光纤耦合器的耦合比与耦合区长度的关系李爽111

课程设计任务书

学生姓名：李爽专业班级：电子1301班

指导教师：钟毅工作单位：信息工程学院

题目: 光纤耦合器的耦合比与耦合区长度的关系仿真

初始条件：

具较扎实的光纤理论知识及较强的实践能力；对光纤课题的选择有一定的了解；具备光纤课题的设计能力及基本软件仿真能力；能够正确使用软件进行光纤课题的仿真与分析。

要求完成的主要任务：

（1）学习beamprop软件。

（2）光纤耦合器的耦合比与耦合区长度关系的理论分析。

（3）对设计的光纤耦合器进行beamprop软件仿真工作。

（4）完成课程设计报告（应包含原理分析、仿真图及设计总结）。

时间安排：

1．2016年12月24日分班集中，讲解课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求；

课设答疑事项。

2．2016年12月25日至2017年1月3日完成资料查阅、设计；完成课程设计报告撰写。

3. 2017年1月4日提交课程设计报告，进行课程设计答辩。

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

目录

摘要............................................................................................................................ I Abstract ....................................................................................... 错误！未定义书签。1绪论. (1)

2.设计内容及要求 (2)

2.1设计内容 (2)

2.2设计要求 (2)

3 设计的基本原理 (3)

3.1光纤耦合器简介 (4)

3.2 光纤耦合器分类 (5)

3.3耦合原理 (4)

3.4光纤耦合器与耦合长度的关系 (5)

4 软件仿真 (8)

4.1 beamprop软件介绍 (8)

4.2 对耦合器的仿真 (9)

4.2.1光纤耦合器的绘制 (9)

4.2.2仿真的结果 (11)

5心得体会 (15)

参考文献 (16)

摘要

光纤耦合器(Coupler)又称分歧器(Splitter)、连接器、适配器、法兰盘，是用于实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路的元件，属于光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到。

光纤耦合器是光纤与光纤之间进行可拆卸(活动)连接的器件，它是把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使其介入光链路从而对系统造成的影响减到最小。对于波导式光纤耦合器，一般是一种具有Y型分支的元件，由一根光纤输入的光信号可用它加以等分。当耦合器分支路的开角增大时，向包层中泄漏的光将增多以致增加了过剩损耗，所以开角一般在30°以内，因此波导式光纤耦合器的长度不可能太短。

关键词：光纤，耦合器，波导

1绪论

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。

目前，国内外普遍采用熔融拉锥法(FBT)制作光纤耦合器熔融拉锥法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。从而实现传输光功率耦合的一种方法。

光纤耦合器是一类重要的无源器件,其基本功能是实现光功率分配和光波长分配.单模光纤耦合器是光纤通信系统,光纤传感器,光纤测量技术和信号处理系统中一种应用十分广泛的无源器件

这种技术在制作的效率和产品的性能等方面具有一定的优势.是当前制作光纤耦合器的主要方法,以这种方法制作形成的光纤耦合器性能较前有了显着提高.但是, 随着光纤耦合器在军事、航天等高新技术领域的大量应用, 对插入损耗的平坦度、偏振灵敏度、器件的可靠性、工作带宽和工作功率等方面的要求越来越高.这些实际需要对耦合器的制造工艺提出了更高的要求.为了满足这些要求.科学家对各种制造艺进行了大量的相关研究。

2.设计内容及要求

2.1设计内容

根据所学知识，设计一个光纤耦合器，利用beamprop软件对其进行仿真分析，讨论光纤耦合器耦合比与耦合区长度的关系。

2.2设计要求

（1）学习beamprop软件,初步了解软件的原理。

（2）对光纤耦合器的耦合比与耦合区长度关系的理论分析。

（3）对设计的光纤耦合器进行beamprop软件仿真工作。

（4）完成课程设计报告（应包含原理分析、仿真图及设计总结）。

3 设计的基本原理

3.1光纤耦合器简介

光纤耦合器(Coupler)又称分歧器(Splitter)、连接器、适配器、法兰盘，是用于实现光信号分路/合路，或用于延长光纤链路的元件，属于光被动元件领域，在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到。光纤耦合器可分标准耦合器(属于波导式，双分支，单位1×2，亦即将光讯号分成两个功率)、直连式耦合器(连接2条相同或不同类型光纤接口的光纤,以延长光纤链路)、星状/树状耦合器、以及波长多工器(WDM，若波长属高密度分出，即波长间距窄，则属于DWDM)，制作方式则有烧结(Fuse)、微光学式(Micro Optics)、光波导式(Wave Guide)三种，而以烧结式方法生产占多数(约有90%)。

光纤耦合器可以分为熔融拉锥型和平面波导型两种，熔融拉锥型产品是将两根或多根光纤进行侧面熔接而成；平面波导型是微光学元件型产品，采用光刻技术，在介质或半导体基板上形成光波导，实现分支分配功能。这两种型式的分光原理类似，它们通过改变光纤间的消逝场相互耦合（耦合宽度，耦合长度）以及改变光纤纤半径来实现不同大小分支量，反之也可以将多路光信号合为一路信号叫做合成器。熔锥型光纤耦合器因制作方法简单、价格便宜、容易与外部光纤连接成为一整体，而且可以耐孚机械振动和温度变化等优点，目前成为市场的主流制造技术。

3.2光纤耦合器的分类

按照耦合的光纤的不同有如下分类：【3】

SC光纤耦合器：应用于SC光纤接口，它与RJ-45接口看上去很相似，不过SC接口显得更扁些，其明显区别还是里面的触片，如果是8条细的铜触片，则是RJ-45接口，如果是一根铜柱则是SC光纤接口。

LC光纤耦合器：应用于LC光纤接口，连接SFP模块的连接器，它采用操作方便的模块化插孔(RJ)闩锁机理制成。（路由器常用）

FC光纤耦合器：应用于FC光纤接口，外部加强方式是采用金属套，紧固方式为螺丝扣。一般在ODF侧采用。(配线架上用的最多)