完成光信号功率在不同光纤间的分配或组合的光器材。使用不同光纤面紧邻光纤芯区中导波能量的相互交换效果构成。按所选用的光纤类型可分为多模光纤、单模光纤和保偏光纤耦合器等。
光纤耦合器(Coupler)又称不合器(Splitter)、衔接器、适配器、法兰盘,是用于完成光信号分路/合路,或用于延伸光纤链路的元件,归于光被迫元件范畴,在电信网路、有线电视网路、用户回路体系、区域网路中都会使用到。光纤耦合器可分规范耦合器(归于波导式,双分支,单位1×2,亦行将光信号分红两个功率)、直连式耦合器(衔接2条相同或不同类型光纤接口的光纤,以延伸光纤链路)、星状/树状耦合器、以及波长多工器(WDM,若波长属高密度分出,即波长距离窄,则归于DWDM),制造办法则有烧结(Fuse)、微光学式(Micro Optics)、光波导式(Wave Guide)三种,而以烧结式办法出产占多数(约有90%)。
烧结办法的制造法,是将两条光纤并在一同烧融拉伸,使核芯聚合一同,以达光耦合效果,而其间最重要的出产设备是光纤熔接机,也是其间的重要过程,尽管重要过程部份可由机器代工,但烧结之后,仍须人作业检测封装,因而人工成本约占10~15%左右,再者选用人工检测封装须保质量的一致性,这也是量产时所有必要战胜的,但技能困难度不若DWDM 模块及光自动元件高,因而初期想进入光纤工业的厂商,大部分会从光耦合器切入,毛利则在20~30%。
光纤耦合器的开展进程
其开展首要阅历了三个阶段:萌发阶段、前期阶段、开展阶段。
光纤耦合器萌发阶段
1、物质根底——低损耗光纤面世
1970年,美国的Comning(康宁)公司首先成功拉制出损耗为20dB/km的低损耗光纤。这一光学范畴的严重技能打破,为光纤的进一步研发供给了先进的技能手段。一起,也为光纤耦合器的面世以及广泛使用奠定了雄厚的物质根底。
2、理论依据——耦合模方程推导
1972年,澳大利亚的Snyder成功推导出扰动均匀光纤体系中的耦合模方程及耦合系数表达式,理论上剖析了别离坐落多边形各极点以及多边形中心的光纤系列耦合功率转化状况。同年,美国的Wijngaard给出了两根相同或相异的平行圆波导间的模场散布。
1973年,Snyder和McIntyre原有根底上进一步研讨了光纤各个形式间的功率转化。Snyder和Wijngaard超卓的理论作业,为光纤耦合器的规划及光纤耦合器功率转化剖析供给了牢靠的理论依据。
光纤耦合器前期阶段
1、光纤耦合器雏形——光纤衔接器
1971年,Bisbee首先选用熔接的办法完成了多模光纤之间的焊接。翌年,Dyott等人选用相似的熔接技能完成了单模光纤之间的焊接,所进行的拉锥试验也获得了必定开展。
Bisbee和Dyott等人选用熔融办法所规划的光纤耦合器,可完成两根光纤之间的单路耦合和定向传输,这种熔融办法为光纤耦合器的研发指明晰方向。
2、光纤体系集成化基元——星型耦合器
1974年,Hudson和Thiel提出了星型耦合器的思维,并规划出第一个星型光纤耦合器。与传统的T形耦合器比较,这种多端口的光纤星型耦合器具有损耗更低、方向性更好、稳定性更高、各端口等效等许多长处。星型耦合器的呈现为光纤通讯体系和光纤传感体系向着集成化、小型化开展供给了技能确保。
3、光纤定向耦合器面世——光纤定向耦合器呈现
1975年,Kuwahara等人将两根多模光纤环绕并在耦合区填充折射率匹配液,构成世界上第一个光纤定向耦合器。试验测得该光纤耦合器的耦合功率为50dB,方向性为21dB。光纤定向耦合器的面世,标志着光纤耦合器年代的到来,使得光纤通讯和光纤传感体系的全光纤化成为可能。
4、光纤耦合器新思路——腐蚀锥形光纤耦合器
1976年,Yamamoto等人首先选用化学腐蚀技能,制成锥形结构的光纤耦合器,其耦合功率可达90%以上。这种办法为规划光纤耦合器供给了一种新思路,为光纤耦合器的多元化拓荒了新途径。
5、光纤耦合器技能打破——熔融光纤定向耦合器
1976年,Barnoski和Friedrich选用聚集的CO2激光作为部分热源,加热熔融两根Comning公司出产的多模光纤,初次制成光纤定向耦合器;经过调整光纤纤芯距离和相互效果长度,可以完成对耦合比的操控。将加热熔融办法使用于光纤定向耦合器的制造,在技能上是一项严重的打破,为光纤定向耦合器的大规模出产奠定了技能根底。
6、光纤耦合器手艺化——抛磨型光纤耦合器
1976年,McMahon和Gravel选用机械抛磨办法移除多模光纤的部分包层,制成散布式T形耦合器。
