当前位置：文档之家 › 第四章 无源耦合器

第四章 无源耦合器

  • 格式：ppt
  • 大小：1.17 MB
  • 文档页数：71

下载文档原格式

  / 71

合集下载

《耦合器基础知识》课件

《耦合器基础知识》课件


测试方法与步骤
信号源设置
根据测试需求设置信号源的频 率、功率等参数。
测试执行
启动信号源，观察接收设备的 响应，记录相关数据。
测试准备
检查所有设备和工具是否正常 工作，确保测试前的系统连接 无误。
耦合器连接
将耦合器连接到信号源和接收 设备之间，确保连接稳定可靠 。
数据处理与分析
对采集到的数据进行处理、分 析和解读，以评估耦合器的性 能。
与展望
新材料的应用
碳纤维材料
碳纤维具有高强度、轻质、耐腐蚀等优点，可应用于 耦合器的制造，提高其性能和寿命。
高分子材料
高分子材料具有优良的绝缘性能和化学稳定性，可用于 制造高频、高温等特殊环境下的耦合器。
新工艺的探索
3D打印技术
利用3D打印技术可实现耦合器的快速原型制造和个性化定制，提高生产效率和灵活性。
制图软件
如AutoCAD、SolidWorks等，用于绘制耦合器的机 械结构。
数学计算软件
如MATLAB、Excel等，用于进行理论计算和数据处 理。
设计实例分析
实例一
设计一个用于无线通信系统的定向耦合器，要求传输功率为100W，频率范围为 2.4GHz，耦合度为30dB。通过理论计算和仿真验证，最终实现了一个性能稳定的定向
表面处理技术
通过表面处理技术，如镀膜、喷涂等，可改善耦合器的表面性能，提高其导电、导热和耐磨性能。
新应用领域的拓展
物联网领域
随着物联网技术的发展，耦合器在无线通信、传感器网络等领域的应用将得到拓展。
新能源领域
在新能源领域，如太阳能、风能等，耦合器可用于能量转换和传输，提高能源利用效率。
THANKS.
详细描述
无源器件资料

无源器件资料

2.1 无源器件基础知识 (3)工程常用无源器件 (3)无源器件的生产工艺要求 (6)光器件基本知识 (6)微带与腔体的区别 (8)2.2 常用器件分类介绍 (8)微带功率分配器 (8)器件特点 (8)器件用途 (8)器件型号及指标 (9)微带定向耦合器 (12)器件特点 (12)器件用途 (13)器件型号及指标 (13)腔体耦合器 (16)器件特点 (16)器件用途 (17)器件型号及指标 (17)基站耦合器 (40)器件特点 (40)器件用途 (41)器件型号及指标 (41)双频合路器 (48)器件特点 (48)器件用途 (49)器件型号及指标 (49)腔体功率分配器 (51)器件特点 (51)器件用途 (52)器件型号及指标 (52)电桥 (55)器件特点 (55)器件用途 (56)器件型号及指标 (56)腔体双工器 (58)器件特点 (58)器件用途 (59)器件型号及指标 (59)腔体滤波器 (68)器件特点 (68)器件用途 (69)器件型号及指标 (69)光器件 (85)固定光衰减器 (85)光环形器 (86)光隔离器 (87)光纤光缆跳线 (88)单/双窗口宽带耦合器(1*2、2*2 系列) (89)高隔离度波分复用器 (91)滤波片型波分复用器 (92)天线 ........................................................................................ 错误!未定义书签。

天线理论知识 ....................................................................... 错误!未定义书签。

天线的选择原则................................................................... 错误!未定义书签。

