光纤耦合器的发展与制作

之 光 纤 耦 合 器 光 纤 耦 合 器 光 纤 的 发 展 光 纤 无 源 器 件 的 蓬 勃 发 展 耦 合 器 件 种 类 及 应 用 熔 锥 型 光 纤 耦 合 器 的 制 作 新 型 熔 锥 型 光 纤 耦 合 器 件 的 展 望 新 型 熔 锥型 光 纤 耦 合 器 研 究 一 、 光 纤 的 发 展z 光 纤 的 诞 生z 光 纤 的 构 造 与 分 类z 光 纤 传 光 原 理z 光 纤 光 缆 的 制 作 1、 光 纤 的 诞 生 在 光 纤 出 现 之 前 ， 人 们 一 直 在 追 寻 一 种 性 能 稳定 的 ， 廉 价 的 ， 方 便 使 用 的 介 质 来 传 输 光 信 号 。最 初 人 们 认 识 到 光 的 直 线 传 播 ， 反 射 特 性 后 除了 利 用 大 气 做 为 波 导 ， 还 开 始 采 用 各 种 介 质 利用 作 为 光 的 传 输 介 质 。 例 如 介 质 透 镜 、 反 射 镜波 导 、 气 体 透 镜 波 导 等 ， 使 光 束 限 制 在 一 定 范围 内 并 沿 确 定 路 线 传 播 。 在 半 导 体 激 光 器 和 集成 光 路 中 用 到 的 平 面 型 介 质 波 导 也 被 尝 试 作 为光 波 导 使 用 ， 由 于 制 作 成 本 高 ， 工 艺 复 杂 ， 不适 于 大 量 铺 设 。 能 不 能 象 电 信 号 依 靠 铜 缆 传 输一 样 ， 找 到 一 种 光 波 导 来 实 现 光 信 号 廉 价 、 低损 耗 的 稳 定 传 输 呢 ？ 1、 光 纤 的 诞 生 早 在 古 希 腊 的 玻 璃 制 作 工 人 就 发 现 玻 璃 可 以 传 输 可 见 光 ， 他 们 利用 玻 璃 的 这 种 性 质 ， 制 作 了 各 种 流 光 异 彩 的 玻 璃 工 艺 品 。 十 九 世纪 中 期 英 国 的 丁 达 尔 (J. Tyndall)利 用 实 验 证 明 利 用 光 的 全 反 射 原理 ， 光 线 在 水 中 可 以 实 现 弯 曲 传 播 。 1、 光 纤 的 诞 生 1927年 英 国 的 贝 尔 德 (J. G.Baird)提 出 利 用 光的 全 反 射 现 象 制 成 石 英 光 纤 ， 从 此 以 后 人 们 把注 意 力 集 中 到 石 英 这 种 材 料 上 。 早 期 的 光 纤 只有 纤 芯 ， 利 用 空 气 石 英 构 成 的 界 面 实 现 光 线的 全 反 射 ， 由 于 这 种 结 构 的 开 放 性 ， 经 常 引 起光 线 的 泄 漏 。 为 解 决 这 一 问 题 人 们 实 验 在 玻 璃纤 维 上 涂 覆 塑 料 ， 以 降 低 光 线 的 泄 漏 同 时 对 玻璃 芯 起 一 定 的 保 护 。 这 时 初 步 形 成 了 光 纤 纤 芯 包 层 结 构 ， 但 由 于 塑 料 包 层 难 以 做 到 均 匀 一致 ， 而 且 塑 料 包 层 与 玻 璃 纤 芯 之 间 界 面 不 够 平滑 理 想 ， 光 能 量 损 失 很 大 。 1、 光 纤 的 诞 生 1955年 ， 美 国 人 B. I. Hirschowitz (西 斯乔 威 兹 ) 把 高 折 射 率 的 玻 璃 棒 插 在 低 折 射率 的 玻 璃 管 中 ， 将 它 们 放 在 高 温 炉 中 拉制 ， 得 到 玻 璃 (纤 芯 ) 玻 璃 (包 层 )结 构 的光 纤 ， 解 决 了 光 纤 的 漏 光 问 题 ， 这 一 结构 在 后 来 被 广 泛 采 用 ， 就 是 今 天 的 光 纤结 构 。 但 这 时 的 光 纤 损 耗 是 非 常 大 高 于1000 dB/km， 即 使 是 利 用 优 质 的 光 学 玻璃 制 作 光 纤 也 无 法 得 到 低 损 耗 的 光 纤 。人 们 曾 经 一 度 对 玻 璃 这 种 材 料 产 生 怀 疑 ，转 向 塑 料 光 纤 、 液 芯 光 纤 的 研 制 。 1966年 ， 英 籍 华 裔 学 者 高 锟 (C.K.Kao)和 霍 克 哈 姆(C.A.Hockham)发 表 了 关 于 传 输 介 质 新 概 念 的 论 文 ， 指 出了 利 用 光 纤 (Optical Fiber)进 行 信 息 传 输 的 可 能 性 和 技 术途 径 ， 奠 定 了 现 代 光 通 信 光 纤 通 信 的 基 础 。 指 明 通 过 “ 原 材 料 的 提 纯 制 造 出 适 合 于长 距 离 通 信 使 用 的 低 损 耗 光 纤 ” 这 一 发 展 方向 光 纤 通 信 发 明 家 高 锟 (左 )1998年 在 英 国 接 受 IEE授 予 的 奖 章 2、 光 纤 标 准 通 信 用 光 纤 经 过 二 十 几 年 的 发 展 形 成 了一 系 列 标 准 。 ITU-T国 际 电 信 联 盟 目 前 将 单 模 光 纤 分 为G.652（ G.652A、 G.652B、 G.652C和G.652D） 、 G.653（ G.653A和G.653B） 、 G.654（ G.654A、 G.654B和 G.654） 、 G.655（ G.655A、 G.655B和 G.655C） 以 及 用 于 S+C+L三 波 段 传 输的 G.656光 纤 （ 标 准 名 称 为 宽 带 光 传输 用 非 零 色 散 单 模 光 纤 和 光 缆 特 性 ） 按 照 零 色 散 波 长 将 单 模 光 纤 分 为 6种 非 色 散 位 移 光 纤 ： G.652 色 散 位 移 光 纤 ： G.653 截 止 波 长 位 移 光 纤 ： G.654 非 零 色 散 位 移 光 纤 ： G.655 色 散 平 坦 光 纤 色 散 补 偿 光 纤 3、 光 纤 的 构 造纤 芯 ， 光 信 号 的 传 输 包 层 ， 限 制 光 信 号 溢 出 一 次 涂 敷 层 （ 预 涂 层 ） ，保 护 光 纤 增 加 韧 性 缓 冲 层 ， 减 少 对 光 纤 的 压力二 次 涂 敷 层 （ 套 塑 层 ） ， 加 强 光 纤 的 机 械 强 度 纤 芯 ： 位 于 光 纤 中 心 部 位 ， 主 要 成 分 是 高 纯 度的 SiO2,纯 度 可 达 99.99999%， 其 余 成 份 为 掺入 极 少 量 掺 杂 剂 ， 如 P2O5和 GeO2， 掺 杂 剂 的作 用 是 提 高 纤 芯 的 折 射 率 。 