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杜偉 2005-11-09 15:27

光纖耦合器的回波損耗

隨著光纖通信系統(tǒng)容量和速率的不斷提高，光器件尤其是光纖無(wú)源器件(Passive device)的回波損耗(Return loss，以下簡(jiǎn)稱回?fù)p)的重要性越來(lái)越引起用戶和制造商的重視。也許我們?cè)谡劦竭B接器(Connector)和隔離器(Isolator)等器件時(shí)，回?fù)p的問(wèn)題就被高度重視。 可是對(duì)于耦合器的回?fù)p卻常常被忽略。有的制造商甚至為了降低成本，或誤認(rèn)為反正客戶不重視這項(xiàng)指標(biāo)，所以就不對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試。 其實(shí)這是一種極不負(fù)責(zé)的做法。 因?yàn)椴还苁沁B接器還是耦合器，回?fù)p對(duì)于系統(tǒng)性能的危害是一樣的。 B9|s`o)!  
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那么是不是耦合器的回?fù)p天生就不成問(wèn)題而被忽視呢?答 案是對(duì)2×2耦合器來(lái)說(shuō)是對(duì)的，但對(duì)1×2耦合器來(lái)說(shuō)就不是如此。因?yàn)樵?×2耦合器內(nèi)除了光纖本身的瑞利散射外沒(méi)有其他的光反射源。所以只要耦合器的尾纖(Pigtail)不太長(zhǎng)，回?fù)p都能達(dá)到70dB以上。但對(duì)于1×2的耦合器來(lái)講情況就不一樣了。 由于不需要的那一端必須去除，而回?fù)p的大小是由光纖端面處理的好壞決定的。對(duì)于數(shù)字孔徑(NA)為0.11左右的單模光纖，就像連接器一樣，只要把光纖端面的角度處理成8度以上，回?fù)p就可大于65dB。 但對(duì)于數(shù)字孔徑大于0.20的多模光纖來(lái)說(shuō)，即使光纖端面角度很大，回?fù)p也不會(huì)大于40 dB。下面就讓我們來(lái)分析一下目前一些主要的耦合器制造商的端面處理方法及其存在的問(wèn)題和優(yōu)缺點(diǎn)吧。 VHPqEaR  
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通常的做法是把耦合器的分光路光纖與回?fù)p測(cè)試儀的光纖相連接，一邊看著回?fù)p的讀數(shù)，一邊用工具切斷光纖，一直到回?fù)p達(dá)到要求為止。 不論光纖端面的角度究竟是多少，只要回?fù)p合格就行。唯一要小心的是如果角度太大，在進(jìn)行端頭保護(hù)時(shí)光纖端面容易破碎或玻璃碎屑掉到光纖表面使回?fù)p變差。 這種方法的好處是可以實(shí)時(shí)觀察回?fù)p大小，成品率高。缺點(diǎn)是增加了勞動(dòng)成本和儀器折舊費(fèi)。 ?GH/W#{o)  
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目前有許多公司包括一些有名氣的耦合器制造商為了減少光纖端面處理(Termination)的時(shí)間，干脆不用回?fù)p測(cè)試儀來(lái)監(jiān)控，隨機(jī)地切斷光纖，然后用折射率匹配膠將光“引”出來(lái)，以此來(lái)提高回?fù)p。 這種方法果然可以節(jié)省儀器設(shè)備和幾分鐘勞動(dòng)時(shí)間，但風(fēng)險(xiǎn)很大。第一，只靠光纖端面處理不能保證得到高的回?fù)p，還要靠膠的“幫助”。而這種“幫助”的可靠性值得懷疑。 如果在光纖端面處理后立即進(jìn)行復(fù)測(cè)，則與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并無(wú)差別。如果要等到最后一步才測(cè)試，則有可能因合格率的降低而得不償失。但如果從頭到尾都不測(cè)，這是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量極不負(fù)責(zé)的做法。 Aa_@&e  
