耦合器基本原理专题培训课件

2πa V= λ
n12-n22
熔锥区截面示意图
两光纤波导之间的耦合
在熔锥区，两光纤包层合并在一起，纤芯足够 逼近，形成弱耦合。
弱耦合理论的基本思想是：相耦合的两波导中 的场，各自保持了该波导独立存在时的场分布和传 输系数，耦合的影响表现在场的复数振幅的沿途变 化。
两光纤耦合过程光功率分配状况
P1(z)=
W r(2k2nc2l) nco和ncl分别是纤芯和包层的折射率，
Pin
Coupler
Pout1 Pout2
Pouti CR=
×100%
∑Pout
4、方向性（Directivity） 指耦合器工作时，输入一侧非注入光的一端的输出光
功率与全部注入光功率的比较值。
Pin Coupler
Pout
Directivity= -10×lg Pout Pin
5、回波损耗（Return Loss）
1-F2sin2(
C F
z)
P2(z)=
F2sin2(
C F
z)
P1(z)是直通臂的光功率， P2(z)是耦合臂的
光功率，z为拉锥长度。
1 2
2
1/F 1(14C22)2
耦合系数
C
2U2K0(Wdr) rV3K12(W)
U r(k2nc2o2) r是光纤半径，d是两光纤中心的间距，
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出端口输出光功率的最大变化量。
Pin
Coupler
Pout1 Pout2
PDL= -10×lg Min（Poutj） Max（Poutj）
耦合器的制作方法
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Pin
Coupler
Pout1 Pout2
ILi=
-10×lg
Pouti Pin
2、附加损耗（Excess Loss，EL）
指耦合器全部输出端口光功率总和相对全部输入光功率 的减少值。
Pin
Coupler
Pout1 Pout2
EL= -10×lg ∑Pout Pin
3、分光比（Coupling Ratio，CR） 指耦合器各部输出端口的光功率相对输出总功率的比值。
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熔融拉锥型全光纤耦合器
6、偏振相关损耗（Polarization Dependent Loss，PDL） 指当传输光信号的偏振态发生3600的变化时，器件各输
出端口输出光功率的最大变化量。
Pin
Coupler
Pout1 Pout2
PDL= -10×lg Min（Poutj） Max（Poutj）
6、偏振相关损耗（Polarization Dependent Loss，PDL） 指当传输光信号的偏振态发生3600的变化时，器件各输
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2.3 工作带宽
单窗窄带耦合器(Standard Coupler) 单窗宽带耦合器(WFC) 双窗宽带耦合器(WIC)
2.4 传导模式
单模耦合器(Singlemode Coupler) 多模耦合器(Multimode Coupler)
耦合器的光学特性参数
1、插入损耗（Insertion Loss，IL） 指耦合器输出端口相对全部输入光功率的减少值。
指耦合器工作时，返回注入光的一端的输出光功率与
全部注入光功率的比较值。
P返
P注
Coupler
RL= -10×lg P返 P注
6、均一性（Uniformity） 对于均匀分光的耦合器，均一性定义为耦合器在工作
带宽范围内各输出端口输出光功率的最大变化量。
Pin
Coupler
Pout1 Pout2
Uniformity= -10×lg Min（Pout） Max（Pout）
熔融拉锥法（Fused Biconical Taper, FBT)
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， 实现传输光功率耦合的一种方法。
光源
光纤
夹具
光探测器
火焰
控制电路
熔融拉锥系统示意图
计算机
耦合机理
定义及分类
1、定 义 耦合器是一类能使传输中光信号在特殊结构的耦合区
发生耦合，并进行再分配的器件。
2、分 类 2.1 功能
光功率分配器(Splitter) 光波长耦合器(WDM coupler)
2.2 端口形式
X形耦合器(2×2 coupler)
Y形耦合器(1×2 coupler) 星形耦合器(M×N coupler,M、N>2) 树形耦合器(1、2×N coupler, N>2)
入端锥体 输入臂
耦合区
出端锥体 直通臂
耦合臂 入射光功率在双锥体结构的耦合区发生功率再 分配，一部分光功率从“直通臂”继续传输，另一 部分由“耦合臂”传到另一路光路。
熔锥型单模光纤耦合器
在单模光纤中，传导模是两个正交的的基模(HE11) 信号。传导模进入熔锥区后，纤芯变细，V值逐渐减少， 越来越多的光功率进入光纤包层。实际上的光功率是在 由包层作为芯，纤外介质(一般是空气)作为新的包层的 复合波导结构中传输的。