纤 芯 直 径 一 般 为 2a 3 100m 包 层 ： 含 有 少 量 掺 杂 剂 的 高 纯 度 SiO2,掺 杂 剂有 氟 或 硼 ， 其 作 用 是 降 低 包 层 折 射 率 ， 包 层 直径 2b 125 140m 一 次 涂 层 ： 厚 度 5 40m， 材 料 一 般 为 环 氧 树脂 或 硅 橡 胶 ， 可 承 受 7kg拉 力 缓 冲 层 ： 厚 度 100m 二 次 涂 敷 层 ： 原 料 大 都 采 用 尼 龙 或 聚 乙 烯 1层 2层 光 纤 3 4 5层 护 层 5层 大 约 0.9mm左 右 3、 光 纤 的 分 类 1 从 原 材 料 分 ：石 英 系 光 纤多 组 份 玻 璃 光 纤氟 化 物 光 纤塑 料 光 纤液 芯 光 纤掺 杂 光 纤 ， 如 掺 铒 光 纤 由 于 石 英 系 光 纤 具 有 传 输 衰 减 小 ，通 信 频 带 宽 ， 机 械 强 度 较 高 等 特 点 ，在 通 信 系 统 中 得 到 广 泛 应 用 。 光 纤 分 类 2 按 照 光 纤 横 截 面 上 折 射 率 分 布 特 征 n(r) 分 ： 阶 跃 型 光 纤 ， 也 称 突 变 型 光 纤 （ 常 用 SI表 示 Step Index fibber） 纤 芯 与 包 层 的 折 射 率 均 为 一 常 数 ， 其 界面 处 呈 阶 跃 式 变 化 。 渐 变 型 光 纤 ， 也 称 梯 度 光 纤 或 自 聚 焦 光纤 （ 常 用 GI表 示 Graded Index fibber ） 纤 芯 折 射 率 连 续 变 化 ， 包 层 的折 射 率 则 为 一 常 数 。 W型 光 纤 等 ba0ab ba0abn(r) n(r)n1 n1n2 n2阶 跃 型 光 纤 渐 变 型 光 纤 n 1 r a n1 1 - 2 ( r/a ) g 1/2 r a n2 a r b n2 1 - 2 1/2 a 2m 短 波 长 与 长 波 长 光 纤 为 石 英 系 光 纤 ， 而超 长 波 长 光 纤 为 非 石 英 系 光 纤 ， 如 重 金属 氧 化 物 、 硫 硒 碲 化 合 物 和 卤 化 物 光 纤等 3、 光 纤 的 传 光 原 理 分 析 光 纤 的 传 输 原 理 有 两 种 方 法 ： 几 何 光 学 法 ： 将 光 看 成 一 条 条 的 几何 射 线 来 分 析 ， 也 称 射 线 理 论 应 用 条 件 ： 光 波 的 波 长 远 小 于 光 纤的 几 何 尺 寸 ， 只 适 用 于 多 模 光 纤 波 动 光 学 法 ： 光 波 按 电 磁 场 理 论 ，用 麦 克 斯 韦 方 程 组 求 解 ， 也 称 模 式理 论 。 它 既 可 用 于 多 模 光 纤 ， 也 可用 于 单 模 光 纤 4 光 纤 光 缆 制 造 技 术选 材 的 准 则 ：1. 能 拉 长 、 拉 细 、 具 有 一 定 的 柔 韧 性 、 可 卷 绕2. 在 特 定 波 长 损 耗 低3. 能 使 纤 芯 的 折 射 率 略 高 于 包 层 ， 满 足 波 导 条 件按 材 料 分 类 ：1. 无 源 玻 璃 纤 维 ；2. 有 源 玻 璃 纤 维 ；3. 塑 料 纤 维4.1 光纤材料 无源玻璃纤维玻 璃 纤 维 的 主 材 ： SiO2 - 物 理 和 化 学 稳 定 性 好- 对 通 信 光 波 段 的 透 明 性 好折 射 率 差 的 引 入 ： 通 过 在 SiO2中 掺 入 不 同 杂 质增 加 非 线 性 效 应 ： 通 过 掺 入 硫 属 元 素 GeO2-SiO2纤 芯 ， SiO2包 层P2O5-SiO2纤 芯 ， SiO2包 层SiO2纤 芯 ， B2O3-SiO2包 层在 0.28mm具 有 极 低 损 耗SiO2中 掺 GeO2或 P2O5， 折 射 率 增 加SiO2中 掺 氟 或 B2O3， 折 射 率 减 小 典 型 组 合 ：1、 GeO2-SiO2纤 芯 ， SiO2包 层2、 P2O5-SiO2纤 芯 ， SiO2包 层3、 SiO2纤 芯 ， B2O3-SiO2包 层4、 GeO2- B2O3-SiO2纤 芯 ， B2O3-SiO2包 层 卤化物玻璃纤维红 外 光 纤 （ 氟 化 物 光 纤 ） ：低 损 耗 范 围 ： 0.28mm， 最 低 损 耗 窗 口 ： 2.55 mm，理 论 最 小 损 耗 ： 0.010.001dB/km。缺 点 ： 不 成 熟 ， 性 能 不 稳 定有源玻璃纤维掺 稀 土 光 纤 ： 在 SiO2中 掺 入 稀 土 元 素 实 现 光 放 大 （ 或 吸 收 ） ，如 ： 掺 铒 光 纤 （ EDF） 、 掺 钕 光 纤 。硫属化合物玻璃纤维非 线 性 光 纤 ： 用 作 非 线 性 光 学 器 件 。 如 ： As40S58Se2纤 芯 As2S3包 层 塑料光纤（POF）特 点 ： 更 好 的 韧 性 、 更 耐 用 ， 可 用 于 环 境 恶 劣 的 场 合 低 成 本 、 低 续 接 成 本 损 耗 比 玻 璃 纤 维 高 ， 一 般 用 于 短 距 离 传 输 使 用 范 围 还 十 分 有 限 ， 主 要 用 于 接 入 网 4.2 光纤制造两 种 基 本 方 法1. 直 接 熔 化 法 ： 按 传 统 制 造 玻 璃 的 工 艺 将 处 在 熔 融 状 态 的 石 英 玻 璃 的 纯 净 组 分 直 接 制 造 成 光 纤2. 