第四章-无源耦合器

第四章-无源耦合器


.
26
第四章 无源光耦合器器件
.
27
第四章 无源光耦合器器件
标准熔融拉锥型单模光纤耦合器的功率 变换关系式:
P1(z) cos2(Cz)
P2
(z)
s
in2
(Cz)
(4-15)
.
28
第四章 无源光耦合器器件
图4.5 耦合比率与熔融拉锥长度的关系
.
29
第四章 无源光耦合器器件
在多模光纤中, 传导模是若干个分离的模式, 不仅 应在数值孔径角内, 还要满足
P.D.L1l0og MI(P N OUj)T(dB ) (4.6) MA(PO XUj)T
.
15
线偏振光:
.
16
自然光:
.
17
部分偏振光:
.
18
第四章 无源光耦合器器件
7. 隔离度(Isolation) 波长隔离度定义为被隔离的工作波长在该输出 端的插入损耗。即指光纤耦合器件的某一光路 对其它光路中的光信号的隔离能力。它的意义 是与反映WDM器件对不同波长信号的分离能力。
制作的方法:在制作方法上采用直接拉制法和基本 单元拼接法.
.
36
第四章 无源光耦合器器件
.
37
第四章 无源光耦合器器件
树型耦合器示意图
.
38
第四章 无源光耦合器器件
4.2.5 宽带耦合器: 宽带耦合器（ WBC ） 是利用独特的带宽拓展技术（非对称工艺） 改变器件的波长特性，使带宽拓展到 ±50nm，而且在这个带宽范围内均能满 足低附加损耗、低偏振相关损耗等指标。
熔接法的工作原理: 在双锥体的前半部，随着光纤逐渐变细，原来在光纤中传 播的芯模逐渐变成包层膜并向前传播，在双锥区光信号以使所有光纤“公有化” 了，即发生光耦合。在双锥体后半部分，随着光纤逐件变粗，包层膜又逐渐转换 为芯模，使光功率分配到各个光纤中，这就是多纤星状耦合器的工作原理。
无源光耦合器介绍资料

无源光耦合器介绍资料


项 目 中 心 波 长 带 宽 附 加 损 耗T yp. 偏 振 灵 敏 度M ax. 工 作 温 度 储 藏 温 度
单 位 指 标 nm 1550 nm 20 dB 0.07 dB 0.10 C -40至 + 75 C -40至 + 85
光功率耦合器（分路器）
单模光纤Tap：1/99 ~5/99
分 光 比
插 入 损 耗 ( d B ) 典 型 最 大
1 /9 9 2 0 .6 /0 .2 2 1 .0 /0 .3
2 /9 8 5 /9 5
1 9 .0 /0 .2 2 0 .0 /0 .3 1 4 .1 /0 .3 1 4 .9 /0 .6
光功率耦合器（分路器）
单模光纤Tap：1/99 ~5/99
高温试验 湿热试验 浸水试验 温度循环试验 振动试验 张力试验 冲击试验
85C2C, 336小时 60C2C/90%5%RH, 336小时 43C2C/PH5.50.5, 168小时 -40C2C至+75C2C, 336小时, 共42周期 10Hz至55HZ, 振幅1.52mm, 3个方向, 2小时/方向 0.23kg, 1分钟 1.8m高, 3个方向, 8次/方向
C.RPPOOUUTTi100%
POUT1
PIN
POUT2 POUT n
光耦合器的主要技术参数
四、方向性（Directivity）：也是光耦合器所特有的技术 术语，它是衡量器件定向传输特性的参数。以 X型耦合器为例，方向性可表示为：
PIN1
D.L10lgPPIIN N12 (dB)
PIN2
光波分复用器的光谱响应
光波分复用器（WDM）
光波分复用器技术参数
光波分复用器（WDM）
耦合器基本原理

耦合器基本原理


2.3 工作带宽
单窗窄带耦合器(Standard Coupler) 单窗宽带耦合器(WFC) 双窗宽带耦合器(WIC)
2.4 传导模式
单模耦合器(Singlemode Coupler) 多模耦合器(Multimode Coupler)
耦合器的光学特性参数
1、插入损耗（Insertion Loss，IL） 指耦合器输出端口相对全部输入光功率的减少值。
1-F2sin2(
C F
z)
P2(z)=
F2sin2(
C F
z)
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。
1 2
2 耦合系数 C
1/ F
1
(1 2
4C 2
)2
2U 2K0(Wd r)
rV 3K12 (W )
U
r(k
n2 2 co
2
)
r是光纤半径，d是两光纤中心的间距，
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”。
熔融拉锥型WDM耦合器
在两光纤耦合过程中，其耦合系数C是包含波长λ 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)。
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。
Pin
Coupler
Pout1 Pout2
ILi=
-10×lg
Pouti Pin
2、附加损耗（Excess Loss，EL）
指耦合器全部输出端口光功率总和相对全部输入光功率 的减少值。
作业指导手册—耦合器

作业指导手册—耦合器

耦合器一、耦合器原理耦合器是一种从射频通路中通过耦合将一部分信号取出的无源器件，是带有不同耦合衰减量值的分路器。

它是一类能使传输中光信号在特殊结构的耦合区发生耦合，并进行再分配的器件。

它能将信号不均匀的分成2份（称为主干和耦合端，也称为直通端和耦合端）耦合器的型号较多，比如有5dB、7dB、10dB、15dB、20dB、25dB、30dB、40dB等。

