光纤定向耦合器

一、简介

1.1 定义

光耦合器：传送和分配光信号的无源器件，光从一个端口输入，从另一个或多个端口输出。对光信号进行合波或以不同的方式（波长、光功率）进行分波。

1.2 主要特点

①器件的主体是光纤；

②光纤中模式的耦合作用来实现光的功率及方向的分配；

③光信号的传送方向是固定的。

1.3 分类

透射型

反射型

透反型

二、耦合器的工作原理

2.1 两平行光纤之间的耦合

机理：当两光纤的纤芯平行靠近时，一个光纤中的导波场将引起另一个光纤介质极化，  导致在光纤激励起传导模，场将相互渗透，相互交叠。光功率的分配将在两光纤的纤芯间谐振。

基模场间的耦合方程：

失谐参数：

耦合系数：

若R(0)=1,S(0)=0

经L长度后，从1号光纤耦合到2号光纤的光功率为：

仍留在1号光纤中的光功率为：

两参数相同光纤间的耦合：

弱导阶跃光纤，K表示为：

d：为两光纤之间的距离。

2.2 Y型光纤耦合器

2.2.1 第一类

耦合长度：

2.2.2 第二类

，R + S ≠ 2

对相同波长、相同光功率的耦合会产生3dB损耗。

2.3 X型光纤耦合器

三、光纤耦合器特性

耦合长度：针对具体的波长，光能量从一个光纤完全进入另一个光纤最小长度。

耦合的强弱：取决于两光纤纤芯的分离程度。

耦合长度与传输的波长紧密相关，不同的传输波长将产生不同的耦合长度。

互易原理：用Y-耦合器对相同波长的光进行合波，信号输出时，将引入3dB 的功率损耗！(输入功率相同的情况下)。

X & Y- 光纤耦合器

四、耦合器

4.1 Tap耦合器

        耦合器仅分出小部分的光从一端输出，而在另一端仍保留大部分的光，称此耦合器为Tap型耦合  器。典型分光比 :    99:1 或 1% tap耦合器。从主干线传输光信号功率中分出一小部分光功率  供监控等应用。

4.2 波分复用光纤耦合器

主要应用于：①波分复用光纤通信系统； ②光纤放大器中。

属于非对称形式耦合器，选择光纤参数不同，耦合分光比不仅与耦合长度有关， 而且与信号波长有关。

传播常数差：

将其在处展开：

耦合分光比：

不同波长、相同光纤之间的耦合：

≠0

使=1，波长应满足：

使=0，波长应满足：

其中m=1，2，3...

耦合效率对波长具有选择特性，构成波分复用耦合器。

4.3 光纤复用耦合器

4.4 光纤解复用耦合器

相同波长、相同光纤、相同光功率耦合——3dB损耗

不同波长的光信号——完全耦合

波长间隔越大，完全耦合的作用长度越小； 波长间隔越小，完全耦合的作用长度越大；

五、耦合器的性能参数及制备工艺

5.1 性能参数

（1）耦合比 Tij ：输入信道 i 耦合到输出信道 j 的功率之比。

（2）附加损耗：输出信道功率之和与输入信号功率之比。

（3）信道插入损耗 ：输入信道i到指定输出信道j的损耗。

（4）隔离度：透射式同侧端口之间，非指定信道输出功率Pk与输入功率Pi之比。

5.2 耦合器制备方法

①浸蚀法：腐蚀液、匹配液、胶合；

②磨削法：磨、匹配液、对拼、精确对位、胶合；

③熔锥法：按所要求的端数、一定的耦合矩阵将光纤胶合在一起，加热拉伸成双锥形，控制过程中监控光功率。