汽 相 氧 化 过 程 ： - 高 纯 度 金 属 卤 化 物 (如 SiCl4和 GeCl4)与 氧 反 应 生 成 SiO2微 粒 - (通 过 四 种 不 同 的 方 法 )将 微 粒 收 集 在 玻 璃 容 器 的 表 面 - 烧 结 (在 尚 未 熔 化 的 状 态 将 SiO 2转 化 成 玻 璃 体 ) 制 成 预 制 棒 - 拉 丝 成 纤 直 接 熔 化 法 ： 双 坩 埚 法纤 芯 坯 料 棒 内 坩 埚 包 层 坯 料 棒纤 芯玻 璃 外 坩 埚 熔 炉 拉 制 光 纤 (到 拉 丝 机 ) 包 层 玻璃 直 接 熔 化 法 ：可 用 于 制 造 石 英光 纤 、 卤 化 物 光纤 和 硫 属 光 纤具 有 可 连 续 制 造的 优 点但 坯 料 棒 熔 化 过程 中 容 易 带 来 杂质 ， 它 的 最 低 损耗 值 为 5 dB/km 光 纤 预 制 棒 置 备 好 之 后 进 行 光 纤 拉 丝光 纤 拉 丝 机 d = 1025 mm; L = 60120 cm精 密 输 送 机 构 夹 具预 制 棒拉 丝 炉光 纤 粗 细 监 测 仪裸 光 纤涂 覆 机 已 涂 覆 光 纤 光 纤 卷 绕 汽 相 氧 化 法 ： 外 部 汽 相 氧 化 法 (OVPO)O2+SiCl4+GeCl4蒸 汽饵 棒 (中 心 棒 ) 粉 层 状预 制 棒 喷嘴 玻 璃 微 粒粉 层 沉 积 粉 状 预 制 棒剖 面芯 包 层 粉 状 预 制 棒加 热 炉 1400度玻 璃 预 制 棒预 制 棒 烧 结 拉 制 光 纤 加 热 炉玻 璃 预 制 棒1970年 康宁 第一根损耗小于20 dB/km的光纤 汽 相 轴 向 沉 积 法 (VAD)推 进 机 马 达 马 达输 送 杆透 明 预 制 棒容 器 环 状 加 热 器 疏 松 的 预 制 棒 真 空 泵 红 外 热 成 像 仪玻 璃 微 粒反 应 室 喷 灯 口 优 点 ：1. 预 制 棒 不 再 具 有 空 洞2. 预 制 棒 可 以 任 意 长3. 沉 积 室 和 熔 融 室 紧 密 相 连 ， 可 以 保 证 制 作 环 境 清 洁4. 单 模 光 纤 所 含 的 OH- 较 低 ， 因 此 损 耗 较 低 在 0.20.4 dB/km1977年日本开发 改 进 的 化 学 汽 相 沉 积 法 (MCVD)反 应 物 质金 属 卤 化 物 蒸 汽 +氧 气 粉 尘 状 生 成 物 排 气 口饵 管 烧 结 后 的玻 璃 粉 层 沉 积 物来 回 移 动 的 喷 灯贝 尔 实 验 室 设 计 ， 用 于 制 造 低 损 耗 梯 度 折 射 率 光 纤 烧 结 后 ， 纤 芯 由 汽 相 沉 积 材 料 构 成 ， 包 层 由 原 始 的 石 英 管 构 成H-O 222244 2)()( ClGeOSiOOGeClSiCl 化 学 反 应 : 等 离 子 体 活 性 化 学 汽 相 沉 积 法 (PCVD)熔 融 石 英 管SiCl 4 + O2 + 参 杂 物 质反 应 物 质 排 气 口等 离 子 体玻 璃 层快 速 来 回 移 动 的 微 波 谐 振 腔 (2.45 GHz， 8米 /分 钟 )10001200度飞利浦提出1978年应用于量产直接玻璃沉积不需高温烧结反应管不易变形快速移动，使沉积厚度减少，有利于控制折射率分布沉积效率高、沉积速度快有利于消除包层沉积过程中的微观不均匀 几 点 关 键 为 了 防 止 石 墨 在 高 温 下 氧 化 ， 充 入 氩 气 等 惰 性 气 体 加以 保 护 。 送 棒 机 构 与 牵 引 辊 的 速 度 要 一 致 ， 以 保 持 光 纤 外 径 的均 匀 性 。 激 光 测 径 ， 紫 外 固 化 外 径 的 波 动 控 制 在 0.5微 米 之 内 。 拉 丝 的 速 度 可 以 调 整 ， 600m/min1000m/m预 制 棒 体 积 ： V preform=D2L/4, D: mm, L: mm光 纤 体 积 ： Vfiber= d2l/4, d=125 um拉 丝 长 度 l： Vpreform = Vfiber l = 6.4 10-5D2L (km)拉 丝 原 理 ： 保 持 芯 /包 层 结 构 不 变 ！ 4.3 光纤的机械和温度特性1) 光 纤 的 抗 拉 强 度 很 高 ， 接 近 金 属 的 抗 拉 强 度2) 光 纤 的 延 展 性 (1%)比 金 属 差 (20%)3) 当 光 纤 内 存 在 裂 纹 、 气 泡 或 杂 物 ， 在 一 定 张 力 下 容 易 断 裂4) 包 层 中 掺 入 二 氧 化 钛 可 以 增 强 机 械 可 靠 性5) 光 纤 遇 水 容 易 断 裂 且 损 耗 增 大6) 在 低 温 下 损 耗 随 温 度 降 低 而 增 加 光 纤 的 机 械 特 性 主 要 包 括 耐 侧 压 力 、 抗 拉 强 度 、 弯曲 以 及 扭 绞 性 能 等 ， 使 用 者 最 关 心 的 是 抗 拉 强 度 。 （ 1） 光 纤 的 抗 拉 强 度 光 纤 的 抗 拉 强 度 很 大 程 度 上 反 映 了 光 纤 的 制 造 水 平 。 影 响 光 纤 抗 拉 强 度 的 主 要 因 素 是 光 纤 制 造 材 料 和 制 造工 艺 。 预 制 棒 的 质 量 。 拉 丝 炉 的 加 温 质 量 和 环 境 污 染 。 涂 覆 技 术 对 质 量 的 影 响 。 机 械 损 伤 。 光纤的机械特性 （ 2） 光 纤 断 裂 分 析 存 在 气 泡 、 杂 物 的 光 纤 ， 会 在 一 定 张 力 下 断 裂 ，如 图 所 示 。 光 纤 断 裂 和 应 力 关 系 示 意 图 （ 3） 光 纤 的 寿 命 光 纤 的 寿 命 ， 习 惯 称 使 用 寿 命 ， 当 光 纤 损 耗 加 大以 致 系 统 开 通 困 难 时 ， 称 其 已 达 到 了 使 用 寿 命 。 从 机械 性 能 讲 ， 寿 命 指 断 裂 寿 命 。 （ 4） 光 纤 的 机 械 可 靠 性 一 般 来 说 ， 二 氧 化 硅 包 层 光 纤 的 机 械 可 靠 性 已 经得 到 广 泛 的 认 可 。 