光分路器:適用于將一根光纖信號(hào)分解為多路光信號(hào)輸出

光分路器的作用：①把一道主光源通過(guò)分路器把光分成1-N份的光路出去；②是把1-N份的光路通過(guò)分路器合成為1束主光源回收！

工作原理：在單模光纖傳導(dǎo)光信號(hào)的時(shí)候，光的能量并不完全是集中在纖芯中傳播，有少量是通過(guò)靠近纖芯的包層中傳播的，也就是說(shuō)，在兩根光纖的纖芯足夠靠近的話，在一根光纖中傳輸?shù)墓獾哪?chǎng)就可以進(jìn)入另外一根光纖，光信號(hào)在兩根光纖中得到重新的分配

技術(shù)實(shí)現(xiàn)：目前有兩種類型光分路器可以滿足分光的需要：一種是傳統(tǒng)光無(wú)源器件廠家利用傳統(tǒng)的拉錐耦合器工藝生產(chǎn)的熔融拉錐式光纖分路器（Fused Fiber Splitter），一種是基于光學(xué)集成技術(shù)生產(chǎn)的平面光波導(dǎo)分路器(PLC Splitter),這兩種器件各有優(yōu)點(diǎn)，用戶可根據(jù)使用場(chǎng)合和需求的不同，合理選用這兩種不同類型的分光器件，以下對(duì)兩種器件作簡(jiǎn)單介紹，供參考。

熔融拉錐光纖分路器（Fused Fiber Splitter）

熔融拉錐技術(shù)是將兩根或多根光纖捆在一起，然后在拉錐機(jī)上熔融拉伸，并實(shí)時(shí)監(jiān)控分光比的變化，分光比達(dá)到要求后結(jié)束熔融拉伸，其中一端保留一根光纖（其余剪掉）作為輸入端，另一端則作多路輸出端。目前成熟拉錐工藝一次只能拉1×4以下。1×4以上器件，則用多個(gè)1×2連接在一起。再整體封裝在分路器盒中。

這種器件主要優(yōu)點(diǎn)有（1）拉錐耦合器已有二十多年的歷史和經(jīng)驗(yàn), 許多設(shè)備和工藝只需沿用而已, 開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)只有PLC的幾十分之一甚至幾百分之一（2）原材料只有很容易獲得的石英基板, 光纖, 熱縮管, 不銹鋼管和少些膠, 總共也不超過(guò)一美元. 而機(jī)器和儀器的投資折舊費(fèi)用更少，1×2、1×4等低通道分路器成本低。（3）分光比可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以制作不等分分路器。

主要缺點(diǎn)有（1）損耗對(duì)光波長(zhǎng)敏感，一般要根據(jù)波長(zhǎng)選用器件，這在三網(wǎng)合一使用過(guò)程是致命缺陷，因?yàn)樵谌W(wǎng)合一傳輸?shù)墓庑盘?hào)有1310nm、1490nm、1550nm等多種波長(zhǎng)信號(hào)。

（2）均勻性較差，1X4標(biāo)稱最大相差1.5dB左右，1×8以上相差更大，不能確保均勻分光，可能影響整體傳輸距離。（3）插入損耗隨溫度變化變化量大（TDL）（4）多路分路器（如1×16、1×32）體積比較大，可靠性也會(huì)降低，安裝空間受到限制。

平面光波導(dǎo)功率分路器（PLC Optical Power Splitter）

平面光波導(dǎo)技術(shù)是用半導(dǎo)體工藝制作光波導(dǎo)分支器件，分路的功能在芯片上完成，可以在一只芯片上實(shí)現(xiàn)多達(dá)1X32以上分路，然后，在芯片兩端分別耦合封裝輸入端和輸出端多通道光纖陣列。

這種器件的優(yōu)點(diǎn)有（1）損耗對(duì)傳輸光波長(zhǎng)不敏感，可以滿足不同波長(zhǎng)的傳輸需要。（2）分光均勻，可以將信號(hào)均勻分配給用戶。（3）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小(博創(chuàng)科技 1×32 尺寸：4×7×50mm),可以直接安裝在現(xiàn)有的各種交接箱內(nèi)，不需特殊設(shè)計(jì)留出很大的安裝空間。 （4）單只器件分路通道很多，可以達(dá)到32路以上。（5）多路成本低，分路數(shù)越多，成本優(yōu)勢(shì)越明顯。 主要缺點(diǎn)有：（1）器件制作工藝復(fù)雜，技術(shù)門檻較高，目前芯片被國(guó)外幾家公司壟斷，國(guó)內(nèi)能夠大批量封裝生產(chǎn)的企業(yè)也只有博創(chuàng)科技等很少幾家。（2）相對(duì)于熔融拉錐式分路器成本較高，特別在低通道分路器方面更處于劣勢(shì)。

總結(jié)

