光纤耦合器的回波损耗

光纤耦合器的回波损耗

随着光纤通信系统容量和速率的不断提高，光器件尤其是光纤无源器件(Passive device)的回波损耗(Return lo ss，以下简称回损)的重要性越来越引起用户和制造商的重视。也许我们在谈到连接器(Connector)和隔离器(Isolator)等器件时，回损的问题就被高度重视。可是对于耦合器的回损却常常被忽略。有的制造商甚至为了降低成本，或误认为反正客户不重视这项指标，所以就不对其进行严格的测试。其实这是一种极不负责的做法。因为不管是连接器还是耦合器，回损对于系统性能的危害是一样的。

那么是不是耦合器的回损天生就不成问题而被忽视呢?答案是对2×2耦合器来说是对的，但对1×2耦合器来说就不是如此。因为在2×2耦合器内除了光纤本身的瑞利散射外没有其他的光反射源。所以只要耦合器的尾纤(Pigtail)不太长，回损都能达到70dB以上。但对于1×2的耦合器来讲情况就不一样了。由于不需要的那一端必须去除，而回损的大小是由光纤端面处理的好坏决定的。对于数字孔径(NA)为0.11左右的单模光纤，就像连接器一样，只要把光纤端面的角度处理成8度以上，回损就可大于65dB。但对于数字孔径大于0.20的多模光纤来说，即使光纤端面角度很大，回损也不会大于40 dB。下面就让我们来分析一下目前一些主要的耦合器制造商的端面处理方法及其存在的问题和优缺点吧。

通常的做法是把耦合器的分光路光纤与回损测试仪的光纤相连接，一边看着回损的读数，一边用工具切断光纤，一直到回损达到要求为止。不论光纤端面的角度究竟是多少，只要回损合格就行。唯一要小心的是如果角度太大，在进行端头保护时光纤端面容易破碎或玻璃碎屑掉到光纤表面使回损变差。这种方法的好处是可以实时观察回损大小，成品率高。缺点是增加了劳动成本和仪器折旧费。

目前有许多公司包括一些有名气的耦合器制造商为了减少光纤端面处理(Termination)的时间，干脆不用回损测试仪来监控，随机地切断光纤，然后用折射率匹配胶将光“引”出来，以此来提高回损。这种方法果然可以节省仪器设备和几分钟劳动时间，但风险很大。第一，只靠光纤端面处理不能保证得到高的回损，还要靠胶的“帮助”。而这种“帮助”的可靠性值得怀疑。如果在光纤端面处理后立即进行复测，则与实时监测并无差别。如果要等到最后一步才测试，则有可能因合格率的降低而得不偿失。但如果从头到尾都不测，这是对产品质量极不负责的做法。

更值得一提的是这种胶(大多数用UV固化的胶)与光纤端面的附着力小，经过长期的热胀冷缩和老化，可能在光纤端面与胶之间形成空气间隙，轻者回损严重下降，重者构成一个“法玻利珀罗腔”，造成光功率不稳，那才真正是灾难性的后果。还有一个鲜为人知却是非常重要的事实: 在某些情况下回损随温度而变化。由于在Bellcore标准中，没有对回损的温度特性做出规定，所以一般都忽视了这个问题。既然我们在产品规格中规定了回损和工作温度范围两项指标，这就表明必须在整个工作温度范围内都应该达到所要求的回损。不幸的是这个问题被绝大多数客户和制造商所忽略。根据作者的实验结果，一个在常温下回损只有50 dB的耦合器，在温度-40~+85度范围内最低的回损可能不到40 dB。但如果系统确实要求在所有工作温度下大于50 dB的回损，通信系统会不出问题吗? 所以作者认为制造商若不把这种真实情况告知客户，实际上是把方便留给了自己的现在，而把危险留给了客户的将来。

造成回损随温度变化的主要原因是与光纤端面接触的胶(或其它物质)的折射率随温度而变化，所以根据菲涅儿定律可知，光的反射角和反射率以及回损也都随温度而变化。由此可知作者为何强调只有50多分贝回损的耦合器容易随温度变化。因为如果耦合器的回损只有50 dB，这就意味着端面的角度小于8度(可能在5度左右)，这时候只要胶的折射率随温度稍有变化，回损也就明显的跟着变化。但是如果回损大于65 dB，这就意味着光纤端面角度大于8度，即使胶的折射率随温度而有所变化，回损也不至于有太大的变化。根据作者大量的实验结果表明，如果要在全部工作温度范围内仍能达到55dB回损，那么在常稳下回损必须保证在60dB以上。

美国Lightel，台湾UMEC和大陆的嘉隆科技已经采用自行研发的工具和工艺解决了上述问题，能在不用回波损失测试

仪的监测的情况下，几乎100%地达到60dB以上的回损。而且用多种不同折射率和材质的胶做试验，在-40到+85度范围内回波损失没有明显变化。也不需要改变耦合器现在的包装方法和长度。由于采用了这种光纤端面处理的新方法，回损不受光纤端头保护材料的影响，这就使我们有可能采用更可靠的包装结构。相信随着我们的新方法的全面推广应用，Lightel将为光纤耦合器的使用者和制造者都能提供获得高回损耦合器的最满意的解决办法。