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更值得一提的是這種膠(大多數(shù)用UV固化的膠)與光纖端面的附著力小，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的熱脹冷縮和老化，可能在光纖端面與膠之間形成空氣間隙，輕者回?fù)p嚴(yán)重下降，重者構(gòu)成一個(gè)“法玻利珀羅腔”，造成光功率不穩(wěn)，那才真正是災(zāi)難性的后果。 還有一個(gè)鮮為人知卻是非常重要的事實(shí): 在某些情況下回?fù)p隨溫度而變化。由于在Bellcore標(biāo)準(zhǔn)中，沒(méi)有對(duì)回?fù)p的溫度特性做出規(guī)定，所以一般都忽視了這個(gè)問(wèn)題。既然我們?cè)诋a(chǎn)品規(guī)格中規(guī)定了回?fù)p和工作溫度范圍兩項(xiàng)指標(biāo)，這就表明必須在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)都應(yīng)該達(dá)到所要求的回?fù)p。不幸的是這個(gè)問(wèn)題被絕大多數(shù)客戶和制造商所忽略。根據(jù)作者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，一個(gè)在常溫下回?fù)p只有50 dB的耦合器，在溫度-40~+85度范圍內(nèi)最低的回?fù)p可能不到40 dB。但如果系統(tǒng)確實(shí)要求在所有工作溫度下大于50 dB的回?fù)p，通信系統(tǒng)會(huì)不出問(wèn)題嗎? 所以作者認(rèn)為制造商若不把這種真實(shí)情況告知客戶，實(shí)際上是把方便留給了自己的現(xiàn)在，而把危險(xiǎn)留給了客戶的將來(lái)。 0 \ U*  
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造成回?fù)p隨溫度變化的主要原因是與光纖端面接觸的膠(或其它物質(zhì))的折射率隨溫度而變化，所以根據(jù)菲涅兒定律可知，光的反射角和反射率以及回?fù)p也都隨溫度而變化。 由此可知作者為何強(qiáng)調(diào)只有50多分貝回?fù)p的耦合器容易隨溫度變化。 因?yàn)槿绻詈掀鞯幕負(fù)p只有50 dB，這就意味著端面的角度小于8度(可能在5度左右)，這時(shí)候只要膠的折射率隨溫度稍有變化，回?fù)p也就明顯的跟著變化。 但是如果回?fù)p大于65 dB，這就意味著光纖端面角度大于8度，即使膠的折射率隨溫度而有所變化，回?fù)p也不至于有太大的變化。根據(jù)作者大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果要在全部工作溫度范圍內(nèi)仍能達(dá)到55dB回?fù)p，那么在常穩(wěn)下回?fù)p必須保證在60dB以上。 j_d}?jh  
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美國(guó)Lightel，臺(tái)灣UMEC和大陸的嘉隆科技已經(jīng)采用自行研發(fā)的工具和工藝解決了上述問(wèn)題，能在不用回波損失測(cè)試儀的監(jiān)測(cè)的情況下，幾乎100%地達(dá)到60dB以上的回?fù)p。而且用多種不同折射率和材質(zhì)的膠做試驗(yàn)，在-40到+85度范圍內(nèi)回波損失沒(méi)有明顯變化。 也不需要改變耦合器現(xiàn)在的包裝方法和長(zhǎng)度。由于采用了這種光纖端面處理的新方法，回?fù)p不受光纖端頭保護(hù)材料的影響，這就使我們有可能采用更可靠的包裝結(jié)構(gòu)。 相信隨著我們的新方法的全面推廣應(yīng)用，Lightel將為光纖耦合器的使用者和制造者都能提供獲得高回?fù)p耦合器的最滿意的解決辦法。
kyo12123 2005-11-09 19:33
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toupi 2005-11-11 16:11
好文,多謝! y+k^CT/u  
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另,回波損耗是廣泛的存在于利用光纖傳輸?shù)漠a(chǎn)品中? sQA_