下载文档原格式
拉锥型耦合器原理简介拉锥型耦合器，发展于20世纪90年代，具有对光信号进行能量分配，波长合，解复用等功能。
尽管2008年后，PLC的出现和发展，对拉锥型耦合器均分能量部分功能进行了削弱，但对于不同能量分光比，以及成本较低的波分型耦合器来说，在目前用于5G项目的波分模块监控端（可根据不同方案设计成不同分光比，带宽要求），以及用于EDFA模块上面，依然有着不可替代的作用。
那么，不同功能的耦合器，是否需要不同种类的材料才能制造出来呢？答案是否。
只要两根光纤，重合在一起，通过火温，夹具，拉锥速度，停火点等变化，就可以制作成不同分光比(0.5%~99.5%)，不同带宽(+-10nm,+-20nm,+-40nm,全带宽)的光能量分配的器件，也可以制作成不同波长分配的器件（1550/1310nm，1480/1550nm，980/1550nm）。
居然可以这么神奇？下面我们细说一下拉锥型耦合器的原理。
耦合器的最简单形式由两个紧密放置的平行单模光纤组成。
这种结构的基本操作涉及两个波导之间的部分或完全传输功率。
功率交换是由于一个波导模式到另外一个波导模式的消逝尾部之间的光耦合,其中光发射,第二波导的自然模式。
这种光学交互也可以看作是复合结构的对称和反对称超级模式之间的跳动。
均匀间隔的并行交互区域在耦合过程中起着关键作用。
交互区域具有纵向不变结构,可通过耦合模式分析了解该区域发生的光耦合。
图1 a: 由一对相同的单模波导形成的复合结构的对称和非对称模场图1b: 沿z 传播的两种模式的相对相位差及其在z=π/2 的叠加在波导-1 中取消并加入波导-2在跨交互区域的耦合模式分析中,假定彼此平行的两个均匀波导作为复合结构 . 由两个单模波导形成的复合系统可以显示支持两种模式,一种是对称(偶数)模式,另一种是反对称(奇数)模式。
这两种模式称为复合结构的正常模式或超模,具有不同的传播常量当光耦合到其中一个波导中时,它会激发对称和反对称超模的线性组合,如图1 所示。
实训五熔融拉锥光纤耦合器的制作（一）光纤耦合器1.功能：用于光信号的分路与合路，是光纤无源器件。
2.制作方法：微光学、光波导、熔融拉锥（FBT：制作简单、成本低廉、附件损耗小）。
3.两根光纤的归一化输出光功率：P2/P1=cos2(△β(λ)L)P3/P1=sin2(△β(λ)L)其中(△β(λ))为耦合常数、L是拉锥长度从公式可知P3和P2互补，且符合能量守恒。
但这两个公式一般只适合理论指导，不可用于计算使用，因为(△β(λ))不可确定，随时变化。
所以实验过程中应用软件对两个输出端进行实时的功率检测，直接输出P2和P3。
（二）实验流程1.SCS-4000型全功能光纤拉锥系统是一种集成了光学、电子学、精密机械、计算机等多项技术及制作、检测、控制等多项功能于一体的高度自动化生产系统。
2.实验步骤：①主、副光纤的准备工作：剥除涂覆层，酒精擦拭，插入拉锥机光功率监测通道。
②主副光纤中间部分剥除涂覆层，酒精擦拭，打结两次，抽气固定。
③调至工作长度模式，点火熔融，进行耦合器的拉锥，并观察软件上的耦合图像。
3.实验结果【第一次实验】分析：a.从实验效果图可以看出，在中间交汇线处，绿白两条线恰好接触，但是却在之后的过程中分别返回到其他值保持不变，导致最终输出功率之和大于输入功率，明显不符合能量守恒定律。
出现情况原因：可能由于输入功率过高，使得计算机光功率监测系统不能标注出真正的功率值，即输入的0.98数值不准确，所以在最后的熔融拉锥之后，输出功率之和高于了输入功率。
