光無源器件淺析

摘要：主要介紹了應(yīng)用于光纖通信中的各種光無源器件的種類、作用、原理和技術(shù)指標，并對部分主要的光無源器件有較深入的分析和工藝考慮，如光纖光纜活動連接器、光衰減器、光開關(guān)、波分復用器等，較為詳細地介紹了這些光無源器件的特點及用途。關(guān)鍵字：光纖通信光無源器件種類作用原理技術(shù)指標光無源器件是光纖通信設(shè)備的重要組成部分，也是其它光纖應(yīng)用領(lǐng)域不可缺少的元器件。具有高回波損耗、低插入損耗、高可靠性、穩(wěn)定性、機械耐磨性和抗腐蝕性、易于操作等特點，廣泛應(yīng)用于長距離通信、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)及光纖到戶、視頻傳輸、光纖感測等等。相對于光電器件，如半導體激光器、發(fā)光二極管、光電二極管以及光纖放大器等光“有源器件”而言，這一類本身不發(fā)光、不放大、不產(chǎn)生光電轉(zhuǎn)換的光學器件，常被稱之為光“無源器件”。一、光無源器件原理、作用及指標它是一種光學元器件，其工藝原理遵守光學的基本規(guī)律及光線理論和電磁波理論、各項技術(shù)指標、多種計算公式和各種測試方法，與纖維光學、集成光學息息相關(guān)；因此它與電無源器件有本質(zhì)的區(qū)別。光無源器件的種類繁多，功能及形式各異，但在光纖通信網(wǎng)絡(luò)里是一種使用性很強的不可缺少的器件。主要的無源器件有光纖連接器、光纜連接器、光纖耦合器、光開關(guān)、光復用器（合波器和分波器）、光分路器、光隔離器、光衰耗器、光濾波器，等等。它的作用概括起來主要是：連接光波導或光路；控制光的傳播方向；控制光功率的分配；控制光波導之間、器件之間和光波導與器件之間的光耦合；以及合波和分波等作用。評價光無源器件的主要技術(shù)指標包括：插入損耗、反射損耗、工作帶寬、帶內(nèi)起伏、功率分配誤差、波長隔離度、信道隔離度、信道寬度、消光比、開關(guān)速度、調(diào)制速度等等。不同的器件要求有不同性質(zhì)的技術(shù)指標。但是，絕大多數(shù)的光無源器件都要求插入損耗低、反射損耗高、工作帶寬寬等。二、光無源器件種類（一）光纖光纜活動連接器含義即原理應(yīng)用光纖光纜活動連接器是連接兩根光纖光纜形成連續(xù)光通路且可以重復裝拆的無源器件；它還具有將光纖光纜與有源器件，光纖光纜與其他無源器件，光纖光纜與系統(tǒng)和儀表進行活動連接的功能。活動連接器伴隨著光通信的發(fā)展而發(fā)展，現(xiàn)在已形成門類齊全、品種繁多的系統(tǒng)產(chǎn)品，是光纖應(yīng)用領(lǐng)域中不可缺少的、應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)元件之一。光纖光纜活動連接器類型按其功能可以分成如下幾部分：連接器插頭、光纖跳線、轉(zhuǎn)換器、變換器等。這些部件可以單獨作為器件使用，也可以合在一起成為組件使用。實際上，一個活動連接器習慣上是指兩個連接器插頭加一個轉(zhuǎn)換器。連接器插頭：使光纖在轉(zhuǎn)換器或變換器中完成插拔功能的部件稱為插頭，連接器插頭由插針體和若干外部機械結(jié)構(gòu)零件組成。兩個插頭在插入轉(zhuǎn)換器或變換器后可以實現(xiàn)光纖（纜）之間的對接；插頭的機械結(jié)構(gòu)用于對光纖進行有效的保護。插針是一個帶有微孔的精密圓柱體。光纖跳線：將一根光纖的兩頭都裝上插頭，稱為跳線。連接器插頭是跳線的特殊情況，即只在光纖的一頭裝有插頭。在工程及儀表應(yīng)用中，大量使用著各種型號、規(guī)格的跳線，跳線中光纖兩頭的插頭可以是同一型號，也可以是不同的型號。跳線可以是單芯的，也可以是多芯的。跳線的價格主要由接頭的質(zhì)量決定。因而價格也相差較大。在選用跳線時，本著質(zhì)優(yōu)價廉去選是不錯，但一定不要買質(zhì)次價低的產(chǎn)品。轉(zhuǎn)換器：把光纖接頭連接在一起，從而使光纖接通的器件稱為轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器俗稱法蘭盤。在CATV系統(tǒng)中用得最多的是FC型連接器；SC型連接器因使用方便、價格低廉，可以密集安裝等優(yōu)點，應(yīng)用前景也不錯，除此地外，ST型連接器也有一定數(shù)量的應(yīng)用。變換器：將某一種型號的插頭變換成另一型號插頭的器件叫做變換器，該器件由兩部分組成，其中一半為某一型號的轉(zhuǎn)換器，另一半為其它型號的插頭。