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光行天下 -> 激光與光通信技術(shù) -> 光纖耦合器的回波損耗 [點此返回論壇查看本帖完整版本]

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杜偉

2005-11-09 15:27

光纖耦合器的回波損耗

隨著光纖通信系統(tǒng)容量和速率的不斷提高，光器件尤其是光纖無源器件(Passive device)的回波損耗(Return loss，以下簡稱回損)的重要性越來越引起用戶和制造商的重視。也許我們在談到連接器(Connector)和隔離器(Isolator)等器件時，回損的問題就被高度重視。可是對于耦合器的回損卻常常被忽略。有的制造商甚至為了降低成本，或誤認為反正客戶不重視這項指標(biāo)，所以就不對其進行嚴格的測試。其實這是一種極不負責(zé)的做法。因為不管是連接器還是耦合器，回損對于系統(tǒng)性能的危害是一樣的。

那么是不是耦合器的回損天生就不成問題而被忽視呢?答案是對2×2耦合器來說是對的，但對1×2耦合器來說就不是如此。因為在2×2耦合器內(nèi)除了光纖本身的瑞利散射外沒有其他的光反射源。所以只要耦合器的尾纖(Pigtail)不太長，回損都能達到70dB以上。但對于1×2的耦合器來講情況就不一樣了。由于不需要的那一端必須去除，而回損的大小是由光纖端面處理的好壞決定的。對于數(shù)字孔徑(NA)為0.11左右的單模光纖，就像連接器一樣，只要把光纖端面的角度處理成8度以上，回損就可大于65dB。但對于數(shù)字孔徑大于0.20的多模光纖來說，即使光纖端面角度很大，回損也不會大于40 dB。下面就讓我們來分析一下目前一些主要的耦合器制造商的端面處理方法及其存在的問題和優(yōu)缺點吧。

通常的做法是把耦合器的分光路光纖與回損測試儀的光纖相連接，一邊看著回損的讀數(shù)，一邊用工具切斷光纖，一直到回損達到要求為止。不論光纖端面的角度究竟是多少，只要回損合格就行。唯一要小心的是如果角度太大，在進行端頭保護時光纖端面容易破碎或玻璃碎屑掉到光纖表面使回損變差。這種方法的好處是可以實時觀察回損大小，成品率高。缺點是增加了勞動成本和儀器折舊費。

目前有許多公司包括一些有名氣的耦合器制造商為了減少光纖端面處理(Termination)的時間，干脆不用回損測試儀來監(jiān)控，隨機地切斷光纖，然后用折射率匹配膠將光“引”出來，以此來提高回損。這種方法果然可以節(jié)省儀器設(shè)備和幾分鐘勞動時間，但風(fēng)險很大。第一，只靠光纖端面處理不能保證得到高的回損，還要靠膠的“幫助”。而這種“幫助”的可靠性值得懷疑。如果在光纖端面處理后立即進行復(fù)測，則與實時監(jiān)測并無差別。如果要等到最后一步才測試，則有可能因合格率的降低而得不償失。但如果從頭到尾都不測，這是對產(chǎn)品質(zhì)量極不負責(zé)的做法。

更值得一提的是這種膠(大多數(shù)用UV固化的膠)與光纖端面的附著力小，經(jīng)過長期的熱脹冷縮和老化，可能在光纖端面與膠之間形成空氣間隙，輕者回損嚴重下降，重者構(gòu)成一個“法玻利珀羅腔”，造成光功率不穩(wěn)，那才真正是災(zāi)難性的后果。還有一個鮮為人知卻是非常重要的事實: 在某些情況下回損隨溫度而變化。由于在Bellcore標(biāo)準中，沒有對回損的溫度特性做出規(guī)定，所以一般都忽視了這個問題。既然我們在產(chǎn)品規(guī)格中規(guī)定了回損和工作溫度范圍兩項指標(biāo)，這就表明必須在整個工作溫度范圍內(nèi)都應(yīng)該達到所要求的回損。不幸的是這個問題被絕大多數(shù)客戶和制造商所忽略。根據(jù)作者的實驗結(jié)果，一個在常溫下回損只有50 dB的耦合器，在溫度-40~+85度范圍內(nèi)最低的回損可能不到40 dB。但如果系統(tǒng)確實要求在所有工作溫度下大于50 dB的回損，通信系統(tǒng)會不出問題嗎? 所以作者認為制造商若不把這種真實情況告知客戶，實際上是把方便留給了自己的現(xiàn)在，而把危險留給了客戶的將來。

造成回損隨溫度變化的主要原因是與光纖端面接觸的膠(或其它物質(zhì))的折射率隨溫度而變化，所以根據(jù)菲涅兒定律可知，光的反射角和反射率以及回損也都隨溫度而變化。由此可知作者為何強調(diào)只有50多分貝回損的耦合器容易隨溫度變化。因為如果耦合器的回損只有50 dB，這就意味著端面的角度小于8度(可能在5度左右)，這時候只要膠的折射率隨溫度稍有變化，回損也就明顯的跟著變化。但是如果回損大于65 dB，這就意味著光纖端面角度大于8度，即使膠的折射率隨溫度而有所變化，回損也不至于有太大的變化。根據(jù)作者大量的實驗結(jié)果表明，如果要在全部工作溫度范圍內(nèi)仍能達到55dB回損，那么在常穩(wěn)下回損必須保證在60dB以上。

美國Lightel，臺灣UMEC和大陸的嘉隆科技已經(jīng)采用自行研發(fā)的工具和工藝解決了上述問題，能在不用回波損失測試儀的監(jiān)測的情況下，幾乎100%地達到60dB以上的回損。而且用多種不同折射率和材質(zhì)的膠做試驗，在-40到+85度范圍內(nèi)回波損失沒有明顯變化。也不需要改變耦合器現(xiàn)在的包裝方法和長度。由于采用了這種光纖端面處理的新方法，回損不受光纖端頭保護材料的影響，這就使我們有可能采用更可靠的包裝結(jié)構(gòu)。相信隨著我們的新方法的全面推廣應(yīng)用，Lightel將為光纖耦合器的使用者和制造者都能提供獲得高回損耦合器的最滿意的解決辦法。

kyo12123	2005-11-09 19:33
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toupi	2005-11-11 16:11
好文,多謝! WP^wNi ~> Ac}5, 另,回波損耗是廣泛的存在于利用光纖傳輸?shù)漠a(chǎn)品中? ~Ds3-#mMy 還是只存在于文中提到的光纖通訊中?

liquor	2007-03-07 04:15
very good, thanks a lot

liquor	2007-03-07 04:16
Thanks

jyhwutw	2007-04-07 23:40
thanks a lot

agassi	2008-01-09 20:00
Thanks very much!

chx.ciomp	2010-06-11 10:25
學(xué)習(xí)了

sz123	2010-06-23 10:42
非常有用的，很感謝有幸讀到此文

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