从结构上一般分为微带耦合器和腔体耦合器两种。

腔体耦合器内部是两条金属杆组成一级耦合；微带耦合器内部时两条微带线组成的一个类似于多级耦合的网络。

二、耦合器用途多用于无线基站中，对信号进行隔离和对规定流向的微波信号进行取样。

也作为分布系统延伸链路中接至覆盖天线输出节点的连接器件，该类器件的耦合度量值是由耦合口接至天线辐射输出的额定覆盖功率电平所决定的。

互调抑制≤-120 dBc（+43dBm*2）单系统总功率36dBm以下功率容量均值功率≥200W单系统总功率36dBm及以上≥200W单系统总功率36dBm以下工作温度-50℃—70℃四、耦合器主要性能指标检测端口1、3：可测插损、隔离度、带内波动、驻波比端口2、3：可测耦合度端口1：反射互调1、耦合度检测（1）设置网分的中频带宽为1KHz，POWER为0dBm，对仪表进行双端口校准。

（2）按图连接测试系统，在耦合器的输出端口接匹配负载。

（3）设置网分的工作频段为800—2500MHz，显示参数为S21（4）读取S21曲线上的最小值与最大值。

用最小值的绝对值减去耦合度设计值，再用最大值的绝对值减去耦合度设计值，比较两个差值的绝对值，取最大的一个值即为耦合度。

2、插损及带内波动（1）设置网分的中频带宽为1KHz，POWER为0dBm，对仪表进行双端口校准。

（2）按图连接测试系统，在耦合器的耦合端口接匹配负载。

（3）设置网分的工作频段为800—2500MHz，显示参数为S21（4）读取S21曲线上的最小值。

无源电路的特性和电感耦合

无源电路的特性和电感耦合

无源电路的特性和电感耦合1. 无源电路的定义与特性1.1 无源电路的定义无源电路是指不包含能量源（如电源）的电路，其工作原理主要是通过电路中的元件（如电阻、电感、电容等）对电能进行转换和传输。