为 了 提 高 光 纤 的 机 械 可 靠 性 ， 在 光纤 的 外 包 层 中 掺 入 二 氧 化 钛 ， 从 而 增 加 网 络 的 寿 命 。 光 纤 的 温 度 特 性 ， 是 指 在 高 、 低 温 条 件 下 对 光纤 损 耗 的 影 响 ， 一 般 是 损 耗 增 大 。 如 图 所 示 。光 纤 低 温 特 性 曲 线光纤的温度特性 4.4 成缆对光纤特性的影响a. 光 缆 的 构 造缆 芯 : 在 光 缆 的 构 造 中 ， 缆 芯 是 主 体 ， 其 结 构 是 否 合 理 ，与 光 纤 的 安 全 运 行 关 系 很 大 。 一 般 来 说 ， 缆 芯 结 构 应 满 足以 下 基 本 要 求 ： 光 纤 在 缆 芯 内 处 于 最 佳 位 置 和 状 态 ， 保 证光 纤 传 输 性 能 稳 定 ， 在 光 缆 受 到 一 定 的 拉 力 、 侧 压 力 等 外力 时 ， 光 纤 不 应 承 受 外 力 影 响 ； 其 次 缆 芯 内 的 金 属 线 对 也应 得 到 妥 善 安 排 ， 并 保 证 其 电 气 性 能 ； 另 外 缆 芯 截 面 应 尽可 能 小 ， 以 降 低 成 本 和 敷 设 空 间 。 护 层 : 光 缆 护 层 同 电 缆 护 层 的 情 况 一 样 ， 是 由 护 套 和 外 护层 构 成 的 多 层 组 合 体 。 其 作 用 是 进 一 步 保 护 光 纤 ， 使 光 纤能 适 应 在 各 种 场 地 敷 设 ， 如 架 空 、 管 道 、 直 埋 、 室 内 、 过河 、 跨 海 等 。 对 于 采 用 外 周 加 强 元 件 的 光 缆 结 构 ， 护 层 还需 提 供 足 够 的 抗 拉 、 抗 压 、 抗 弯 曲 等 机 械 特 性 方 面 的 能 力 。 b.光缆特性 抗 拉 力 特 性 光 缆 能 承 受 的 最 大 拉 力 取 决 于 加 强 构 件 的 材 料 和 横 截 面 积 ，一 般 要 求 大 于 1 km光 缆 的 重 量 (多 数 光 缆 在 100 400kg范 围 ) . 抗 压 特 性 光 缆 能 承 受 的 最 大 侧 压 力 取 决 于 护 套 的 材 料 和 结 构 ， 多 数光 缆 能 承 受 的 最 大 侧 压 力 在 100 400kg/10cm。 弯 曲 特 性 弯 曲 特 性 主 要 取 决 于 纤 芯 与 包 层 的 相 对 折 射 率 差 以 及 光缆 的 材 料 和 结 构 。 温 度 特 性 c. 成缆对光纤特性的影响 改 善 光 纤 的 温 度 特 性 虚 线 ： 光 纤 自 身 的 特 性 曲 线 ； 实 线 ： 成 缆 后 的 特 性 曲 线 增 加 机 械 强 度 由 于 光 缆 结 构 中 加 入 了 加 强 构 件 、 护 套 、 甚 至 铠 装 层 等 ， 因 此 其 断 点 强 度 远 大 于 光 纤 ； 不 仅 如 此 ， 光 缆 的 抗 侧 压 、 抗 冲 击 和 抗 扭 曲 性 能 都 有 明 显 增 强 成 缆 的 附 加 损 耗 不 良 的 成 缆 工 艺 ， 把 光 纤 制 成 光 缆 后 ， 会 带 来 附 加 损 耗 ， (比 如 说 不 良 应 力 造 成 微 弯 ) 称 之 为 成 缆 损 耗 d. 光 缆 的 典 型 结 构光 缆 的 基 本 结 构 按 缆 芯 组 件 的 不 同 一 般可 以 分 为 层 绞 式 、 骨 架 式 、 束 管 式 和 带状 式 四 种 。 我 国 及 欧 亚 各 国 用 的 较 多 的是 传 统 结 构 的 层 绞 式 和 骨 架 式 两 种 。 光 纤 耦 合 器 光 纤 的 发 展 光 纤 无 源 器 件 的 蓬 勃 发 展 光 纤 耦 合 器 的 制 作 熔 锥 型 光 纤 耦 合 器 件 种 类 及 应 用 新 型 熔 锥 型 光 纤 耦 合 器 件 的 展 望 新 型 熔 锥型 光 纤 耦 合 器 研 究 二 、 光 纤 无 源 器 件 的 蓬 勃 发 展 光 纤 通 信 元 件 包 括 有 源 器 件 和 无 源 器 件 等 。光 纤 通 信 的 发 展 促 进 了 光 源 、 探 测 器 等 有源 器 件 的 发 展 ， 同 时 由 于 工 程 应 用 的 需 要 ，各 种 各 样 的 光 无 源 器 件 也 相 应 的 出 现 。 光纤 的 发 展 给 光 无 源 器 件 带 来 了 新 的 一 页 。 二 、 光 纤 无 源 器 件 的 蓬 勃 发 展 光 纤 无 源 器 件 包 括光 纤 活 动 连 接 器光 纤 耦 合 器光 纤 衰 减 器光 纤 滤 波 器光 纤 隔 离 器光 开 关光 纤 环 行 器光 纤 调 制 器 无 源 器 件 耦 合 器 （ coupler） 主 要 功 能 再 分 配 光 信 号 重 要 应 用 在 光 纤 网 络 尤 其 是 应 用 在 局 域 网 在 波 分 复 用 器 件 上 应 用 无 源 器 件 耦 合 器 （ coupler） 基 本 结 构耦 合 器 是 双 向 无 源 器 件基 本 形 式 有 树 型 、 星 型与 耦 合 器 对 应 的 有 分 路 器 （ splitter） 无 源 器 件 耦 合 器 以 图 形 表 示 14 23 三 、 耦 合 器 件 种 类 及 应 用 按 照 结 构 分12， 2 2， 33， 1 N， N N光 耦 合 器双 环 光 缓 冲 结 构 图 三 、 耦 合 器 件 种 类 及 应 用 按 照 结 构 分12， 2 2， 33， 1 N， N N光 耦 合 器1 8单 模 光 纤 耦 合 器 的 二 级 构 造 三 、 耦 合 器 件 种 类 及 应 用 按 照 结 构 分2 2光 耦 合 器熔 锥 型 光 纤 耦 合 器 的 结 构 图 耦 合 器 实 物 图 三 、 耦 合 器 件 种 类 及 应 用按 照 传 输 波 长 分窄 带 耦 合 器 ， 宽 带 耦 合 器 ， 波 分 复 用 器 ， 波长 敏 感 耦 合 器窄 带 耦 合 器 ， 工 作 带 宽 为 10 nm； 宽 带 耦 合 器 ，工 作 带 宽 为 40 nm） 或 不 同 波 段 的 合 波 功 能（ 波 分 复 用 器 ） 波 分 复 用 器 WDMWavelength Division Multiplexer在 一 条 光 纤 中 传 输 多 个 光 信 号 ， 这 些 光 信号 频 率 不 同 ， 颜 色 不 同 。 