光無源器件

目錄
·概念
·光無源器件的品種
·光無源器件的測試（圖）
·光無源器件的原理及應(yīng)用






   
概念
　　光無源器件是光纖通信設(shè)備的重要組成部分，也是其它光纖應(yīng)用領(lǐng)域不可缺少的元器件。具有高回波損耗、低插入損耗、高可靠性、穩(wěn)定性、機(jī)械耐磨性和抗腐蝕性、易于操作等特點，廣泛應(yīng)用于長距離通信、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)及光纖到戶、視頻傳輸、光纖感測等等。　

光無源器件的品種

  ▲ FC、SC、ST、LC等多種類型適配器
  ▲ 有PC、UPC、APC三種形式
  ▲ FC、SC、ST、LC等各種型號和規(guī)格的尾纖（包括帶狀和束狀），芯數(shù)從單芯到12芯不等。

光無源器件的測試（圖）
　　光無源器件測試是光無源器件生產(chǎn)工藝的重要組成部分，無論是測試設(shè)備的選型還是測試平臺的搭建其實都反映了器件廠商的測試?yán)砟�，或者說是器件廠商對精密儀器以及精密測試的認(rèn)識。不同測試設(shè)備、不同測試系統(tǒng)搭建方法都會對測試的精度、可靠性和可操作性產(chǎn)生影響。本文簡要介紹光無源器件的測試，并討論不同測試系統(tǒng)對精確性、可靠性和重復(fù)性的影響。

　　在圖一所示的測試系統(tǒng)中，測試光首先通過偏振控制器，然后經(jīng)過回波損耗儀，回波損耗儀的輸出端相當(dāng)于測試的光輸出口。這里需要強(qiáng)調(diào)一點，由于偏振控制器有1～2dB插入損耗，回波損耗儀約有5dB插入損耗，所以此時輸出光與直接光源輸出光相比要小6～7dB。可以用兩根單端跳線分別接在回?fù)p儀和功率計上，采用熔接方式做測試參考，同樣可采用熔接方法將被測器件接入光路以測試器件的插損、偏振相關(guān)損耗(PDL)和回波損耗(ORL)。

　　該方法是很多器件生產(chǎn)廠商常用的，優(yōu)點是非常方便，如果功率計端采用裸光纖適配器，則只需5次切纖、2次熔纖(回?fù)p采用比較法測試*)便可完成插損、回?fù)p及偏振相關(guān)損耗的測試。但是這種測試方法卻有嚴(yán)重的缺點：由于偏振控制器采用隨機(jī)掃描Poincare球面方法測試偏振相關(guān)損耗，無需做測試參考，所以系統(tǒng)測得的PDL實際上是偏振控制器輸出端到光功率計輸入端之間鏈路上的綜合PDL值。由于回?fù)p儀中的耦合器等無源器件以及回?fù)p儀APC的光口自身都有不小的PDL，僅APC光口PDL值就有約0.007dB，且PDL相加并不成立，所以PDL測試值系統(tǒng)誤差較大，測試的重復(fù)性和可靠性都不理想，所以這種方法不是值得推薦的方法。改進(jìn)測試方法見圖2所示。

　　在圖2測試系統(tǒng)中，由于測試光先通過回?fù)p儀再通過偏振控制器，所以光源輸出端與偏振控制器輸入端之間的光偏振狀態(tài)不會發(fā)生大的變化，也就是說系統(tǒng)可測得較準(zhǔn)確的DUT PDL值。然而問題還沒有解決，PDL是可以了，但回波損耗測試卻受到影響。我們知道，測試DUT回波損耗需要先測出測試系統(tǒng)本身的回光功率，然后測出系統(tǒng)與DUT共同的回光功率，相減得出DUT回光功率。從數(shù)學(xué)上容易理解， 系統(tǒng)回光功率相對越小，DUT回?fù)p值的精確度、可靠性以及動態(tài)范圍就會越好，反之則越差。在第二種系統(tǒng)中，系統(tǒng)回光功率包含了偏振控制器回光功率，所以比較大，進(jìn)而限制了DUT回?fù)p測試的可靠性和動態(tài)范圍。但一般而言，只要不是測試-60dB以外的回?fù)p值，這種配置的問題還不大，因此它在回?fù)p要求不高的場合是一種還算過得去的測試方法。除了上述兩種測試方案以外，還有一種基于Mueller矩陣法的測試系統(tǒng)(圖3)。

　　這種測試系統(tǒng)采用基于摻鉺光纖環(huán)的可調(diào)諧激光器(EDF TLS)而并非普通外腔式激光器，這點很重要，后文還有論述，此外它還加上Mueller矩陣分析法專用的偏振控制器、回?fù)p儀和光功率計。由于采用Mueller矩陣法測試PDL時要求測試光有穩(wěn)定的偏振狀態(tài)，所以可調(diào)諧光源與偏振控制器之間以及偏振控制器與回?fù)p儀之間要用硬跳線連接，這樣可以排除光纖擺動對測試的影響。用Mueller矩陣法測試PDL需要做參考，所以在一定程度上可以排除測試鏈路對PDL測試的影響，因此這個系統(tǒng)可以得到較高的PDL測試精度以及回?fù)p與插損精度，測試的可靠性和可操作性都很好。在該系統(tǒng)中每個測試單元不是獨(dú)立地工作，它們必須整合為一體，可調(diào)諧光源不停掃描，功率計不停采集數(shù)據(jù)，測試主機(jī)分析采集所得數(shù)據(jù)，最后得出IL、PDL和ORL隨波長變化的曲線。這種方法目前主要用在像DWDM器件等多通道器件測試上，是目前非常先進(jìn)的測試方法。

　　上述三種測試方法中，筆者認(rèn)為除了最后一種方法是測試DWDM多通道器件實現(xiàn)快速測試的最佳方案以外，其它兩種方法都不足取，原因是它們都一味強(qiáng)調(diào)方便，而忽略了精密測試的精確、可靠性及重復(fù)性的要求。這也是為什么很多器件廠家測試同樣的產(chǎn)品，今天測和明天測結(jié)果會大相徑庭的原因。解決辦法參見圖4的耦合器測試裝配方式。