与有源电路相比（如集成电路、放大器等），无源电路不能主动提供能量，但其传输特性仍然十分丰富。

1.2 无源电路的特性（1）被动性：无源电路不能主动提供能量，其工作状态完全取决于外部输入的信号。

（2）线性：无源电路的传输特性通常为线性，即输入信号和输出信号之间存在线性关系。

（3）频率响应：无源电路对不同频率的信号具有不同的传输特性，如低通、高通、带通、带阻等。

（4）能量守恒：无源电路中，能量不能被创造或销毁，只能在不同形式之间进行转换和传输。

2. 电感耦合的原理与特性2.1 电感耦合的原理电感耦合是指通过电感元件来实现两个或多个电路之间的能量传输和信号耦合。

电感元件具有自感电动势的特性，当通过电感元件的电流发生变化时，会产生磁场，进而在相邻的电路中感应出电动势，从而实现能量和信号的传输。

2.2 电感耦合的特性（1）电磁感应：电感耦合的本质是电磁感应现象，其传输效率和传输距离受电感值和频率的影响。

（2）阻抗匹配：电感耦合时，为减小能量损耗和提高传输效率，应尽量使输入输出电路的阻抗匹配。

（3）频率特性：电感耦合对不同频率的信号具有不同的传输特性，如高通、低通等。

可通过调整电感值来改变频率响应。

（4）耦合系数：电感耦合的强度取决于耦合系数，耦合系数越大，能量传输越充分。

3. 无源电路中电感耦合的应用3.1 滤波器无源电路中的电感耦合广泛应用于滤波器设计，通过合理地选择电感元件的数值，可以实现对特定频率范围的信号进行滤波。

如低通滤波器可允许低频率信号通过，抑制高频率信号；高通滤波器则相反。

3.2 振荡器电感耦合在振荡器设计中也具有重要意义。

通过电感元件的自感电动势和互感电动势，可以实现电路的谐振，从而产生稳定的振荡信号。

耦合器设计-基本理论

耦合器设计-基本理论

耦合器分类
根据不同的分类标准，耦合器可以分为多种类型。例如，根据传输信号的类型， 可以分为模拟耦合器和数字耦合器；根据功率分配方式，可以分为一分二、一 分四、一分八等不同类型。
耦合器的作用与重要性
作用
耦合器在通信、雷达、电子战、测量等领域中有着广泛的应用，主要用于功率分 配、信号合成、信号分离等。
该方法精度高，适用于对性能要求较高的耦合 器设计，但计算量大，设计周期较长。
基于经验公式的近似设计
01
经验公式是根据大量实验数据总结得出的近似公式，可以快速 计算出耦合器的性能参数。
02
基于经验公式的近似设计方法简单、快速，适用于对性能要求
不高、设计周期较紧的情况。
但该方法精度较低，可能无法满足高性能耦合器的设计要求。
集成化
将耦合器与其他电子元件集成在同一芯片上，可以提高设备 的可靠性和稳定性，降低成本。
高性能、低成本的设计目标
高性能
追求高效率、低损耗、高线性度等高 性能指标，以提高耦合器的传输质量 和稳定性。
低成本
通过优化设计、选用合适的材料和工 艺，降低耦合器的制造成本，提高性 价比和市场竞争力。
THANKS FOR WATCHING
电磁波的传播速度在真空中等 于光速，在其他介质中的传播 速度取决于介质的折射率。
电磁波的传播方向、电场和磁 场的方向相互垂直，遵循右手 螺旋定则。
耦合器的传输特性
耦合器是一种将信号从一根传 输线耦合到另一根传输线的装 置，其传输特性包括插入损耗
、隔离度、工作带宽等。
插入损耗是指耦合器对信号的 衰减程度，通常以分贝(dB)为
单位表示。
隔离度是指耦合器对非目标传 输线的抑制能力，即防止信号 泄漏的能力。
第四章 无源耦合器

第四章 无源耦合器

波分复用/解复用器——波分复用器是与 波长有关的耦合器，用于把多个不同波 长的发射机输出的光信号组合在一起， 输入到一根光纤；解复用器用于把一根 光纤输出的多个不同波长的光信号分配 给不同的光接收机。
A
7
第四章 无源耦合器
常用光耦合器类型示意图
（a）T型
1 4
（c）定向型
（b）星型
2 λ1 λ2
E.Li 10logP P IO NUT (di B )
（4.2）
A
10
第四章 无源光耦合器器件
3．分光比（或耦合比）（Coupling Ratio）是指耦合器各输出端口的输出功 率的比值，在具体应用中用相对于输出 总功率的百分比来表示。
C.R POUTi10% 0
(4.3)
POUTi
A
11
第四章 无源光耦合器器件
第四章 无源光耦合器器件
4.1 概述 4.2 熔融拉锥型全光纤耦合器 4.3 波导型光耦合器 4.4 耦合器前景展望
A
1
第四章 无源光耦合器器件
定义：能使传输中的光信号在特殊结构的耦合 区内发生耦合，并进行再分配的器件。或光耦 合器是实现光信号分路/合路的功能器件。
光耦合器的功能是把一个输入光信号分配给多 个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输 出。
4.方向性（Directivity）
方向性是衡量器件定向传输特性的 参数。定义为从一个输入端到另一个输 入端的插入损耗，即在耦合器正常工作 时，输入一侧非注入光的一端的输出功 率与全部注入光功率的比较值，数学表 达式为：
D.L10logPIN2 (dB) (4.4) PIN1
A
12
第四章 无源光耦合器器件
部分反射）、滤光片（一个波长的光透射，另 一个波长反射）或光栅（不同波长的光有不同 反射方向）等微光学器件可以构成Y型耦合器、 定向耦合器和波分解复用器。用2＊2的耦合器 同样可以构成星状耦合器。自聚焦透镜在光无 源器件中起着非常重要的作用。
耦合器

耦合器

拆分词条耦合器科技名词定义中文名称：耦合器英文名称：coupler定义：在系统间传递功率的器件。

应用学科：通信科技（一级学科）；通信原理与基本技术（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布求助编辑百科名片在微波系统中, 往往需将一路微波功率按比例分成几路, 这就是功率分配问题。

实现这一功能的元件称为功率分配元器件即耦合器, 主要包括: 定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。

这些元器件一般都是线性多端口互易网络目录光电耦合器介绍简介工作原理光电耦合器的测试光电耦合器具体应用定向耦合器波导双孔定向耦合器双分支定向耦合器平行耦合微带定向耦合器隔离器谐振式隔离器?场移式隔离器?光电耦合器介绍简介工作原理光电耦合器的测试光电耦合器具体应用定向耦合器波导双孔定向耦合器双分支定向耦合器平行耦合微带定向耦合器隔离器谐振式隔离器?场移式隔离器?展开编辑本段光电耦合器介绍耦合器也叫适配器简介光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。

