卓立汉光机产品在光通信行业中的应用-光无源器件篇

卓立汉光机产品在光通信行业中的应用 ——光无源器件篇 关键词：光通信、光无源器件、封装、耦合、卓立汉光产品 摘要：本文光无源器件的分类、封装类型、结构和电性能做出简要介绍，并对对光无源器件生产过程中，卓立汉光可提供的工装方案、设备改进等方面做说明。引子： 2013年8月19日国务院发布《“宽带中国”战略及实施方案》，其中提到“加大对关键设备核心芯片、高端光电子器件、操作系统等高端产品研发及产业化的支持力度。72 “宽带中国战略的实施，有利于促进相关产业，特别是光通信产业(包括光传输、光接入、光配套设备、光纤光缆制造及光器件制造等)的快速发展，有利于推动新一代光传送网、下一代接入网技术的应用和发展，有利于催生新一代的光电子集成器件、模块及芯片的出现及应用。宽带中国战略的实施，将带动一个从网络设备制造商、电信运营商、应用服务提供商到终端制造商的超过万亿元的庞大市场。 光传输与交换、光接入和光器件是光通信产业中市场容量最大的部分，而光器件产业又是近年发展势头最为迅猛的领域。光器件是光纤通信系统的基础与核心，同时也是发展的关键，是光纤通信领域中具有前瞻性、先导性和探索性的战略必争高技术，也最能够代表一个国家在光纤通信技术领域的水平和能力。数据显示：我国光纤通信技术和产品设备已经处于世界领先水平，拥有世界最大最完整的光通信产业链，我国也成为世界上光通信器件产品输出大国。 随着全球通信光电子器件研究的高投入和迅速发展，国内有关单位的专家、领导和科研人员对该领域的技术发展越来越重视，特别是在国家各类科研项目和产业化项目的大力支持下，我国通信光电子器件技术的进步较快，一些实用化器件已逐步进入商用化阶段，有力地支持了国产光通信设备的研制和发展，初具规模的光电子器件产业已经形成，并实现了高速发展。 光通信器件分为光有源器件和光无源器件，本文就光无源器件的分类、封装类型、结构和电性能做出简要介绍，并对对光无源器件生产过程中，卓立汉光可提供的工装方案、设备改进等方面做说明。 1光无源器件的分类 光无源器件是一种不必借助外部的任何光或电的能量，由自身能够完成某种光学功能的光学元器件，其工作原理遵守几何光学理论和物理光学理论，各项技术指标、各种计算公式和各种测试方法与纤维光学和集成光学息息相关。光无源器件根据不同的制作工艺可分为纤维光学无源器件和集成光学无源器件；光无源器件按其具备的不同功能可分为：光纤准直器、连接器、光耦合器、光衰减器、光隔离器、光波分复用器、偏振光合波器、光开关、光环行器等。 1.1光纤准直器件 光纤准直器(collimator)由尾纤与自聚焦透镜精确定位而成。它可以将光纤内的传输光转变成准直光(平行光)，或将外界平行(近似平行)光耦合至单模光纤内。 图1.1光纤准直器的封装外形图 1.2光纤连接器 光纤连接器，是光纤与光纤之间进行可拆卸(活动)连接的器件，它把光纤的两个端面精密对接起来，以使发射光纤输出的光能量能最大限度地耦合到接收光纤中去，并使由于其介入光链路而对系统造成的影响减到最小，这是光纤连接器的基本要求。在一定程度上，光纤连接器影响了光传输系统的可靠性和各项性能。 图1.2光纤连接器的对接原理图 光纤连接器应用广泛，品种繁多。按传输媒介的不同可分为常见的硅基光纤的单模和多模连接器，还有其它如以塑料光纤连接器对接原理胶等为传输媒介的光纤连接器；按连接头结构形式可分为： FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等等各种形式；按光纤端面形状分有 FC、PC(包括 SPC 或UPC) 和 APC；按光纤芯数划分还有单芯和多芯(如MT-RJ)之分。在实际应用过程中，我们一般按照光纤连接器结构的不同来加以区分。常用的三种接头结构形式的连接器如下图所示。 图1.3 ST型光纤连接器 图1.4 FC 型光纤连接器 图1.5 LC型光纤连接器 1.3光耦合器 光耦合器是重要的光无源器件，可使传输中的光信号在特殊结构的耦合区域发生耦合，然后进行再分配。从功能上可分为光功率分配耦合器和光波长分配耦合器。常见为平面波导型光功率分配器。 图1.6 PLC光分路器封装外形图 1.4光衰减器 光衰减器是重要的光学无源器件，常用于在系统中吸收或反射掉光功率余量，评估系统的损耗及各类测试中。光衰减器可以根据用户的要求将光信号进行预期的衰减，类型很多。大概可分为位移型光衰减器、直接镀膜型光衰减器、衰减片型、液晶型光衰减器。 中心组合件 图1.7 MATT 系列光衰减器结构图 图1.8 MATT系列光衰减器封装外形图 1.5光隔离器 光隔离器主要解决光路中光的反射问题，它是只允许光线沿光路正向传输的非互易性无源器件。