　　利用圖4的配置可以一次得出器件的回?fù)p和方向性參數(shù)，以及器件PDL和平均IL。由于測試激光光源為偏振光源，這樣對于器件插損測試就有一個PDL值大小系統(tǒng)測試的不確定性，如果器件本身PDL較大會比較成問題，所以采用去偏振器進(jìn)行平均損耗測試。

　　這種測試方法的優(yōu)點是測試穩(wěn)定準(zhǔn)確，基本排除了理論或系統(tǒng)誤差，甚至抑制了隨機(jī)誤差，如插損采用無源去偏振器測試，缺點是需要搭建三個工位。EXFO公司資深專家、國際電聯(lián)PMD組主席Andre Girard有一句口頭禪，叫做Nothing perfect！器件測試也是這樣，是想要測試方便，但測試可靠性、重復(fù)性下降，還是想要測試可靠性與精度較高，但測試相對麻煩呢？一切都在個人取舍之間。上面是從測試工位的搭建即測試工位的拓?fù)潢P(guān)系來討論器件最佳測試，其實測試工藝中測試設(shè)備的選型占有更重要的位置。

　　下面分別論述測試光源、功率計、偏振控制器以及測試系統(tǒng)對測試精確性、可靠性和重復(fù)性的影響。

　　1．光源選擇

　　測試光源是測試系統(tǒng)的激勵源，由于用于測試而非用于傳輸，一般來說不需要功率太高，激光光源0dBm，寬譜源-10dBm/nm足以滿足測試要求。同樣因為是用于測試，光源的功率穩(wěn)定度相當(dāng)重要，除此之外還有一個相干長度的問題。其實任何激光光源都有相干長度的問題，一般FP或DFB激光光源的相干長度為1，000米或更長，人為使激光器的線寬變寬后也有10米左右，這就是說，只要測試系統(tǒng)的光路短于這個長度，就會有干涉，測試就會測不準(zhǔn)或者可靠性降低。有一種基于摻鉺光纖環(huán)的可調(diào)諧激光器很好地解決了這一問題，該激光器相干長度只有15厘米，而器件測試長度一般1～3米，所以一定不會有相干的影響，從而使測試值的穩(wěn)定度、重復(fù)性和可靠性都非常高，是一種非常適合于器件測試的光源。

　　除了相干長度，激光光源信噪比是另一個關(guān)鍵參數(shù)，激光光源的信號與源自發(fā)輻射噪聲的比值(S/SSE)是限制測試動態(tài)范圍的關(guān)鍵因素。如果S/SSE只有60dB，那么當(dāng)測試65dB的濾光片時由于濾光片不能濾去自發(fā)輻射噪聲，所以測試只能顯示60dB，導(dǎo)致測試失敗。一般而言，可調(diào)諧激光光源的S/SSE有75dB，所以在要求測試大動態(tài)范圍器件時應(yīng)注意光源的S/SSE值。

　　對于寬譜源或ASE光源而言，波譜穩(wěn)定度是一個關(guān)鍵參數(shù)，波譜穩(wěn)定度是比積分功率穩(wěn)定度更嚴(yán)格、更有意義的參數(shù)，它表征寬譜源在一段時間內(nèi)波譜峰峰值變化的最大值。由于寬譜源一般配合光譜儀或波長計之類波長選擇設(shè)備使用，所以積分功率穩(wěn)定度對于測試沒有太大意義。

　　2．功率計選擇

　　功率計探測器的材料大致決定了功率計的整體性能，一般有Ge、Si、InGaAs等材料的探測器，除此之外還有一種低偏振反映度(PDR)探測器，這種探測器是在InGaAs探測器的基礎(chǔ)上添加一些材料使得其對PDL非常不敏感，所以很適合用于PDL的測試。

　　除了材料之外，探測器面積是決定其用途的重要參數(shù)，探測器面積越大，其受光能力就越強(qiáng)，但靈敏度則會降低，反之亦然。所以一般用于校準(zhǔn)的光功率計探測器面積都大于3mm2，用于探測很小的光功率如-100dBm光能量探測器面積一般為1mm2。一般來說如果光功率計采用裸光纖適配器，則要求光功率計探測器面積大于3mm2，否則光纖出射光很難充分耦合到探測器上，使測試重復(fù)性和可靠性大大降低。其實即使采用大面積探測器，裸光纖適配器中的光纖也極有可能觸及探測器，導(dǎo)致探測器老化，使測試精度降低，所以一般建議采用熔接的方法，這樣雖然增加了一次熔纖，但是確保了測試的長期穩(wěn)定性和可靠性。

　　除了以上傳統(tǒng)的探測器類型，還有一種寬口徑積分球探測器技術(shù)。這種探測器的探測器面積相當(dāng)于7mm2，由于采用積分球技術(shù)，所以它沒有傳統(tǒng)大口徑探測器的表面不均勻性、光纖對準(zhǔn)和光纖頭容易觸及探測器表面的問題，測試重復(fù)性也是傳統(tǒng)探測器所無法相比的。

　　3．偏振控制器選擇

　　對隨機(jī)掃描Poincare球偏振控制器(PC)而言，掃描周期、覆蓋Poincare球面積、偏振光經(jīng)過PC情況以及由于PC導(dǎo)致的光功率波動值等都是一些關(guān)鍵參數(shù)。這些參數(shù)的意思很容易理解，這里只想著重論述由于PC導(dǎo)致的光功率波動對測試的影響。我們知道PDL的測試其實就是探測當(dāng)傳輸光偏振態(tài)(SOP)發(fā)生變化時，通過被測器件的光功率變化的最大值，所以如果由于其它原因?qū)е鹿夤β拾l(fā)生變化，測試系統(tǒng)就會誤以為這也是PDL，導(dǎo)致PDL測試過大。所以對于PC而言，光功率波動值將直接影響測試的準(zhǔn)確度。

