光无源器件及其应用：光分路器、波分复用器与光纤连接器

光无源器件是指光能量消耗型器件，主要包括光分路器、光波分复用器、光纤活动连接器等。

1.光分路器

光分路器又称分光器或光纤耦合器，在有线电视光缆传输中用于分配光信号。它能够按照选定的功率比例将一路光信号分配为两路或两路以上的光信号。光分路器的分光比一般用百分数表示，代表某一输出端口的输出功率占总输出功率的百分比。根据分成的路数不同，假如为N路，称光分路器为N分路器。如把信号分为三路称为三分路器。

光分路器可分为单模、多模，从波长响应特性来分，可分为1310nm、1550nm常规型，双波长型及宽带分路器。目前有线电视系统常用的是单模1310nm或1550nm常规型光分路器，其带宽为±20nm。

光分路器的技术参数有：

（1）分光比。根据光路设计的需要可将输入光信号P_i分成N路，其中，第j路占总信号的百分比，称作第j路的分光比。即K=P_i/P_j。分光比的取值范围为0～100%之间。

如将3mW信号分成两路，一路输出1mW左右，另一路输出2mW左右，就需要一个二分光器，分光器为1端33.3%，2端66.7%。

（2）分光损耗。将分光器输入端功率与分光器某一路输出信号功率之比用分贝表示，称作这一分光器端口的分光损耗。即L_j=10lgP_i/P_j。分光比与分光损耗常用值见表3-2。

（3）附加损耗。光信号通过光分路器分为若干路，但各路输出功率之和并不等于总输出功率，而是小于这个值。这是由于光信号功率在分光器内部分配时，其中一小部分被分光器消耗掉，这一部分损耗称之为附加损耗。

附加损耗可以看做是输入总信号的衰减，附加损耗用L_e表示，它决定于光分路器制作工艺水平和光分路器的输出路数。通常合格的光分路器附加损耗值应该小于或等于表3-3所列数值。

（4）插入损耗。插入损耗表示信号从光分路器输人端到某一输出端所受到的损耗，它是分光损耗和附加损耗之和。即L_i=L_j+L_e。

16路PLC平面波导型光分路器的外形如图3-28、图3-29所示。

表3-2 分光比与分光损耗对照表

表3-3 分光器的附加损耗值

图3-28 16路PLC平面波导型光分路器的外形（1）

图3-29 16路PLC平面波导型光分路器的外形（2）

2.光纤活动连接器

光纤活动连接器用于设备（如光端机、光测试仪表等）与光纤之间的连接、光纤与光纤之间的连接，或光纤与其它无源器件的连接，是组成光纤传输系统不可缺少的一种无源器件。

对光纤连接器的要求是低的插入损耗和高的反射损耗。

在光路中通常有两种连接方式：光纤与光纤之间采用的熔接方式称为固定连接；光纤与设备、设备与设备之间采用类似插头插座的各种标准接头进行连接，称为活动连接。常用的连接器件有以下几种：(www.xing528.com)

（1）设备与设备之间使用跳线连接。光纤跳线由一段经过加强外封装的光纤和两端已与光纤连好的活动接头构成。两端的活动接头可以是相同型号，也可以是不同型号。

（2）光纤与设备之间采用尾纤、尾缆连接。尾纤指一端为活动接头，另一端为光纤的器件；尾缆是将若干根尾纤合在一起，加上外护套制成一端为光纤，另一端为若干个活动接头的器件。

（3）光纤与光纤之间使用接续盒实现熔接。接续盒是专门用来保护固定接头的器件。光接续盒外部采用坚固密封的外壳，用于防风、防晒、抗冲击，内部设置有专门固定光缆加强件的装置，确保接头处具有足够的抗拉强度，内部还专门设置了安放、保护固定接头的热缩管的装置和盘绕纤芯的托板，可将接续好的纤芯分层排列固定。另外，光分路器等小型无源器件也可以安装到接续盒内。

光纤（缆）活动连接器的品种、型号很多。光纤连接器从光纤结构上分为单芯光纤用连接器和带状芯线用多芯连接器。单芯光纤连接器又有单模光纤和多模光纤用之分，依据光纤活动接头结构和形状，常分为FC、SC、ST等几种，其外形如图3-30所示。

