光系統(tǒng)損耗計(jì)算

1、有線電視光網(wǎng)系統(tǒng)中光分路器的損耗計(jì)算一、光功率單位介紹在實(shí)際運(yùn)用中，光功率單位常采用mw或分貝值dBm在有線電視系統(tǒng)中，利用場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)得的射頻電平是以dBpV為單位表示的，dB表示一個(gè)相對(duì)值，如甲的功率為18dBm，乙的功率為10dBm，則可以說(shuō)甲比乙大8dB，dBm是功率絕對(duì)值的單位，不要相互搞混淆了。二、光分路器的分光比定義及電氣參數(shù) 光分路器類似于電纜傳輸網(wǎng)絡(luò)中的分支器、分配器。在實(shí)際的運(yùn)用中，常常用光分路器把光發(fā)射機(jī)輸出的光信號(hào)分成強(qiáng)度不等的幾路輸出，光強(qiáng)較大的一路傳輸?shù)捷^遠(yuǎn)的設(shè)備，光強(qiáng)弱的一路傳輸?shù)捷^近的距離，以使各個(gè)光節(jié)點(diǎn)都能得到近似相等的光功率。光分路器對(duì)各支路光功率分配的比例稱為

2、分光比，分光比K定義為光分路器某輸出端輸出光功率與光分路器輸出端總的輸出光功率之比。分光損耗：不同的分光比對(duì)光信號(hào)產(chǎn)生的損耗就叫做分光損耗，其值為-10lgK。 駙加損耗：光分路器把輸入端的光信號(hào)按照預(yù)定的分光比對(duì)各個(gè)支路進(jìn)行分配時(shí)，光信號(hào)通過光分路器時(shí)除分光損耗外，還有光分路器本身對(duì)光信號(hào)產(chǎn)生的損耗，這種損耗稱為光分路器附加損耗。 插入損耗：插入損耗包括分光損耗和附加損耗兩部分，即插入損耗(dB)=-10lgk+附加損耗。同時(shí)光分路器還有頻率響應(yīng)、均勻性、隔離度等技術(shù)指標(biāo)要求。三、光鏈路損耗的計(jì)算光鏈路損耗包括三個(gè)部份：一是光纜對(duì)光信號(hào)強(qiáng)度產(chǎn)生的衰減；二是網(wǎng)絡(luò)中各種接頭、接點(diǎn)對(duì)光信號(hào)的衰減;

3、三是網(wǎng)絡(luò)中器件對(duì)光信號(hào)產(chǎn)生的衰減，例如光分路器的分光損耗和附加損耗。光鏈路全程損耗可按下式計(jì)算：A=aL-10lgk+Ac+Af。式中：A為光鏈路全程損耗，aL為光纖對(duì)所傳輸光信號(hào)的衰減，為光衰減系數(shù)，L為光纜長(zhǎng)度。在設(shè)計(jì)中在光信號(hào)波長(zhǎng)為1310nm時(shí)一般取=O.4dBkm，當(dāng)光信號(hào)波長(zhǎng)為1550nm時(shí)，可取=0.25dB/Km(包括熔接損耗)。Ac為插頭損耗，每個(gè)接頭可按0.5dB計(jì)算。Af偽光分路器附加損耗，設(shè)計(jì)中可按下表所示值計(jì)算。 光分路器與同軸電纜傳輸系統(tǒng)一樣，光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也需要將光信號(hào)進(jìn)行耦合、分支、分配，這就需要光分路器來(lái)實(shí)現(xiàn)，光分路器是光纖鏈路中最重要的無(wú)源器件之一，是具有多個(gè)輸