波 分 复 用 器 就 是要 把 多 个 光 信 号 耦 合 进 同 一 根 光 纤 中 ； 解波 分 复 用 器 就 是 从 一 根 光 纤 中 把 多 个 光 信号 区 分 出 来 。 波 分 复 用 器 波 分 复 用 器 （ 图 例 ） 1传 送 器 2传 送 器 1+ 2 1+ 2 1接 收 器 2接 收 器 波 分 复 用 器 二 类 用 途 一 类 用 于 通 信 系 统 ， 作 为 1300 nm和 1550 nm的 合 波 、分 波 器 ； 另 一 类 用 于 掺 杂 光 纤 的 激 光 器 和 放 大 器 ， 作 为 信 号 光 和泵 浦 光 的 合 波 器 。 主 要 工 作 波 长 有 1017/1310 nm、807/1550 nm、 980/1550和 1480/1550 nm等 几 种 ， 其 中 研 制 1480/1550 nm的 波 分 复 用 的 难 度 最 大 。 由 于其 波 分 间 隔 小 (70 nm)， 受 到 熔 锥 形 耦 合 器 中 固 有 的 偏振 分 离 现 象 的 限 制 ， 它 的 波 长 隔 离 一 般 只 有 15 dB左 右 。因 此 ， 通 过 这 种 研 制 工 艺 ， 要 想 在 同 一 个 光 通 信 波 段(1310 nm或 1550 nm)， 即 在 小 于 40 nm的 波 段 内 实 现 二个 以 上 的 波 分 复 用 ， 似 乎 是 不 可 能 的 。 为 此 ，McLandrich通 过 改 变 常 规 耦 合 器 的 拉 锥 工 艺 ， 首 先 研 制成 功 了 1550 nm波 段 最 小 波 分 复 用 间 隔 为 16 nm的 窄 带 波 分 复 用 器 。 三 、 耦 合 器 件 种 类 及 应 用按 照 传 输 波 长 分窄 带 耦 合 器 ， 宽 带 耦 合 器 ， 波 分 复 用 器 ， 波长 敏 感 耦 合 器 1.31 1.46 1.6 0 0.5 1 (m) Co up lin g R at io (% ) kr 2sin121)( 三 、 耦 合 器 件 种 类 及 应 用按 照 偏 振 模 式 分普 通 耦 合 器 ， 保 偏 耦 合 器保 偏 光 纤 耦 合 器 是 应 用 于 光 纤 传 感 系 统 和 光 纤 相 干 系 统 等 对偏 振 敏 感 系 统 的 重 要 光 纤 无 源 器 件 。 保 偏 光 纤 耦 合 器 的 最 大特 点 是 能 稳 定 地 传 输 两 个 正 交 的 线 偏 振 光 ， 并 能 长 距 离 地 保持 各 自 的 偏 振 态 不 变 。 这 就 为 能 制 造 高 性 能 、 高 精 度 光 纤 传感 器 和 光 纤 惯 性 器 件 提 供 了 条 件 。 保 偏 光 纤 耦 合 器 能 将 在 一根 保 偏 光 纤 中 传 输 的 线 偏 振 光 分 成 二 路 ， 在 二 根 保 偏 光 纤 中传 输 ， 并 保 持 偏 振 态 不 变 ， 即 保 持 仍 沿 主 轴 传 输 ， 且 具 有 高的 消 光 比 。 额 外 损 耗 、 耦 合 比 、 消 光 比 受 保 偏 光 纤 自 身 因 素影 响 。 三 、 耦 合 器 件 种 类 及 应 用按 照 偏 振 模 式 分普 通 耦 合 器 ， 保 偏 耦 合 器保 偏 光 纤 耦 合 器 应 用 。 保 偏 光 纤 耦 合 器 为 相 干 光 通 信 和 光 纤陀 螺 等 用 户 的 产 品 开 发 提 供 了 甚 为 关 键 的 光 学 器 件 。 以 国 外研 究 非 常 活 跃 的 光 纤 陀 螺 为 例 ， 保 偏 光 纤 耦 合 器 以 其 无 与 伦比 的 优 势 取 代 了 机 械 旋 转 质 量 陀 螺 的 烦 冗 操 作 和 诸 多 的 日 常维 护 ， 也 克 服 了 环 形 激 光 陀 螺 的 锁 定 现 象 ， 更 省 去 了 为 保 持小 转 速 时 的 灵 敏 度 所 采 取 的 防 机 械 抖 动 措 施 。 光 纤 陀 螺 则 既便 于 使 用 又 更 精 确 ， 因 此 比 起 传 统 的 陀 螺 ， 它 具 有 更 为 广 阔的 应 用 前 景 。 基 于 Sagnac干 涉 原 理 的 干 涉 型 光 纤 陀 螺 已 成 为波 音 777导 航 系 统 的 一 部 分 。 三 、 耦 合 器 件 种 类 及 应 用按 照 偏 振 模 式 分普 通 耦 合 器 ， 保 偏 耦 合 器此 外 ， 它 还 可 应 用 于 小 汽 车 、 火 车 和 船 舶 的 导 航 和 运 动 监 测 ，如 天 线 、 摄 像 机 的 稳 定 器 ， 机 器 人 、 铲 车 、 农 业 机 械 的 控 制和 导 航 ， 煤 气 、 电 力 、 通 信 、 电 缆 光 缆 的 管 道 测 绘 ， 航 天 飞机 、 火 箭 的 导 航 。 仅 日 本 尼 桑 公 司 车 辆 导 航 系 统 对 光 纤 陀 螺的 需 求 量 就 达 每 月 2500 3000个 ， 即 2500 3 3000 3个保 偏 光 纤 耦 合 器 。 播 种 和 喷 药 用 直 升 飞 机 每 年 需 要 1000 3个 保 偏 光 纤 耦 合 器 。 由 此 可 见 ， 随 着 相 干 光 通 信 和 光 纤 陀 螺等 的 快 速 发 展 ， 保 偏 光 纤 耦 合 器 的 需 求 量 也 会 与 日 俱 增 。 