光纤耦合器的发展与制作2012.9.3
光电耦合器的发展
光电耦合器的发展随着半导体技术和光电子学的发展，一种能有效地隔离噪音和抑制干扰的新型半导体器件——光电耦合器，于1966年问世了。
光耦合器是对光信号实现分路、合路和分配的无源器件，是波分复用、光纤局域网、光纤有线电视网以及某些测量仪表中不可缺少的光学器件。
几种典型的光纤耦合器结构图如下所示：光耦合器件的工作原理如下：4端口光耦合器是最简单的器件。
4端口光耦合器的结构和原理如图3-33所示。
光耦合器件的性能参数如下：一、插入损耗：插入损耗是指光功率从特定的端口到另一端口路径的损耗。
从输入端口k到输出端口j的插入损耗可表示为：二、附加损耗：附加损耗Le的定义是输入功率与总输出功率的比值。
对于图3-33所示的4端口光耦合器有：三、分光比：分光比是某一输出端口的光功率与所有输出端口光功率之比。
它说明输出端口间光功率分配的百分比。
对于4端口光耦合器可以表示为：四、隔离度：隔离度也称为方向性或串扰，隔离度高意味着线路之间的串扰小。
它表示输入功率出现在不希望的输出端的多少。
对于4端口光耦合器，其数学形式是：光电耦合的主要特点如下：输入和输出端之间绝缘，其绝缘电阻一般都大于10 10Ω，耐压一般可超过1kV，有的甚至可以达到10kV以上。
由于“光”传输的单向性，所以信号从光源单向传输到光接收器时不会出现反馈现象，其输出信号也不会影响输入端。
由于发光器件（砷化镓红外二极管）是阻抗电流驱动性器件，而噪音是一种高内阻微电流电压信号。
因此光电耦合器件的共模抑制比很大，所以，光电耦合器件可以很好地抑制干扰并消除噪音。
容易和逻辑电路配合。
响应速度快。
光电耦合器件的时间常数通常在微秒甚至毫微秒极。
无触点、寿命长、体积小、耐冲击。
光电耦合器的优点是体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、能隔离噪音、工作温度宽，输入输出之间电绝缘，单向传输信号及逻辑电路易连接等。
光电耦合器按光接收器件可分为有硅光敏器件（光敏二极管、雪崩型光敏二极管、PIN光敏二极管、光敏三极管等）、光敏可控硅和光敏集成电路。
光端机中的光纤耦合技术应用和发展趋势
光端机中的光纤耦合技术应用和发展趋势光纤通信作为一种高速、大容量、远距离传输的通信方式，在现代通信领域发挥着极为重要的作用。
而光纤耦合技术作为光端机的关键部分，起到了连接光源和光纤之间的重要桥梁。
本文将探讨光端机中的光纤耦合技术的应用和发展趋势。
首先，光纤耦合技术在光端机中的应用非常广泛。
在传输过程中，光纤耦合技术起到了将光信号从光源传输到光纤的关键作用。
光纤耦合技术的主要应用包括光纤连接器、光纤适配器和光纤集线器。
光纤连接器是用于实现光纤之间可靠连接的关键部件。
它能够确保光信号在传输过程中不受损失，并实现光纤之间的低插损和高反射。
常见的光纤连接器类型有SC、LC、FC等。
光纤适配器则通过不同类型的光纤连接器实现光纤之间的连接。
光纤集线器作为光学转换设备，能够将多个光信号进行集中，并将其发送到远程的光纤节点。
这些应用中，光纤耦合技术的稳定性和可靠性对于光纤通信系统的正常运行至关重要。
其次，光纤耦合技术在光端机中的发展趋势也值得关注。
随着通信技术的不断发展，对光纤耦合技术的要求也越来越高。
一方面，随着通信速率的提高，对光纤耦合技术的传输带宽要求也越来越大。
因此，开发更高速、更大容量的光纤耦合技术成为了研究的重点。
另一方面，为了适应传输系统的多样化需求，越来越多的光纤耦合技术产品开始向小型化、集成化发展，以提高系统的可靠性和稳定性。
此外，光纤耦合技术在光端机中还面临一些挑战。
例如，光纤之间的连接精度要求较高，对工艺和设备的要求也较为严格。
另外，光纤连接过程中的损耗和杂散光问题也需要解决。
针对这些挑战，研究人员正在努力提高光纤耦合技术的制造工艺和测试手段，以实现更高效、更稳定的光纤连接。
最后，光纤耦合技术的发展还面临一些机遇。
随着光纤通信市场的不断扩大，光纤耦合技术的需求也将不断增长。
同时，新兴的技术如5G通信、云计算等的发展，也为光纤耦合技术的应用带来了新的机遇。
