卓立漢光產品在光通信行業中的應用 ——光無源器件篇

更新時間：2013-11-06

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關鍵詞：光通信、光無源器件、封裝、耦合、卓立漢光產品
摘要：本文光無源器件的分類、封裝類型、結構和電性能做出簡要介紹，并對對光無源器件生產過程中，卓立漢光可提供的工裝方案、設備改進等方面做說明。
引子：
2013 年8 月19 日國務院發布《“寬帶中國”戰略及實施方案》，其中提到“加大對關鍵設備核心芯片、光電子器件、操作系統等產品研發及產業化的支持力度。”
“寬帶中國戰略的實施，有利于促進相關產業，特別是光通信產業（包括光傳輸、光接入、光配套設備、光纖光纜制造及光器件制造等）的快速發展，有利于推動新一代光傳送網、下一代接入網技術的應用和發展，有利于催生新一代的光電子集成器件、模塊及芯片的出現及應用。寬帶中國戰略的實施，將帶動一個從網絡設備制造商、電信運營商、應用服務提供商到終端制造商的超過萬億元的龐大市場。
光傳輸與交換、光接入和光器件是光通信產業中市場容量大的部分，而光器件產業又是近年發展勢頭為迅猛的領域。光器件是光纖通信系統的基礎與核心，同時也是發展的關鍵，是光纖通信領域中具有前瞻性、先導性和探索性的戰略必爭高技術，也能夠代表一個國家在光纖通信技術領域的水平和能力。數據顯示：我國光纖通信技術和產品設備已經處于世界水平，擁有世界大完整的光通信產業鏈，我國也成為世界上光通信器件產品輸出大國。
隨著通信光電子器件研究的高投入和迅速發展，國內有關單位的、領導和科研人員對該領域的技術發展越來越重視，特別是在國家各類科研項目和產業化項目的大力支持下，我國通信光電子器件技術的進步較快，一些實用化器件已逐步進入商用化階段，有力地支持了國產光通信設備的研制和發展，初具規模的光電子器件產業已經形成，并實現了高速發展。
光通信器件分為光有源器件和光無源器件，本文就光無源器件的分類、封裝類型、結構和電性能做出簡要介紹，并對對光無源器件生產過程中，卓立漢光可提供的工裝方案、設備改進等方面做說明。
1 光無源器件的分類
光無源器件是一種不必借助外部的任何光或電的能量，由自身能夠完成某種光學功能的光學元器件，其工作原理遵守幾何光學理論和物理光學理論，各項技術指標、各種計算公式和各種測試方法與纖維光學和集成光學息息相關。光無源器件根據不同的制作工藝可分為纖維光學無源器件和集成光學無源器件；光無源器件按其具備的不同功能可分為：光纖準直器、連接器、光耦合器、光衰減器、光隔離器、光波分復用器、偏振光合波器、光開關、光環行器等。
1.1 光纖準直器件
光纖準直器（collimator）由尾纖與自聚焦透鏡定位而成。它可以將光纖內的傳輸光轉變成準直光（平行光），或將外界平行（近似平行）光耦合至單模光纖內。

圖1.1 光纖準直器的封裝外形圖

1.2 光纖連接器
光纖連接器，是光纖與光纖之間進行可拆卸（活動）連接的器件，它把光纖的兩個端面精密對接起來，以使發射光纖輸出的光能量能大限度地耦合到接收光纖中去，并使由于其介入光鏈路而對系統造成的影響減到小，這是光纖連接器的基本要求。在一定程度上，光纖連接器影響了光傳輸系統的可靠性和各項性能。

圖1.2 光纖連接器的對接原理圖

光纖連接器應用廣泛，品種繁多。按傳輸媒介的不同可分為常見的硅基光纖的單模和多模連接器，還有其它如以塑料光纖連接器對接原理膠等為傳輸媒介的光纖連接器；按連接頭結構形式可分為：FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等等各種形式；按光纖端面形狀分有FC、PC（包括SPC或UPC）和APC；按光纖芯數劃分還有單芯和多芯（如MT-RJ）之分。在實際應用過程中，我們一般按照光纖連接器結構的不同來加以區分。常用的三種接頭結構形式的連接器如下圖所示。


