無源光分支器

隨著寬頻需求的不斷發展，特別是在實現光纖到戶的工程建設中，為充分利用光纖頻寬資源減少出局光纜數量，減少了線路側設備連線埠占用。無源分支器在光纖接入網中將具有舉足輕重的作用。

無源光網路（PON）是目前解決接入網、實現FTTx的最具吸引力的技術。所謂“無源”是指光分配網路（ODN）中不含有任何有源電子器件及電源，全部由光分路器（splitter）等無源器件組成。

無源光網路按信號分配方式可以分為功率分割型無源光網路（PSPON）和波分復用型無源光網路（WDMPON）。目前的APON、BPON、EPON和GPON均屬於PSPON。PSPON採用星型耦合器分路，上/下行傳送採用TMMA/TDM方式實現信道頻寬共享，分路器通過功率分配將光線路終端（OLT）發出信號分配到各個光網路單元（ONU）上。WDMPON是將波分復用技術運用在PON上，它的分路是通過波長分路器（主要由陣列波導光柵（AWG）構成），將下行信號解復用後分配給指定的ONU，同時把上行信號復用到一根光纖後送到OLT。目前WDMPON系統面臨的最大困難是器件成本過高，多數仍處於實驗室的理論研究階段。本文暫不討論波分復用型無源光網路（WDMPON），因此後面所討論的“無源光分支器”僅指功率分割型無源光分支器。

基本介紹

• 中文名：無源光分支器
• 外文名：Passive optical splitter

功率分割型無源光分支器技術與原理

分光器又稱光纖耦合器（coupler），是將光信號從一條光纖中分至多條光纖中的元件，屬於光無源器件領域。分光器按原理可以分為熔融拉錐型（FBT）和平面波導型（PLC）兩種。

熔融拉錐技術是將經過處理的兩根光纖緊靠在一起，在拉錐機上加熱使其熔融拉伸。當位於熔合區內的纖芯面積已經小到了無法維持各自導模的程度，這時熔融區就形成了一個新的合成波導，信號被耦合成這一波導的兩個基模，這兩個模之間隨拉伸長度的漲落導致了能量的轉移，一根光纖中的一部分光耦合到另一根光纖中，最終在加熱區形成雙錐體形式的特殊波導結構。隨著光纖扭轉的角度和拉伸的長度變化，分光比例也不同。熔融拉錐系統通過實時監控分光比的變化來實現特定的分光比，分光比達到要求後結束熔融拉伸。輸出端保留兩根光纖實現所需的分光比，輸入端可以根據套用的需要保留兩根或一根，保留兩根光纖作為多路輸入的分光器稱X型；保留一根光纖作為輸入端，另一根入端光纖做終止處理的分光器稱Y型。目前成熟拉錐工藝一次可能拉1´4分光器，即4根光纖緊靠拉錐。1´4以上光分路器則用多個1´2光分路器級聯在一起，再整體封裝在分路器盒中。

平面波導型分光器是微光學元件型產品，採用光刻技術，在介質或半導體基板上形成光波導，實現分支分配功能。平面光波導技術是用半導體工藝製作光波導分支器件，分路的功能在晶片上完成，可以在一隻晶片上實現1×32以上分路，然後，在晶片兩端分別耦合封裝輸入端和輸出端多通道光纖陣列。採用平面光波導技術能做成不同結構與功能的集成光波導型耦合器。

熔錐拉錐型分光器製作方法簡單，成本較低，技術成熟，目前國內生產廠家眾多，可選範圍大。在低分路比（1´2、2´2、1´4、2´4）的情況下，熔融拉錐型分光器具有價格優勢，但在高分路比（1´16、1´32等）的情況下，熔融拉錐型分光器級聯複雜，性能和成本與平面波導型分光器相比均處於劣勢。

平面波導型分路器製作設備較為昂貴，技術門檻較高，晶片被國外幾家公司壟斷，國內能夠大批量封裝生產的企業集中在幾家大的光器件廠商。相比於熔融拉錐型分光器，平面波導型分光器具有體積小、性能穩定、技術指標較好等優勢，在高分路比的情況下優勢比較明顯。

無源分光器的技術參數

作為無源器件，分光器的主要技術參數有分路數、分光比、頻寬、附加損耗、插入損耗及其均勻性、回波損耗和方向性。

分路數

分路數表征分光器輸入和輸出端個數信息，例如2個輸入端，16個輸出端的分光器描述為2´16分光器。

分光比

分光比定義為分光器各輸出連線埠的輸出功率比值，例如一個1´2平均分光的分光器，分光比為50:50。

頻寬

頻寬指分光比基本不變時所傳輸光信號的頻頻寬度。

附加損耗

附加損耗定義為分光器所有輸出連線埠的光功率總和與輸入端光功率之比。附加損耗是體現器件製造工藝質量的指標，反映的是器件製作過程的固有損耗，這個損耗越小越好，是製作質量優劣的考核指標。

插入損耗

分光器的插入損耗定義為分光器一個輸出端光功率與輸入端光功率之比，即。插入損耗包括兩方面因素，一部分是附加損耗，另一部分是分光比的因素。器件的分光比不同，插入損耗各有差異。

插損均勻性

均勻性也稱分光比容差，是指均勻分光的多連線埠分光器，各輸出連線埠光功率的最大變化量。

回波損耗

回波損耗又稱為反射損耗，定義為分光器一個輸出連線埠的後向反射光功率與輸入光功率之比。回波損耗越大越好，以減少反射光對光源和系統的影響。

方向性

分光器的方向性是衡量器件定向傳輸特性的參數。

無源分光器的選用

目前有兩種類型功率分割型光分支器可以滿足分光的需要：一種是利用傳統的拉錐耦合器工藝生產的熔融拉錐式光纖分路器（FBTSplitter）；一種是基於光學集成技術生產的平面光波導分路器（PLCSplitter）。

熔融拉錐技術是將兩根或多根光纖捆在一起，然後在拉錐機上熔融拉伸，並實時監控分光比的變化，分光比達到要求後結束熔融拉伸，其中一端保留一根或兩根光纖作為輸入端，另一端則作多路輸出端。目前成熟拉錐工藝一次只能拉1´4以下，1×4以上器件，則用多個1×2連線在一起，再整體封裝在分路器盒中。

平面光波導技術是用半導體工藝製作光波導分支器件，分路的功能在晶片上完成，可以在一隻晶片上實現多達1×32以上分路，然後，在晶片兩端分別耦合封裝輸入端和輸出端多通道光纖陣列。