光无源器件的分类特性及应用研究

龚斌 朱政 董小燕

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201720044

摘要：介绍了光无源器件的分类和特性，阐述了光无源器件在光纤通信中的几个典型应用。研究表明，光无源器件在光纤通信技术中占有非常重要的地位，未来它们的使用会更加广泛，发挥的作用会愈加重要。

关键词：光无源器件；光纤通信；WDM网

当今是以信息传递为主的时代，在众多传输系统中，绝大部分信息是通过光纤通信系统来传送的。在光纤通信技术中，光无源器件是一种使用范围广、作用强大的不可或缺的器件，其种类较多，功能各不相同，但是有共同的特点——不需要通过外部的能量，自身就能完成一种光学功能[1]。它们通常应用在远距离通信、视频信号传输以及局域网络等领域中。

1 光无源器件的分类和特性

光无源器件是一种不发光，不需要额外能量驱动工作的装置，比较常用的有光纤连接器、光纤耦合器、光纤分束器、光纤隔离器、光开关等[2]。

1.1 光纤连接器

光纤连接器可以把短的光纤连接起来达到需要的长度，在没有合适长度的光纤时发挥了重要的作用。但是要求损耗必须很小。光纤连接器按连接方式可以分成两类：螺旋连接器和非螺旋连接器。目前市面上使用的FC型（螺纹连接）和双锥型连接器是典型的螺旋连接器，而ST型（带键的卡口结构）和SC型（直接插拔矩形外壳结构）连接器是典型的无螺纹连接器。光纤连接器的好坏可以通过插入损耗和回波损耗两个参数知道。两个光纤相连的地方若有偏差不对直，就会产生插入损耗。回波损耗是用来测量连接器端面的后向反射光大小的参数。为了提高光纤连接器的质量，可以提高回波损耗，以及降低插入损耗。

1.2 光纤耦合器

光纤耦合器是可以把光纤一变多或者多变一的一种无源器件。它的出现解决了之前波导耦合器耦合效率低、耗损大、制作技术困难、本钱高的问题，因而一面世就获得了广泛的关注。耦合器的制作方法有熔锥法、研磨法两种。研磨法的制作工艺比较复杂、成品率低，而熔锥法制作的光纤耦合器插入损耗小、成本低、制作简单、易于实现，其研制技术一直受到人们的青睐。

1.3 光纤分束器和隔离器

光纤分束器是一种能够实现光分路、合路、插入和分配的光无源器件，在网络中占据着重要的比例，尤其在用户网、区域网和有线电视网中。光纤分束器的种类很多，可以熔合两个或两个以上（最多可达100根）的光纤，最基本的就是一路分为两路。重要特性参数有分光比、隔离度和插入损耗。对于同一光纤，使用不同的分束器，插入损耗越小，隔离度越大。

光隔离器是一种利用法拉第旋转的器件，其输入和输出端是不可以互换的。重要特性参数有插入损耗、隔离度和回波损耗。插入损耗越低，隔离度越高，回波损耗越高，器件越小，则性能越好。优异的光隔离器的回波损耗应该超过55dB。

1.4 光开关

光开关是一种能够通过转换电路来完成光信号切换的元器件。就像我们平时用的开关，很容易就能关上关下，不会漏电，并且开关的声音很小。光开关大致可以分为两类，一类是机械式开关。它可以利用电磁铁或透镜来是实现。这种光开关技术比较成熟，它具有良好的插入损耗，隔离度，消光比和偏振灵敏度，不受调制速率和模式的限制，但是开关时间长，开关量大，难以集成。另一种类型是一种固体光开关，具有固体物理的效应，其中电光和磁光式光开关具有开关速度快、体积非常小、易于大面积集成等优点，但也有损耗大，隔离度差等缺点。通常根据实际情况选择使用合适的光开关。

除了以上这些器件，光无源器件还包括光波分复用器（WDM）、光环行器以及光纤光栅等[3]。光波分复用具有容差大的特点，已经可以在实际操作中实现，这种技术成本较低，操作起来也很方便，是现在提高容量的最佳途径；光纤光栅则在各种激光器中有着重要的应用，如调Q、锁模、单频和多波长等。

2 光无源器件的应用

雷达天线一直是敌人首要攻击的目标。在现代战争中，采用光纤传输可以使雷达和指挥作战中心的距离超过 10km，雷达系统的安全就得到保证。光连接器可以用在雷达天线和指挥部之间的传输线路中。而且一个星型耦合器形成一个多雷达网络，具有跟踪精度高、大面积的视图、集成的目标探测和速度矢量等优势。除此之外，采用光环形器、光纤光栅等构成光纤光栅延迟线可以用于相控阵雷达，具有温度性能优，带宽大，机械刚性和传输损耗小的优点。

核心主干网、城域网、接入网和用户驻地网是构成信息网的重要部分，波分复用技术在光纤通信网络中得到了广泛的应用，如骨干网、接入网、专用网络和全光网络等。WDM技术迅猛的发展，使光纤通信容量增长地非常快速。而且，在WDM网络中，有许多地方需要对光功率的大小进行监控，譬如，输出光功率如果不能一直维持在正常水平，就会影响网络的正常状态。于是，需要采用光耦合器将待监控的光信号进行功率耦合，以便可以一直监测需要监控的信号。

在广播电视网络传输系统中，光纤光缆是数字电视和数据传输系统的重要媒介，成为改造建设清晰度高、质量高的有线电视传输网络的主要线路。有线电视传输系统使用到了掺铒光纤放大器EDFA，用于补偿光功率分配器的插入损耗，使分配网的规模和用户数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离器等无源器件。因此光无源器件在有线电视中有着越来越重要的作用[4]。

3 结论

从多方面来看，光无源器件已经走在时代的前沿，在越来越多的先进设备中，它都占据着一定的比例。技术的要求，时代的需求，市场的变化都给光无源器件提供了相当好的环境。我相信在未來，光无源器件的使用会更加的广泛，发挥的作用也会愈加的重要。

参考文献：

[1]宋金声.光纤无源器件技术的发展方向[J].现代通信，2002，1：1417.

[2]林学煌.光无源器件[M].人民邮电出版社，北京：2000，169171.

[3]黄章勇.光纤通信用新型光无源器件[M].北京邮电大学出版社，2003.

[4]杨东.光无源器件在有线电视网中的应用[J].功能材料与器件学报，2014，20：140144.

作者简介：董小燕（1978），女，江苏盐城人，高级实验师，主要从事量子光学方面研究。