　　4.測試系統(tǒng)的選擇

　　所謂測試系統(tǒng)主要是指兩個以上測試表或模塊聯(lián)合工作，形成組合之后新的操作界面，并完成自動測試的測試設(shè)備。傳統(tǒng)系統(tǒng)搭建是通過一臺計算機(jī)，用GPIB口控制幾臺光測試儀表進(jìn)行，這里著重介紹通過模塊組裝系統(tǒng)的方法。其主要思路是，測試主機(jī)本身就是一臺標(biāo)準(zhǔn)電腦，測試主機(jī)帶有5個插槽，可以插入測試模塊，組成簡單的系統(tǒng)，對于大的測試系統(tǒng)還可添加擴(kuò)展機(jī)，主機(jī)與擴(kuò)展機(jī)之間通過數(shù)據(jù)線連接。這樣擴(kuò)展機(jī)上的槽位與主機(jī)上的槽位沒有任何區(qū)別，插在擴(kuò)展機(jī)上的模塊與插在主機(jī)上的模塊在數(shù)據(jù)傳輸速率上也沒有任何區(qū)別，所以這種組建測試系統(tǒng)的方法使得系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度非�？欤�操作也很方便。擴(kuò)展機(jī)上還可級聯(lián)擴(kuò)展機(jī)，以組成更大的系統(tǒng)，所以擴(kuò)容性非常好，例如EXFO的IQS-12004B DWDM測試系統(tǒng)將可調(diào)諧光源、快速光功率計、Muller矩陣法偏振控制器和波長校準(zhǔn)單元有機(jī)地結(jié)合起來，測試波長精度達(dá)5pm，只需點擊鼠標(biāo)就可測得IL、ORL和PDL隨波長的變化曲線，并得出串?dāng)_矩陣，這也恰恰展示了利用主機(jī)+擴(kuò)展機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)搭建的優(yōu)勢。

　　本文結(jié)論

　　本文從測試工位的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及測試設(shè)備選擇兩個角度論述了測試工藝的可靠性、精度與重復(fù)性。其實光器件的生產(chǎn)工藝是很復(fù)雜的學(xué)問，不是簡單幾句話就可說清楚，不同的產(chǎn)品工藝均有所不同，值得深入研究，這樣才不至于出了問題還不清楚出了什么問題而手忙腳亂。

　　*所謂比較法測試回?fù)p是指采用標(biāo)準(zhǔn)回?fù)p跳線(一般為回?fù)p值14.7dB并經(jīng)過國際相關(guān)組織認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)跳線)對系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，被測器件的回光與之比較得出回?fù)p值。這種測試回?fù)p的方法較傳統(tǒng)法更為方便，測試值精度更高，且受光源、光功率計等的不穩(wěn)定影響較小�！　�
光無源器件的原理及應(yīng)用
　　光無源器件是光纖通信設(shè)備的重要組成部分。它是一種光學(xué)元器件，其工藝原理遵守光學(xué)的基本規(guī)律及光線理論和電磁波理論、各項技術(shù)指標(biāo)、多種計算公式和各種測試方法，與纖維光學(xué)、集成光學(xué)息息相關(guān)；因此它與電無源器件有本質(zhì)的區(qū)別。在光纖有線電視中，其起著連接、分配、隔離、濾波等作用。實際上光無源器件有很多種，限于篇幅，此處僅講述常用的幾種—光分路器、光衰減器、光隔離器、連接器、跳線、光開關(guān)。

　　一、光纖活動連接器。

　　光纖活動連接器是實現(xiàn)光纖之間活動連接的無源光器件，它還有將光纖與有源器件、光纖與其它無源器件、光纖與系統(tǒng)和儀表進(jìn)行連接的功能�；顒舆B接器伴隨著光通信的發(fā)展而發(fā)展，現(xiàn)在已形成門類齊全、品種繁多的系統(tǒng)產(chǎn)品，是光纖應(yīng)用領(lǐng)域中不可缺少的、應(yīng)用最廣泛的基礎(chǔ)元件之一。

　　盡管光纖（纜）活動連接器在結(jié)構(gòu)上千差萬別，品種上多種多樣，但按其功能可以分成如下幾部分：連接器插頭、光纖跳線、轉(zhuǎn)換器、變換器等。這些部件可以單獨(dú)作為器件使用，也可以合在一起成為組件使用。實際上，一個活動連接器習(xí)慣上是指兩個連接器插頭加一個轉(zhuǎn)換器。

　�。�1） 連接器插頭。

　　使光纖在轉(zhuǎn)換器或變換器中完成插拔功能的部件稱為插頭，連接器插頭由插針體和若干外部機(jī)械結(jié)構(gòu)零件組成。兩個插頭在插入轉(zhuǎn)換器或變換器后可以實現(xiàn)光纖（纜）之間的對接；插頭的機(jī)械結(jié)構(gòu)用于對光纖進(jìn)行有效的保護(hù)。插針是一個帶有微孔的精密圓柱體，其主要尺寸如下：

　　外徑                           Ф2.499±0.0005mm

　　外徑不圓度                  ＜0.0005mm

　　微孔直徑                    Ф126±0.5μm

　　微孔偏心量                  ＜1μm

　　微孔深度                    4mm 或 10mm

　　插針外圓柱體光潔度  ▽14

　　端面曲率半徑             20-60mm

　　插針的材料有不銹鋼、全陶瓷、玻璃和塑料幾種�，F(xiàn)在市場上用得最多的是陶瓷，陶瓷材料具有極好的溫度穩(wěn)定性，耐磨性和抗腐蝕能力，但價格也較貴。塑料插頭價格便宜，但不耐用。市場上也有較多插頭在采用塑料冒充陶瓷，工程人員在購買時請注意識別。

