光纤耦合器和光分路器教程.docx

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1、光纤耦合器和光分路器教程作者： 飞速(FS) 内容来源： 飞速(FS) 日期：····光纤耦合器简介光纤耦合器的原理是，将两根以上的光纤彼此靠拢进行熔化拉伸，从而产生一个耦合区。对加热区域进行拉伸，直到出现所需要的耦合特性。这一装置又被称为熔融拉锥(FBT)耦合器。随着输入光纤模场直径在下锥区内变得越来越大，耦合过程不断发生。在耦合区域内，由于两个纤芯彼此非常靠近，因此一个纤芯与另一个纤芯发生耦合现象。在纤芯直径不断增加的上锥区，模在芯内变得越来越小，最终两个独立的模离开了两根独立光纤的输出端。有时候，两根光纤会在加热拉伸前被绞合起来。另一个方法就是研磨光纤端面，使得设计者可以

2、非常精确地控制耦合的效果。输入光的哪一部分将被耦合进第二根光纤，取决于工作波长、两条纤芯之间的距离以及耦合区域内的纤芯直径。因此，通过确定耦合区域的大小，我们将能够控制输出功率比，即耦合比。50:50的耦合比十分流行，而1:99则用于监控EDFA内部的输入和输出信号。如何实现50:50均分？在这一排列中，光模将通过两根光纤的合并包层，并且在上锥区被分离开来。FBT耦合器的优势FBT耦合器具有如下三个关键优势：低损耗过程：光纤耦合是一个低损耗的过程，实际上，在芯模到耦合模再到芯模的转换过程中是没有损耗的。因此，我们不得不说损耗是光通过一个短包层长度所造成的。不过，耦合器的插入损耗

3、相当高，并且取决于耦合比。无逆反射：光纤决不会再耦合过程中离开光纤结构，所以它决不会经过任何的接口。因此，此类型耦合器本身不会造成逆反射。实际上，此类型耦合器的技术资料中并没有包含这一规范。便于连接：由于耦合器是由普通光纤制成，因此FBI能够与传输光纤非常方便地进行连接，并且损耗低。光纤耦合器的端口结构我们可以想象有许多种经过装置耦合的光纤组束，如下显示了其中的一部分类型。2×1合路器用于将两个光输入汇合进一条光纤（a）。当传输方向改变时，该装置将一个光信号分成两个光信号（b）。根据所执行的功能，该耦合器又被称为光纤分路器。这些耦合器要么耦合，要么分路，有1×N或N×1的端口结

4、构（c）。这种耦合器被称之为树状耦合器，并且有可能是N×M结构.对于WDM网络，有一种重要的耦合器，那就是星形耦合器（d）。在这种耦合器中，有相同数量的输入端和输出端。它是N×N双向（BIDI）耦合器。但是，星形耦合器可以被构建成N×M单向耦合器。一个具有50:50输出比的耦合器，也就是被称为3dB耦合器的分路器。这种简单的装置可用作树状或星形耦合器的构建块。然而，这并不是最好的方法，因为我们需要M=(N/2)log2N3-dB的耦合器以得到一个N×N并且发射进入每一端口的功率只有1/N会出现在每一个输出端口。这就是为什么广播WDM网络的新一代树状和星形耦合器直接使用FBT技术

5、来制造。均匀性是耦合器的一个特性，用于确保相等的分光比。例如，一个理想的1×2耦合器将输入功率均匀分流后进入两个端口。但在现实中，每一个输出端口的功率会偏离50:50的均分比。造成这一非均匀性的物理原因在于，制作过程中不同耦合插入的损耗不同。50:50耦合器的均匀性如下所示：均匀性（dB）=10log(P0/P1)-10log(P0/P2)]=10log(P2/P1)关于光纤分路器光纤分路器是无源光网络（PON）系统的一个关键的光学器件，也被称为无源光分路器，将光信号功率平均分流后进入所有输出端口。在PON设备中，一个1×8到1×32分路器被放置在一个电极上，将空中的配线光缆和

6、用户引线连接至用户室内。一个1×N分路器可以是一个N×N星形耦合器的一部分。例如，左图所示是一个带有四层拓扑结构的16×16的星形耦合器，虚线区域表示的是一个1×16分路器。星形耦合器可在一个完美的Shuffle拓扑结构中，通过级联3-dB耦合器进行构建。3-dB耦合器有两个输入端口和两个输出端口，而且它将输入功率进行50:50均分后进入输出端口。用于k层1×N耦合器的3-dB耦合器数量由以下公式给出：N3dB耦合器 =2k -1,k=log2N并且每个输出端口的分光损耗由以下公式给出:分光损耗=3k[dB].对于一个1×16分路器，k=4,那么所需的3-dB耦合器的数量即为3

7、2，并且每个输出端口的分光损耗为12dB。高阶分路器的构建可以看成是对此类耦合器进行k层排列。它们有一个或两个输入端口，并且输出端口的数量，如果所示为N3dB耦合器 =2k，输出端口的数量被称为分光比，相当于可连接的光网络单元（ONU）的数量。在下行方向上，分路器将光的路径从所有的ONU分配至输入端口。分光比增倍的代价即为输出功率上的3-dB损耗。上行信号跟下行信号一样受到同样的损耗，甚至是只有一个端口连接至光线路终端（OLT）。这是无源对称装置互易性的自然结果。目前，我们认为分路器是不会造