FC型为圆形螺纹结构，接头插入法兰盘后，插头中的卡锁落入法兰盘的槽中，再用螺纹拧紧，接触的光端面不产生位移。FC型连接器的光纤是通过插入套筒的微孔来密接的，然后将端面进行研磨、抛光。它靠套筒的高精度圆筒外面与接续插头的开缝套的内面为基准进行轴心对准，比ST型卡口式易产生光端口位移的缺陷有所改进。

图3-30 常用光纤活动连接器的外形

SC型是矩形塑料插拔式结构，法兰盘中有卡簧，由于SC型是矩形，所以容易对准，接头插入法兰盘后，听到卡簧声响，便表示接头已连接好，多根光纤的终端应选用SC型，以利于高密度安装。其中通用型SC连接器，可以直接插拔，多用于单芯连接。密集安装型SC连接器，要用工具进行插拔操作，用于多芯连接，如4芯连接。有单芯和4芯两种SC型转换器，单芯SC转换器与通用型SC连接器配套，4芯SC转换器与密集安装型SC连接器插头配套。

ST型为圆型卡口式结构，接头插入法兰盘压紧后，旋转一个角度便可使插头牢固，并对光纤端面施加一定压力压紧。

依据光纤活动接头中光纤端面的形状，又分为PC型、APC型和UPC型。

PC型端面为球面，它使得两个光纤活动接头连接时，接触面集中在中央的光纤部分，一定的轴向力产生很大的轴向压强，反射损耗达35dB以上，一般测量仪器上多使用PC型接头。

APC型端面为8°斜面，两个活接头连接时，光纤的接触面加大，连接更加紧密，反射损耗达60dB以上，在有线电视光纤传输中采用最多。

UPC型采用超平面连接，加工比较精密，两个活接头连接更加方便。

光纤活接头的型号通常表示为XX/YY，其中XX表示光纤活接头的形状，YY表示光纤端面的形状。例如，FC/APC型表示光纤端面为斜面的圆形螺纹连接活接头；SC/UPC表示光纤端面为超平面的矩形拔插式连接活接头。需要注意的是型号相同的活接头才能用法兰盘相连接，不同规格活接头会导致很大的接续损耗。不过，为了使不同光设备及各种样式的测量仪器连接，可以做成两端为不同规格型号的，称之为光纤跳线，供转接使用，这类光纤跳线均注明两端接头的型号和长度。例如：5m FC/PC—FC/APC表示跳线长度为5m，圆形螺纹连接的PC型转接成APC型的光纤跳线。

3.光波分复用器

光波分复用器又称为光合波/分波器，它是使两个或两个以上波长的光在同一根光纤中传输的无源器件。其作用是将不同波长的光信号复用在同一根光纤中传输或是将它们分离开。光波分复用器主要有光纤型和棱镜色散型、衍射光栅型及干涉滤光型等非光纤型两类。对于光波分复用器，其一个方向为分波器，另一个方向为合波器。

光波分复用器件的性能可用三个指标来衡量，即插入损耗、隔离度和信道带宽。插入损耗是指由于WDM器件的引入而导致的功率损耗。这些损耗包括WDM器件自身的固有损耗及WDM器件与光纤的连接损耗。隔离度是指一个信道耦合到另一个信道中的信号的大小，隔离度越大，耦合过去的信号越小。隔离度越小，耦合过去的信号越大，原则上隔离度大一些好。信道带宽是指分配给某一特定光源的波长的变化，激光器本身也有带宽，因而波分复用中光源的信道带宽应足够宽，即相邻光源之间的间隔足够大才能避免不同光源之间的串扰。对其主要技术要求是波长隔离度要大于35dB，插入损耗要小于0.5dB。

波长为1310nm与波长为1500nm光波分复用器的外形如图3-31所示，波长为1500nm密集型波分复用器的外形如图3-32所示。

图3-31 1310nm/1500nm光波分复用器的外形

图3-32 波长为1500nm密集型波分复用器的外形