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -制 作 方 法 ：蚀 刻 法 ， 研 磨 法 ， 熔 融 拉 锥 法1.蚀 刻 法 ： 最 先 是 由 Sheem和 Giallorenzi发 明 ， 将 两 根 裸 光 纤 扭 绞 在 一 起 ， 浸 入氢 氟 酸 中 ， 腐 蚀 掉 光 纤 四 周 的 涂 覆 层 和包 层 ， 从 而 使 光 纤 纤 芯 相 接 近 ， 实 现 两光 纤 间 的 耦 合 。 这 种 方 法 虽 然 简 单 ， 但制 作 出 来 的 耦 合 器 不 仅 不 耐 用 ， 而 且 对环 境 温 度 的 变 化 很 敏 感 ， 缺 乏 使 用 价 值 。 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -制 作 方 法 ：2.研 磨 法 ： Bergh等 人 发 明 了 光 纤 研 磨 法 ， 是 将 每 根 光 纤预 先 埋 入 玻 璃 块 的 弧 形 槽 中 ， 然 后 对 光 纤 的 侧 面 进 行研 磨 抛 光 ， 同 时 监 视 光 通 量 ， 研 磨 结 束 后 ， 在 磨 面 上加 以 小 滴 匹 配 液 ， 再 将 光 纤 拼 接 ， 做 成 光 纤 耦 合 器 。这 种 办 法 克 服 了 分 立 元 件 法 的 一 些 缺 点 ， 并 可 做 成 分光 比 可 调 的 耦 合 器 （ 目 前 仍 是 制 作 这 类 器 件 的 一 种 选择 ） ， 器 件 的 实 用 性 也 有 所 提 高 ， 但 制 作 困 难 ， 成 品率 低 ， 环 境 特 性 也 不 理 想 。 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -制 作 方 法 ：3.熔 融 拉 锥 法 ： 具 体 是 将 两 根 （ 或 两 根 以 上 ）除 去 涂 覆 层 的 光 纤 以 一 定 的 方 式 靠 拢 ， 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 ， 实 现传 输 光 的 耦 合 。 常 用 的 加 热 源 是 氢 氧 焰 或 氢焰 等 ， 加 热 源 有 的 采 用 固 定 式 ， 有 的 采 用 可移 动 式 。 这 种 方 法 可 以 用 计 算 机 较 精 确 地 控制 各 种 过 程 参 量 ， 并 随 时 监 控 光 线 输 出 端 口的 光 功 率 变 化 ， 从 而 实 现 制 作 各 种 器 件 的 目的 。 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 图 3-3 耦 合 器 输 出 光 功 率 熔 融 拉 锥 法 -设 备光源夹具光探测器光纤计算机 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 熔 融 拉 锥 工 艺 的 加 热 方 式 在 国 内 外 目 前 普 遍 采 用 的 熔 融 拉 锥 工 艺 中 ， 若 按 加 热 方 式分 类 ， 可 分 为 直 接 加 热 法 、 间 接 加 热 法 以 及 介 于 两 者 之 间的 所 谓 部 分 直 接 加 热 法 三 种 方 式 。 直 接 加 热 法 是 使 用 可 燃气 体 在 燃 烧 器 中 燃 烧 形 成 的 火 焰 直 接 加 热 光 纤 ， 在 加 热 过程 中 ， 燃 烧 器 可 以 固 定 也 可 来 回 移 动 。 这 种 加 热 方 式 的 优点 在 于 热 量 的 利 用 率 高 ， 加 热 速 度 快 ， 装 置 较 简 单 ， 缺 点是 由 于 熔 拉 过 程 中 喷 灯 火 焰 与 光 纤 熔 拉 区 直 接 接 触 ， 软 化后 的 光 纤 易 受 火 焰 的 冲 击 而 产 生 形 变 ， 且 光 纤 的 热 熔 状 态难 以 控 制 ； 熔 区 外 径 难 以 达 到 给 定 的 设 计 值 ， 影 响 成 品率 ， 对 室 内 的 洁 净 条 件 要 求 高 等 。 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 熔 融 拉 锥 工 艺 的 加 热 方 式 间 接 加 热 法 是 让 火 焰 对 套 在 光 纤 外 的 石 英 管 或 陶 瓷 管 加 热 ，光 纤 通 过 受 热 石 英 管 或 陶 瓷 管 的 辐 射 热 来 熔 融 ， 此 法 可 以克 服 直 接 加 热 法 的 缺 点 ， 但 须 提 高 加 热 温 度 ， 增 设 石 英 管及 相 应 的 转 动 装 置 。 部 分 直 接 加 热 法 是 让 单 喷 灯 火 焰 在 开槽 石 英 管 内 对 光 纤 耦 合 区 进 行 加 热 ， 与 常 用 的 单 喷 灯 直 接加 热 方 式 相 比 ， 其 热 场 的 均 匀 性 得 到 改 善 ， 由 于 石 英 管 壁对 热 气 流 压 力 的 反 作 用 和 热 气 流 流 向 的 对 称 性 ， 避 免 了 火焰 喷 力 对 器 件 熔 锥 区 形 变 的 不 利 影 响 。 熔 融 拉 锥 法 -设 备 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 KF FBT光 纤 熔 融 拉 锥 系 统 介 绍 是 一 种 集 成 了 光 学 电 子 学 精 密 机 械 计 算 机 等 多 项 技术 集 制 作 检 测 控 制 等 多 项 功 能 于 一 体 的 高 度 自 动 化 生产 系 统 。 系 统 主 要 包 括 拉 锥 主 机 氢 气 发 生 器 启 动 控 制系 统 。 制 作 过 程 完 全 由 计 算 机 控 制 ， 可 以 通 过 任 意 设 置 分光 比 ， 改 变 火 头 位 置 ， 控 制 光 纤 拉 伸 速 度 制 作 各 种 规 格 的耦 合 器 。 