　　插針和光纖相結(jié)合成為插針體。插針體的制作是將選配好的光纖插入微孔中，用膠固定后，再加工其端面，插頭端面的曲率半徑對反射損耗影響很大，通常曲率半徑越小，反射損耗越大。插頭按其端面的形狀可分為3類：PC型、SPC型、APC型。PC型插頭端面曲率半徑最大，近乎平面接觸，反射損耗最低；SPC型插頭端面的曲率半徑為20mm，反射損耗可達(dá)45dB，插入損耗可以做到小于0.2dB；反射損耗最高的是APC型，它除了采用球面接觸外，還把端面加工成斜面，以使反射光反射出光纖，避免反射回光發(fā)射機(jī)。斜面的傾角越大，反射損耗越大，但插入損耗也隨之增大，一般取傾角為8o—9o，此時插入損耗約0.2dB，反射損耗可達(dá)60DB，在CATV系統(tǒng)中所有的光纖插頭端面均為APC型。要想保證插針體的質(zhì)量，光纖的幾何尺寸必須達(dá)到下列要求：光纖外徑比微孔直徑小0.0005mm；光纖纖芯的不同軸度小于0.0005mm。因此，插針和光纖以及兩者的選配對連接器插頭的質(zhì)量影響極大，也是連接器插頭質(zhì)量好壞的關(guān)鍵。不同廠家的產(chǎn)品工藝水平不一樣，因而差別就很大，在實際應(yīng)用中，本人也曾多次碰到一個插頭插損1dB以上的情況，而正常值一般小于0.3dB。在工程應(yīng)用中，不要小看一個小小的插頭，質(zhì)量低劣的插頭對系統(tǒng)的影響是和很大的；在選購時一定要選用信譽(yù)高、知名廠家的產(chǎn)品。

　�。�2）跳線。

　　將一根光纖的兩頭都裝上插頭，稱為跳線。連接器插頭是跳線的特殊情況，即只在光纖的一頭裝有插頭。在工程及儀表應(yīng)用中，大量使用著各種型號、規(guī)格的跳線，跳線中光纖兩頭的插頭可以是同一型號，也可以是不同的型號。跳線可以是單芯的，也可以是多芯的。跳線的價格主要由接頭的質(zhì)量決定。因而價格也相差較大。在選用跳線時，本著質(zhì)優(yōu)價廉去選是不錯，但一定不要買質(zhì)次價低的產(chǎn)品。

　�。�3）轉(zhuǎn)換器。

　　把光纖接頭連接在一起，從而使光纖接通的器件稱為轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器俗稱法蘭盤。在CATV系統(tǒng)中用得最多的是FC型連接器；SC型連接器因使用方便、價格低廉，可以密集安裝等優(yōu)點，應(yīng)用前景也不錯，除此地外，ST型連接器也有一定數(shù)量的應(yīng)用。

　　a．FC型連接器。 FC型連接器是一種用螺紋連接，外部元件采用金屬材料制作的圓形連接器。它是我國采用的主要品種，在有線電視光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中大量應(yīng)用；其有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，能適應(yīng)各種工程的要求。

　　b．SC型連接器。SC型連接器外殼采用工程塑料制作，采用矩形結(jié)構(gòu)，便于密集安裝；不用螺紋連接，可以直接插拔，操作空間小。實用于高密集安裝，使用方便。

　　c．ST型連接器。  ST型連接器采用帶鍵的卡口式鎖緊結(jié)構(gòu)，確保連接時準(zhǔn)確對中。

　　這三種連接器雖然外觀不一樣，但核心元件——套筒是一樣的。套筒是一個加工精密的套管（有開口和不開口兩種），兩個插針在套筒中對接并保證兩根光纖的對準(zhǔn)。其原理是：以插針的外圓柱面為基準(zhǔn)面，插針與套筒之間為緊配合；當(dāng)光纖纖芯外圓柱面的同軸度、插針的外圓柱面和端面、以及套筒的內(nèi)孔加工的非常精密時，兩根插針在套筒中對接，就實現(xiàn)了兩根光纖的對準(zhǔn)。

　　下面詳細(xì)講一下套筒。套筒有兩種結(jié)構(gòu)：開口套筒與不開口套筒。   a．開口套筒。開口套筒在連接器中使用最普遍，其主要尺寸為 ：外徑：Ф3.2±0.01mm，內(nèi)徑Ф2.5±0.02mm，內(nèi)孔光潔度：▽14；彈性形變：小于0.0005mm，插針插入或拔出套筒的力：3.92-5.88N。開口套筒采用高彈性的材料，如磷青銅、鈹青銅和氧化鋯陶瓷制作，當(dāng)插針插入套筒之后，套筒對插針的夾持力應(yīng)保持恒定，這三種材料制作的套筒都在應(yīng)用，但以鈹青銅和氧化鋯陶瓷居多。   b．不開口套筒。不開口套筒在連接器中應(yīng)用較少，在光纖與有源器件的連接中應(yīng)用較多，其外型尺寸與開口套筒基本上一致。不同之處在于它的內(nèi)孔直徑為ф2.5+0.0005mm，即比插針的外徑大1μm；既讓插針能夠順利插入，同時間隙也不能太大，保證光纖與有源器件（如激光管、探測器）連接時，重復(fù)性、互換性達(dá)到要求的指標(biāo)。

　　上述三種型號的轉(zhuǎn)換器，只能對同型號的插頭進(jìn)行連接，對不同型號插頭的連接，就需要下面三種轉(zhuǎn)換器。即：FC/SC型轉(zhuǎn)換器——用于FC與SC型插頭互連；FC/ST型轉(zhuǎn)換器——用于FC與ST型插頭互連，SC/ST型轉(zhuǎn)換器——用于SC與ST型插頭互連。市場上的法蘭盤價格高低之間相關(guān)數(shù)倍，其實講完這些，讀者也應(yīng)該明白原因在何處。