1、兩種器件的主要參數(shù)對(duì)比總結(jié)如下：

這兩種器件在性能價(jià)格方面各有優(yōu)勢(shì)，兩種工藝技術(shù)也都在不斷升級(jí)，不斷克服各自的缺點(diǎn)。拉錐式分路器正在解決一次性拉錐數(shù)量不多和均勻性不良等問(wèn)題；光波導(dǎo)分路器也在降低成本方面作不懈努力，目前兩種器件在1X8以上成本已相差無(wú)幾，隨著分路通道的增加平面波導(dǎo)型分路器價(jià)格更優(yōu)。 2、如何選擇器件 如何選用這兩種器件，關(guān)鍵要從使用場(chǎng)合和用戶的需求方面考慮。在一些體積和光波長(zhǎng)不是很敏感的應(yīng)用場(chǎng)合,特別是分路少的情況下，選用拉錐式光分路器比較實(shí)惠,如獨(dú)立的數(shù)據(jù)傳輸選用1310nm拉錐式分路器，電視視頻網(wǎng)絡(luò)可選擇1550nm的拉錐式分路器；在三網(wǎng)合一、FTTH等需要多個(gè)波長(zhǎng)的光傳輸而且用戶較多的場(chǎng)合下，應(yīng)選用光波導(dǎo)分路器。 目前，國(guó)內(nèi)多數(shù)公司進(jìn)行FTTH試驗(yàn)網(wǎng)多采用拉錐式分路器，這是由于許多設(shè)計(jì)人員對(duì)PLC器件還不熟悉，國(guó)內(nèi)也很少有公司生產(chǎn)這種器件。日本和美國(guó)FTTH真正商業(yè)運(yùn)行的市場(chǎng)幾乎全部采用平面光波導(dǎo)分路器。

定做光分路器時(shí)需要提供哪些技術(shù)要求？

（1）指定用熔融拉錐型（光纖耦合型）光分路器。這種光分路器生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，具有較好的性能，在CATV系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

（2）確定結(jié)構(gòu)形式。在機(jī)房里一般用19寸機(jī)架式、FC/APC或SC/APC接頭。如用在樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)，需要把分路器安裝熔接在接續(xù)盒內(nèi)，則要求分路器不帶機(jī)殼，不帶接頭，尺寸大約為80mm*60mm*15mm（不含引出光纖）。

（3）確定中心波長(zhǎng)和帶寬。波長(zhǎng)類型分為單一波長(zhǎng)1310nm、單一波長(zhǎng)1550nm、寬帶型（1310nm&1550nm）。帶寬類型分為窄帶型±20nm、寬帶型±40nm。一般情況下，選擇單一波長(zhǎng)、窄帶型的光分路器，既能滿足使用，又能節(jié)省成本。

（4）要求附加損耗的上限如下:

分路數(shù) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 16

附加損耗 0.2 0.3 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2

（5) 確定分光比，精確到小數(shù)點(diǎn)后一位，如82.3% 。

波分比：光分路器將1路光信號(hào)分為N路信號(hào)，N＝2叫光二分路器，N＝4叫光四分路器，依此類推。一般1∶N 的光分路器均由一分為二和一分為三的光分路器組合而成。光分路器將一路光信號(hào)按不同功率比例分成多路的光信號(hào)輸出，實(shí)際的光纜傳輸干線中，常用光分路器將一路光信號(hào)分成強(qiáng)度不等的幾路輸出，光強(qiáng)較大的一路傳輸?shù)捷^遠(yuǎn)距離，光強(qiáng)較弱的一路傳輸?shù)捷^近距離，使各個(gè)光節(jié)點(diǎn)的光功率近似相等。

OMSP Optical Multiplex Section Protect 光復(fù)用段保護(hù)

這種技術(shù)是只在光路上進(jìn)行1+1保護(hù)，而不對(duì)終端設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。在發(fā)端和收端分別使用1×2光分路器或光開(kāi)關(guān)，在發(fā)送端對(duì)合路的光信號(hào)進(jìn)行分離，在接收端對(duì)光信號(hào)進(jìn)行選路。光復(fù)用段保護(hù)只有在獨(dú)立的兩條光纜中實(shí)施才有實(shí)際意義。

光耦合器與光復(fù)用器

光耦合是對(duì)同一波長(zhǎng)的光功率進(jìn)行分路或合路。通過(guò)光耦合器，我們可以將兩路光信號(hào)合成到一路上，如光耦合器示意圖（a）所示，P1和P2兩路光信號(hào)經(jīng)耦合器后變成了一路輸出P3。同時(shí)，光耦合器還可以對(duì)光進(jìn)行分路，如耦合器示意圖（b）所示，輸入的光信號(hào)Pin經(jīng)過(guò)介質(zhì)膜的反射和折射，分成了兩路信號(hào)，當(dāng)然，這兩路信號(hào)的功率比是可以調(diào)節(jié)的。

光復(fù)用器可以把不同波長(zhǎng)的信號(hào)復(fù)合注入到一根光纖中；相反地，解復(fù)用器則把復(fù)合的多波長(zhǎng)信號(hào)解復(fù)用，把不同波長(zhǎng)的信號(hào)分離出來(lái)。

介紹一：工作原理和主要技術(shù)指標(biāo)