b.代表“附加损耗”的红色线条数值一直很低，表明实验中损耗较小。
为了使附加损耗小，需要在剥除涂覆层时更加认真，既不能把光纤弄断，还要把涂覆层完全剥干净，并且一定要记得用酒精擦拭，条件允许的话，酒精擦拭用纸不可循环利用。
c.本次实验熔融效果较好，但是由于输出功率值不正常，仍有缺陷。
【第二次实验】a.从实验效果图可以看出，在熔融初期阶段，由于打结处光纤涂覆层没有剥除干净，使得输出图像上下波动较大。
光纤熔融拉锥机光功率计
光纤熔融拉锥机是一种用于光纤熔接的设备，它可以将两根光纤通过熔融和拉伸的方式连接起来。
该设备包括一个熔融炉和一个拉伸机构，可以将两根光纤的端面熔化并拉伸，使其融合在一起。
光功率计是一种用于测量光功率的仪器。
它可以测量光信号的强度，通常用于光纤通信系统中，以确保光信号的质量和稳定性。
光功率计通常包括一个探头和一个显示屏，用于读取和显示光信号的功率值。
光功率计可以用来测量光纤连接的损耗，以及评估光纤通信系统的性能。
熔融拉锥技术在光纤耦合传输中的应用彭博;张海涛;闫平;巩马理【摘要】为了实现光纤激光器和放大器系统中不同参量光纤的低损耦合,采用光纤拉锥方法来实现光纤连接.经过理论分析,在大数值孔径光纤传输到小数值孔径光纤时,采用光纤拉锥技术可以有效地提高传输功率.采用改造的大模光纤熔接机进行拉锥实验研究,精确控制拉锥时间、放电功率、步进量和步进速率可以获得不同的拉锥形状.采用光纤拉锥元件对标准单模光纤和大模场光纤进行耦合实验,得到纤芯内传输的耦合输出效率由之前的50%提高到85%,获得了低损连接效果.结果表明,熔融拉锥技术为不同光纤之间的耦合提供了一种简单实用的方式.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2009(033)005【总页数】3页(P470-472)【关键词】激光技术;光纤激光器;熔融拉锥技术;耦合效率【作者】彭博;张海涛;闫平;巩马理【作者单位】清华大学,精密仪器与机械学系,光子与电子技术研究中心,摩擦学国家重点实验室,北京,100084;清华大学,精密仪器与机械学系,光子与电子技术研究中心,摩擦学国家重点实验室,北京,100084;清华大学,精密仪器与机械学系,光子与电子技术研究中心,摩擦学国家重点实验室,北京,100084;清华大学,精密仪器与机械学系,光子与电子技术研究中心,摩擦学国家重点实验室,北京,100084【正文语种】中文【中图分类】TN248.1引言光纤激光器作为激光领域的新军，在过去10年发展迅猛，连续激光和脉冲激光输出功率都获得了巨大的提高[1-3]。
因此，其在加工、传感、雷达以及医学[4-7]等领域的应用日趋广泛。
全光纤化结构以其独具的简单结构、良好的机械稳定性和较高的传输效率成为近期研究的热点[8]。
但是，在腔内元件逐渐实现全光纤化后，增益光纤的独特设计就成为光纤激光器全光纤结构的瓶颈[9]。
由于增益光纤的尺寸与合束器或光纤光栅等元件存在差异，很难实现无损连接。
因此，目前很多光纤激光器或放大器利用拉锥技术来解决上述问题[10]。
**************************** 文件编号**-*****-***-***版本号 2.1页次共3页制定部门技术工程部生效日期二〇一一年十二月十五日编制韩桂强审核操作规程及注意事项一、使用方法1.通电前，先检查融熔拉锥机的电气性能，并应注意是否有断路或漏电现象。
2.待一切准备就绪可先打开融熔拉锥机右上方的照明开关和电源开关。