4、入端和多個(gè)輸出端的光纖匯接器件，常用M×N來(lái)表示一個(gè)分路器有M個(gè)輸入端和N個(gè)輸出端。在光纖CATV系統(tǒng)中使用的光分路器一般都是1×2、1×3以及由它們組成的1×N光分路器。1光分路器的分光原理光分路器按原理可以分為光纖型和平面波導(dǎo)型兩種，光纖熔融拉錐型產(chǎn)品是將兩根或多根光纖進(jìn)行側(cè)面熔接而成；光波導(dǎo)型是微光學(xué)元件型產(chǎn)品，采用光刻技術(shù)，在介質(zhì)或半導(dǎo)體基板上形成光波導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)分支分配功能。這兩種型式的分光原理類似，它們通過改變光纖間的消逝場(chǎng)相互耦合（耦合度，耦合長(zhǎng)度）以及改變光纖纖半徑來(lái)實(shí)現(xiàn)不同大小分支量，反之也可以將多路光信號(hào)合為一路信號(hào)叫做合成器。熔錐型光纖

5、耦合器因制作方法簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、容易與外部光纖連接成為一整體，而且可以耐孚機(jī)械振動(dòng)和溫度變化等優(yōu)點(diǎn)，目前成為市場(chǎng)的主流制造技術(shù)。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法靠擾，在高溫加熱下熔融，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)，通過控制光纖扭轉(zhuǎn)的角度和拉伸的長(zhǎng)度，可得到不同的分光比例。最后把拉錐區(qū)用固化膠固化在石英基片上插入不銹銅管內(nèi)，這就是光分路器。這種生產(chǎn)工藝因固化膠的熱膨脹系數(shù)與石英基片、不銹鋼管的不一致，在環(huán)境溫度變化時(shí)熱脹冷縮的程度就不一致，此種情況容易導(dǎo)致光分路器損壞，尤其把光分路放在野外的情況更甚，這也是光分路容易損壞得最主要原因。對(duì)于

6、更多路數(shù)的分路器生產(chǎn)可以用多個(gè)二分路器組成。2光分路器的常用技術(shù)指標(biāo)（1） 插入損耗。光分路器的插入損耗是指每一路輸出我相對(duì)于輸入光損失的dB數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Ai=-10lg Pouti/Pin ，其中Ai是指第i個(gè)輸出口的插入損耗；Pouti是第i個(gè)輸出端口的光功率；Pin是輸入端的光功率值。（2） 附加損耗。附加損耗定義為所有輸出端口的光功率總和相對(duì)于輸入光功率損失的DB數(shù)。值得一提的是，對(duì)于光纖耦合器，附加損耗是體現(xiàn)器件制造工藝質(zhì)量的指標(biāo)，反映的是器件制作過程的固有損耗，這個(gè)損耗越小越好，是制作質(zhì)量?jī)?yōu)劣的考核指標(biāo)。而插入損耗則僅表示各個(gè)輸出端口的輸出功率狀況，不僅有固有損耗的因素，更

7、考慮了分光比的影響。因此不同的光纖耦合器之間，插入損耗的差異并不能反映器件制作質(zhì)量的優(yōu)劣。對(duì)于1*N單模標(biāo)準(zhǔn)型光分路器附加損耗如下表所示：分路數(shù)   2      3      4    5      6      7      8      9    10    11 

8、60; 12    16附加損耗DB 0.2  0.3  0.4  0.45  0.5  0.55  0.6  0.7  0.8    0.9    1.0    1.2（3） 分光比。分光比定義為光分路器各輸出端口的輸出功率比值，在系統(tǒng)應(yīng)用中，分光比的確定是根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)光節(jié)點(diǎn)所需的光功率的多少，確定合適的分光比（平均分配的除外），光分路器的分光比與傳輸光的

