拉锥式耦合器原理及制作

拉锥式耦合器原理及制作培训人：周进文,目录,光纤基本知识耦合器器件介绍耦合原理概述参数验证实验烧结制作流程,光纤基本知识,什么是光纤？是一种纤芯折射率比包层折射率高的石英玻璃丝。光纤基本结构：,包层（Cladding）,纤芯（Core）,涂覆层（Coating）,光纤的分类,单模光纤（SMF）纤芯：9-10um工作波长1310nm/1550nm多模光纤（MMF）,DC：62.5/125umCC：50/125um工作波长850nm/1300nmXC：100/140um,耦合器器件介绍,耦合器（Coupler）使光信号在耦合区发生耦合，并进行再分配的器件。分类,制作方式,抛磨型耦合器,熔融双锥型耦合器,微弯型耦合器,侧面补偿型耦合器,C-WD-AC-50-S-1210-35-NC/NC,C-WD:产品名称A:光纤种类（D、C）C:穿线方式（L）50：分光比S:出货等级（H、A）12：端口形式（22）10：出纤长度（05、15、20）35：工作波长（13、15、85、RX）NC/NC：无连接头（FC/FC、SC/SC等）,耦合器各参数介绍,分光比C.R（CouplingRatio）,附加损耗E.L（ExcessLoss）,插入损耗I.L（InsertionLoss）,偏振敏感损耗P.D.L(PolarizationDependentLoss),回损B.R（BackReflection）,关系推导1：已知C.R、EL，求IL1、IL2？IL1=-10*LOG10(1-C.R)*10(-EL/10)IL2=-10*LOG10(C.R*10(-EL/10)关系推导2：已知IL1、IL2，求C.R、EL？C.R=10(-IL2/10)/(10(-IL1/10)+10(-IL2/10)EL=-10*LOG10(10(-IL1/10)+10(-IL2/10),熔融拉锥法FBT（FusedBiconicalTaper）,熔融拉锥法就是将两根（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式。,耦合原理概述,熔融拉锥系统示意图,耦合机理,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。,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)是直通臂的光功率，P2(z)是耦合臂的光功率，z为拉锥长度，C为耦合系数，F2为最大耦合比。其中；,主光纤的归一化功率随拉伸长度的变化,耦合比率与熔融拉锥长度的关系,宽带单模耦合器,当前光纤通信中采用的1310nm或1550nm的半导体激光器一般都有30nm的波长偏差，因此需要耦合器在一个较宽的波长范围都能达到设计要求。目前通信领域的宽带耦合器的一般要求：1310nm1550nm双窗口，每窗口带宽50nm、分光比的变化不大于5%。,宽带耦合器制作原理,用熔融拉锥工艺制作宽带耦合器的原理如图：,C,D,1、拉伸停止在C点，器件性能对波长最不敏感，离开C点，波长敏感性逐渐增大，因此，如果拉伸停在C点，就能在相应的中心波长获得最大的工作带宽，即“单窗口宽带耦合器”。2、如果拉伸停在D点，就能够改善两个中心波长的工作带宽，即获得“双窗口宽带耦合器”。,在两光纤耦合过程中，其耦合系数C是包含波长的量，因此，耦合系数对波长是敏感的，在制作过程中，可以通过改变熔融拉锥条件，来增强这种敏感性，从而制成波分复用器。(WDM：WavelengthDivisionMultiplexing)如拉锥曲线图，拉伸终止在E点，两输出端口的一端将获得1310nm波长的全部输出光功率，而另一端获得1550nm波长的全部输出光功率。,熔融拉锥型WDM耦合器,1.火温对不同波长停火时分光比的影响,参数验证实验,停火点,2.预拉长度对不同波长分光比第一个峰值的影响,