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光无源器件技术综述万助军中科院上海微系统与信息技术研究所博士

生上海上诠光纤通信设备有限公司技术顾问光无源器件是光纤通信中不可或缺的部分，

本文综合介绍各种光无源器件技术原理、特摘要：光纤准直器设计等°减反射角、点以及部分工

艺考虑，内容包括高斯光束能量耦合、光纤头的8单元技术和光纤连接器、晶体光学器件、波分

复用器、光开关等器件技术，希望对从事光无源器件设计和制造的工程师有参考作用。FBT

言绪一.

关键词：光无源器件，准直器，隔离器、环形器、光开关、适应信息社会对通

信容量的要求，光纤通信已经取代电子通信。低损耗光纤、半导体激使光纤通

DWDM+EDFA光器和掺铒光纤放大器是使光纤通信成为可能的三个关键因素，

而信容量得到空前扩展。在光纤通信系统中，各种光无源器件扮演着不可或缺的

角色，本文将综合介绍各种光无源器件技术原理及特点。下文的组织结构是，

[1]

第二部分介绍光无源器件中用到的基础知识和单元技术；第三部分对光纤连接器

的一些特性进行分析；第四部分介绍各种晶体光学器件的结构、原理和发展情况；

第五部分介绍波分复用器的原理和结构；第六部分介绍各种光开关的原理、结构

和特点；第七部分介绍各种光衰减器的原理、结构和特点；第八部分介绍光纤熔

融拉锥器件的基本原理和各种具体器件的实现方式；第九部分为全文总结。需

要说明的是，限于本文作者的知识水平和研究经历，对某些技术有较深入的分析，

如型波分复用器和光纤熔融拉光纤头、光纤准直器、光纤连接器、光隔离器、光

环形器、Filter、光开关和可调光衰减器等，这锥器件等，对某些技术则大致介

绍结构和原理，如Interleaver些都是为了聊补本文的完整性，以顶住光无源器件

技术综述这顶帽子。考虑本文的读者对象是从事光无源器件设计和制造的工程师，

作者尽量少用复杂的公式，但在某些场合，公式有50个公式。助于理解问题和

说明一些重要结论，因此本文中仍出现多达基础知识和单元技术二.

高斯光束的能量耦合1.在尾纤为单模光纤的光无源器件中，光束可用高斯近似

处理，器件的耦合损耗可用高斯光束之间的耦合效率进行分析。两束高斯光束之

间的能量耦合效率，取决于二者的光场叠加。比率，可用（1）式计算

[2-4]

（1）

dxdyEET

2*21



dxdyEdxdyE

2221

两束高斯光束之间的耦合，可能存在三种失配模式：径向失配X、轴向失配Z

和角向失配θ，如图1所示。耦合失配造成光场重叠误差，从而影响耦合效率，

根据（1）式计算得到1

耦合损耗与各种失配量之间的关系如图2所示，其中取光束束腰半径分别为

200um和5um作对比，分别对应一般准直器和光纤的模场半径。束腰半径为

200um的高斯光束，对角向失配比较敏感，对径向失配次之，对轴向失配则有较

大容差；束腰半径为5um的高斯光束，对轴向失配比较敏感，对径向失配次之，

对角向失配则有较大容差。

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高斯光束的耦合失配