9、波長(zhǎng)有關(guān)，例如一個(gè)光分路在傳輸1.31 微米的光時(shí)兩個(gè)輸出端的分光比為50：50；在傳輸1.5m的光時(shí)，則變?yōu)?0：30（之所以出現(xiàn)這種情況，是因?yàn)楣夥致菲鞫加幸欢ǖ膸挘捶止獗然静蛔儠r(shí)所傳輸光信號(hào)的頻帶寬度）。所以在訂做光分路器時(shí)一定要注明波長(zhǎng)。（4） 隔離度。隔離度是指光分路器的某一光路對(duì)其他光路中的光信號(hào)的隔離能力。在以上各指標(biāo)中，隔離度對(duì)于光分路器的意義更為重大，在實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用中往往需要隔離度達(dá)到40dB以上的器件，否則將影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。另外光分路器的穩(wěn)定性也是一個(gè)重要的指標(biāo)，所謂穩(wěn)定性是指在外界溫度變化，其它器件的工作狀態(tài)變化時(shí)，光分路器的分光比和其它性能指標(biāo)都應(yīng)基本保持不變

10、，實(shí)際上光分路器的穩(wěn)定性完全取決于生產(chǎn)廠家的工藝水平，不同廠家的產(chǎn)品，質(zhì)量懸殊相當(dāng)大。在實(shí)際應(yīng)用中，本人也確實(shí)碰到很多質(zhì)量低劣的光分路器，不僅性能指標(biāo)劣化快，而且損壞率相當(dāng)高，作于光纖干線的重要器件，在選購(gòu)時(shí)一定加以注意，不能光看價(jià)格，工藝水平低的光分路價(jià)格肯定低。三、光衰減器光衰減器是一種非常重要的纖維光學(xué)無(wú)源器件，是光纖CATV中的一個(gè)不可缺少的器件。到目前為止市場(chǎng)上已經(jīng)形成了固定式、步進(jìn)可調(diào)式、連續(xù)可調(diào)式及智能型光衰減器四種系列。1、衰減器的衰減原理。光衰減器的類型很多，不同類型的衰減器分別采用不同的工作原理。 位移型光衰減器。眾所周知，當(dāng)兩段光纖進(jìn)行連接時(shí)，必須達(dá)到相當(dāng)高的對(duì)中精度，才

11、能使光信號(hào)以較小的損耗傳輸過去。反過來(lái)，如果將光纖的對(duì)中精度做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，就可以控制其衰減量。位移型光衰減器就是根據(jù)這個(gè)原理，有意讓光纖在對(duì)接時(shí)，發(fā)生一定的錯(cuò)位。使光能量損失一些，從而達(dá)到控制衰減量的目的，位移型光衰減器又分為兩種：橫向位移型光衰減器、軸向位移型光衰減器。橫向位移型光衰減器是一種比較傳統(tǒng)的方法，由于橫向位移參數(shù)的數(shù)量級(jí)均在微米級(jí)，所以一般不用來(lái)制作可變衰減器，僅用于固定衰減器的制作中，并采用熔接或粘接法，到目前仍有較大的市場(chǎng)，其優(yōu)點(diǎn)在于回波損耗高，一般都大于60dB。軸向位移型光衰減器在工藝設(shè)計(jì)上只要用機(jī)械的方法將兩根光纖拉開一定距離進(jìn)行對(duì)中，就可實(shí)現(xiàn)衰減的目的。這種原理主要用

12、于固定光衰減器和一些小型可變光衰減器的制作。 薄膜型光衰減器。這種衰減器利用光在金屬薄膜表面的反射光強(qiáng)與薄膜厚度有關(guān)的原理制成。如果玻璃襯底上蒸鍍的金屬薄膜的厚度固定，就制成固定光衰減器。如果在光纖中斜向插入蒸鍍有不同厚度的一系列圓盤型金屬薄臘的玻璃襯底，使光路中插入不同厚度的金屬薄膜，就能改變反射光的強(qiáng)度，即可得到不同的衰減量，制成可變衰減器。 衰減片型光衰減器。衰減片型光衰減器直接將具有吸收特性的衰減片固定在光纖的端面上或光路中，達(dá)到衰減光信號(hào)的目的，這種方法不僅可以用來(lái)制作固定光衰減器，也可用來(lái)制作可變光衰減器。2光衰減器的性能指標(biāo)。 衰減量和插入損耗。衰減量和插入損耗是光衰減器的重要指