3.打开电源开关后，开启控制融熔拉锥机系统的PC机主机，进入PC机操作系统，打开屏幕录像软件，并在软件以工号+日期命名然后点开始录制。
4.再将融熔拉锥系统的电源打开指示灯亮（绿灯），此时融熔拉锥系统的氢气﹑氧气开关必需处于红色关闭状态指示灯亮（红灯），此时进入PC机系统双击拉锥机软件进入拉锥机控制系统。
此时必须拿走火头上方的方风照，安全放至拉锥机顶部，方可点融熔拉锥机系统的启动按钮。
（如点融熔拉锥软件进入DOS状态出现M411说明PC机和融熔拉锥机系统的数据线没连接好，必需关机重新连接数据线。
5.当点融熔拉锥机系统的启动按钮后，融熔拉锥机进融熔拉锥机系统设定的安全模式初始化。
这个初始化状态为保护融熔拉锥机在拉锥作业过程突发性停机，停电，死机，融熔拉锥机软件系统中所设的初始复位模式。
（如初始化过程出现M1105电机复位错误）请马上停机找维修组来修理。
6.当初始化完成后，此时必需选择与作业产品相符的拉锥作业流程导入到拉锥系统中，然后当再次点软件的启动键时，拉锥软件系统会提示点火，此时马上启动融熔拉锥机的氢气控制开关指示灯亮（绿灯）。
此时看融熔拉锥机的氢气控制面版，当氢气流量到100HC以上拿电子点火器在氢气火头喇叭口0.5CM处启动电子打火。
此时马上会听到“噗”的一声火就点燃了，刚开始火焰是黄色的说明刚开始氢气不纯，等过2分钟就会变成淡蓝色甚至看不到火秒。
此时打开融熔拉锥机的氧气控制开关。
（注意一点要先开氢气点燃再开氧气否则会发生气体混合点火爆炸。
）6.当火焰稳定后就可剥好裸光纤装上拉锥机光纤夹持平台，安要求装入夹持平台V槽，用吸铁石压好光纤，安全平稳的盖上防风罩。
光纤熔融拉锥实验内容和设备清单特点：能够完成以下实验内容1.通过该实验，熟悉熔融拉锥机的基本原理和操作事宜，了解真空吸附固定方法。
了解熔锥器件的原理以及生产工艺和封装工艺，了解和掌握熔锥技术的生产过程；2.制作普通耦合器，观察不同拉锥长度下的耦合分光比情况，自行设计制作任意分光比的耦合器的制作工艺，观察N个周期的耦合器两路光强信号变化，对电磁耦合的过程有直观了解。
通过观察耦合区的封装位置，对比耦合区外侧有无液体的耦合比变化，对耦合区的模式变化有一个感性认识；3.制作波分复用器，了解不同波长的耦合特性，对熔锥性WDM的原理有所了解，能够对任意两个波长的波分复用器的制作过程有一个简单的思路；4.制作宽带耦合器，了解如何得到不同芯径的光纤的办法，对失谐耦合过程有所了解。
通过对比与拉伸的不同长度，掌握对于不同分束比的宽带耦合器的调整办法；5.掌握制作双窗口耦合器的过程，区分单窗口宽带耦合器和双窗口耦合器的区别，对耦合过程和原理有更深入的了解；6.通过注胶封装实验，掌握目前国际上对耦合器的封装过程，了解脱气泡和排除气泡的办法。
主要技术指标1.在一次拉伸过程中，把拉伸过程分三个阶段可以分别设置参数，可以设置变速、变流量拉伸，这样对各种新的工艺的尝试有利，更适合于科研使用；2.增加应力、扭曲释放调整架，可以控制拉伸的应力，对扭曲角度进行调整，得到特种耦合现象；3.可以更换可见光探头，以便拉伸可见光波长的耦合器和波分复用器；4.使用氢气发生器代替氢气瓶，随用随产生氢气，由于不保留多余的氢气，更加安全可靠；5.载纤槽间距 20～120mm;拉伸速度 20～400μm/s;拉伸长度0～100mm;运动精度 0.0025μm;流量控制精度 1sccm;流量控制范围 0～300 sccm;重复性 0.01dB;火头宽度 8mm、12mm;监测器检测波长范围400～1100nm、800～1700nm;功率范围 -60dBm～0dBm;光敏面直径：1800um。