　　（4）變換器。

　　將某一種型號的插頭變換成另一型號插頭的器件叫做變換器，該器件由兩部分組成，其中一半為某一型號的轉(zhuǎn)換器，另一半為其它型號的插頭。使用時將某一型號的插頭插入同型號的轉(zhuǎn)換器中，就變成其它型號的插頭了。在實際工程應(yīng)用中，往往會遇到這種情況，即手頭上有某種型號的插頭，而儀表或系統(tǒng)中是另一型號的轉(zhuǎn)換器，彼此配不上，不能工作。如果備有這種型號的變換器，問題就迎刃而解了。對于FC、SC、ST三種連接器，要做到能完全互換，有下述6種變換器。SC—FC，將SC插頭變換成FC插頭；ST—FC將ST插頭變換成FC插頭；FC—SC將FC插頭變換成SC插頭；FC—ST將FC插頭變換成ST插頭，SC—ST將SC插頭變換成ST插頭；ST—SC將ST插頭變換成SC插頭。

　　實際上光纖的活動連接除了采用上述的活動連接器外，如果是緊急搶修斷光纜，而手頭又沒有熔接機(jī)，通常采用一種機(jī)械連接頭（也稱快速接線子）處理。其利用一個玻璃微細(xì)管來定位，用一套機(jī)械裝置來緊固光纖，使用時先切開光纖，對端面進(jìn)行清潔處理，光纖端頭保留6—8mm，然后將光纖的兩個端面在玻璃微細(xì)管的中央對準(zhǔn)后夾緊，擰緊兩端的螺帽即可實現(xiàn)光纖的可靠連接。這種機(jī)械連接頭的長度約40mm，直徑不超過5.7mm，平均插入損耗小于0.4dB，反射損耗大于50dB，抗拉強(qiáng)度大于1.25kg，更重要的是裝配時間極短，確實是一種快速搶修必備工具。

　　2．光纖活動連接器的表征指標(biāo)

　　（1） 插入損耗。

　　插入損耗定義為光纖中的光信號通過活動連接器之后，其輸出光功率相對輸入光功率的比率的分貝比。其表達(dá)式為IL=-10loy  PI/PO（dB），其中PO—輸入端的光功率，PI—輸出端的光功率。插入損耗越小越好。從理論上講影響插入損耗的主要因素有以下幾種：纖芯錯位損耗、光纖傾斜損耗、光纖端面間隙損耗、光纖端面的菲涅耳反射損耗、纖芯直徑不同損耗、數(shù)值孔徑不同損耗。不管那種損耗都和生產(chǎn)工藝有關(guān)，因此生產(chǎn)工藝技術(shù)是關(guān)鍵。

　�。�2） 回波損耗。

　　回波損耗又稱反射損耗，是指在光纖連接處，后向反射光相對于輸入光的比率的分貝數(shù)，其表達(dá)式為RL=-10loy Pr/PO dB，其中PO—輸入光功率，Pr—后向反射光功率。  反射損耗愈大愈好，以減少反射光對光源和系統(tǒng)的影響。改進(jìn)回波損耗的途徑只有一個，即將插頭端面加工成球面或斜球面。球面接觸，使纖芯之間的間隙接近于“0”，達(dá)到“物理接觸”，使端面間隙和多次反射所引起的插入損耗得以消除，從面使后向反射光大為減少。斜球面接觸除了實現(xiàn)光纖端面的物理接觸以外，還可以將微弱的后向光加以旁路，使其難以進(jìn)入原來的纖芯，斜球面接觸可以使回波損耗達(dá)到60dB以上，甚至達(dá)到70dB。關(guān)于插頭的類型定義前面已述，此處不多講。在CATV系統(tǒng)中都選用APC型端面的接頭，這種接頭的反射損耗完全可以達(dá)到系統(tǒng)要求，當(dāng)然加工工藝不好的APC接頭反射損耗比PC型接頭的還要低也是可能的。

　�。�3） 重復(fù)性。

　　重復(fù)性是指對同一對插頭，在同一只轉(zhuǎn)換器中，多次插拔之后，其插入損耗的變化范圍，單位用DB表示。插拔次數(shù)一般取5次，先求出5個數(shù)據(jù)的平均值，再計算相對于平均值的變化范圍。性能穩(wěn)定的連接器的重復(fù)性應(yīng)小于±0.1dB。重復(fù)性和使用壽命是有區(qū)別的，前者是在有限的插拔次數(shù)內(nèi)，插入損耗的變化范圍；后者是指在插拔一定次數(shù)后，器件就不能保證完好無損了。

　�。�4） 互換性。

　　互換性是指不同插頭之間或者同轉(zhuǎn)換器任意置換之后，其插入損耗的范圍。這個指標(biāo)更能說明連接器性能的一致性。質(zhì)量較好的連接器，其互換性應(yīng)能控制在±0.15dB以內(nèi)。

　　重復(fù)性和互換性考核連接器結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工工藝的合理與否，也是表明連接器實用化的重要標(biāo)志。質(zhì)量好的跳線和轉(zhuǎn)換器，其重復(fù)性和互換性是合格的，即使是不同廠家的產(chǎn)品在一起使用；質(zhì)量低劣的產(chǎn)品即使是同一廠家的產(chǎn)品也很差。更不用說不同廠家產(chǎn)品混合使用的情況。

　　3、活動連接器的使用

　　活動連接器一般用于下述位置：①光端機(jī)到光配接箱之間采用光纖跳線；②在光配線箱內(nèi)采用法蘭盤將光端機(jī)來的跳線與引出光纜相連的尾纖連通；③各種光測試儀一般將光跳線一端頭固定在測試口上另一端與測試點連接；④光端機(jī)內(nèi)部采用尾纖與法蘭盤相連以引出引入光信號；⑤光發(fā)射機(jī)內(nèi)部，激光器輸出尾纖通過法蘭盤與系統(tǒng)主干尾纖相連；⑥光分路器的輸入、輸出尾纖與法蘭盤的活動連接。

