有关光纤传输和光器件的基本概念

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1、《有关光纤传输和光器件的一些基本概念》（本文根据网络多篇文章整理）·光纤是一种高度透明的玻璃纤维,由纯石英拉制而成。·从横截面上看光纤由三部分组成,即折射率较高的纤芯,折射率较低的包层以及表面涂层。·光纤有多模光纤和单模光纤两种基本类型。·不同的折射率分布及不同模式的光纤,传输特性完全不同。·光纤传输的条件要满足光线在纤芯和包层界面上的全反射条件,同时还需满足传输过程中的相干加强条件。·单模光纤：只能传播一种模式的光纤称为单模光纤。标准单模(singlemode,SM)光纤折射率呈阶跃型分布,纤芯直径较小,模场直径只有8～10μm,光线沿轴直线传播。·多模光纤：多模(mult

2、imode,MM)光纤纤芯直径较大,可以传播数百到上千个模式,根据折射率在纤芯和包层的径向分布的不同,又可分为阶跃多模光纤和渐变多模光纤。·对于特定的光纤结构,只有满足一定条件的电磁波可以在光纤中有效地传输,这些特定的电磁波称为光纤模式。·光纤中的模式是指光纤中的光在传播过程中所呈现出的空间分布形式,它是由入射光的角度和频率以及光纤参数决定的,在光纤参数一定时就只由入射光的角度和频率(前提是光纤不受扰动且均匀)确定。·每个模式可认为是以特定传播角传播的一个独立光束。（以不同角度入射到光纤的射线将形成光纤中不同的模式。）·完全沿着光纤中心轴线传播的模式称为“基模”；·模式的传播

3、角度越大，它的级就越高；最高级的模式就是以临界角传播的模式。·只支持一个模式（基模）的光纤被称作单模光纤；可支持多个模式的光纤为多模光纤。·对于某个特定波长，要实现单模的条件，只有芯径足够小的光纤才能传输单一光波模式。只要芯径稍大,光纤就能传输两个模式；光波长越短,将光耦合进单模光纤就越困难。·对于特定芯径的单模传输,存在一个特殊的波长值,必须大于此值才能实现单模传输,这个波长值称为截止波长λc。单模波长必须大于λc;若波长低于λc时就会出现多模传输。例如,普通阶跃折射率单模光纤通常用于1310nm波段,其规定的截止波长一般为1.26μm。·介质纤芯并不能约束所有的光,一部分

4、被传导的单模会延伸到包层中。约20％是由包层传输的。·纤芯和包层热膨胀系数的不同也会导致内部受力不对称,所以温度变化也会影响光在光纤中的传播质量。·一般情况下，多模光纤光源是LED，单模则是LD激光器。·单模适合于短、中、长距离的低频或高频信号传输，多模只适用于低频短距离传输。☆光纤耦合器（注：也有叫光分路器）光纤耦合器（Coupler）又称分歧器（Splitter），是将光讯号从一条光纤中分至多条光纤中的元件，属于光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到，与光纤连接器分列被动元件中使用最大项的。光纤耦合器可分标准耦合器（双分支，单位1×2

5、，亦即将光讯号分成两个功率）、星状／树状耦合器、以及波长多工器（WDM，若波长属高密度分出，即波长间距窄，则属于DWDM）。制作方式则有烧结（Fuse）、微光学式（MicroOptics）、光波导式（WaveGuide）三种，而以烧结式方法生产占多数（约有90％）。☆光分路器的分光原理　　光分路器按原理可以分为熔融拉锥型和平面波导型两种，熔融拉锥型产品是将两根或多根光纤进行侧面熔接而成；平面波导型是微光学元件型产品，采用光刻技术，在介质或半导体基板上形成光波导，实现分支分配功能。这两种型式的分光原理类似，它们通过改变光纤间的消逝场相互耦合（耦合度，耦合长度）以及改变光纤纤半径

6、来实现不同大小分支量；反之也可以将多路光信号合为一路信号叫做合成器。熔锥型光纤耦合器因制作方法简单、价格便宜、容易与外部光纤连接成为一整体，而且可以耐受机械振动和温度变化等优点，目前成为市场的主流制造技术。熔融拉锥法就是将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一定的方法靠扰，在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构，通过控制光纤扭转的角度和拉伸的长度，可得到不同的分光比例（光耦合）。最后把拉锥区用固化胶固化在石英基片上插入不锈钢管内，这就是光分路器。对于更多路数的分路器生产可以用多个二分路器组成。熔融拉锥法其中最重要的生产设备是融熔机，也是生产

7、光分路器的重要步骤。虽然重要步骤部分可由机器代工，但烧结之后，仍须人工作检测封装，因此人工成本约占10～15％左右；再者采用人工检测封装须保证品质的一致性，这也是量产时所必须克服的，但技术困难度不若DWDMmodule及光主动元件高，因此初期想进入光纤产业的厂商，大部分会从光耦合器切入，毛利则在20～30％。这种生产工艺因固化胶的热膨胀系数与石英基片、不锈钢管的不一致，在环境温度变化时热胀冷缩的程度就不一致，此种情况容易导致光分路器损坏，尤其把光分路放在野外的情况更甚，这也是光分路容易损坏得最主要原因。