光纤无源器材是光纤通讯体系中的重要组成部分。按其功用分类，有光纤衔接器、光纤耦合器、波分复用器、光开关、光衰减器、光隔离器和光环行器等。光纤通讯体系正在向接入网、宽带网、密布波分复用体系和全光网方向开展，对光纤无源器材的技能提出了新的更高的要求。因此，怎么掌握光纤无源器材的技能开展方向,以习惯商场的需求，已成为业内人士所重视的问题。本文首要介绍光纤无源器材的技能概略，然后就光纤无源器材的技能开展方向，概括地说，便是光纤衔接器的小型化、光纤耦合器的宽带化、波分复用器的密布化、光开关的矩阵化以及光纤无源器材的集成化，进行浅显地评论。
一、无源器材的技能概略
1.分类和运用
光纤无源器材品种繁复，结构纷呈，一般按器材的功用进行分类。
光纤(缆)衔接器 在光纤通讯线路中具有衔接功用的器材。除光缆之间的固定接头外，大多是单芯或多芯的活动衔接器，用于光缆与光配线架(ODF)的衔接、光配线架与光端机的衔接。
光纤耦合器 在光纤通讯线路中个有分路或耦合功用的器材。按其端口装备的办法，又可分为树形耦合器和星形耦合器，一般由单个的1×2(Y型)耦合器和2×2(X型)耦合器级连而成，用于各种光纤网络，如光纤有线电视、局域网(LAN)等。
波分复用器 在光纤通讯线路中能够对波长进行切割复用/解复用的器材。按复用波长的数量，可分为二波长复用器和多波长复用器;依据复用波长之间的距离，又可分为粗波分复用器(CWDM)和密布波分复用器(DWDM)，用于各种波分复用体系、光纤放大器等。
光开关 在光纤通讯线路中具有光路转化功用的器材。按其端口的装备，又能够分为多路光开关(1×N)和矩阵光开关(N×N)，一般由单个的1×2或2×2光开关级连而成，用于备用线路、测验体系和全光网络等。
光衰减器 在光纤通讯线路中能够按要求衰减一部分光信号能量的器材。按衰减量的可调性，又能够分为固定衰减器和可调衰减器。
光隔离器 在光纤通讯线路中使光信号只能单向传输的器材。
光环形器 使光信号只能沿固定途径进行环行传输的器材。
2.结构和工艺
光纤无源器材的结构和工艺大体能够分为3种。
第一种是全光纤型结构。它们在光路中只要光纤，没有其他光学零件。例如光纤端面触摸式(又称近场型)衔接器，选用精细加工的插头体(单芯一般为陶瓷，多芯一般为聚合物)，光纤刺进并固定后进行研磨抛光，然后配以外围零件。又如熔融双锥耦合器(FBT)，选用微火炬加热并拉伸平行触摸的两要光纤耦合区，运用构成双锥，一般称为熔融拉锥法。
第二种是分立元件组合型结构，又称微光器材。它们由光纤与自聚集透镜、棱镜、滤波器等各种细小光学零件组成光路，其根本的光路是由光纤与2个1/4节距的自聚集透镜组成的具有扩束/聚集功用的平行光路。在2个1/4节距的自聚集透镜之间，依据功用要求设置有关微型光学元件。
第三种是平面波导型结构，又称光子集成器材。其中心的光路是选用集成光学工艺依据功用要求而制成的各种平面光波导，有的还要在必定的方位上堆积电极，然后光波导再与光纤或光纤阵列耦合。
二、光纤衔接器的小型化
光纤衔接器是光纤体系中运用最多的光纤无源器材。现在的干流品种是FC型(螺纹衔接式)、SC型(直插式)和ST型(卡扣式)3种，它们的一同特点是都有直径为2.5mm的陶瓷插针，这种插针能够大批量地进行精细磨削加工，以保证光纤衔接的精细准直。插针与光纤拼装十分便利，经研磨抛光后，刺进损耗一般小于0.2dB。 跟着光纤接入网的开展，光缆密度和光纤配线架上衔接器密度的不断添加，现在运用的衔接器已显示出体积过大、价格太贵的缺陷，因此小型化是光纤衔接器的开展方向。
小型化之一是缩小单芯光纤衔接器尺度，开发小型化(SFF)的衔接器，如美国朗讯公司的LC型衔接器，日本NTT公司的MU型衔接器，瑞士Diamond公司的E-2000型衔接器。它们的插针直径只要1.25mm，所以拼装密度比现有衔接器要进步一倍多。LC型和MU型的插针为陶瓷资料，E-2000型的插针则为陶瓷-金属的复合结构。