　　二、光分路器

　　與同軸電纜傳輸系統(tǒng)一樣，光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也需要將光信號進(jìn)行耦合、分支、分配，這就需要光分路器來實現(xiàn)，光分路器是光纖鏈路中最重要的無源器件之一，是具有多個輸入端和多個輸出端的光纖匯接器件，常用M×N來表示一個分路器有M個輸入端和N個輸出端。在光纖CATV系統(tǒng)中使用的光分路器一般都是1×2、1×3以及由它們組成的1×N光分路器。

　　1．光分路器的分光原理

　　光分路器按原理可以分為光纖型和平面波導(dǎo)型兩種，光纖熔融拉錐型產(chǎn)品是將兩根或多根光纖進(jìn)行側(cè)面熔接而成；光波導(dǎo)型是微光學(xué)元件型產(chǎn)品，采用光刻技術(shù)，在介質(zhì)或半導(dǎo)體基板上形成光波導(dǎo)，實現(xiàn)分支分配功能。這兩種型式的分光原理類似，它們通過改變光纖間的消逝場相互耦合（耦合度，耦合長度）以及改變光纖纖半徑來實現(xiàn)不同大小分支量，反之也可以將多路光信號合為一路信號叫做合成器。熔錐型光纖耦合器因制作方法簡單、價格便宜、容易與外部光纖連接成為一整體，而且可以耐孚機(jī)械振動和溫度變化等優(yōu)點，目前成為市場的主流制造技術(shù)。

　　熔融拉錐法就是將兩根（或兩根以上）除去涂覆層的光纖以一定的方法靠擾，在高溫加熱下熔融，同時向兩側(cè)拉伸，最終在加熱區(qū)形成雙錐體形式的特殊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，通過控制光纖扭轉(zhuǎn)的角度和拉伸的長度，可得到不同的分光比例。最后把拉錐區(qū)用固化膠固化在石英基片上插入不銹銅管內(nèi)，這就是光分路器。這種生產(chǎn)工藝因固化膠的熱膨脹系數(shù)與石英基片、不銹鋼管的不一致，在環(huán)境溫度變化時熱脹冷縮的程度就不一致，此種情況容易導(dǎo)致光分路器損壞，尤其把光分路放在野外的情況更甚，這也是光分路容易損壞得最主要原因。對于更多路數(shù)的分路器生產(chǎn)可以用多個二分路器組成。

　　2．光分路器的常用技術(shù)指標(biāo)

　�。�1） 插入損耗。

　　光分路器的插入損耗是指每一路輸出我相對于輸入光損失的dB數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Ai=-10lg Pouti/Pin ，其中Ai是指第i個輸出口的插入損耗；Pouti是第i個輸出端口的光功率；Pin是輸入端的光功率值。

　�。�2） 附加損耗。

　　附加損耗定義為所有輸出端口的光功率總和相對于輸入光功率損失的DB數(shù)。值得一提的是，對于光纖耦合器，附加損耗是體現(xiàn)器件制造工藝質(zhì)量的指標(biāo)，反映的是器件制作過程的固有損耗，這個損耗越小越好，是制作質(zhì)量優(yōu)劣的考核指標(biāo)。而插入損耗則僅表示各個輸出端口的輸出功率狀況，不僅有固有損耗的因素，更考慮了分光比的影響。因此不同的光纖耦合器之間，插入損耗的差異并不能反映器件制作質(zhì)量的優(yōu)劣。對于1*N單模標(biāo)準(zhǔn)型光分路器附加損耗如下表所示：

　　分路數(shù)          2      3      4    5      6      7      8      9    10    11    12    16
　　附加損耗DB 0.2  0.3  0.4  0.45  0.5  0.55  0.6  0.7  0.8    0.9    1.0    1.2

　�。�3） 分光比。

　　分光比定義為光分路器各輸出端口的輸出功率比值，在系統(tǒng)應(yīng)用中，分光比的確定是根據(jù)實際系統(tǒng)光節(jié)點所需的光功率的多少，確定合適的分光比（平均分配的除外），光分路器的分光比與傳輸光的波長有關(guān)，例如一個光分路在傳輸1.31 微米的光時兩個輸出端的分光比為50：50；在傳輸1.5μm的光時，則變?yōu)?0：30（之所以出現(xiàn)這種情況，是因為光分路器都有一定的帶寬，即分光比基本不變時所傳輸光信號的頻帶寬度）。所以在訂做光分路器時一定要注明波長。

　�。�4） 隔離度。

　　隔離度是指光分路器的某一光路對其他光路中的光信號的隔離能力。在以上各指標(biāo)中，隔離度對于光分路器的意義更為重大，在實際系統(tǒng)應(yīng)用中往往需要隔離度達(dá)到40dB以上的器件，否則將影響整個系統(tǒng)的性能。

　　另外光分路器的穩(wěn)定性也是一個重要的指標(biāo)，所謂穩(wěn)定性是指在外界溫度變化，其它器件的工作狀態(tài)變化時，光分路器的分光比和其它性能指標(biāo)都應(yīng)基本保持不變，實際上光分路器的穩(wěn)定性完全取決于生產(chǎn)廠家的工藝水平，不同廠家的產(chǎn)品，質(zhì)量懸殊相當(dāng)大。在實際應(yīng)用中，本人也確實碰到很多質(zhì)量低劣的光分路器，不僅性能指標(biāo)劣化快，而且損壞率相當(dāng)高，作于光纖干線的重要器件，在選購時一定加以注意，不能光看價格，工藝水平低的光分路價格肯定低。

　　三、光衰減器

　　光衰減器是一種非常重要的纖維光學(xué)無源器件，是光纖CATV中的一個不可缺少的器件。到目前為止市場上已經(jīng)形成了固定式、步進(jìn)可調(diào)式、連續(xù)可調(diào)式及智能型光衰減器四種系列。