圖1.3 ST型光纖連接器		圖1.4 FC型光纖連接器

圖1.5 LC型光纖連接器

1.3 光耦合器
光耦合器是重要的光無源器件，可使傳輸中的光信號在特殊結構的耦合區域發生耦合，然后進行再分配。從功能上可分為光功率分配耦合器和光波長分配耦合器。常見為平面波導型光功率分配器。

圖1.6 PLC光分路器封裝外形圖

1.4 光衰減器
光衰減器是重要的光學無源器件，常用于在系統中吸收或反射掉光功率余量，評估系統的損耗及各類測試中。光衰減器可以根據用戶的要求將光信號進行預期的衰減，類型很多。大概可分為位移型光衰減器、直接鍍膜型光衰減器、衰減片型、液晶型光衰減器。

圖1.7 MATT系列光衰減器結構圖

圖1.8 MATT系列光衰減器封裝外形圖

1.5 光隔離器
光隔離器主要解決光路中光的反射問題，它是只允許光線沿光路正向傳輸的非互易性無源器件。其工作原理是基于法拉第旋轉的非互易性。通過光纖回波反射的光能夠被光隔離器很好的隔離。主要包括兩類，空間型偏振相關光隔離器、偏振無關光隔離器。

圖1.9 1310/1550單雙光隔離器

1.6 光波分復用器
波分復用技術是光纖通信中的一種傳輸技術，它利用一根光纖可以同時傳輸多個不同波長的光載波的特點，把光纖可能應用的波長范圍劃分為若干個波段，每個波段用作一個獨立的通道傳輸一種預定波長的光信號。這樣大大提高了單模光纖的帶寬利用率。光波分復用器是對光波波長進行分離和合成的光無源器件。光波分復用器的一個端口，作為器件的輸出/輸入端，N個端口作為器件的輸入/輸出端。
值得一提的是，陣列波導光柵（AWG）通常用于波分復用WDM系統中的光復用器optical（de）multiplexers，這些設備能夠把許多波長的光復合到單一的光纖中，從而提高光纖網絡的傳播效率。
陣列波導開關基于不同波長的光相互間線性干涉的基本光學原理，這意味著，如果每個通道使用有細微波長差別的光，許多通道的光能夠被單一的光纖的攜帶，而只有可忽略的信號串擾。陣列波導開光，在傳送端，可以將多個通道的光復合入單一光纖中，同時，在接收端，也可以將這些光重新分離出來。

圖1.10 多模波分復用器

1.7 偏振光合（分）束器
由于生產普通光纖難以克服的橢圓度和殘余應力，以及在使用過程中不可避免的外力和磁場的影響，所以普通光纖將隨機改變在其中傳輸的兩個簡并模的相位差，使其偏振態隨機變化。偏振光合束器就是將兩束偏振方向正交的線偏光合成一束。

圖1.11 偏振光分束器

1.8 光開關

光開關是一種具有一個或多個可選的傳輸端口，其作用是對光傳輸線路或集成光路中的光信號進行物理切換或邏輯操作的光學器件。光開關是一種光路轉換器件。在光纖傳輸系統，光開關用于多重監視器，LAN，多光源，探測器和保護以太網的轉換。在光纖測試系統，用于光纖，光纖設備測試和網絡測試，光纖傳感多點監測系統。根據工作原理可分為機械式和非機械式兩類。

圖1.12 偏振光分束器

1.9 光環行器

光環行器是使光信號只能沿著固定路徑進行環行傳輸的器件，其基本功能如下圖所示。一束光入射到端口1，然后從端口2射出，但是從端口2反射回來的光線，從端口3射出，而不是發射到端口1。

圖1.13 光環行器

2 光無源器件制造、生產過程中卓立漢光可提供的產品

國內無源器件廠商以武漢光迅科技、深圳昂納、仕佳科技等公司為代表。主要產品為光纖放大器、波分復用器、光開關、光纖衰減器、光纖耦合器、平面波導型光功率分配器（PLC）、波導陣列光柵（AWG）、光波長轉換器、色散補償器、光環形器、光隔離器、波長鎖定器等。在PLC芯片和AWG芯片耦合過程中要用到的耦合平臺如下圖所示。