使用時將某一型號的插頭插入同型號的轉(zhuǎn)換器中，就變成其它型號的插頭了。在實際工程應(yīng)用中，往往會遇到這種情況，即手頭上有某種型號的插頭，而儀表或系統(tǒng)中是另一型號的轉(zhuǎn)換器，彼此配不上，不能工作。如果備有這種型號的變換器，問題就迎刃而解了。對于FC、SC、ST三種連接器，要做到能完全互換，有下述6種變換器。SC—FC，將SC插頭變換成FC插頭；ST—FC將ST插頭變換成FC插頭；FC—SC將FC插頭變換成SC插頭；FC—ST將FC插頭變換成ST插頭，SC—ST將SC插頭變換成ST插頭；ST—SC將ST插頭變換成SC插頭。LC連接蠱（二） 光衰減器光衰減器是能對光功率進行一定量衰減的器件。光衰減器可大致分為固定和可變兩類。固定衰減器和可變衰減器的主要指標是其衰減量的準確度、精度和穩(wěn)定性或重復性，以及適用的波長區(qū)域。固定式光衰減器主要用于對光路中的光能量進行固定量的衰減，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，防止光接收機飽和；也可用于對光測試儀器的校準定標。對于不同的線路接口，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)計富余度和實際系統(tǒng)中光功率的富余度不完全一樣，在對系統(tǒng)進行BER評估，防止接收機飽和時，就必須在系統(tǒng)中插入可變光衰減器，另外,在纖維光學（如光功率計或OTDR）的計量、定標也將使用可變衰減器。從市場需求的角度看，一方面光衰減器正向著小型化，系列化、低價格方向發(fā)展。另一方面由于普通型光衰減器已相當成熟，光衰減器正向著高性能方向發(fā)展，如智能化光衰減器，高回損光衰減器等。（三） 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，可由微機控制實現(xiàn)分光交換，實現(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、光器件的測試及光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中，使光纖傳輸系統(tǒng)，測量儀表或傳感系統(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，當正在工作的光發(fā)射機出故障時，利用光開關(guān)就可以在極短的時間內(nèi)（小于1ms）將備份光發(fā)射機接入系統(tǒng)，保證其正常工作。根據(jù)其工作原理，光開關(guān)可分為機械式和非機械式兩大類。機械式光開關(guān)靠光纖或光學元件移動使光路發(fā)生改變，目前市場上的光開關(guān)一般為機械式，其優(yōu)點是插入損耗低，一般小于1.5dB；隔離度高，一般大于45dB，不受偏振和波長的影響。非機械式光開關(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)來改變波導折射率，使光路發(fā)生改變，這也是一項新技術(shù)，這類開關(guān)的優(yōu)點是：開關(guān)時間短，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。（四）波分復用器光波分復用（WDM）技術(shù)是在一根光纖中同時傳送多個波長的光載波信號，而每個光載波可以通過FDM或TDM方式，各自承載多路模擬或多路數(shù)字信號。其基本原理是在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來（復用），并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端又將這些組合在一起的不同波長的信號分開（解復用），并作進一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端。因此將此項技術(shù)稱為光波長分割復用，簡稱光波分復用技術(shù)。WDM技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)的擴容升級，發(fā)展寬帶業(yè)務(wù)，挖掘光纖帶寬能力，實現(xiàn)超高速通信等均具有十分重要的意義，尤其是加上摻鉺光纖放大器（EDFA）的WDM對現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)更具有強大的吸引力。波分復用器是一種面向城域網(wǎng)接入層的低成本W(wǎng)DM傳輸技術(shù)。從原理上講，CWDM就是利用光復用器將不同波