小型化之二是开发习惯带状光纤的多芯光纤衔接器，即MT型的系列光纤衔接器。例如，日本藤仓公司选用了mini-MT衔接器套管，研发出体积更小、又完全符合日本家电衔接器RJ-45规范要求的MT-RJ型二芯光纤衔接器;美国US-Conec公司以MT元件为根底，研发了能够衔接4，8，10，12芯光纤的MTP/MPO型光纤衔接器;美国Siecor公司的小型MT光纤衔接器，即小型MAC型衔接器，它最多只能用于4芯光纤;此外，美国Berg电子公司也为光纤带研发了小型MAC型衔接器，该衔接器能够衔接2-18芯光纤。这些衔接器的插芯均选用聚合物资料制成。估计若干年后，小型化的单芯光纤衔接器、以带状光纤衔接器为主的多芯光纤衔接器将与现在许多运用的直径为2.5mm插针的衔接器并贺齐驱，构成鼎足之势的局势。
三、光纤耦合器的宽带化
当时，能进行大批量出产单模光纤耦合器的办法是熔融拉锥，当光纤纤芯变细构成双锥时，因为模场直径的扩展，使一根光纤的信号能够耦合到另一根中去。在这种办法中，因为光纤之间的耦合系数与波长有关，所以光传输波长发生改动时，耦合系数也会发生改动，即耦合器的分光比发生改动，一般分光比随波长的改动率为0.2%nm。这种耦合器答应的带宽一般只要±20nm，称为规范型耦合器。明显，在答应的带宽范围内，分光比的改动≤±4%。这种耦合器可称为波长平整型耦合器。所以宽带化是耦合器的一个重要开展方向。
为制作宽带耦合器，许多公司在深入研讨熔融双锥耦合理论或进行许多实践的根底上，对熔融拉锥的工艺进行了改进。例如，考虑到熔融双锥的耦合是周期性的，耦合周期愈多，耦合系数与传输波长的联系愈大，所以应尽量削减熔融拉锥中的耦合次数，最好在一个周期内完结耦合;又如，改动两要光纤的转播常数也可减小耦合系数与传输波长的联系，所以可选择两根不同纤芯直径的光纤进行熔融拉锥，也可对一根光纤腐蚀或预拉伸后再与另一根光纤一同进行熔融拉锥。
选用分立元件组合结构平和面波导结构，能够从根本上改进耦合器的带宽性。在分立元件结构的耦合器中，一般选用半透膜进行分光，能够经过膜层的规划和制作到达需求的带宽特性，在平面波导结构的宽带耦合器，带宽能够到达350nm，这是现在熔融锥法难以到达的。
四、波分复用器的密布化
当时运用的波分复用器主要是二波长的复用器，如1310/1550nm、980/1550nm和1480/1550nm3种，前者用于通讯线路，后边两种用于光纤放大器，其制作办法也是熔融拉锥。跟着密布波分复用体系的开展，多波长复用器的需求正在添加，因此复用体系的开展，多波长复用器的需求正在添加，因此复用波长之间的距离正在缩小。波长之间的距离为20nm时，一般称为粗波分复用器(CWDM);波长之间的距离为1-10nm时，一般称为密布波分复用器(FDM)。有时也抽象地将这些多路复用器称为密布波分复用器。密布化是波分复用器的开展方向。 依据制作办法的不同，密布波分复用器主要有3品种型：薄膜滤波器型、光纤布拉格光栅型和阵列波导光栅型。
薄膜滤波器是将多层介质膜置于2个1/4节距的自聚集透镜之间,使用多层介质膜的干与效应，制成对某一波长通明的带通滤波器(BWDM)，当复用的波长旁轴入射时，只要一个波长透射，其他波长则反射。数个这样的复用器连在一同，就可构成密布波分复用器。这种产品的一般功能为：通带宽度约13nm，隔离度≥25dB，回波损耗≥55dB，刺进损耗≤4dB。
光纤布拉格光栅型使用紫外光诱导光纤纤芯的折射率发生周期性的改动，当折射率的周期性改动满意布拉格光栅条件时，相应的波长反射，其他波长则顺畅经过。这种反射型光栅相当于一个带阻滤波器，又称切趾滤波器或切趾布拉格光栅。多相这样的光栅以必定的办法能够组成密布型波分复用器。
阵弄波导光栅型是选用平面波导的光子集成器材，其根本结构由3部分组成：输入/输出(I/O)光波导阵列、自在转播区平板波导和曲折波导阵列。当曲折波导之间的相位差满意光栅方程时，这种阵列波导即可完结复用/解复用功用。日本NTT研发出复用400个波长的波导阵列光栅，波长距离为0.2nm，隔离度为30dB，每通道损耗为3.8-6.4dB，尺度为124mm×64mm。惯例用的32或64波长的AWG的波长距离为0.8nm，隔离度为28dB，每通道的损耗为2-3dB。
当时这3种密布波分复用器技能以薄膜滤波器型最为老练，约占总商场的45%;其次是阵列波导光栅型，约占总商场的40%;光纤布拉格光栅型比较适宜于制作50GHz(波长距离为0.4nm)的密布波分复用器，约占总商场的15%。