　　1、 衰減器的衰減原理。光衰減器的類型很多，不同類型的衰減器分別采用不同的工作原理。

　�、� 位移型光衰減器。

　　眾所周知，當(dāng)兩段光纖進(jìn)行連接時，必須達(dá)到相當(dāng)高的對中精度，才能使光信號以較小的損耗傳輸過去。反過來，如果將光纖的對中精度做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，就可以控制其衰減量。位移型光衰減器就是根據(jù)這個原理，有意讓光纖在對接時，發(fā)生一定的錯位。使光能量損失一些，從而達(dá)到控制衰減量的目的，位移型光衰減器又分為兩種：橫向位移型光衰減器、軸向位移型光衰減器。橫向位移型光衰減器是一種比較傳統(tǒng)的方法，由于橫向位移參數(shù)的數(shù)量級均在微米級，所以一般不用來制作可變衰減器，僅用于固定衰減器的制作中，并采用熔接或粘接法，到目前仍有較大的市場，其優(yōu)點在于回波損耗高，一般都大于60dB。軸向位移型光衰減器在工藝設(shè)計上只要用機(jī)械的方法將兩根光纖拉開一定距離進(jìn)行對中，就可實現(xiàn)衰減的目的。這種原理主要用于固定光衰減器和一些小型可變光衰減器的制作。

　　② 薄膜型光衰減器。

　　這種衰減器利用光在金屬薄膜表面的反射光強(qiáng)與薄膜厚度有關(guān)的原理制成。如果玻璃襯底上蒸鍍的金屬薄膜的厚度固定，就制成固定光衰減器。如果在光纖中斜向插入蒸鍍有不同厚度的一系列圓盤型金屬薄臘的玻璃襯底，使光路中插入不同厚度的金屬薄膜，就能改變反射光的強(qiáng)度，即可得到不同的衰減量，制成可變衰減器。

　�、� 衰減片型光衰減器。

　　衰減片型光衰減器直接將具有吸收特性的衰減片固定在光纖的端面上或光路中，達(dá)到衰減光信號的目的，這種方法不僅可以用來制作固定光衰減器，也可用來制作可變光衰減器。

　　2．光衰減器的性能指標(biāo)。

　�、� 衰減量和插入損耗。

　　衰減量和插入損耗是光衰減器的重要指標(biāo)，固定光衰減器的衰減量指標(biāo)實際上就是其插入損耗，而可變衰減器除了衰減量外，還有單獨(dú)的插入損耗指標(biāo)，高質(zhì)量的可變衰減器的插入損耗在1.0dB以下，一般情況下普通可變衰減器的該項指標(biāo)小于2.5dB即可使用。在實際選用可調(diào)衰減器時，插入損耗越小越好。但這勢必會牽扯到價格。

　�、� 光衰減器的衰減精度。

　　衰減精度是光衰減器的重要指標(biāo)。通常機(jī)械式可調(diào)光衰減器的衰減精度為其衰減量的±0.1倍。其大小取決于機(jī)械元件的精密加工程度。固定式光衰減器的衰減精度很高。通常衰減精度越高，價格就越高。

　　③ 回波損耗。

　　在光器件參數(shù)中影響系統(tǒng)性能的一個重要指標(biāo)是回波損耗�；胤倒鈱�光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的影響是眾所周知的。光衰減器的回波損耗是指入射到光衰減器中的光能量和衰減器中沿入射光路反射出的光能量之比。高性能光衰減器的回波損耗在45dB以上。事實上由于工藝等方面的原因，衰減器實際回波損耗離理論值還有一定差距，為了不致于降低整個線路回波損耗，必須在相應(yīng)線路中使用高回?fù)p衰減器，同時還要求光衰減器具有更寬的溫度使用范圍和頻譜范圍。

　　3．光衰減器的應(yīng)用范圍。

　　固定式光衰減器主要用于對光路中的光能量進(jìn)行固定量的衰減，其溫度特性極佳。在系統(tǒng)的調(diào)試中，常用于模擬光信號經(jīng)過一段光纖后的相應(yīng)衰減或用在中繼站中減小富余的光功率，防止光接收機(jī)飽和；也可用于對光測試儀器的校準(zhǔn)定標(biāo)。對于不同的線路接口，可使用不同的固定衰減器；如果接口是尾纖型的，可用尾纖型的光衰減器焊接于光路的兩段光纖之間；如果是在系統(tǒng)調(diào)試過程中有連接器接口，則用轉(zhuǎn)換器式或變換器式固定衰減器比較方便。在實際應(yīng)用中常常需要衰減量可隨用戶需要而改變的光衰減器。所以可變衰減器的應(yīng)用范圍更廣泛。例如由于EDFA、CATV光系統(tǒng)的設(shè)計富余度和實際系統(tǒng)中光功率的富余度不完全一樣，在對系統(tǒng)進(jìn)行BER評估，防止接收機(jī)飽和時，就必須在系統(tǒng)中插入可變光衰減器，另外，在纖維光學(xué)（如光功率計或OTDR）的計量、定標(biāo)也將使用可變衰減器。從市場需求的角度看，一方面光衰減器正向著小型化，系列化、低價格方向發(fā)展。另一方面由于普通型光衰減器已相當(dāng)成熟，光衰減器正向著高性能方向發(fā)展，如智能化光衰減器，高回?fù)p光衰減器等。

　　四．光隔離器

　　光隔離器是一種非互易光學(xué)元件，它只容許光束沿一個方向通過，對反射光有很強(qiáng)的阻擋作用。在CATV光傳輸系統(tǒng)中，由于光纖活動連接器，光纖熔接頭，光學(xué)元件的存在和光纖本身的瑞利散射的作用，總是存在反射光波，對系統(tǒng)性能產(chǎn)生有害的影響，因此就必須采用光隔離器消除反射波的影響，在光反射機(jī)，光放大器中都裝有光隔離器，

　　隔離器由起偏器，旋光器和檢偏器三部分組成。起偏器是一種光學(xué)器件，當(dāng)光束入射到它上面時，其輸出光束變成了某一方向的線性偏振光，該方向就是起偏器的偏振軸。當(dāng)入射光的偏振方向與起偏器的偏振軸垂直時光不能通過，因此起偏器又可作檢偏器用。旋光器由旋光性材料和套在外面的永久磁鐵組成，借助磁光效應(yīng)，使通過它的光的偏振方向發(fā)生一定程度的旋轉(zhuǎn)。