该 系 统 不 仅 可 以 制 作 各 种 分 光 比 的 标 准 光 纤 耦 合器 ， 而 且 还 可 以 制 作 WDM耦 合 器 宽 带 单 窗 口 /双 窗 口 耦合 器 。 在 这 个 系 统 中 ， 氢 气 发 生 器 用 于 产 生 氢 气 ， 为 熔 融拉 锥 提 供 燃 料 。 启 动 控 制 系 统 是 用 氮 气 的 气 压 作 为 气 动 开关 来 控 制 火 头 开 关 ， 拉 锥 夹 具 开 关 以 及 封 装 托 架 开 关 。 而拉 锥 主 机 是 利 用 计 算 机 来 设 置 、 控 制 及 监 测 整 个 熔 融 拉 锥过 程 的 。 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 窄 带 耦 合 器 的 制 作1.用 米 勒 钳 剥 去 直 通 臂 尾 端 的 涂 覆 层 ， 插 入 裸 纤 适 配 器 中 ，用 红 宝 石 切 割 刀 沿 陶 瓷 插 芯 的 顶 端 面 将 裸 纤 截 断 ， 将 裸 纤适 配 器 接 入 光 源 。 当 “ 校 正 ” 界 面 中 AD10显 示 超 过200000时 ， 可 继 续 下 一 步 操 作 。 如 小 于 200000， 需 要 重新 切 割 裸 纤 端 面 。2.在 直 通 臂 和 耦 合 臂 光 纤 上 分 别 用 米 勒 钳 剥 去 长 约 20-30 mm的 涂 覆 层 ， 用 无 纺 布 蘸 无 水 乙 醇 擦 拭 两 遍 ， 然 后 再 用 干 无纺 布 擦 拭 一 遍 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 窄 带 耦 合 器 的 制 作3.在 除 去 涂 覆 层 的 窗 口 部 分 打 结 ， 打 结 时 ， 两 条 光 纤 预 备 熔融 的 两 结 之 间 要 尽 量 保 持 平 行 ， 结 区 长 度 在 1 cm左 右 ， 然后 打 开 真 空 泵 ， 将 光 纤 放 置 在 真 空 吸 附 的 夹 具 上 ， 要 确 定两 根 光 纤 牢 牢 吸 附 在 真 空 夹 具 上 ， 直 到 调 整 到 听 不 到 真 空泵 的 吸 气 声 为 止 。 使 剥 去 涂 覆 层 的 结 区 部 分 正 对 火 焰 位 置 。也 可 采 用 先 将 两 根 光 纤 平 行 的 放 置 在 真 空 吸 附 的 夹 具 上 ，然 后 在 夹 具 上 打 结 ， 打 结 之 后 再 调 整 结 区 位 置 。 还 可 利 用真 空 吸 附 夹 具 两 端 的 小 夹 具 ， 将 两 根 光 纤 平 行 放 置 在 真 空吸 附 夹 具 上 ， 将 两 端 的 小 夹 具 扣 上 ， 旋 转 小 夹 具 同 样 可 以达 到 打 结 的 目 的 。 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 窄 带 耦 合 器 的 制 作 4.在 确 定 准 备 工 作 完 成 后 ， 盖 上 防 护 罩 ， 点 击 主 页 面 上 的拉 伸 ， 计 算 机 控 制 火 头 进 火 并 按 照 设 置 的 参 数 自 动 运 行 到结 区 正 上 方 进 行 加 热 ， 同 时 真 空 夹 具 也 按 照 设 置 的 拉 锥 速度 向 两 端 拉 伸 。 我 们 就 开 始 熔 融 拉 锥 耦 合 器 了 。 整 个 过 程都 由 计 算 机 控 制 与 监 测 。 这 时 ， 我 们 在 主 界 面 上 可 以 同 时看 到 直 通 臂 、 耦 合 臂 光 强 的 变 化 ， 以 及 总 损 耗 和 分 光 比 的变 化 。 其 中 ， 粉 线 代 表 直 通 臂 中 的 光 功 率 ， 蓝 线 代 表 耦 合臂 中 的 光 功 率 ， 红 线 代 表 总 损 耗 ， 而 绿 线 代 表 分 光 比 。 当达 到 预 设 分 光 比 时 ， 真 空 夹 具 停 止 拉 伸 ， 火 头 自 动 退 火 。如 达 到 期 望 的 效 果 (分 光 比 和 总 损 耗 )， 便 可 以 进 行 封 装 了 (封 装 略 )。 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 表 1 制 作 3 dB窄 带 耦 合 器 参 数 设 置 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 熔 锥 型 宽 带 光 纤 耦 合 器 工 艺 流 程 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 制 作 宽 带 光 纤 耦 合 器 实 验 步 骤(1)光 纤 的 预 处 理 ： 我 们 将 检 验 合 格 的 单 根 单 模 光 纤 在 耦 合段 剥 去 2030 mm的 一 次 涂 覆 层 并 作 清 洁 处 理 ， 然 后 将光 纤 置 于 精 密 夹 具 上 。(2)单 根 光 纤 的 预 拉 伸 ： 启 动 计 算 机 ， 由 计 算 机 控 制 高 温H2-O2焰 喷 嘴 的 移 动 和 微 电 机 的 拉 伸 ， 使 这 单 根 光 纤 预拉 到 预 定 的 长 度 。(3)打 结 ： 我 们 做 好 另 一 耦 合 段 ， 并 将 其 置 于 精 密 夹 具 上 ，再 与 预 拉 后 的 耦 合 段 按 图 4-2所 示 绞 合 ， 打 结 时 要 使 耦合 段 平 行 且 紧 密 相 靠 。 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 制 作 宽 带 光 纤 耦 合 器 实 验 步 骤(4)熔 融 拉 伸 耦 合 段 ： 为 了 进 行 熔 融 拉 锥 过 程 的 监 控 ， 实 行在 线 监 测 ， 即 从 一 根 光 纤 输 入 光 功 率 ， 在 直 通 臂 和 耦 合臂 检 测 光 功 率 。 