例如，5G通信中对高速、高容量的光纤传输需求日益增加，这为光纤耦合技术的应用提供了广阔的发展空间。
光纤耦合器的理论_设计及进展_林锦海
光纤耦合器的理论_设计及进展_林锦海光纤耦合器的设计主要包括两个方面：光纤输入/输出端口的耦合设计和光信号的分配设计。
在光纤输入/输出端口的耦合设计中，首先需要确定合适的端口尺寸和位置，以使得光能从一个光纤传输到另一个光纤时损耗尽可能小。
常用的耦合方式有直接耦合、偏导耦合和光纤光栅耦合等。
光纤输入/输出端口的耦合设计需要考虑光信号的传输损耗、耦合效率和波导模式的匹配等因素。
为了减小耦合损耗，可以使用透镜、光纤光栅、光纤球引导等器件来实现。
其中，光纤光栅是一种能够将光能耦合到光纤中的微光学结构，它通过改变光波的传播方向和折射率来实现光束的聚焦。
光信号的分配设计是指将多个输入光纤中的光信号分配到多个输出光纤中。
常见的分配方式有平均分配、不均匀分配和多通道分配等。
在分配设计中，需要考虑光信号的分布均匀性、分配损耗和互相干扰等因素。
在光纤耦合器的进展方面，目前的研究主要集中在提高耦合效率、减小耦合损耗和尺寸的微缩化等方面。
为了提高耦合效率，一种常见的方法是使用高质量的光纤和精密的器件加工技术。
另外，也有研究人员提出了一些新的耦合方式，如光波导塔形耦合器、光实体波导耦合器等。
这些新的耦合方式在提高耦合效率的同时，还能减小耦合损耗和增加容错性。
在尺寸微缩化方面，研究人员提出了一些新的光纤耦合器的设计和制造方法。
例如，使用先进的微纳加工技术可以在晶片上实现微型光纤耦合器，从而实现器件的集成和微型化。
总之，光纤耦合器的理论与设计是光通信和光学器件研究中的重要内容。
通过不断地改进和创新，光纤耦合器的性能将得到进一步的提高，为光通信和光学器件的应用提供更好的支撑和发展。
(完整word版)光纤耦合器光纤耦合器
光纤耦合器光纤耦合器（Coupler）又称分歧器（Splitter），是将光讯号从一条光纤中分至多条光纤中的元件，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，与光纤连接器分列被动元件中使用最大项的（根据ElectroniCat资料，两者市场金额在2003年约达25亿美元）。
光纤耦合器可分标准耦合器（双分支，单位1×2，亦即将光讯号分成两个功率）、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（MicroOptics）、光波导式（WaveGuide）三种，而以烧结式方法生产占多数（约有90％）。
烧结方式的制作法，是将两条光纤并在一起烧融拉伸，使核芯聚合一起，以达光耦合作用，而其中最重要的生产设备是融烧机，也是其中的重要步骤，虽然重要步骤部份可由机器代工，但烧结之后，仍须人工作检测封装，因此人工成本约占10～15％左右，再者采用人工检测封装须保品质的一致性，这也是量产时所必须克服的，但技术困难度不若DWDMmodule及光主动元件高，因此初期想进入光纤产业的厂商，大部分会从光耦合器切入，毛利则在20～30％。
国外业者有JDS、E-Tek、Oplink、Gould等，目前都已直接在大陆设厂生产耦合器跳线先说配线架吧，就是外线（电信线路）和内线进行交换为了方便管理而设的线路管理的机架。
通常外线是架好不用动的，内现在表层，员工调了位置或人员流动时就要对号码或分机进行相应的移动，这就是跳线。
跳线，实际上就是将用户的端口在交换机上（网络）和配线架上（语音）做一个调整，但现在的弱电几乎都是在配线架上面完成，网络和语音都在一块的，这就是网管的基本工作。
另外顺便说一句，现在还有一种光纤跳线，在配线架上面用的，俗名也叫跳线/尾纤，呵呵。
尾纤尾纤又叫猪尾线，只有一端有连接头，而另一端是一根光缆纤芯的断头，通过熔接与其他光缆纤芯相连，常出现在光纤终端盒内，用于连接光缆与光纤收发器（之间还用到耦合器、跳线等）。
一种光子晶体光纤耦合器的制作方法
一种光子晶体光纤耦合器的制作方法引言：光子晶体光纤耦合器是一种用于将光信号从一个光纤传输到另一个光纤的重要器件。
它具有高耦合效率、低损耗和宽带特性等优点，在光通信和光传感等领域有着广泛的应用。