它由发光源和受光器两部分组成。

把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。

发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。

光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。

如下图1（外形有金属圆壳封装，塑封双列直插等）。

工作原理在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。

基本工作特性（以光敏三极管为例）1、共模抑制比很高耦合器在光电耦合器内部，由于发光管和受光器之间的耦合电容很小（2pF以内）所以共模输入电压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小，因而共模抑制比很高。

2、输出特性光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。

无源产品耦合工艺流程

无源产品耦合工艺流程

无源产品耦合工艺流程英文回答：Introduction:The process of passive product coupling refers to the method of connecting multiple passive components together to achieve a desired electrical function. This process is widely used in various electronic devices and circuits. In this article, we will discuss the general process and steps involved in passive product coupling.Step 1: Component Selection.The first step in the passive product coupling process is to select the appropriate passive components for the desired electrical function. This involves considering the specifications, such as resistance, capacitance, and inductance, as well as the physical dimensions and package types of the components. The selection should be based onthe specific requirements of the circuit or device.第一步，元件选择。

无源产品耦合工艺流程的第一步是选择适合所需电气功能的无源元件。

无源器件基础资料

无源基础知识徐世华gsmbcch@无源器件简介1.基本功能及基本结构 (1)1.1.耦合器 (1)1.2.功分器 (1)1.3.合路器 (1)1.4.电桥 (2)1.5.双工器 (2)2.名词解释 (3)2.1.插入损耗 (3)2.2.电压驻波比 (3)2.3. 隔离度 (3)2.4. 耦合度 (3)2.5.相移角度（电桥的性能指标） (3)2.6.带外抑制（双工器的性能指标） (4)2.7.频带带宽 (4)2.8.功率容量 (4)2.9.温度范围 (4)3、测试方法（以电桥为例） (4)3.1.测试使用仪器 (4)3.2.仪器频率设置及校准 (5)3.2.1频率设置0.8～2.0GHz (5)3.2.2校准：用SOL T法进行双口校准 (5)3.3.测试各项指标 (5)3.3.1电压驻波比 (5)3.3.2耦合度 (5)3.3.3隔离度 (6)3.3.4相移角度 (6)无源器件简介室内分布系统中用到的无源器件主要包括：耦合器、功分器、合路器、电桥和双工器等。

下文在介绍无源器件及其参数时，将随之介绍相关的测试方法。

1.基本功能及基本结构1.1.耦合器耦合器是一个三端口器件（原理上为四端口，有一个端口为隔离端口，是内部端口）,其中两个端口为主线传输端口，另一个为耦合端口。

耦合端口可从主线上按一定比例耦合部分功率输出给需要的设备。

其结构特性如图所示。

1.2.功分器功分器可以将输入信号功率按规定比例（等分或不等分）分配为两路或多路输出。

功分器的各输出端口之间应保证一定的隔离度。

功分器通常用于功率的等值分配，有宽带和窄带之分。

海天公司设计生产的功分器分配路数为2路、3路及4路，通过它们的级联可以实现多路功率分配。

其结构特性如图所示。

1.3.合路器合路器至少有两个输入口和一个输出口，输入口分别用于不同频段信号的输入，可将多路输入信号合成后由输出口输出。

它还具有相反工作模式，可将原合成信号输出端口用作信号输入端口，多个输入端口成为输出端口，将输入信号分离为相应频段的信号，由输出端口分别输出。

第4讲无源光器件

如下图所示，可分为棱镜型，多层电介质 干涉膜（干涉膜滤波器）型以及衍射光栅型等 几种类型。
2020/3/16
21
光合波器和光分波器的类型
2020/3/16
22
P
P1
P2
1 2
0
1 2
熔锥光纤型波分复用器结构和特性
2020/3/16
23
1 2 3
1+ 2+ 3
光纤
透镜
光栅
衍射光栅型波分复用器结构示意图
它们在系统中各起着光学连接、光功率分 配、光波分复用、光信道切换及光信息的衰减、 隔离和调制等。由此看来，无源光器件在光纤通 信系统中起着重要的作用。本讲仅介绍几种常用 的无源光器件的原理及性能。
2020/3/16
3
一、光纤的连接与光纤连接器
光纤连接器 fiber optic connector 又称光纤活动连接器，俗称活动接头，用
2020/3/16
26
多层电介质干涉膜型合波分波器，是把具有接近λ /2或者λ /4光学厚度的高折射率电介质膜和低折射率电 介质膜交替重塑形成薄膜，于是对于特定波长表现出 较强的选择性。这种波长选择性主要依赖于电介质膜 的层数、膜的厚度、膜的材料等。
2020/3/16
27
采用电子射束蒸镀方法，可将SiO2（低折射率材料， n=1.46）和 TiO2（高折射率材料，n＝ 2.3）积层 20～40层， 实现带通滤波器（BPF）、长波长带通滤波器（LWPF）、短 波长带通滤波器(SWPF)等各种滤波特性。
另外，可用多个2×2定向耦合器来构成N×N的 星形耦合器（见下图）。
2020/3/16
19
由12个2×2耦合器组成的8×8星形耦合器

