拉錐式耦合器原理及制作

1、拉錐式耦合器原理及制作培訓(xùn)人：周進(jìn)文FOCI目錄v光纖基本知識(shí)v耦合器器件介紹v耦合原理概述 v參數(shù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)v燒結(jié)制作流程FOCI光纖基本知識(shí)v 什么是光纖？ 是一種纖芯折射率比包層折射率高的石英玻璃絲。v 光纖基本結(jié)構(gòu)：包層（Cladding）纖芯（Core）涂覆層（Coating）FOCIv光纖的分類單模光纖（SMF） 纖芯：9-10um 工作波長(zhǎng) 1310nm/1550nm多模光纖（MMF）DC ：62.5/125um CC ：50/125um 工作波長(zhǎng) 850nm/1300nm XC ：100/140umFOCI耦合器器件介紹v耦合器（Coupler） 使光信號(hào)在耦合區(qū)發(fā)生耦合，并進(jìn)行

2、再分配的器件。v分類 制作方式拋磨型耦合器熔融雙錐型耦合器微彎型耦合器側(cè)面補(bǔ)償型耦合器FOCI功能光功率分配器（分路器、合路器）光波分復(fù)用器（分波器、合波器）帶寬單窗口窄帶耦合器（CNS）單窗口寬帶耦合器（CWS）雙窗口寬帶耦合器（CWD）FOCI 傳輸模式單模耦合器多模耦合器端口形式X型耦合器（2X2）Y型耦合器（1X2）星型耦合器（NXN）樹型耦合器（1XN）FOCIC-WD-AC-50-S-1210-35-NC/NCvC-WD:產(chǎn)品名稱vA: 光纖種類（D、C）vC: 穿線方式（L）v50：分光比vS: 出貨等級(jí) （H、A）v12：端口形式（22）v10：出纖長(zhǎng)度（05、15、20）v3

3、5：工作波長(zhǎng)（13、15、85、RX）vNC/NC：無(wú)連接頭（FC/FC、SC/SC等）FOCI耦合器各參數(shù)介紹v分光比 C.R（Coupling Ratio）PinPOUT1POUT2Coupler%100.212OUTOUTOUTPPPRCFOCIv附加損耗 E.L （Excess Loss）PinPOUT1POUT2Coupler)(log10.21dBPPPLEINOUTOUTFOCIv插入損耗 I.L （Insertion Loss）PinPOUT1POUT2Coupler)(log10.)(log10.2211dBPPLIdBPPLIINOUTINOUTFOCIv偏振敏感損耗 P.

4、D.L (Polarization Dependent Loss)PinPOUT1POUT2Coupler)(log10.dBPPLDPMaxMinFOCIv回?fù)p B.R （Back Reflection）PinPOUT1POUT2CouplerP反)(10dBPPLogBRIN反FOCI關(guān)系推導(dǎo)1： 已知C.R 、EL，求IL1、IL2？IL1 =-10*LOG10(1- C.R)*10(- EL /10)IL2 =-10*LOG10(C.R *10(- EL /10)關(guān)系推導(dǎo)2： 已知IL1、IL2，求C.R 、EL？C.R =10(- IL2 /10)/(10(- IL1 /10)+10

5、(- IL2 /10)EL =-10*LOG10(10(- IL1 /10)+10(- IL2/10)FOCI熔融拉錐法FBT（Fused Biconical Taper） 熔融拉錐法就是將兩根（或兩根以上）除去涂覆層的光纖以一定的方式靠攏，在高溫下熔融，同時(shí)向兩側(cè)拉伸，最終在加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)傳輸光功率耦合的一種方式。耦合原理概述FOCI光光 源源計(jì)算機(jī)光纖夾具光探測(cè)器火焰控制電路熔融拉錐系統(tǒng)示意圖熔融拉錐系統(tǒng)示意圖FOCI耦合機(jī)理耦合機(jī)理輸入臂直通臂耦合臂入端錐體出端錐體耦合區(qū) 入射光功率在雙錐體結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生功率再分配，一部分光功率從“直通臂”繼續(xù)傳輸，另一部分由