本文将介绍一种制作光子晶体光纤耦合器的方法。
一、材料准备制作光子晶体光纤耦合器的首要任务是准备所需的材料。
这些材料包括光纤、光子晶体材料、聚合物和金属等。
1. 光纤：选择具有良好传输特性的光纤作为基础材料。
常用的光纤有单模光纤和多模光纤，根据实际需求选择合适的光纤类型。
2. 光子晶体材料：光子晶体是由周期性的折射率变化构成的材料，具有光子禁带特性。
根据需要选择合适的光子晶体材料，如硅、氮化硅等。
3. 聚合物：用于制备光子晶体结构的聚合物材料。
选择具有良好光学性能和可调控性的聚合物材料，如聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。
4. 金属：用于制备光子晶体光纤耦合器的金属电极。
选择导电性能好、与聚合物相容性良好的金属材料，如金、银等。
二、制备光子晶体结构1. 制备光子晶体材料：将光子晶体材料加工成所需的形状和尺寸。
可以使用光刻技术或激光加工等方法，将光子晶体材料刻蚀或削蚀成光子晶体结构。
2. 制备聚合物模板：将聚合物涂覆在光子晶体材料上，形成聚合物模板。
可以使用旋涂、喷涂或浸涂等方法，控制聚合物的厚度和均匀性。
3. 光子晶体结构的形成：通过烘烤或紫外光照射等方法，使聚合物在光子晶体材料上形成所需的结构。
烘烤过程中，聚合物会收缩并与光子晶体材料相结合，形成光子晶体结构。
三、制备光纤耦合器1. 制备光纤端面：对光纤进行切割和打磨，使其端面光滑平整。
可以使用切割机和研磨机等设备，控制切割和打磨的精度。
2. 光纤固定：将光纤端面与光子晶体结构相对接，并使用适当的胶水或粘合剂固定光纤。
确保光纤与光子晶体结构的贴合度和稳定性。
3. 金属电极制备：在光子晶体结构上制备金属电极，用于光纤耦合器的驱动和控制。
可以使用光刻技术和蒸镀技术等方法，制备金属电极。
什么是光纤耦合器？光纤耦合器的原理与用途是什么？
什么是光纤耦合器？光纤耦合器的原理与用途是什么？众所周知，光网络系统也需要将光信号进行耦合、分支、分配，那么这就需要光纤耦合器来实现了。
那么，什么是光纤耦合器，光纤耦合器的原理与用途又是什么呢？什么是光纤耦合器1 别名：光纤耦合器又称光纤适配器，又称光纤法兰。
2 定义：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。
3分类：根据光纤不同分类SC光纤耦合器:应用于SC光纤接口，若是8条细的铜触片，则是RJ-45接口，若是一根铜柱则是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，路由器常用。
FC光纤耦合器:应用于FC光纤接口，一般在ODF侧采用。
ST光纤耦合器:应用于ST光纤接口，常用于光纤配线架。
光纤耦合器的原理与用途是什么光网络系统也需要将光信号进行耦合、分支、分配，这就需要光纤耦合器来实现。
光纤耦合器又称光分路器、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...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。
全光纤耦合器件
全光纤耦合器件
光纤耦合器是全光纤耦合器件的核心部件之一，它能够将光束从一个光纤传输到另一个光纤，并实现光的耦合和分离。
光纤耦合器一般采用光纤对接技术或者光纤内部的微型透镜技术，通过合适的设计和制备工艺，实现高效的光束耦合。
光栅是全光纤耦合器件另一个重要组成部分，它能够对光信号进行调制和分光，使得光信号具有更高的信息传输容量。
光栅一般采用光纤中的光折射率分布或者光纤表面的细微结构实现，通过改变光信号的传播路径和振幅，实现对光信号的调制。
光纤调制器是全光纤耦合器件中用于改变光信号特性的组件，它能够通过改变光纤中的相位和振幅来实现对光信号的调制。
光纤调制器一般采用光纤中的电光效应或者光纤外部的电光效应实现，通过外加电场使光纤中的折射率发生变化，实现对光信号的调制。
全光纤耦合器件在通信领域有着广泛的应用，特别是在光纤通信系统中。
它能够解决光纤之间的耦合问题，实现光信号的传输和转换，提高光通信系统的性能和可靠性。