在光纖通信系統(tǒng)中，最早商用的DWDM模塊是由多個(gè)三端口的介質(zhì)膜濾波器（TFF）串聯(lián)而成，但是當(dāng)信道數(shù)大于16時(shí)，基于TFF技術(shù)的DWDM模塊因損耗太大，不能滿足應(yīng)用需求。陣列波導(dǎo)光柵（AWG）應(yīng)運(yùn)而生，成為32通道以上DWDM模塊的主要技術(shù)途徑。

AWG是以平面光路（PLC）技術(shù)制作的器件，其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，由輸入波導(dǎo)、輸入星形耦合器、陣列波導(dǎo)、輸出星形耦合器和輸出波導(dǎo)陣列五部分組成。輸入的DWDM信號(hào)，由第一個(gè)星形耦合器分配到各條陣列波導(dǎo)中，陣列波導(dǎo)的長(zhǎng)度依次遞增ΔL，對(duì)通過(guò)的光信號(hào)產(chǎn)生等光程差，其功能相當(dāng)于一個(gè)光柵，在陣列波導(dǎo)的輸出位置發(fā)生衍射，不同波長(zhǎng)衍射到不同角度，經(jīng)過(guò)第二個(gè)星形耦合器，聚焦到不同的輸出波導(dǎo)中。

圖1. AWG基本結(jié)構(gòu)

為了更直觀的理解AWG的工作原理，我們首先來(lái)分析凹面反射式光柵和羅蘭圓的結(jié)構(gòu)和原理，如圖2所示，凹面光柵的曲率半徑為R=2r，羅蘭圓的半徑為r，二者內(nèi)切且羅蘭圓通過(guò)光柵中心。通過(guò)簡(jiǎn)單的光路分析和一定的近似可知，羅蘭圓上任一點(diǎn)發(fā)出的光，經(jīng)凹面光柵衍射之后仍聚焦在羅蘭圓上，不同衍射級(jí)次對(duì)應(yīng)不同衍射角，滿足衍射條件：

（1）

圖2. 凹面反射式光柵和羅蘭圓結(jié)構(gòu)

AWG的輸入/輸出星形耦合器采用類似凹面反射式光柵和羅蘭圓的結(jié)構(gòu)，如圖3所示，輸入/輸出波導(dǎo)的端口位于羅蘭圓的圓周上，陣列波導(dǎo)位于凹面光柵的圓周上。

a)

圖3. a)輸入星形耦合器，b)輸出星形耦合器

輸入星形耦合器與輸出星形耦合器成鏡像關(guān)系，輸入波導(dǎo)發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)陣列波導(dǎo)衍射，不同波長(zhǎng)聚焦到不同輸出波導(dǎo)；圖4中羅蘭圓上C點(diǎn)發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)凹面光柵反射衍射，不同波長(zhǎng)聚焦到羅蘭圓上的不同點(diǎn)。二者完全等效，差別只在于后者是反射式光柵，而前者是透射式光柵。對(duì)于前者，我們也可以理解為圖3（b）中波導(dǎo)C發(fā)出的光信號(hào)，經(jīng)陣列波導(dǎo)反射衍射并聚焦到不同輸出波導(dǎo)中。

圖4. 凹面反射式光柵中的衍射

AWG的衍射公式與凹面光柵略有不同：

（2）

其中da為陣列波導(dǎo)中心間距，nc為星形耦合器區(qū)域的等效折射率，na為陣列波導(dǎo)的等效折射率，m為衍射級(jí)次。從式（2）可以看到，AWG與普通光柵有著相同的衍射能力，可用于DWDM信號(hào)的復(fù)用/解復(fù)用。

從（2）式可以看到，同一波長(zhǎng)的不同衍射級(jí)次，將衍射為不同角度，聚焦到不同的輸出波導(dǎo)中，如圖5（a）所示，其中主衍射級(jí)次的光功率最強(qiáng)，次級(jí)衍射光功率迅速衰減。在滿足（3）式的情況下，不同波長(zhǎng)的主衍射級(jí)次將進(jìn)入相同的輸出波導(dǎo)，造成串?dāng)_，Δλ稱為AWG的自由光譜范圍（FSR），如圖5（b）所示，為避免串?dāng)_，F(xiàn)SR應(yīng)大于需要復(fù)用/解復(fù)用的信號(hào)譜寬。

（3）

一個(gè)典型的AWG傳輸譜線如圖6所示，其主要技術(shù)指標(biāo)有插入損耗、損耗均勻性、通帶起伏、偏振相關(guān)損耗（PDL）、通帶寬度、相鄰?fù)ǖ栏綦x度、非相鄰?fù)ǖ栏綦x度等，分別如圖7（a）、圖5（a）、圖7（b－f）所示。

圖6. AWG的傳輸譜線

a)插入損耗              b)通帶起伏

c)PDL                   d)通帶寬度

e)相鄰?fù)ǖ栏綦x度         f)非相鄰?fù)ǖ栏綦x度

圖7. AWG的主要技術(shù)指標(biāo)