　　光隔離器的工作原理為：起偏器與檢偏器的偏振軸相差45o，當(dāng)入射光經(jīng)過起偏器時，被變成線偏振光，然后經(jīng)旋光器，其偏振面被旋轉(zhuǎn)45o，剛好與檢偏器的偏振方向一致，于是光信號順利通過光隔離器而進(jìn)入光路中。如果有反射光出現(xiàn)時，反射光通過檢偏器和旋光器后，其偏振方向與起偏器的偏振方向正交而不能通過起偏器，從而達(dá)到了隔離反射光的目的，每級光隔離器對反射光的損耗高達(dá)35dB以上。

　　在CATV系統(tǒng)中對光隔離器性能的要求是：正向損耗低、反向隔離度高、回波損耗高、器件體積小、環(huán)境性能好。由于光隔離器比較貴重，所以一般應(yīng)用在光源中，在光纖線路中不用，只所以不用并不是不需要，而是從成本考慮。如果光隔離器價格便宜，插入損耗又小，可以在線路中應(yīng)用，以提高系統(tǒng)性能。

　　五、光開關(guān)

　　光開關(guān)是一種光路控制器件，起著切換光路的作用，在光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)和各種光交換系統(tǒng)中，可由微機(jī)控制實現(xiàn)分光交換，實現(xiàn)各終端之間、終端與中心之間信息的分配與交換智能化；在普通的光傳輸系統(tǒng)中，可用于主備用光路的切換，也可用于光纖、光器件的測試及光纖傳感網(wǎng)絡(luò)中，使光纖傳輸系統(tǒng)，測量儀表或傳感系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，使用方便。

　　在CATV光網(wǎng)絡(luò)中，為保證有線電視系統(tǒng)的不間斷工作，應(yīng)配備備份光發(fā)射機(jī)，當(dāng)正在工作的光發(fā)射機(jī)出故障時，利用光開關(guān)就可以在極短的時間內(nèi)（小于1ms）將備份光發(fā)射機(jī)接入系統(tǒng)，保證其正常工作。

　　根據(jù)其工作原理，光開關(guān)可分為機(jī)械式和非機(jī)械式兩大類。機(jī)械式光開關(guān)靠光纖或光學(xué)元件移動使光路發(fā)生改變，目前市場上的光開關(guān)一般為機(jī)械式，其優(yōu)點是插入損耗低，一般小于1.5dB；隔離度高，一般大于45dB，不受偏振和波長的影響。非機(jī)械式光開關(guān)則依靠電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)以及熱光效應(yīng)來改變波導(dǎo)折射率，使光路發(fā)生改變，這也是一項新技術(shù)，這類開關(guān)的優(yōu)點是：開關(guān)時間短，體積小，便于光集成或光電集成；不足之處是插入損耗大，隔離度低。

　　六、波分復(fù)用器

　　在一根光纖內(nèi)同時傳送幾個不同波長的光信號通信方式收做波分復(fù)用，采用波分復(fù)用技術(shù)，只要在發(fā)送端和接收端增加少量的合波、分波設(shè)備，就可以大幅度增加光纖的傳輸容量，提高經(jīng)濟(jì)效益。對于已經(jīng)鋪設(shè)的光纜，采用波分復(fù)用技術(shù)，也可實現(xiàn)多路傳輸，起到降低成本和擴(kuò)充容量的作用。波分復(fù)用器在光路中起到合波和分波的作用，它把不同波長的光信號匯集（合波）到一根光纖中傳輸，到了接收端，又把由光纖傳輸來的復(fù)用光信號重新分離（分波）出來。根據(jù)分光原理的不同，波分復(fù)用器又可分為枝鏡型、干涉模型和衍射光柵型三種，目前市場上的產(chǎn)品大多數(shù)是衍射光柵型。波分復(fù)用器的主要指標(biāo)有插入損耗、串音損耗、波長間隔和復(fù)用路數(shù)等。插入損耗是指因使用波分復(fù)用器而帶來的光功率損耗，一般在1—5dB左右。串音損耗表示波分復(fù)用器對各波長的分隔程度。串音衰耗越大越好，應(yīng)大于20dB。

　　七、光接頭盒、光配線箱、光終端盒

　　由于每盤光纜長度大多在2。5KM以下，因此在長距離光纜連接時需要連接光纜，為保證連接強(qiáng)度和在各種環(huán)境情況下使用，都要安裝接頭盒。光接頭盒能夠起密封和防水作用，它可以橫式安裝，也可以豎式安裝。為了保證連接強(qiáng)度，先在一段連接光纜之間用鋼絲加固，然后將每根熔接好的光纖用插板分層排列。一根光纜輸出，選擇1*1接頭盒，如果是一根光纜輸入，N根光纜輸出，選擇1*N接頭盒。當(dāng)光纜芯數(shù)超過16對，訂購時需要說明是多少芯光纜，以便內(nèi)部增加光纖熱收縮套管和光纖托板。

　　當(dāng)16芯以上光纜進(jìn)入室內(nèi)并分配給不同設(shè)備時需要安裝光配線箱，光配線箱上有活動接頭、法蘭盤、光分路器，既可固定光纜、又可進(jìn)行光設(shè)備的配接。

　　當(dāng)16芯以下光纜進(jìn)入室內(nèi)并且分配給不同設(shè)備時，可安裝光終端盒，光終端盒一端和室外光纜連接，另一端分出若干根尾纖連接到光設(shè)備。

　　在有線電視光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中用到大量的光無源器件，光系統(tǒng)的質(zhì)量與穩(wěn)定性與光無源器件息息相關(guān)，即使有源器件采用世界著名品牌，如果無源器件不仔細(xì)加以選擇，也會導(dǎo)致系統(tǒng)質(zhì)量低劣。

   

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