光分路器基本常识

光分路器与同轴电缆传输系统一样，光网络系统也需要将光信号进行耦合、分支、分配，这就需要光分路器来实现。

光分路器又称分光器，是光纤链路中最重要的无源器件之一，是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件，常用M×N来表示一个分路器有M个输入端和N 个输出端。

在光纤CATV系统中使用的光分路器一般都是1×2、1×3以及由它们组成的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。

熔融拉锥法就是将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一定的方法靠扰，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，通过控制光纤扭转的角度和拉伸的长度，可得到不同的分光比例。

最后把拉锥区用固化胶固化在石英基片上插入不锈铜管内，这就是光分路器。

这种生产工艺因固化胶的热膨胀系数与石英基片、不锈钢管的不一致，在环境温度变化时热胀冷缩的程度就不一致，此种情况容易导致光分路器损坏，尤其把光分路放在野外的情况更甚，这也是光分路容易损坏得最主要原因。

对于更多路数的分路器生产可以用多个二分路器组成。

2．光分路器的常用技术指标（1）插入损耗。

光分路器的插入损耗是指每一路输出相对于输入光损失的dB数，其数学表达式为：Ai=-10lg Pouti/Pin ，其中Ai是指第i个输出口的插入损耗；Pouti是第i个输出端口的光功率；Pin是输入端的光功率值。

（2）附加损耗。

附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于输入光功率损失的DB数。

值得一提的是，对于光纤耦合器，附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程的固有损耗，这个损耗越小越好，是制作质量优劣的考核指标。

而插入损耗则仅表示各个输出端口的输出功率状况，不仅有固有损耗的因素，更考虑了分光比的影响。

因此不同的光纤耦合器之间，插入损耗的差异并不能反映器件制作质量的优劣。

对于1*N单模标准型光分路器附加损耗如下表所示：分路数2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 16附加损耗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。

分光比定义为光分路器各输出端口的输出功率比值，在系统应用中，分光比的确是根据实际系统光节点所需的光功率的多少，确定合适的分光比（平均分配的除外），光分路器的分光比与传输光的波长有关，例如一个光分路在传输1.31 微米的光时两个输出端的分光比为50：50；在传输1.5μm的光时，则变为70：30（之所以出现这种情况，是因为光分路器都有一定的带宽，即分光比基本不变时所传输光信号的频带宽度）。

所以在订做光分路器时一定要注明波长。

（4）隔离度。

隔离度是指光分路器的某一光路对其他光路中的光信号的隔离能力。

在以上各指标中，隔离度对于光分路器的意义更为重大，在实际系统应用中往往需要隔离度达到40dB以上的器件，否则将影响整个系统的性能。

另外光分路器的稳定性也是一个重要的指标，所谓稳定性是指在外界温度变化，其它器件的工作状态变化时，光分路器的分光比和其它性能指标都应基本保持不变，实际上光分路器的稳定性完全取决于生产厂家的工艺水平，不同厂家的产品，质量悬殊相当大。

在实际应用中，本人也确实碰到很多质量低劣的光分路器，不仅性能指标劣化快，而且损坏率相当高，作于光纤干线的重要器件，在选购时一定加以注意，不能光看价格，工艺水平低的光分路价格肯定低。

此外，均匀性、回波损耗、方向性、PDL都在光分路器的性能指标中占据非常重要的位置。

内容来自东坡网论坛/,本贴网址:/thread-25576-1-1.html用全波段测试法优化光器件性能通信界的最近进展主要集中于城域网和接入网，因为它们可以解决存储局域网络（SAN）、视频点播（VOD）、高清晰电视（HDTV）、智能家庭、远程会议等应用所带来的带宽危机。

新型的光纤已经能够传送整个光通信波段，包括O波段、E波段、S波段、C波段、L 波段以及U波段，同时网络业务提供商正在规划未来5年的投资。

用在这些新的应用中的光器件各有不同，测试方法也互有差别，但在大部分情况下这些方法都未实际使用。

现在光器件的产量不断飙升，所以必须研究更为切实的测试方法。

在同一个测试平台上测量光器件在整个波段内的性能就是个很好的方法。

全波段测试的结果可给网络服务提供商提供保证，让他们可以对未来的无源光网络（PON）、粗波分复用（CWDM）网络进行优化，且向下兼容。

在PON网络中有两种主要的无源光器件。

一个是波分复用器/解复用器，另一个是1×N或者2×N的光分路器，其中N可以是4、8、16或者32。

波分复用器/解复用器可以用在“三工器件”（triplexers）中，以该器件为例，其主要功能是将PON网络中三个波长的光信号进行分离、合路，这三个波长分别是1310nm、1490nm和1550nm。

由于这些器件用在PON网络的不同位置，因此对他们的测试要求也不同。

例如，要求波分复用器/解复用器（光滤波器）满足不同通带之间要有足够的隔离度，而对1×N或2×N的光分路器的期望是光分路比在各个光波段尽可能一致。

尽管对这些器件的要求不同，但是人们还是希望能够了解这些器件对整个光谱的响应。

ITU-TBPON标准G.983就对此作出了陈述，要求所用光器件至少标出在两个光波段下的指标，这两个光波段是1260nm~1360nm 波段和1480nm~1580nm波段，这两个波段分别在光网络终端（ONU）和光线路终端（OLT）中使用。