全光纤耦合器件具有低损耗、高耦合效率、可靠性高等特点，能够满足高速、大容量光通信系统的需求。
总结起来，全光纤耦合器件是一种重要的光通信器件，能够实现光信号的传输和调制。
它采用光纤耦合器、光栅和光纤调制器等组件，能够高效、可靠地完成光信号的耦合和分离，并满足光通信系统的要求。
全光纤耦合器件在光通信系统中有着广泛的应用前景，将在未来的光通信领域中发挥重要的作用。
光通信中的光纤耦合器技术研究
光通信中的光纤耦合器技术研究光通信是指利用光传输数据的通信技术。
其中，光纤耦合器是一种核心的光学器件，能够实现将光信号从一个光纤传输到另一个光纤的过程。
在光通信发展的过程中，光纤耦合器的作用日益重要。
本文将探讨光纤耦合器的技术研究进展。
一、光纤耦合器概述光纤耦合器是一种用于将光信号从一个光纤传输到另一个光纤的光学器件。
目前，常见的光纤耦合器有分束器、聚束器和双向耦合器等。
分束器能够将输入的光信号分配到多个输出端口，常用于分拆光信号。
而聚束器则能将多个输入的光信号汇聚到一个输出端口，常用于合并光信号。
双向耦合器则常用于双向通信时，能将两个光纤的信号分别传输到另一个光纤上，实现双向传输。
二、光纤耦合器的技术研究光纤耦合器的技术研究一直是光通信领域的热门话题。
目前，主要的研究方向包括：1. 新型光纤耦合器的设计为了满足不同应用场合的需求，研究人员正在设计新型的光纤耦合器。
其中，微纳米加工技术被广泛应用于光纤耦合器的设计中，能够实现高度集成的光学元件。
此外，也有研究人员利用光栅技术、光学波导技术等实现了新型耦合器的设计。
2. 光纤耦合器的性能提升目前，研究人员正在探索各种方法来提高光纤耦合器的性能。
其中，最常用的是通过优化耦合器的光学结构和材料来改善耦合效率和波导损耗。
此外，也有研究人员利用调制器等光电器件来改善耦合器的性能。
3. 光纤耦合器的封装和集成为了便于使用和集成到光通信系统中，研究人员正在探索各种封装和集成技术。
其中，最常见的是将耦合器封装在组件或模块中，例如光纤插件、滑动式封装等。
此外，也有研究人员利用芯片级封装和集成技术，将多个光学器件集成在同一芯片上，从而实现高度集成的光学器件。
三、光纤耦合器的应用光纤耦合器广泛应用于光通信领域。
其中，光纤分光器是应用最为广泛的一种光纤耦合器，常用于光网络分布系统、光纤传感器等领域。
而双向耦合器则常用于双向通信、波分复用等应用。
此外，随着光通信领域的发展，光纤耦合器的应用也不断拓展，例如光学芯片、光学雷达等领域都离不开光纤耦合器的支持。
光纤耦合器的理论 设计及进展
3、光纤耦合器的设计方法
光纤耦合器的设计主要涉及光波导理论、干涉光学和计算机模拟等方法。设 计过程中需要考虑到光纤的几何形状、折射率分布、模式特征等因素，以实现所 需的光信号耦合效果。
1、光纤耦合器的商业产品
目前，市面上已有多种商业化的光纤耦合器产品，如直通型、分束型、星型 等。这些产品具有较高的耦合效率和稳定的性能表现，被广泛应用于各类光纤通 信和光学传感系统中。
光纤耦合器的理论 设计及进展
01 引言
03 参考内容
目录
02 理论分析
引言
光纤耦合器是一种关键的光学元件，它在光纤通信、光学传感、光束控制等 领域有着广泛的应用。光纤耦合器的主要作用是将两根或多根光纤的信号有效地 耦合在一起，从而实现光能量的传递、分配和控制。本次演示将详细介绍光纤耦 合器的理论、设计及发展现状，以期为相关领域的研究和应用提数是描述光波在光纤中传播特性的重要参数。它包括了光波的振幅、 相位和群速度等参数。通过求解传输常数，可以得到光波在光纤中的传输特性， 如传输带宽、色散等。这些特性对于设计高效的光纤通信系统具有重要意义。
四、总结
本次演示详细解析了光纤模式理论，包括单模和多模光纤的分类、光的波动 方程、光纤的折射率分布以及传输常数等概念。这些理论对于理解光纤的传输特 性和设计高效的光纤通信系统具有重要意义。在实际应用中，我们需要根据具体 需求选择合适的光纤类型和参数，以实现高效、稳定的光纤通信系统。
二、光纤模式分类
1、单模光纤
单模光纤只支持一个模式的光波传播。这意味着在单模光纤中，光波的传播 路径是唯一的。这种模式使得单模光纤具有较高的传输带宽和较低的色散。因此， 单模光纤在长距离通信中得到了广泛应用。