五、光开关的矩阵化
近年来，跟着密布波分复用体系和全光通讯网的研讨，要求在各结点上的交流，如光穿插衔接(OXC)、光分插和复用(OADM)和维护倒换，直接在光层中完结，这就需求光开关。因为这些结点上进行交流的光纤和波长数量许多，所以这种光开关应当是大端口数的矩阵光开关。
大端口数的矩阵光开关一般由单个的1×2或2×2光开关级连而成。传统的机械式光开关尽管在刺进损耗、隔离度、消光比和偏振敏感性方面都有杰出的功能，但它的尺度比较大，动作时刻比较长，一般为几十毫秒，不易组成大端口数的矩阵光开关。而非机械式光开关，主要是电光式的波导光开关，其开关速度在毫秒级到亚毫秒级，体积十分小，易于集成为大端口数的矩阵光开关，但共刺进损耗、隔离度、消光比和偏振敏感性等功能都比较差。为此，近年来呈现了能集成大规模矩阵阵列而又有杰出功能的两种新式光开关，即微机械光开关(MEMS)和热光开关。
微机械光开关是在平面光波导的基体帛制成机械光开关的动作组织，例如选用深蚀刻、浅分散工艺，可制作出悬臂梁作为光开关的可动部分，悬臂梁的旁边面可用作反射镜。在可动和固定部分之间的梭齿式穿插电极上没有电压时，光路有反射输出;加上电压时，悬臂梁在静电力的效果下发生一个位移，悬臂梁侧壁的反射输出为零，然后完结光的转化。
热光开关经过加热使光波导折射率发生改动，然后改动光输出方向。便如，气泡型光开关是两条平面光波导的穿插点上，蚀刻一条管沟，管沟内注入折射率匹配液，因此波导内的光信号能够进行直线传输。选用相似复用机中的热喷墨技能，在波导穿插点的匹配液内发生一个气泡，光信号在气泡的全内反射效果下，被反射到另一个光波导，然后完结光的转化。
现在国外大端口数的矩阵开关的功能已足以满意全光网的交流要求。例如，美国朗讯公司选用mems技能已研发出1296端口的光穿插衔接，刺进损耗为5.1db，隔离度为38dB。Agilent公司研发的32×32气泡型光开关，最大损耗为7.5dB。微机械式的转化时刻仅为3.7ms，气泡型也小于10ms。
六、无源器材的集成化
由上可见，无论是在耦合器的宽带化，仍是在波分复用器的密布化以及光开关的矩阵化中，光子集成都是一条重要途径，乃至是专一的途径。此外，光子集成器材还有体积小，易于大规模出产、本钱低一级长处，所以光子集成成化是许多光纤无源器材的开展方向。光子集成器材有时也称平面型光无源器材。依据基体的品种，光波导的铌到锂镀钛光波导、硅基体堆积二氧化硅光波导、InGaAsP/InP波导和聚合物(Polymer)波导。
铌酸锂镀钛光波导技能的开发较早，其主要工艺进程是：首要在铌酸锂基体上用蒸腾堆积或溅射堆积的办法镀一层钛膜，然后进行光刻，构成需求的光波导图形，再进行分散，并镀上二氧化硅维护层，制成平面光波导。该波导的损耗较大，一般为0.2-0.5dB/cm。
硅基二氧化硅光波技能是20世纪90年代开展起来的新技能，国外已比较老练。其制作工艺有火炎水解法(FHD)、化学气相淀积法(CVD,日本NEC公司开发)、等离子CVD法(美国Lucent公司开发)、多孔硅氧化法和熔胶-凝胶(Sol-gel)等。这种波导和损耗很小，约为0.02dB/cm。国外使用这种波导已研发出60路、132路的AWG。
InGaAsP/InP光波导的研讨也比较老练，它可与InP基的有源与无源光子器材及InP基微电子回路集成在同一基片上，尽管它与石英光纤的模场不匹配，与光纤的耦合损耗较大，但能够光回路中引进SOA加以补足。 聚合物(Polymer)光波导是近年研讨的热门。这波导的热光系数和电光系数都比较大，很适合于研发高速光波导开关、AWG等。德国HHI公司使用这种波导研发成功AWG在25-65℃的波长漂移仅为±0.05nm。聚合物波导及器材制作工艺简略，价廉，很有开展前景。
现在选用平面波导技能制作的无源器材不只有宽带耦合器、波导阵列光栅(AWG)、大端口数矩阵光开关，并且还有多模干与分束器，星形耦合器、波长隔离器以及硅微机械F-JP腔可变式衰减器等。因为它能够与有源器材以及微电子回路集成在同一基片上或封装在同一壳体内，构成混合集成光路，所以出路不可限量。