由 于 实 现 在 线 监 测 ， 熔 融 拉 锥 过 程 中 的能 量 耦 合 状 况 清 晰 可 见 。 随 着 耦 合 段 的 加 热 、 熔 融 及 拉伸 ， 直 通 臂 的 功 率 P1下 降 ， 耦 合 臂 的 功 率 P2上 升 ， 计 算机 在 达 到 指 定 的 分 光 比 时 使 光 纤 耦 合 段 退 出 加 热 区 ， 同时 停 止 拉 锥 。 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 制 作 宽 带 光 纤 耦 合 器 实 验 步 骤(5)封 装 ： 如 此 形 成 的 双 锥 状 耦 合 段 是 极 易 损 坏 的 ， 为 此 必须 立 即 安 装 石 英 玻 璃 基 体 以 保 护 耦 合 段 。 把 特 制 的 石 英半 管 放 在 主 机 的 加 热 托 架 上 。 点 击 进 键 ， 封 装 组 件 将 自动 移 至 两 光 纤 夹 具 之 间 的 空 档 位 置 ， 准 确 进 入 已 熔 合 的耦 合 器 的 正 下 方 。 然 后 ， 封 装 组 件 会 向 上 升 起 ， 直 到 光纤 的 熔 合 部 位 ， 将 该 部 位 从 下 向 上 包 裹 起 来 。 ， 按 下 拉锥 机 前 面 板 上 的 加 热 键 开 始 加 热 。 待 电 阻 丝 红 热 时 在 石英 半 管 的 两 端 点 少 量 的 环 氧 树 脂 胶 (注 意 保 持 半 管 不 动 ) 。稍 候 数 秒 ， 等 到 胶 固 化 好 (颜 色 变 为 红 褐 色 )后 ， 停 止 加热 ， 取 出 耦 合 器 。 点 击 触 摸 屏 上 的 出 键 ， 撤 回 加 热 托 架 。穿 入 热 缩 管 并 利 用 火 头 外 部 加 热 (通 常 为 了 避 免 穿 入 热 缩管 影 响 耦 合 器 的 参 数 ， 我 们 在 制 作 前 也 可 以 先 将 热 缩 管 穿 入 光 纤 待 用 )。 最 后 加 不 锈 钢 管 封 装 ， 并 用 硅 胶 填 满 ，再 放 置 在 70 烘 箱 中 烘 烤 2小 时 。 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 注 意 事 项 ： 在 耦 合 器 的 制 作 过 程 中 ， 要 获 得 性 能 优 良 好 的 耦 合 器 ，应 注 意 以 下 几 点 ： 耦 合 段 的 清 洁 处 理 工 作 要 做 好 ， 以 免 灰 尘 等 异 物 影 响 耦合 段 之 间 的 功 率 耦 合 ； 两 光 纤 放 置 在 夹 具 上 时 ， 应 使 耦 合 段 平 行 紧 靠 ， 同 时 ，使 耦 合 段 的 中 部 正 对 H2-O2焰 ； 熔 拉 完 成 后 ， 应 使 用 性 能 良 好 的 胶 进 行 耦 合 器 封 装 ， 以免 耦 合 区 产 生 应 力 ， 使 耦 合 器 的 性 能 恶 化 。 仪 器 每 次 使 用 后 都 要 进 行 复 位 ， 以 免 影 响 下 一 次 制 作 。 四 、 光 纤 耦 合 器 的 制 作 -熔 融 拉 锥 法 注 意 事 项 ：图4-3 光纤的绞合与放置 三 、 耦 合 器 件 种 类 及 应 用2 2光 耦 合 器熔 锥 型 光 纤 耦 合 器 的 结 构 图 图 (a)所 示 定 向 耦 合 器 可 以 制 成 波 分 复 用 /解复 用 器 。 如 下 图 所 示 ， 光 纤 a(直 通 臂 )传 输的 输 出 光 功 率 为 P1， 光 纤 b(耦 合 臂 )的 输 出光 功 率 为 P2， 根 据 耦 合 理 论 得 到 P1=cos2(CL) P2=sin2(CL) 图 光 纤 型 波 分 解 复 用 器 原 理 1、2 1 2 1 2 耦合长度 光功 率 a b a b b a 下 表 列 出 波 长 为 1.31m或 (和 )1.55m单 模 光 纤 型 耦 合 器和 波 分 复 用 器 /解 复 用 器 的 一 般 性 能 。 耦 合 器 的 一 般 性 能 光 纤 过 耦 合 器 制 作 与 特 性 测 试光 纤 过 耦 合 器 是 在 普 通 耦 合 器 的基 础 上 发 展 起 来 的 ， 即 在 分 光 比达 到 3 dB点 后 ， 继 续 拉 锥 ， 使 器件 处 于 过 耦 合 状 态 ， 器 件 的 输 出特 性 -分 光 比 与 波 长 的 依 赖 关 系 逐渐 增 强 ， 并 形 成 周 期 振 荡 。 由 于 采 用 FBT技 术 制 作 过 耦 合 器 的 耦合 区 都 非 常 细 （ 微 米 量 级 ） ， 所 以 耦合 区 十 分 脆 弱 ， 极 易 断 裂 ， 需 要 采 用与 光 纤 材 料 相 近 的 石 英 基 板 来 保 护（ 石 英 管 与 光 纤 的 热 膨 胀 系 数 极 为 接近 ） 。 现 在 的 工 作 台 有 一 套 自 动 封 装装 置 ， 它 由 封 装 架 （ Package） 和 二维 马 达 构 成 ， 当 熔 融 拉 锥 完 成 后 ， 计算 机 控 制 二 维 马 达 运 动 ， 重 复 完 成 封装 动 作 。 封 装 过 程 要 求 封 装 架 能 精 确复 位 ， 并 能 准 确 地 到 达 软 件 设 定 的 封装 位 置 ， 即 使 轻 微 的 偏 差 就 会 导 致 器件 的 插 入 损 耗 、 耦 合 比 剧 烈 变 化 。 实 验 中 我 们 观 察 到 光 纤 芯 径 越 细 ， 过 耦 合现 象 就 更 明 显 ， 因 此 可 以 通 过 控 制 光 纤 芯径 的 粗 细 进 而 控 制 光 纤 过 耦 合 器 的 透 射 波长 特 性 。 实 验 中 火 头 高 度 、 拉 锥 速 度 和 拉锥 周 期 对 光 纤 过 耦 合 器 的 透 射 波 长 有 影 响 。 参 数 设 置 如 下 表 所 示分 光 比 1 13.00% 分 光 比 2 35.00%拉 锥 速 度 1 1800 拉 锥 速 度 2 2