2、多模光纤
多模光纤支持多个模式的光波传播。这意味着在多模光纤中，光波可以沿着 多个路径传播。这种模式使得多模光纤具有较低的传输带宽和较高的色散。因此， 多模光纤通常用于短距离通信和局域网等应用。
光纤耦合器的发展趋势
光纤耦合器的发展趋势
随着科技的不断发展和应用的广泛推广，光纤耦合器在光通信、光电子、光学制造等领域得到了广泛应用，并不断推进其技术的发展。
其发展趋势主要体现在以下几个方面：
1.高速化和高精度化：随着数据传输速率的提高，对光纤耦合器的传输速度和精度要求也越来越高，未来的光纤耦合器将更加注重其高速化和高精度化的研发。
2.波长范围的扩大：当前的光纤耦合器主要使用于单一波长的传输，而未来的光纤耦合器需要具备更广泛的波长范围，以满足更多的应用需求。
3.集成化和小型化：未来的光纤耦合器将会更加注重其集成化和小型化的研发，以便更方便地应用于各种场景中。
4.芯片化：光纤耦合器的芯片化是目前技术的热点之一，未来的光纤耦合器将会更加普遍地应用于微纳米尺度的光电器件中，具有更高的集成度和更小的尺寸。
5.多功能化：目前的光纤耦合器主要用于耦合和分离光信号，未来的光纤耦合器将会向多角度发展，包括光放大器、光调制器、光滤波器等功能的集成，以提高其应用价值。
总之，未来的光纤耦合器将会更加注重其高性能化、多功能化、波长范围更广泛、
小型化和集成化等方面的研发，以满足不断变化的应用需求。
光纤耦合器原理
光纤耦合器原理
光纤耦合器是一种能够将光信号从一根光纤传输到另一根光纤的装置。
它在光通信、光传感和光学成像等领域有着广泛的应用。
光纤耦合器的原理是通过光的折射和反射来实现光信号的传输和耦合。
下面我们将详细介绍光纤耦合器的原理。
首先，光纤耦合器的基本原理是利用光的全反射和折射。
当光线从一种介质传播到另一种介质时，会发生折射现象。
而当光线从光密介质射向光疏介质时，会发生全反射现象。
光纤耦合器利用这些光学现象，通过精确设计的光学元件，将光信号从一根光纤传输到另一根光纤。
其次，光纤耦合器的原理还涉及到光的耦合和分离。
在光纤耦合器中，光信号需要从光源耦合到光纤中，然后从光纤耦合到接收器中。
而在光纤传输的过程中，由于光的波长和传播方式的不同，需要对光信号进行耦合和分离。
这就需要通过光学元件来实现光的耦合和分离。
最后，光纤耦合器的原理还包括光的损耗和衰减。
在光纤传输过程中，由于光的衍射、散射和吸收等现象，会导致光信号的损耗和衰减。
因此，光纤耦合器需要通过精确设计和优化，来减小光信号的损耗和衰减，以保证光信号的传输质量。
总之，光纤耦合器的原理是基于光的折射、反射、耦合和分离等光学现象，通过精确设计的光学元件，将光信号从一根光纤传输到另一根光纤。
同时，光纤耦合器还需要考虑光信号的损耗和衰减等问题，以保证光信号的传输质量。
希望通过本文的介绍，能够让读者对光纤耦合器的原理有一个更加深入的了解。
光纤耦合器ppt课件
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12
（a）T型 1 4
（c）定向型
（b）星型
2 λ1 λ2
3 λN
λ1 + λ2 +…λN
（d）波分复用型
常用光耦合器类型示意图
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13
光耦合器基本结构
光纤型 微器件型 1） 耦合比CR——是一个指定输出端的光功率Poc和全
部输出端的光功率总和Pot的比值。
CR Poc Po t
Po c
N
Po n
n1
• 2） 附加损耗Le——是全部输入端光功率总和Pit和全
部输出端光功率总和Pot的比值。
Le
10lg Pit Pot
N
Pin
10lg
n1 N
n1
Pon
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15
• 3） 插入损耗Lt——是一个指定输入端光功率Pic和另 一个指定输出端的光功率Poc的比值。
固定衰减器对光功率衰减量固定不变， 主要用于调整光纤传输线路的光损耗。
