Hold at room temperat

14、ure for 1 hour.6. Steadily ramp down to 40 2C in 1 hour.7. Hold at 40 2C for 1 hour.8. Steadily ramp up to room temperature in 1 hour. 插插入入損損耗耗dB分光比分光比P級(jí)級(jí)A級(jí)級(jí)單（單（S）雙（雙（D）單（單（S）雙（雙（D）50/503.35/3.353.5/3.53.6/3.63.8/3.845/553.75/2.854.1/3.03.85/2.954.4/3.240/604.35/2.454.6/2.64.5/2.74.9/2.835/654.85/2.

15、055.3/2.24.9/2.15.7/2.430/705.55/1.755.9/1.85.9/1.96.3/2.020/807.45/1.157.8/1.17.6/1.28.3/1.310/9010.95/0.6011.2/0.611.1/0.612.6/0.75/9513.75/0.4014.4/0.4214.4/0.4514.9/0.452/9818.95/0.2719.5/0.3019.4/0.3019.9/0.321/9920.9/0.1823.4/0.2521.4/0.2023.9/0.33PDL(dB)0.080.110.110.14方向性方向性(dB)57外觀檢查外觀檢查光纖長

16、度，光纖是否有亮點(diǎn)、破皮、染色光纖長度，光纖是否有亮點(diǎn)、破皮、染色錐形，不銹鋼管方向，光纖或不銹鋼管外表，硅膠內(nèi)是否有氣泡錐形，不銹鋼管方向，光纖或不銹鋼管外表，硅膠內(nèi)是否有氣泡WDM制作原理制作原理WDM的輸出的輸出寬帶耦合器制作原理寬帶耦合器制作原理雙窗口耦合器制作原理雙窗口耦合器制作原理%50%100%01020304050600Multimode Coupler)(單位長度LCR多模光纖耦合器的耦合比與拉伸長度關(guān)系多模光纖耦合器的耦合比與拉伸長度關(guān)系多模耦合器最好腐蝕多模耦合器最好腐蝕 多模光纖耦合機(jī)制與單模光纖類似，差異在于有更多模式參與耦合；多模光纖耦合機(jī)制與單模光纖類似，差異在于

17、有更多模式參與耦合； 起初耦合比隨拉伸長度近似線性增加，達(dá)到起初耦合比隨拉伸長度近似線性增加，達(dá)到50時(shí)便不再增加，而是穩(wěn)定時(shí)便不再增加，而是穩(wěn)定在在50附近，稍有起伏；原因是大量模式參與耦合，而其耦合拍長各不相同，附近，稍有起伏；原因是大量模式參與耦合，而其耦合拍長各不相同，某些模式的耦合比增加，而同時(shí)另一些模式的耦合比減少，大量模式耦合比的某些模式的耦合比增加，而同時(shí)另一些模式的耦合比減少，大量模式耦合比的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，使總耦合比穩(wěn)定在統(tǒng)計(jì)結(jié)果，使總耦合比穩(wěn)定在50附近；附近； 多模光纖耦合器表現(xiàn)出很好的帶寬特性，在多模光纖耦合器表現(xiàn)出很好的帶寬特性，在8001700nm共共900nm帶寬內(nèi)，帶寬內(nèi)，耦合比滿足耦合比滿足505，其原因是大量模式耦合比的統(tǒng)計(jì)特性抵消了單個(gè)模式，其原因是大量模式耦合比的統(tǒng)計(jì)特性抵消了單個(gè)模式耦合比的波長相關(guān)性。耦合比的波長相關(guān)性。對(duì)于耦合器，有幾點(diǎn)補(bǔ)充：對(duì)于耦合器，有幾點(diǎn)補(bǔ)充：耦合器有帶寬限制耦合器有帶寬限制不能反過來合束不能反過來合束環(huán)鏡環(huán)鏡預(yù)拉伸的預(yù)拉伸的PDL小型化器件（氫氧焰）小型化器件（氫氧焰）拉錐機(jī)拉錐機(jī)Sagnec干涉儀干涉儀陀螺：導(dǎo)彈、航天、陀螺：導(dǎo)彈、航天、潛艇等定位；橋梁、潛艇等定位；橋梁、大壩等角