对于光功率预算来说，有个大家熟知的参数就是1dB余量，对于PON网络而言这就意味着它额外所能延伸的距离和覆盖的范围。

例如，在1310nm波段，光纤的损耗是0.35dB/km，那么多1dB的额外损耗，就意味着网络的延伸范围要减少2.8km。

在一些情况下，它会严重影响通信基础设施的潜在收益。

因此，精确测定PON网络中光器件的参数已经变得十分重要了。

图1.一个1×32路的光分路器的典型测量结果图1a是插入损耗（IL）测试结果，图1b是偏振相关损耗（PDL）测试结果。

从图中可以看出，在很宽的波长范围内，插入损耗的测试是比较容易实现的，而偏振相关损耗（PDL）的测试却不是那么简单。

图1a和1b分别给出了插入损耗（IL）测试和偏振（极化）相关损耗（PDL）测试，测试了一个1×32路的光分路器的各个输出端口。

从测试结果我们可以看出这个器件在各个波长处所呈现的一致性情况。

尽管大多数器件制造商已经拥有在较宽波段内测试插入损耗的技术，但是并不一定意味着他们能够完成全波段下偏振相关损耗的测试，PDL的测试往往只是针对少数几个波长完成的。

这会导致在全波段环境下使用时，人们容易低估PDL的不一致性。

现在，粗波分复用（CWDM）网络已经广泛应用到存储局域网络（SAN）以及城域网络建设之中，人们认为它是一种“低成本的CWDM”技术。

尽管人们还在讨论CWDM器件制造起来是否真的便宜，用于CWDM的波长配置标准却仅定义了16个波长，这会限制实际使用的波长数，而且也限制了更新，反过来会影响系统维护的成本。

最常使用的是4波、8波光器件，这些光器件需要在1460nm~1620nm波长范围内，依据实际配置（可能是S波段、C波段或者L波段）进行测试，测试的光谱宽度是100nm~160nm。

对于16波的光器件，就需要在1260nm~1620nm波长范围内进行测试。

由于滤波器需要保证对相邻信道的隔离度至少是45~55dB，因此不容易找到两全其美的测试方法，也就是既能保证宽的光谱范围，又有大的动态范围，而且波长和损耗测试都很准确的方法。

CWDM或PON系统中，器件测试要求达到的精度是50pm或者取样分辨率精度为100pm就足够了，而对DWDM却是5pm。

同DWDM网络相比，尽管PON网络和CWDM网络对波长精度的要求不是那么严格，但是对损耗测试精度的要求却十分严格。

人们希望CWDM或者DWDM器件在不久的将来能够集成到PON网络中，这样可以增大接入网的带宽。

这需要了解器件在所有波段的特性。

通常情况下，人们使用以下3种方法中的1种或者几种结合起来对绝大多数无源光器件进行测试。

图2.8通道光器件在1260nm～1630nm区域内测得的插入损耗和偏振相关损耗。

离散多波长测试法。

这种测试系统主要包含1个或者几个激光器光源以及光功率计、光回波损耗仪、扰偏器。

测试时，使用光开关来切换各个光源同仪表之间的连接，切换过程是自动化的，能够提升整个系统的测试效率。

但是，这种方法测试的结果不能反映被测器件的详细光谱特性，只能被认为是“若干点”的测试结果。

宽谱光源加光谱仪测试方法。

损耗测试系统可以看作是一个线性系统，也就是说被测器件（DUT）可以被放置到光源和光探测器之间的任何一个地方。

采用光谱分析仪（OSA）结合宽谱光源，那么被测光器件可以直接放在光源和光谱仪之间。

这种方法的缺点就是一次只能测试一个端口，如果被测器件是1×16的CWDM器件或者1×32的光分路器，就需要分别对这16或者32个端口进行全波段测试。

此外，由于光谱仪不容易测试偏振相关损耗，所以如果需要测试PDL的话，还需要再增加一套测试系统。

这种测试方法有不少缺点，比较突出的是，同一个被测器件，每次测量需要连接两次，此外还要处理大量的测试结果。

在测试光器件的回波损耗（ORL）以及方向性时，同样会遇到这些问题。

目前商用的光谱分析仪（OSA）已经能用于C波段以及C+L波段，但对目前市场新出现的不少无源光器件却显得有些不足了。

为了评估这些测试方法的效率，我们以测试一个8通道的CWDM无源光器件的插损（IL）为例来估算一下测试时间。

首先，为了测定每个通道的损耗，我们需要扫描8次。

接着，为了测量各个通道之间的隔离度（以前称为“串扰”），测试时需要调宽光谱仪的波长分辨率来提高测试动态范围，再至少扫描8次以上。

因此，仅测试这一个光器件的插入损耗特性就需要花费10分钟的时间。

这会给器件的生产成本带来较大影响，尤其是PDL、ORL这些指标也需要类似的测试时间。