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9
可变衰减器
厚 薄
(a)光路和结构
(b)步进衰减片
(c) 连续衰减片
• 可变衰减器的衰减量可在一定范围内变 化，用于测量光接收机灵敏度和动态范
围。
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10
三、光耦合器
• 光耦合器的功能是把一个输入光信号分 配给多个输出，或把多个输入的光信号 组合成一个输出。
第十二讲 光无源器件
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1
主要内容
• 一、连接器和接头 • 二、光衰减器 • 三、光耦合器 • 四、光隔离器和光环行器 • 五、光调制器 • 六、光开关
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(最新整理)光纤耦合器快速发展和制作工艺201293
璃芯起一定的保护。这时初步形成了光纤纤芯
－包层结构，但由于塑料包层难以做到均匀一
致，而且塑料包层与玻璃纤芯之间界面不够平
滑理想，光能量损失很大。
2021/7/26
7
1、光纤的诞生
• 1955年，美国人B. I. Hirschowitz (西斯 乔威兹) 把高折射率的玻璃棒插在低折射 率的玻璃管中，将它们放在高温炉中拉 制，得到玻璃(纤芯)－玻璃(包层)结构的 光纤，解决了光纤的漏光问题，这一结 构在后来被广泛采用，就是今天的光纤 结构。但这时的光纤损耗是非常大高于 1000 dB/km，即使是利用优质的光学玻 璃制作光纤也无法得到低损耗的光纤。 人们曾经一度对玻璃这种材料产生怀疑，
玻璃
H-O
粉层沉积物 来回移动的喷灯
化学反应: S4 ( i G C 4 ) e O l2 C S l2 ( G iO 2 ) e 2 C 2 O l
烧结后，纤芯由汽相沉积材料构成，包层由原始的石英管构成
2021/7/26
31
等离子体活性化学汽相沉积法 (PCVD)
飞利浦提出 1978年应用于量产
(最新整理)光纤耦合器快速发展和制作工艺201293
2021/7/26
1
光纤耦合器
• 光纤的发展 • 光纤无源器件的蓬勃发展 • 耦合器件种类及应用 • 熔锥型光纤耦合器的制作 • 新型熔锥型光纤耦合器件的展望新型熔锥
型光纤耦合器研究
2021/7/26
3
一、光纤的发展
1. 光纤的诞生 2. 光纤的构造与分类 3. 光纤传光原理 4. 光纤光缆的制作
熔融石英管
直接玻璃沉积 不需高温烧结 反应管不易变形
沉积效率高、沉积 速度快有利于消除 反应物质 包层沉积过程中的 微观不均匀 SiCl4 + O2 + 参杂物质
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• • • • • 光纤的发展 光纤无源器件的蓬勃发展 耦合器件种类及应用 熔锥型光纤耦合器的制作 新型熔锥型光纤耦合器件的展望新型熔锥 型光纤耦合器研究
一、光纤的发展
1. 2. 3. 4. 光纤的诞生 光纤的构造与分类 光纤传光原理 光纤光缆的制作
1、光纤的诞生
• 在光纤出现之前，人们一直在追寻一种性能稳 定的，廉价的，方便使用的介质来传输光信号。 最初人们认识到光的直线传播，反射特性后除 了利用大气做为波导，还开始采用各种介质利 用作为光的传输介质。例如介质透镜、反射镜 波导、气体透镜波导等，使光束限制在一定范 围内并沿确定路线传播。在半导体激光器和集 成光路中用到的平面型介质波导也被尝试作为 光波导使用，由于制作成本高，工艺复杂，不 适于大量铺设。能不能象电信号依靠铜缆传输 一样，找到一种光波导来实现光信号廉价、低 损耗的稳定传输呢？
光纤通信发明家高锟(左) 1998年在英国接受IEE授予的奖章
2、光纤标准
• 通信用光纤经过二十几年的发展形成了 一系列标准。 • ITU-T国际电信联盟目前将单模光纤分为 G.652（G.652A、G.652B、G.652C和 G.652D）、G.653（G.653A和 G.653B）、G.654（G.654A、G.654B 和G.654）、G.655（G.655A、G.655B 和G.655C）以及用于S+C+L三波段传输 的G.656光纤（标准名称为《宽带光传 输用非零色散单模光纤和光缆特性》）