第4章 无源光器件


第4章 无源光器件
P1 输 入 端口
P2
拉锥区 耦合区 拉锥区
P1 输 出 端口
P2
图4.7 熔锥技术制造光纤耦合器的原理图
第4章 无源光器件
理想的耦合器是一个无源的且无插损的器件， 有 固定的分光比， 其功率传输函数由耦合波方程求得：
cos2(CL) sin2(CL)
T
sin
2
(CL)
c os2 (CL)
采用这种方法能产生大量同一特性的光栅其稳定性好应用较普遍如图414414中的光栅是双光束干涉如图章无源光器件442布拉格光纤光栅bfg如果光注入光栅fg与折射率变化周期相对应的特定波长的光能够被逆向反射回去则称具有这种功能的光栅为短周期以下bragg反射式光栅fbg布拉格光纤光栅的节距或栅距是线性改变的称为啁啾fbg由于节距线性改变入射光的各个波长在光栅的不同深度被反射回来而补偿了各个波长在传输时间上的变化
第4章 无源光器件
1. 2×2的耦合器 一个2×2的耦合器是一个4端口的光器件， 其原 理如图4.7所示， 它有两个输入端口P1和P2， 两个输 出端口P1和P2， 光功率通过与输入端口相连接的光纤 进入耦合器， 在耦合器中进行分路和合路， 然后通过 与两个输出端口相连的光纤输出。 它通过将两根光纤 并行放置， 然后熔化和拉伸， 产生一个耦合区， 直至 得到所期望的耦合性能。
第4章 无源光器件
这种对称特征让两根待连接光纤的轴自动准确地对齐。 尺寸范围较宽的光纤都能够插入弹性管中。 由于每一 根光纤在插入到弹性管中时， 其各自位置与弹性管管 轴相关， 因此两根待连接的光纤在尺寸上并不一定要 相等。
第4章 无源光器件
毛 细 管尺 寸 小 于 光纤 半 径
插 入 光纤
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