13、標(biāo)，固定光衰減器的衰減量指標(biāo)實(shí)際上就是其插入損耗，而可變衰減器除了衰減量外，還有單獨(dú)的插入損耗指標(biāo)，高質(zhì)量的可變衰減器的插入損耗在1.0dB以下，一般情況下普通可變衰減器的該項(xiàng)指標(biāo)小于2.5dB即可使用。在實(shí)際選用可調(diào)衰減器時(shí)，插入損耗越小越好。但這勢(shì)必會(huì)牽扯到價(jià)格。 光衰減器的衰減精度。衰減精度是光衰減器的重要指標(biāo)。通常機(jī)械式可調(diào)光衰減器的衰減精度為其衰減量的±0.1倍。其大小取決于機(jī)械元件的精密加工程度。固定式光衰減器的衰減精度很高。通常衰減精度越高，價(jià)格就越高。 回波損耗。在光器件參數(shù)中影響系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)是回波損耗?；胤倒鈱?duì)光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的影響是眾所周知的。光衰減器的回波損

14、耗是指入射到光衰減器中的光能量和衰減器中沿入射光路反射出的光能量之比。高性能光衰減器的回波損耗在45dB以上。事實(shí)上由于工藝等方面的原因，衰減器實(shí)際回波損耗離理論值還有一定差距，為了不致于降低整個(gè)線路回波損耗，必須在相應(yīng)線路中使用高回?fù)p衰減器，同時(shí)還要求光衰減器具有更寬的溫度使用范圍和頻譜范圍。3光衰減器的應(yīng)用范圍。固定式光衰減器主要用于對(duì)光路中的光能量進(jìn)行固定量的衰減，其溫度特性極佳。在系統(tǒng)的調(diào)試中，常用于模擬光信號(hào)經(jīng)過一段光纖后的相應(yīng)衰減或用在中繼站中減小富余的光功率，防止光接收機(jī)飽和；也可用于對(duì)光測(cè)試儀器的校準(zhǔn)定標(biāo)。對(duì)于不同的線路接口，可使用不同的固定衰減器；如果接口是尾纖型的，可用尾纖

15、型的光衰減器焊接于光路的兩段光纖之間；如果是在系統(tǒng)調(diào)試過程中有連接器接口，則用轉(zhuǎn)換器式或變換器式固定衰減器比較方便。在實(shí)際應(yīng)用中常常需要衰減量可隨用戶需要而改變的光衰減器。所以可變衰減器的應(yīng)用范圍更廣泛。例如由于EDFA、CATV光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)富余度和實(shí)際系統(tǒng)中光功率的富余度不完全一樣，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行BER評(píng)估，防止接收機(jī)飽和時(shí)，就必須在系統(tǒng)中插入可變光衰減器，另外，在纖維光學(xué)（如光功率計(jì)或OTDR）的計(jì)量、定標(biāo)也將使用可變衰減器。從市場(chǎng)需求的角度看，一方面光衰減器正向著小型化，系列化、低價(jià)格方向發(fā)展。另一方面由于普通型光衰減器已相當(dāng)成熟，光衰減器正向著高性能方向發(fā)展，如智能化光衰減器，高回?fù)p光衰

16、減器等。四光隔離器光隔離器是一種非互易光學(xué)元件，它只容許光束沿一個(gè)方向通過，對(duì)反射光有很強(qiáng)的阻擋作用。在CATV光傳輸系統(tǒng)中，由于光纖活動(dòng)連接器，光纖熔接頭，光學(xué)元件的存在和光纖本身的瑞利散射的作用，總是存在反射光波，對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生有害的影響，因此就必須采用光隔離器消除反射波的影響，在光反射機(jī)，光放大器中都裝有光隔離器，隔離器由起偏器，旋光器和檢偏器三部分組成。起偏器是一種光學(xué)器件，當(dāng)光束入射到它上面時(shí)，其輸出光束變成了某一方向的線性偏振光，該方向就是起偏器的偏振軸。當(dāng)入射光的偏振方向與起偏器的偏振軸垂直時(shí)光不能通過，因此起偏器又可作檢偏器用。旋光器由旋光性材料和套在外面的永久磁鐵組成，借助磁

