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涨姿势:认识光分路器

Release time:2016-05-12

什么是光分路器?

光分路器也叫光分束器,是一种集成波导光功率分配装置,可以将一个输入光信号分路成二个或多个输出光信号。光分路器是一种无源器件,内部没有电子器件也不需要电源供电,是无源光网络(如EPON、GPON、BPON、FTTx、FTTH等)的重要组成部分。目前,光分路器的分光比一般为1:4、1:8、1:16和1:32。

在WDM系统中,解复用器的作用是将不同波长的光信号分到对应的波长通道;而光分路器则是将整个光信号分到多个通道进行传输。

光分路器以一定的分光比将一个输入光信号分成多个输出光信号。例如,一个分光比为1:4的光分路器可以将一个光信号平均分成四份,然后在四个不同的通道内传输。此外,光分路器还可以端接不同种类的连接器,其封装方式通常为盒式或不锈钢管式两种,盒式光分路器一般使用2mm或3mm外径的光缆,而不锈钢管式光分路器一般使用0.9mm外径的光缆。
光分路器的特点:

使用单/多模光纤和保偏光纤多端口设计,光缆的长度和直径可定制有多个分光比,从1:99到50:50封装方式分为管式和盒式,有熔融拉锥型(FBT)光分路器和平面波导型(PLC)光分路器两种端接的连接器有PC、UPC和APC三种研磨方式可以端接FC、SC、ST、LC和MU连接器

光分路器的种类

根据光分路器的工作波长,光分路器可以分为单窗口光分路器和双窗口光分路器。

单窗口光分路器和双窗口光分路器

在这里,窗口指的是工作波长。单窗口光分路器只有一个工作波长,而双窗口光分路器有两个工作波长。在双窗口光分路器中,如果使用的是多模光纤,那么其工作波长是850nm和1310nm,如果使用的是单模光纤,那么其工作波长是1310nm和1550nm。

根据光分路器制作工艺的不同,光分路器又可以分为熔融拉锥型(FBT)光分路器和平面波导型(PLC)光分路器。
熔融拉锥型(FBT)光分路器

熔融拉锥型(FBT)光分路器使用传统的熔融拉锥工艺将两根(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。熔融拉锥型(FBT)光分路器已经有二十多年的历史和经验,生产工艺已经十分成熟,又因其原材料为石英基板、光纤、热缩管和不锈钢管等,成本较低,因此,广泛应用于各种无源光网络,尤其适用于分路规模较小的应用(如1分2、1分4等)。

平面波导型(PLC)光分路器

平面波导型(PLC)光分路器是一种基于石英基板的集成波导光功率分配器件,采用半导体工艺(光刻、腐蚀、显影等技术)制作。光波导阵列位于芯片的上表面,分路功能集成在芯片上;然后,在芯片两端分别耦合输入端以及输出端的多通道光纤阵列并进行封装。平面波导型(PLC)光分路器的分路通道可以达到32路及以上,损耗对光波长不敏感,可以满足不同波长的传输需求。此外,平面波导型(PLC)光分路器还能均匀分光,可以将信号均匀分配给用户。

当所需分路规模较大(如1×16、1×32、1×64等)时,熔融拉锥型(FBT)光分路器就明显显现出劣势,因为目前成熟的拉锥工艺一次只能拉1×4以下,1×4以上的熔融拉锥光分路器是由多个1×2熔融拉锥的光纤连接在一起,再整体封装在分路器盒中。而平面波导型(PLC)光分路器在这方面则有明显的优势,尤其适用于分路规模较大的应用。

熔融拉锥型(FBT)光分路器和平面波导型(PLC)光分路器在无源光网络应用中各有优缺点,用户可根据具体的应用选择合适的光分路器。

哪些地方可以使用光分路器?

光分路器一般用在无源光网络的光线路终端和光网络终端之间。使用了宽带无源光网络(BPON)、吉比特无源光网络(GPON)、以太网光网络(EPON)、10G以太网光网络(EPON)和10G吉比特无源光网络(GPON)技术的网络系统中都会使用光分路器。一个无源光网络中可能只使用了一个光分路器,也可能使用多个光分路器集中在一起进行对光信号进行分路。光分路器集中分布一般用在用户集中分布的应用中。有时,光分路器也可以放在中心局端进行分路,这时就需要在中心局端和各个用户之间部署光纤光缆。

用在无源光网络中的光分路器可以进行双向传输,也就是说,光信号可以从中心局端下行传输到各个用户,也可以从各个用户上行传输到中心局端。

下图反映的是吉比特以太网(GPON)中的单个光分路器。需要注意的是,光分路器可以安装在中心局端光线路终端的旁边,也可以安装在离用户较近的外部线路设备的机柜中。此外,光分路器还可以安装在多用户住宅大楼的楼下。

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各类型光纤分路器的衰耗

这类装置有两种类型:光纤和硅平面波导电路(PLC)。如下图所示,FBT光纤耦合器分路器的制作原理是,通过将两根独立的光纤烧结在一起形成耦合区。耦合区两头的锥形区足够长,以至于来自左手边任一端口的入射功率耦合进右手边的光纤,伴有光线的回射。通过烧结融合光纤的3-dB耦合器,带有32端口的星型耦合器就有可能实现。优势在于与其他光纤传输线路容易耦合并且损耗低,无偏振相关性损耗。

现实当中的光纤分路器在目标光谱内有一致的性能,从1260到1600nm。这里是一个封装在LGX机箱内的1 × 4分路器,基于数个1 × 2 FBT光分路器. 可以看到,分路器受到了光纤最小半径的限制。对于大分路比(如32或者更多),FBT耦合器分路器在各项光学特性,特别是可靠性方面,表现不足(1 × 4以下的FBT耦合器分路器包含三个1 × 2分路器和七个接续子),很多的元件都会遇到故障,而且很多的厂商都为此付出了很多努力。