光無源器件的分類特性及應用研究

龔斌 朱政 董小燕

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720044

摘要：介紹了光無源器件的分類和特性，闡述了光無源器件在光纖通信中的幾個典型應用。研究表明，光無源器件在光纖通信技術中占有非常重要的地位，未來它們的使用會更加廣泛，發揮的作用會愈加重要。

關鍵詞：光無源器件；光纖通信；WDM網

當今是以信息傳遞為主的時代，在眾多傳輸系統中，絕大部分信息是通過光纖通信系統來傳送的。在光纖通信技術中，光無源器件是一種使用范圍廣、作用強大的不可或缺的器件，其種類較多，功能各不相同，但是有共同的特點——不需要通過外部的能量，自身就能完成一種光學功能[1]。它們通常應用在遠距離通信、視頻信號傳輸以及局域網絡等領域中。

1 光無源器件的分類和特性

光無源器件是一種不發光，不需要額外能量驅動工作的裝置，比較常用的有光纖連接器、光纖耦合器、光纖分束器、光纖隔離器、光開關等[2]。

1.1 光纖連接器

光纖連接器可以把短的光纖連接起來達到需要的長度，在沒有合適長度的光纖時發揮了重要的作用。但是要求損耗必須很小。光纖連接器按連接方式可以分成兩類：螺旋連接器和非螺旋連接器。目前市面上使用的FC型（螺紋連接）和雙錐型連接器是典型的螺旋連接器，而ST型（帶鍵的卡口結構）和SC型（直接插拔矩形外殼結構）連接器是典型的無螺紋連接器。光纖連接器的好壞可以通過插入損耗和回波損耗兩個參數知道。兩個光纖相連的地方若有偏差不對直，就會產生插入損耗。回波損耗是用來測量連接器端面的后向反射光大小的參數。為了提高光纖連接器的質量，可以提高回波損耗，以及降低插入損耗。

1.2 光纖耦合器

光纖耦合器是可以把光纖一變多或者多變一的一種無源器件。它的出現解決了之前波導耦合器耦合效率低、耗損大、制作技術困難、本錢高的問題，因而一面世就獲得了廣泛的關注。耦合器的制作方法有熔錐法、研磨法兩種。研磨法的制作工藝比較復雜、成品率低，而熔錐法制作的光纖耦合器插入損耗小、成本低、制作簡單、易于實現，其研制技術一直受到人們的青睞。

1.3 光纖分束器和隔離器

光纖分束器是一種能夠實現光分路、合路、插入和分配的光無源器件，在網絡中占據著重要的比例，尤其在用戶網、區域網和有線電視網中。光纖分束器的種類很多，可以熔合兩個或兩個以上（最多可達100根）的光纖，最基本的就是一路分為兩路。重要特性參數有分光比、隔離度和插入損耗。對于同一光纖，使用不同的分束器，插入損耗越小，隔離度越大。

光隔離器是一種利用法拉第旋轉的器件，其輸入和輸出端是不可以互換的。重要特性參數有插入損耗、隔離度和回波損耗。插入損耗越低，隔離度越高，回波損耗越高，器件越小，則性能越好。優異的光隔離器的回波損耗應該超過55dB。

1.4 光開關

光開關是一種能夠通過轉換電路來完成光信號切換的元器件。就像我們平時用的開關，很容易就能關上關下，不會漏電，并且開關的聲音很小。光開關大致可以分為兩類，一類是機械式開關。它可以利用電磁鐵或透鏡來是實現。這種光開關技術比較成熟，它具有良好的插入損耗，隔離度，消光比和偏振靈敏度，不受調制速率和模式的限制，但是開關時間長，開關量大，難以集成。另一種類型是一種固體光開關，具有固體物理的效應，其中電光和磁光式光開關具有開關速度快、體積非常小、易于大面積集成等優點，但也有損耗大，隔離度差等缺點。通常根據實際情況選擇使用合適的光開關。

除了以上這些器件，光無源器件還包括光波分復用器（WDM）、光環行器以及光纖光柵等[3]。光波分復用具有容差大的特點，已經可以在實際操作中實現，這種技術成本較低，操作起來也很方便，是現在提高容量的最佳途徑；光纖光柵則在各種激光器中有著重要的應用，如調Q、鎖模、單頻和多波長等。

2 光無源器件的應用

雷達天線一直是敵人首要攻擊的目標。在現代戰爭中，采用光纖傳輸可以使雷達和指揮作戰中心的距離超過 10km，雷達系統的安全就得到保證。光連接器可以用在雷達天線和指揮部之間的傳輸線路中。而且一個星型耦合器形成一個多雷達網絡，具有跟蹤精度高、大面積的視圖、集成的目標探測和速度矢量等優勢。除此之外，采用光環形器、光纖光柵等構成光纖光柵延遲線可以用于相控陣雷達，具有溫度性能優，帶寬大，機械剛性和傳輸損耗小的優點。

核心主干網、城域網、接入網和用戶駐地網是構成信息網的重要部分，波分復用技術在光纖通信網絡中得到了廣泛的應用，如骨干網、接入網、專用網絡和全光網絡等。WDM技術迅猛的發展，使光纖通信容量增長地非常快速。而且，在WDM網絡中，有許多地方需要對光功率的大小進行監控，譬如，輸出光功率如果不能一直維持在正常水平，就會影響網絡的正常狀態。于是，需要采用光耦合器將待監控的光信號進行功率耦合，以便可以一直監測需要監控的信號。

在廣播電視網絡傳輸系統中，光纖光纜是數字電視和數據傳輸系統的重要媒介，成為改造建設清晰度高、質量高的有線電視傳輸網絡的主要線路。有線電視傳輸系統使用到了摻鉺光纖放大器EDFA，用于補償光功率分配器的插入損耗，使分配網的規模和用戶數目在一定程度上得到很大的提高。而EDFA里含有光耦合器和光隔離器等無源器件。因此光無源器件在有線電視中有著越來越重要的作用[4]。

3 結論

從多方面來看，光無源器件已經走在時代的前沿，在越來越多的先進設備中，它都占據著一定的比例。技術的要求，時代的需求，市場的變化都給光無源器件提供了相當好的環境。我相信在未來，光無源器件的使用會更加的廣泛，發揮的作用也會愈加的重要。

參考文獻：

[1]宋金聲.光纖無源器件技術的發展方向[J].現代通信，2002，1：1417.

[2]林學煌.光無源器件[M].人民郵電出版社，北京：2000，169171.

[3]黃章勇.光纖通信用新型光無源器件[M].北京郵電大學出版社，2003.

[4]楊東.光無源器件在有線電視網中的應用[J].功能材料與器件學報，2014，20：140144.

作者簡介：董小燕（1978），女，江蘇鹽城人，高級實驗師，主要從事量子光學方面研究。