17、光效應(yīng)，使通過它的光的偏振方向發(fā)生一定程度的旋轉(zhuǎn)。光隔離器的工作原理為：起偏器與檢偏器的偏振軸相差45o，當(dāng)入射光經(jīng)過起偏器時(shí)，被變成線偏振光，然后經(jīng)旋光器，其偏振面被旋轉(zhuǎn)45o，剛好與檢偏器的偏振方向一致，于是光信號(hào)順利通過光隔離器而進(jìn)入光路中。如果有反射光出現(xiàn)時(shí)，反射光通過檢偏器和旋光器后，其偏振方向與起偏器的偏振方向正交而不能通過起偏器，從而達(dá)到了隔離反射光的目的，每級(jí)光隔離器對(duì)反射光的損耗高達(dá)35dB以上。在CATV系統(tǒng)中對(duì)光隔離器性能的要求是：正向損耗低、反向隔離度高、回波損耗高、器件體積小、環(huán)境性能好。由于光隔離器比較貴重，所以一般應(yīng)用在光源中，在光纖線路中不用，只所以不用并不是不

18、需要，而是從成本考慮。如果光隔離器價(jià)格便宜，插入損耗又小，可以在線路中應(yīng)用，以提高系統(tǒng)性能。五、光開關(guān)光開關(guān)是一種光路控制器件，起著切換光路的作用，在光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)和各種光交換系統(tǒng)中，可由微機(jī)控制實(shí)現(xiàn)分光交換，實(shí)現(xiàn)各終端之間、終端與中心之間信息的分配與交換智能化；在普通的光傳輸系統(tǒng)中，可用于主備用光路的切換，也可用于光纖、光器件的測(cè)試及光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中，使光纖傳輸系統(tǒng)，測(cè)量?jī)x表或傳感系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，使用方便。在CATV光網(wǎng)絡(luò)中，為保證有線電視系統(tǒng)的不間斷工作，應(yīng)配備備份光發(fā)射機(jī)，當(dāng)正在工作的光發(fā)射機(jī)出故障時(shí)，利用光開關(guān)就可以在極短的時(shí)間內(nèi)（小于1ms）將備份光發(fā)射機(jī)接入系統(tǒng)，保證其正常工作。根據(jù)

19、其工作原理，光開關(guān)可分為機(jī)械式和非機(jī)械式兩大類。機(jī)械式光開關(guān)靠光纖或光學(xué)元件移動(dòng)使光路發(fā)生改變，目前市場(chǎng)上的光開關(guān)一般為機(jī)械式，其優(yōu)點(diǎn)是插入損耗低，一般小于1.5dB；隔離度高，一般大于45dB，不受偏振和波長(zhǎng)的影響。非機(jī)械式光開關(guān)則依靠電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)以及熱光效應(yīng)來(lái)改變波導(dǎo)折射率，使光路發(fā)生改變，這也是一項(xiàng)新技術(shù)，這類開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是：開關(guān)時(shí)間短，體積小，便于光集成或光電集成；不足之處是插入損耗大，隔離度低。六、波分復(fù)用器在一根光纖內(nèi)同時(shí)傳送幾個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)通信方式收做波分復(fù)用，采用波分復(fù)用技術(shù)，只要在發(fā)送端和接收端增加少量的合波、分波設(shè)備，就可以大幅度增加光纖的傳輸容量，提高經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于已經(jīng)鋪設(shè)的光纜，采用波分復(fù)用技術(shù)，也可實(shí)現(xiàn)多路傳輸，起到降低成本和擴(kuò)充容量的作用。波分復(fù)用器在光路中起到合波和分波的作用，它把不同波長(zhǎng)的光信號(hào)匯集（合波）到一根光纖中傳輸，