其工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。o通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离。主要包括两类，空间型偏振相关光隔离器、偏振无关光隔离器。 图1.991310/1550单双极光隔离器 1.6光波分复用器 波分复用技术是光纤通信中的一种传输技术，它利用一根光纤可以同时传输多个不同波长的光载波的特点，把光纤可能应用的波长范围划分为若干个波段，每个波段用作一个独立的通道传输一种预定波长的光信号。这样大大提高了单模 光纤的带宽利用率。光波分复用器是对光波波长进行分离和合成的光无源器件。光波分复用器的一个端口，作为器件的输出/输入端，N个端口作为器件的输入/输出端。 值得一提的是，阵列波导光栅(AWG)通常用于波分复用 WDM 系统中的光复用器optical(de)multiplexers，这些设备能够把许多波长的光复合到单一的光纤中，从而提高光纤网络的传播效率。 阵列波导开关基于不同波长的光相互间线性干涉的基本光学原理，这意味着，如果每个通道使用有细微波长差别的光，许多通道的光能够被单一的光纤的携带，而只有可忽略的信号串扰。阵列波导开光，在传送端，可以将多个通道的光复合入单一光纤中，同时，在接收端，也可以将这些光重新分离出来。 图1.10多模波分复用器 1.7偏振光合(分)束器 由于生产普通光纤难以克服的椭圆度和残余应力，以及在使用过程中不可避免的外力和磁场的影响，所以普通光纤将随机改变在其中传输的两个简并模的相位差，使其偏振态随机变化。偏振光合束器就是将两束偏振方向正交的线偏光合成一束。 图1.11偏振光分束器 1.8光开关 光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口，其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作的光学器件。光开关是一种光路转换器件。在光纤传输系统，光开关用于多重监视器， LAN， 多光源，探测器和保护以 太网的转换。在光纤测试系统，用于光纤，光纤设备测试和网络测试，光纤传感多点监测系统。根据工作原理可分为机械式和非机械式两类。 图1.12偏振光分束器 1.9光环行器 光环行器是使光信号只能沿着固定路径进行环行传输的器件，其基本功能如下图所示。一束光入射到端口1，然后从端口2射出，但是从端口2反射回来的光线，从端口3射出，而不是发射到端口1。 图1.13光环行器 2光无源器件制造、生产过程中卓立汉光可提供的产品 国内无源器件厂商以武汉光迅科技、深圳昂纳、仕佳科技等公司为代表。主要产品为光纤放大器、波分复用器、光开关、光纤衰减器、光纤耦合器、平面波导型光功率分配器(PLC)、波导阵列光栅(AWG)、光波长转换器、色散补偿器、光环形器、光隔离器、波长锁定器等。在 PLC 芯片和 AWG 芯片耦合过程中要用到的耦合平台如下图所示。 图 2.1 典型的 PLC 芯片和 AWG芯片 光无源器件在制造、生产过程中，主要采用3~6维的手动或电动精密位移台等产品，常见美国、日本厂商的设备，但由于外购设备，采购周期长、采购成本和维护成本较高，往往造成产品生产成本过高，产品的性价比下降。参见下图： 图2.2手动耦合台(某进口设备) 图2.3半自动耦合台(某进口设备) 图2.4全自动耦合台(某进口设备) 偶见部分国内厂商提供类似的设备，但调整用的位移台产品灵敏度较低、操作性较差，，导致光无源器件的生产效率降低、良品率下降，变相增加了生产成本。 图 2.5自动合系统(某国产设备) 北京卓立汉光仪器有限公司广泛了解并掌握了光无源器件厂商在制造、生产过程中的需求，逐步推出多个系列的手动、电动位移台产品，在降低相关厂商的采购成本、缩短采购周期的同时，提供高灵敏度的手动、电动位移台产品，为光无源器件的国产化，提供更好的选择。 卓立汉光可提供的手动产品包括： NFP系列产品： FP系列产品： KSM系列产品 PSM 系列产品： 卓立汉光可提供的电动产品主要为 NFPA系列产品： 39 除了各类手动、电动位移台产品外，我们还可提供各类工装、卡具附件及测试设备，包括： 面包板 CCD 及镜头 聚焦透镜安装座 光纤开头安装座 3光无源器件制造、生产过程中使用卓立汉光产品的实例： 使用PSM系列产品的光纤跳线耦合设备 使用NFP系列产品的CWDM 耦合设备 使用 KSM 系列产品的光隔离器耦合设备 使用 APFP 系列产品的光纤准直器调节设备 使用 NFP 系列产品的 PLC 调节设备 使用 APFP 系列产品为主体的光波导(WG)耦合系统