同年,Hsu和Milton选用相似的机械抛磨办法移除单模光纤的部分包层,制成抛磨型单模光纤耦合器。McMahon和Hsu等人提出的机械抛磨办法,为光纤耦合器的研发拓荒了另一条途径。
光纤耦合器开展阶段
跟着熔融拉锥、机械抛磨、化学腐蚀等技能的呈现,光纤耦合器开端迅猛开展并进入高速开展阶段,各种结构丰厚、功用优秀的光纤耦合器好像漫山遍野一般蓬勃开展。光纤耦合器逐渐从试验室走向工业出产范畴,其出产工艺日趋老练并得到了广泛使用。
1、熔融与拉锥结合——熔锥形光纤耦合器
1977年,Kawasaki和Hill将熔融技能和拉锥技能结合,初次制成了熔融双锥形耦合器。这种熔融拉锥技能将耦合器的附加损耗降低了一个数量级,试验丈量的附加损耗为0.1~0.2dB。熔融技能与拉锥技能的结合是光纤耦合器出产史上的一次严重腾跃,敞开了光纤耦合器开展的新纪元,为光纤耦合器的规模化出产从技能上供给了有力确保。
2、抛磨法的老练——抛磨型多模光纤耦合器
1978,Tsujimoto等人先将两根多模光纤别离嵌入两板中进行抛磨,再将经打磨后的两根光纤拼接在一同,初次制成3dB抛磨型多模耦合器,其附加损耗小于0.3dB。这种耦合器规划办法敏捷被人们广泛选用,并将光纤耦合器的开展面向一个新阶段。
3、封装腐蚀法——可调谐单模光纤耦合器
1979年,Sheem和Giallorenzi将两根光纤环绕在一同放入盛有腐蚀液(HF:NH4F=1:4)的四端口容器中腐蚀,初次制成耦合功率在0~2dB之间、手动可调谐的单模光纤定向耦合器。尽管此前光纤耦合器腐蚀技能现已呈现,但他们规划的光纤耦合器归于全功率转化型,这是初次将腐蚀技能使用于功率分配型耦合器的成功规划。该耦合器经过旋转瓶帽操控两根光纤的环绕次数和光纤间的张力,可完成耦合比从0到2dB之间的手动调谐。封装腐蚀法的提出为可调谐型耦合器的规划供给了新的完成途径。
4、光纤耦合器多芯化——双芯光纤耦合器
1980年,Schiffner等人初次成功拉制出双芯光纤。拉制前预先在双芯之间填充一排空气孔,使两根光纤的两头分隔,可制成双芯光纤耦合器,并经过曲折光纤调谐其耦合比。双芯光纤的呈现有效地拓宽了光纤传送容量,而双芯光纤耦合器的呈现进一步促进了光纤耦合器多元化开展的进程。
5、化学汽相堆积法与熔锥法结合逐个保偏型熔锥光纤耦合器
1982年,Kawachi等人选用单模单偏振熊猫型光纤,初次制成偏振坚持型熔锥光纤耦合器。为使熔融过程中光纤歪曲变形最小化以坚持偏振对称性,他们选用化学堆积法首先在熊猫光纤外围堆积一层SiO2-B2O3层,然后进行拉锥。这种光纤耦合器可以坚持很高的偏振特性,它的呈现有力地推动了相干通讯体系和相干传感体系的开展。而且,保偏光纤耦合器也是构成高精度、高性能光纤陀螺和水声器的根底元件之一。
6、光栅和光纤耦合器结合——光纤光栅耦合器
1985年,Russell和Ulrich初次将光栅放置于经旁边面打磨的光纤纤芯消逝场邻近,制成光纤光栅耦合器。这种耦合器可用于制造光谱仪、滤波器、光开关等光纤通讯器材,在波分复用范畴具有得天独厚的优势。
7、周期性微弯法——光纤形式耦合器
1986年,Blake等人初次选用周期性微弯办法,制成了LP01模到LP11模之间的形式耦合器。这种耦合器可用于制造频移器、起伏调制器等光纤器材。周期性微弯法的选用,极大地丰厚了光纤干与和光纤传感的研讨内容,也拓宽了光纤器材的使用规模。
8、多芯与单芯光纤耦合——混合型光纤耦合器
1993年,Himeno等人首先提出多芯与单芯耦合制造光纤耦合器的思维,并用可熔融衔接器将双芯光纤和两根单芯光纤衔接,经锥化制成了混合型光纤耦合器。这种新式制造技能可于制造星型光纤耦合器,并对其开展具有重要意义。
9、特种光纤耦合器制造——塑料光纤活性耦合器
1998年,Zubia等人初次制成带有液晶中间层的塑料光纤活性耦合器。这种活性耦合器兼有耦合器和光开关的特性,在光纤传感范畴有着广泛的使用。
10、长周期光纤光栅间的耦合逐个长周期光纤光栅耦合器
2000年,Chiang等人剖析了两根平行的长周期光纤光栅之间的耦合机制,制成了长周期光纤光栅耦合器。这种根据长周期光纤光栅的耦合器可于制造合/分路器,在波分复用体系中有着宽广的使用远景。
11、非常规光纤耦合器——太赫兹光纤耦合器
2007年,Chen等人首先制成太赫兹单模光纤耦合器。因为反对称模截止,这种太赫兹光纤耦合器的耦合比不依赖于耦合区长度。在太赫兹光纤通讯体系、3dB功率分配器、太赫兹光纤内窥镜等范畴,这种新式耦合器具有宽广的使用远景。