POUTi I . L i = − 10 log ( dB ) PIN
9
第四章 无源光耦合器器件
2．附加损耗(Excess loss)全部输出端口的输出光功 ．附加损耗 全部输出端口的输出光功 率总和相对于全部输入光功率的减少值。 率总和相对于全部输入光功率的减少值。附加损耗是体 现器件制造工艺质量的指标， 现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程带 来的固有损耗；而插入损耗则表示的是各个输出端口的 来的固有损耗；而插入损耗则表示的是各个输出端口的 输出功率状况，不仅有固有损耗的因素， 输出功率状况，不仅有固有损耗的因素，更考虑了分光 比的影响。所以插入损耗不能反映器件制作质量的优劣。 比的影响。所以插入损耗不能反映器件制作质量的优劣。
E.Li
∑P = −10 log
OUTi
PIN
( dB )
（4.2）
10
第四章 无源光耦合器器件
3．分光比（或耦合比）（ ．分光比（或耦合比）（Coupling ）（ Ratio）是指耦合器各输出端口的输出功 ） 率的比值， 率的比值，在具体应用中用相对于输出 总功率的百分比来表示。 总功率的百分比来表示。
26
第四章 无源光耦合器器件
27
第四章 无源光耦合器器件
标准熔融拉锥型单模光纤耦合器的功率 变换关系式：
P1 ( z ) = cos 2 (Cz ) 2 P2 ( z ) = sin (Cz )
(4-15)
28
第四章 无源光耦合器器件
图4.5 耦合比率与熔融拉锥长度的关系
29
第四章 无源光耦合器器件
在多模光纤中，传导模是若干个分离的模式，不 仅应在数值孔径角内，还要满足
4an1 sin θ = mλ (m = 1,2,3,LL) (4.16) 式中为 a 纤芯半径， n1 芯区折射率， θ 传
导模与光轴夹角， λ 传输光波长。 总的模式数为：
V2 M = 2
(4.17)
24
第四章 无源光耦合器器件
熔融拉锥型全光纤耦合器
25
第四章 无源光耦合器器件
4.2.2 耦合机理 对于单模光纤，传导模是两个正交的基模(HE11X, HE11y)信号。当其进入熔锥区时，随着纤芯不断 变细，光纤截止频率V逐渐减小，越来越多的光 功率渗入光纤包层中。“耦合区”构成了“光 纤包层为芯，空气为新包层”的复合波导，光 信号在其中传输；在输出端，纤芯逐渐变粗，V 值重新增大，光功率被两根纤芯以特定的比例 “捕获”，实现功率分配。
第四章 无源光耦合器器件
4.1 概述 4.2 熔融拉锥型全光纤耦合器 4.3 波导型光耦合器 4.4 耦合器前景展望
1
第四章 无源光耦合器器件
定义： 定义：能使传输中的光信号在特殊结构的耦合 区内发生耦合，并进行再分配的器件。 区内发生耦合，并进行再分配的器件。或光耦 合器是实现光信号分路/合路的功能器件 合路的功能器件。 合器是实现光信号分路 合路的功能器件。 光耦合器的功能是把一个输入光信号分配给多 个输出， 个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输 出。 耦合器（ 耦合器（coupler）基本结构 耦合器多为双向 ）基本结构: 基本形式有X型 无源器件 ， 基本形式有 型、Y型、树型、星 型 树型、 型等
30
第四章 无源光耦合器器件
31
第四章 无源光耦合器器件
4.2.3 星型耦合器 星形耦合器的功能类似于自由空间的无线 电通讯，将输入信号混合并将其传播至输出通 道。因此，星形耦合器是将无线电传播系统的 长处引入光纤传输系统。然而，缺点是混合通 道的相干，会导致半音及接收机灵敏度的恶化， 而且，对多模光纤的星形耦合器，模噪声会增 加。
MIN ( POUTi ) U .L = −10 log (dB) MAX ( POUT )
(4.5)
14
第四章 无源光耦合器器件
6. 偏振灵敏度或偏振相关损耗 (Polarization Dependent Loss) 定义为不同偏振态线偏振光入射时， 定义为不同偏振态线偏振光入射时，最大插入损 耗值和最小插入损耗值之差。 耗值和最小插入损耗值之差。是指当光信号的偏振发 变化时， 生3600变化时，器件各输出端口输出光功率的最大变 化量。是衡量器件性能对于传输光信号的偏振态的敏 化量。 感程度的参数，俗称偏振灵敏度。 感程度的参数，俗称偏振灵敏度。
Pt I = −10 log (dB) Pin
(4.7)
Pt是某一光路输出端测到的其它光路信号的功率值；Pin是被检测光信号 是某一光路输出端测到的其它光路信号的功率值； 的输入功率值。 的输入功率值。
19
第四章 无源光耦合器件
4.1.3光耦合器的制作方法 光耦合器的制作方法