GeO2-SiO2纤芯，SiO2包层
典型组合：
1、GeO2-SiO2纤芯，SiO2包层 2、P2O5-SiO2纤芯，SiO2包层 3、SiO2纤芯，B2O3-SiO2包层 4、GeO2- B2O3-SiO2纤芯， B2O3-SiO2包层
P2O5-SiO2纤芯，SiO2包层
在0.2~8mm具有极低损耗 SiO 纤芯，B O -SiO 包层 2 2 3 2
等离子体
1000~1200度
玻璃层
快速移动，使沉积厚度减少， 有利于控制折射率分布
快速来回移动的微波谐振腔 (2.45 GHz，8米/分钟)
几点关键
• 为了防止石墨在高温下氧化，充入氩气等惰性气体加 以保护。 • 送棒机构与牵引辊的速度要一致，以保持光纤外径的 均匀性。 • 激光测径，紫外固化 • 外径的波动控制在0.5微米之内。 • 拉丝的速度可以调整，600m/min~1000m/m
烧结后，纤芯由汽相沉积材料构成，包层由原始的石英管构成
等离子体活性化学汽相沉积法 (PCVD)
飞利浦提出 1978年应用于量产 熔融石英管 直接玻璃沉积 不需高温烧结 反应管不易变形
沉积效率高、沉积 速度快有利于消除 反应物质 包层沉积过程中的 微观不均匀 SiCl4 + O2 + 参杂物质
排气口
直接熔化法：双坩埚法
纤芯坯料棒 内坩埚 包层坯料棒 直接熔化法： 可用于制造石英 光纤、卤化物光 纤和硫属光纤 具有可连续制造 的优点 熔炉 但坯料棒熔化过 程中容易带来杂 质，它的最低损 耗值为5 dB/km
纤芯 玻璃
外坩埚
包层玻 璃
拉制光纤 (到拉丝机)
光纤拉丝机
光纤预制棒置备好之后进行光纤拉丝 精密输送机构 d = 10~25 mm; L = 60~120 cm
1、光纤的诞生
• 1955年，美国人B. I. Hirschowitz (西斯 乔威兹) 把高折射率的玻璃棒插在低折射 率的玻璃管中，将它们放在高温炉中拉 制，得到玻璃(纤芯)－玻璃(包层)结构的 光纤，解决了光纤的漏光问题，这一结 构在后来被广泛采用，就是今天的光纤 结构。但这时的光纤损耗是非常大高于 1000 dB/km，即使是利用优质的光学玻 璃制作光纤也无法得到低损耗的光纤。 人们曾经一度对玻璃这种材料产生怀疑， 转向塑料光纤、液芯光纤的研制。
• 1层＋2层＝光纤 • 3＋4＋5层＝护层 • 5层大约0.9mm左右
3、光纤的分类－1
• 从原材料分：
– 石英系光纤 – 多组份玻璃光纤 – 氟化物光纤 – 塑料光纤 – 液芯光纤 – 掺杂光纤，如掺铒光纤
由于石英系光纤具有传输衰减小， 通信频带宽，机械强度较高等特点， 在通信系统中得到广泛应用。
拉丝原理：保持芯/包层结构不变！ 预制棒体积： Vpreform=D2L/4, D: mm, L: mm 光纤体积： Vfiber= d2l/4, d=125 um 拉丝长度l： Vpreform = Vfiber l = 6.4 10-5D2L (km)
4.3 光纤的机械和温度特性
1) 光纤的抗拉强度很高，接近金属的抗拉强度 2) 光纤的延展性(1%)比金属差(20%) 3) 当光纤内存在裂纹、气泡或杂物，在一定张力下容易断裂 4) 包层中掺入二氧化钛可以增强机械可靠性 5) 光纤遇水容易断裂且损耗增大 6) 在低温下损耗随温度降低而增加
• 早在古希腊的玻璃制作工人就发现玻璃可以传输可见光，他们利 用玻璃的这种性质，制作了各种流光异彩的玻璃工艺品。十九世 纪中期英国的丁达尔(J. Tyndall)利用实验证明利用光的全反射原 理，光线在水中可以实现弯曲传播。
1、光纤的诞生
1、光纤的诞生
• 1927年英国的贝尔德(J. G.Baird)提出利用光 的全反射现象制成石英光纤，从此以后人们把 注意力集中到石英这种材料上。早期的光纤只 有纤芯，利用空气－石英构成的界面实现光线 的全反射，由于这种结构的开放性，经常引起 光线的泄漏。为解决这一问题人们实验在玻璃 纤维上涂覆塑料，以降低光线的泄漏同时对玻 璃芯起一定的保护。这时初步形成了光纤纤芯 －包层结构，但由于塑料包层难以做到均匀一 致，而且塑料包层与玻璃纤芯之间界面不够平 滑理想，光能量损失很大。