6、“耦合臂”傳到另一路光路。FOCI熔錐型單模光纖耦合器熔錐型單模光纖耦合器 在單模光纖中，傳導(dǎo)模是兩個(gè)正交的的基模(HE11)信號(hào)。傳導(dǎo)模進(jìn)入熔錐區(qū)后，纖芯變細(xì)，V值逐漸減少，越來(lái)越多的光功率進(jìn)入光纖包層。實(shí)際上的光功率是在由包層作為芯，纖外介質(zhì)(一般是空氣)作為新的包層的復(fù)合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中傳輸?shù)摹Ｈ坼F區(qū)截面示意圖V= 2an12-n22FOCI兩光纖波導(dǎo)之間的耦合兩光纖波導(dǎo)之間的耦合 在熔錐區(qū)，兩光纖包層合并在一起，纖芯足夠逼近，形成弱耦合。 弱耦合理論的基本思想是：相耦合的兩波導(dǎo)中的場(chǎng)，各自保持了該波導(dǎo)獨(dú)立存在時(shí)的場(chǎng)分布和傳輸系數(shù)，耦合的影響表現(xiàn)在場(chǎng)的復(fù)數(shù)振幅的沿途變化。FOCICP1(z)=

7、 1-F2sin2(Fz)P2(z)= F2sin2(FCz)兩光纖耦合過(guò)程光功率分配狀況兩光纖耦合過(guò)程光功率分配狀況 P1(z)是直通臂的光功率， P2(z)是耦合臂的光功率，z為拉錐長(zhǎng)度，C為耦合系數(shù)，F(xiàn)2為最大耦合比。 其中 ； FOCI主光纖的歸一化功率隨拉伸長(zhǎng)度的變化主光纖的歸一化功率隨拉伸長(zhǎng)度的變化FOCI40004500500055006000650070007500800000.10.20.30.40.50.60.70.80.91P 1.55 0Z()P 1.31 0Z()Yc Z( )ZCDEAB耦合比率與熔融拉錐長(zhǎng)度的關(guān)系耦合比率與熔融拉錐長(zhǎng)度的關(guān)系FOCI寬帶單模耦合器寬

8、帶單模耦合器 當(dāng)前光纖通信中采用的1310nm或1550nm的半導(dǎo)體激光器一般都有30nm的波長(zhǎng)偏差，因此需要耦合器在一個(gè)較寬的波長(zhǎng)范圍都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 目前通信領(lǐng)域的寬帶耦合器的一般要求：1310nm1550nm雙窗口，每窗口帶寬50nm、分光比的變化不大于5%。FOCI寬帶耦合器制作原理寬帶耦合器制作原理用熔融拉錐工藝制作寬帶耦合器的原理如圖：CDFOCI1、拉伸停止在C點(diǎn)，器件性能對(duì)波長(zhǎng)最不敏感，離開C點(diǎn)， 波長(zhǎng)敏感性逐漸增大，因此，如果拉伸停在C點(diǎn)，就能 在相應(yīng)的中心波長(zhǎng)獲得最大的工作帶寬，即“單窗口寬 帶耦合器”。2、如果拉伸停在D點(diǎn)，就能夠改善兩個(gè)中心波長(zhǎng)的工作帶 寬，即獲得“雙窗口寬帶耦合器”。FOCI 在兩光纖耦合過(guò)程中，其耦合系數(shù)C是包含波長(zhǎng)的量，因此，耦合系數(shù)對(duì)波長(zhǎng)是敏感的，在制作過(guò)程中，可以通過(guò)改變?nèi)廴诶F條件，來(lái)增強(qiáng)這種敏感性，從而制成波分復(fù)用器。(WDM：Wavelength Division Multiplexing) 如拉錐曲線圖，拉伸終止在E點(diǎn)，兩輸出端口的一端將獲得1310nm波長(zhǎng)的全部輸出光功率，而另一端獲得1550nm波長(zhǎng)的全部輸出光功率。熔融拉錐型熔融拉錐型WDM耦合器耦合器FOCI1.火溫對(duì)不同波長(zhǎng)停火時(shí)分光比的影響參數(shù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)FOCI?；瘘c(diǎn)停火點(diǎn)FOCI2.預(yù)拉長(zhǎng)度對(duì)不同波長(zhǎng)分光比第一個(gè)峰值的影響FOCIPeak1FOCI燒結(jié)制作流程