⑴ 光纤型 全光纤型耦合器的制造方法有熔锥和研磨法两 种。 ①熔锥型光纤耦合器。把两根光纤或多根光纤排列，用熔 熔锥型光纤耦合器。把两根光纤或多根光纤排列， 拉双锥技术制作的各种器件。这种方法可以构成Y型耦 拉双锥技术制作的各种器件。这种方法可以构成 型耦 合器、定向耦合器和波分解复用器等。 合器、定向耦合器和波分解复用器等。 研磨型光纤耦合器。研磨型光纤耦合器制作过程是： ② 研磨型光纤耦合器。研磨型光纤耦合器制作过程是：将 两根光纤一边的包层研磨掉大部分剩下很薄的一层然后 将两根光纤研磨的一侧拼合在一起， 将两根光纤研磨的一侧拼合在一起，中间涂上一层折射 率匹配液， 率匹配液，于是两根光纤可以通过包层里的消失场发生 耦合， 耦合，得到所需的耦合功率。
21
第四章 无源光耦合器器件
⑶ 波导型 ： 在以平板衬底上制作所需形状的光波导， 在以平板衬底上制作所需形状的光波导， 衬底作支撑体，同时又做波导包层。波导的材 衬底作支撑体，同时又做波导包层。 料根据器件的功能来选择。一般是 料根据器件的功能来选择。一般是SiO2，横截 面为矩形或半圆形。 面为矩形或半圆形。
PIN 2 D.L = −10 log (dB) PIN 1
(4.4)
12
第四章 无源光耦合器器件
熔融拉锥型光纤耦合器的工作原理
13
第四章 无源光耦合器器件
5.均匀性（Uniformity） 均匀性（ 均匀性 ） 均匀性就是用来衡量均分器件的“不均匀程 均匀性就是用来衡量均分器件的“ 的参数。 度”的参数。对均分性的分路器定义均匀性 (dB)为所有输出端在整个工作波长范围内 带 为所有输出端在整个工作波长范围内(带 宽内)最大插入损耗与最小插入损耗之差 最大插入损耗与最小插入损耗之差， 宽内 最大插入损耗与最小插入损耗之差，即各 输出端口输出功率的最大变化量。 输出端口输出功率的最大变化量。非均分型的 分路器则不具有该指标。 分路器则不具有该指标。
POUTi C.R = ×100% ∑ POUTi
(4.3)
11
第四章 无源光耦合器器件
4.方向性（Directivity） 方向性是衡量器件定向传输特性的 参数。 参数。定义为从一个输入端到另一个输 入端的插入损耗，即在耦合器正常工作 入端的插入损耗， 时，输入一侧非注入光的一端的输出功 率与全部注入光功率的比较值， 率与全部注入光功率的比较值，数学表 达式为： 达式为：
6
第四章 无源光耦合器器件
定向光耦合器——是一种2×2的3端或4端 是一种2 端或4 定向光耦合器 是一种 耦合器。只用于作分路器， 耦合器。只用于作分路器，不能作合路 器。 波分复用/ 解复用器——波分复用器是 与 波分复用器是 波分复用 / 解复用器 波分复用器 波长有关的耦合器， 波长有关的耦合器，用于把多个不同波 长的发射机输出的光信号组合在一起， 长的发射机输出的光信号组合在一起， 输入到一根光纤； 输入到一根光纤；解复用器用于把一根 光纤输出的多个不同波长的光信号分配 给不同的光接收机。 给不同的光接收机。
23
第四章 无源光耦合器器件
“熔融拉锥 熔融拉锥(fused bucolical taper，简称 熔融拉锥 ，简称FBT)”法就是 法就是 将两根(或以上 去除涂覆层的光纤以一定的方式靠拢， 或以上)去除涂覆层的光纤以一定的方式靠拢 将两根 或以上 去除涂覆层的光纤以一定的方式靠拢， 在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸， 在高温加热下熔融，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， 形成双锥体形式的特殊波导结构，实现传输光功率耦 合的一种方法。 合的一种方法
7
第四章
无源耦合器
常用光耦合器类型示意图
（a）T型 1 4 （c）定向型 2 3 λ1 λ2 λ
N
（b）星型
（d）波分复用型
8
第四章 无源光耦合器器件
4.1.2 描述光耦合器特性的一般技术参数 1．插入损耗 ．插入损耗(Insertion Loss) 插入损耗定义为----指定输出端口的光功率相对全部 插入损耗定义为 指定输出端口的光功率相对全部 输入光功率的减少值。（或说是一个指定输入端光功 。（或说 输入光功率的减少值。（或说是一个指定输入端光功 和另一个指定输出端的光功率P 的比值。 率Pic和另一个指定输出端的光功率Poc的比值。
2
第四章 无源光耦合器器件
耦合器（ 耦合用在光纤网络 尤其是应用在局域网 在波分复用器件上应用
3
光耦合器分类
从端口形式 X型、Y型、星型以及树型 从工作带宽的角度 单工作窗口的窄带 单工作窗口的宽带 双工作窗口的宽带 从传导光模式 多模与单模 从器件工艺实现方式 分立光学元件组合型 光纤型光耦合器 集成波导型
4
几种常见光耦合器结构示意图
5
第四章 无源光耦合器器件
光耦合器类型 型光耦合器——是一种2×1的3端耦合器，可把 是一种2 端耦合器， T型光耦合器 是一种 一根光纤输入的光信号按一定比例分配给两根 光纤，或把两根光纤的输入光信号组合在一起， 光纤，或把两根光纤的输入光信号组合在一起， 输入一根光纤。 输入一根光纤。主要用做不同分路比的功率分 配器或组合器。 配器或组合器。 星型光耦合器——是一种 n×m 的耦合器 ， 可把 n 是一种n 的耦合器， 可把n 星型光耦合器 是一种 根光纤输入的光功率组合在一起， 根光纤输入的光功率组合在一起，均匀地分配 根光纤。 给m根光纤。