特点： • 更好的韧性、更耐用，可用于环境恶劣的场合 • 低成本、低续接成本 • 损耗比玻璃纤维高，一般用于短距离传输 • 使用范围还十分有限，主要用于接入网
4.2 光纤制造
两种基本方法 1. 直接熔化法： 按传统制造玻璃的工艺将处在熔融状态的石英玻璃的纯净 组分直接制造成光纤 2. 汽相氧化过程： - 高纯度金属卤化物(如SiCl4和GeCl4)与氧反应生成SiO2微粒 - (通过四种不同的方法)将微粒收集在玻璃容器的表面 - 烧结 (在尚未熔化的状态将SiO2转化成玻璃体) 制成预制棒 - 拉丝成纤
卤化物玻璃纤维
红外光纤（氟化物光纤）： 低损耗范围：0.2~8mm，最低损耗窗口：2.55 mm， 理论最小损耗：0.01~0.001dB/璃纤维
掺稀土光纤：在SiO2中掺入稀土元素实现光放大（或吸收）， 如：掺铒光纤（EDF）、掺钕光纤。
硫属化合物玻璃纤维
非线性光纤：用作非线性光学器件。如：As40S58Se2 纤芯－As2S3包层
1966年，英籍华裔学者高锟(C.K.Kao)和霍克哈姆
(C.A.Hockham)发表了关于传输介质新概念的论文，指出
了利用光纤(Optical Fiber)进行信息传输的可能性和技术 途径，奠定了现代光通信——光纤通信的基础。
指明通过“原材料的提纯制造出适合于 长距离通信使用的低损耗光纤”这一发展方 向
3、 光纤的传光原理
分析光纤的传输原理有两种方法： • 几何光学法：将光看成一条条的几 何射线来分析，也称射线理论 应用条件：光波的波长远小于光纤 的几何尺寸，只适用于多模光纤 • 波动光学法：光波按电磁场理论， 用麦克斯韦方程组求解，也称模式 理论。 它既可用于多模光纤，也可 用于单模光纤
4 光纤光缆制造技术 4.1 光纤材料
光纤分类－2
• 按照光纤横截面上折射率分布特征n(r) 分： • 阶跃型光纤，也称突变型光纤（常用SI 表示—Step Index fibber） 纤芯与包层的折射率均为一常数，其界 面处呈阶跃式变化。 • 渐变型光纤，也称梯度光纤或自聚焦光 纤（常用GI表示—Graded Index fibber ）纤芯折射率连续变化，包层的 折射率则为一常数。 • W型光纤 等
2a=4~10 µm ，2b=125 µm (单模)
光纤分类－4 • 按套塑的情况分
– 松套 – 紧套
• 按工作波长分
– 短波长光纤：0.8～0.9µm – 长波长光纤： 1.0～1.7µm – 超长波长光纤： > 2µm 短波长与长波长光纤为石英系光纤，而 超长波长光纤为非石英系光纤，如重金 属氧化物、硫硒碲化合物和卤化物光纤
• 纤芯：位于光纤中心部位，主要成分是高纯度 的SiO2,纯度可达99.99999%，其余成份为掺 入极少量掺杂剂，如P2O5和GeO2，掺杂剂的 作用是提高纤芯的折射率。纤芯直径一般为2a ＝3～100μm • 包层：含有少量掺杂剂的高纯度SiO2,掺杂剂 有氟或硼，其作用是降低包层折射率，包层直 径2b＝125～140μm • 一次涂层：厚度5～40μm，材料一般为环氧树 脂或硅橡胶，可承受7kg拉力 • 缓冲层：厚度100μm • 二次涂敷层：原料大都采用尼龙或聚乙烯
按照零色散波长将单模光纤分为6种
• • • • • • 非色散位移光纤：G.652 色散位移光纤：G.653 截止波长位移光纤： G.654 非零色散位移光纤：G.655 色散平坦光纤 色散补偿光纤
3、光纤的构造
纤芯，光信号的传输 包层，限制光信号溢出 一次涂敷层（预涂层）， 保护光纤增加韧性 缓冲层，减少对光纤的压 力 二次涂敷层（套塑层）， 加强光纤的机械强度
夹具 预制棒 拉丝炉 裸光纤 光纤粗细监测仪 涂覆机 已涂覆光纤 光纤卷绕
汽相氧化法：外部汽相氧化法 (OVPO)
饵棒(中心棒) 粉层状 预制棒 喷 嘴 O2+SiCl4+GeCl4蒸汽 玻璃微粒
粉层沉积 粉状预制棒 玻璃预制棒 加热炉
加热炉 1400度
芯 包层 粉状预制棒 剖面 玻璃预制棒 预制棒烧结
塑料光纤（POF）