关于回波损耗分析

关于单模无源器件回波损耗的分析

张亮，冯杰

（Linkstar Communication Technology，PLC）

1、引言

光纤与光纤的连接，光纤与光学无源器件的连接中，由于连接界面存在折射率不连续导致一部分光沿着入射路径返回（菲涅尔反射-回波）。传输线路中多级光器件产生回波，较高的反射光被回送到发光器件, 会导致光源输出不稳定，接收装置产生噪声，在双向传输系统中会产生串扰，线宽、频率方面的干扰，最终造成发射光的不稳定，进而产生系统误码，回损较大时，将严重影响传输系统的传输性能。回波损耗：Return Loss/Relflection Loss，表示入射功率与反射功率比，单位：dB

RL(dB)=10log P i

P r

=−20log|Γ|

等式中P i表示入射光功率，P r表示反射光功率，Γ表示反射系数（Reflection Coefficient）。一般情况RL越大越好。

工程上通常采用在光纤连接处施加折射率匹配剂(Linkstar采用W02UV 胶)或保持连接端面紧密物理接触(Physical contact，PC)两种方法减少菲涅耳

反射，提高回波损耗。单模光纤斜面连接时，使回射光的入射角大于光纤临界角余角，从而回射光进入包层最终泄漏出去。因此适当选择端面倾角可以降低RL。

2、高斯光束间耦合

单模光纤的模场近似高斯分布（正态分布）。由高斯光束模式耦合理论可以得到单模光纤连接的耦合效率。

设光纤基模光斑直径为2ω，纤芯折射率为n1，包层折射率n2，连接间隙折射率n0。

1、当两光纤存在轴向间隙D时（图1所示），耦合效率T D为：

T D=(1+Z2)−1(1) 式(1)中Z为归一化间隙距离

Z=D∗λ0

2

图1.光纤间存在D间距

2、 当两光纤存在倾角θ时（图2所示），耦合效率T θ为：

T θ=exp [−(πn 2ωθλ)2

] (2)

图2.光纤间存在夹角θ

3、 当两光纤存在径向偏移d 时（图3所示），耦合效率T d 为：

T d =exp [−(d ω)2

] (3)

图3.光纤间存在径向偏向d

实际影响中同时还要考虑菲涅尔反射损耗：

当单模光纤斜面连接（图4所示）时，存在轴向间隙D 和径向偏移d 的耦合效率为：

T =[1+(Z

,)2]−1exp [−(d ω)2] (4) 其中：

Z ,=Dλcosθe

2πn 0ω；

θe =(n 1−n 0)θ；

d =Dsinθe

图4单模光纤斜面连接

式(4)是假定两个斜面完全平行，没有角度倾斜，与式(1)相比多了指数部分，即斜面连接时的轴向间隙还附带有径向的偏移。故斜面连接的插入损耗比平面连接时更加难以控制。不过斜面连接可以达到较高的回波损耗值。

3、斜面连接回波损耗

设R 为连接界面处的功率反射率，则RL 简单表示为：

RL =−10logR (dB) (5)

1、 平面连接

单模光纤平面连接时，假设作为正入射处理，其菲涅耳反射系数

为：

R 0=(n 1−n 0n 1+n 0)2

(6)

n 1为纤芯折射率，n 0为连接界面失陪层折射率。 当λ=1310nm 时，n 1为1.54。 当n 0=1（空气间隙），RL=13.4488 dB

2、 斜面连接

单模光纤斜面连接时，连接界面处的菲涅耳反射光以2θ角返回，反射功率系数等同于两个高斯光束存在2θ角倾斜的耦合率。则斜面连接的功率反射系数为：

R =R 0exp [−(πn 2ω2θλ)2

] (7)

R 0为平面连接时菲涅耳反射系数。

4.端面倾角与回波损耗理论曲线

当θ=5°时，RL=−72.03dB (λ=1310nm)

当θ=5°时，RL=−55.11dB (λ=1550nm)

当θ=8°时，RL=−135.3dB (λ=1310nm)

当θ=8°时，RL=−105.6dB (λ=1550nm)

光纤自身的瑞利散射在65dB左右。

4、回损形成的原因及解决方案

形成回损原因：

1、因光纤接口、光纤的SC/SC适配器、FC/SC适配器等器件的不

洁、接触不充分或过紧；

2、尾纤被挤压；

3、尾纤的曲率半径过小；

4、光接头接触点湿度过大，会使光纤接口处形成反射膜，从而导致反射过大；

5、光接头，法兰盘的物理损伤；

6、纤芯熔接不好；

7、Chip耦合时，耦合效率偏低（主要因素）

7、PLC耦合时，UV胶有气泡、微粒、凝固时各部分凝固时间有差异。解决方案：

1、对纤芯做紧物理接触，非纤芯部分做弧面抛光处理；（目的：在保

证耦合效率情况下，进一步增大反射面角度）——增大反射角

2、耦合表面镀增透膜或减反膜；（目的：进一步降低反射功率）——

降低反射功率

3、耦合面精细抛光