光纤耦合器

光纤耦合器是什么？

光纤耦合器是一种光学组件，能够重新分配光信号。光纤耦合器可以将来自一根光纤的光信号分配给两根或多根光纤，或者将两根或多根光纤的光信号合并为一根光纤。该设备允许光波通过多条路径传输。它涵盖了一系列光纤设备，例如光学分离器、光学合成器和光纤耦合器。合成器将两个信号合并并提供一个输出，而分离器则利用一个光信号提供两个输出。通常，光信号在光纤耦合器中的衰减比在连接器或拼接中更大，因为输入信号并不是直接从一根光纤传输到另一根，而是分配到输出端口。主动光纤耦合器需要外部电源，而被动光纤耦合器则无需电源即可操作。

使用光纤耦合器有许多好处。它们具有低额外损耗、高稳定性、双操作窗口、高可靠性和低极化依赖损耗等优点。它们还具有高方向性和低插入损耗。

光纤耦合器类型：如果按形状来区分光纤耦合器，有Y型耦合器、T型耦合器、X型耦合器、星型耦合器和树型耦合器，它们根据功率分配光信号，具体如下。

Y型耦合器

Y型耦合器也称为抽头耦合器。这种耦合器简单地将信号分为两个输出。两个输出之间的功率分配比可以精确控制，例如10/90%、20/80%、30/70%、40/60%或50/50%。

T型耦合器

T型耦合器的功能与Y型耦合器相同。T型耦合器可用于连接网络上的多个终端，如上图所示。两个输出之间的分配比应为10/90%或20/80%，以确保下一个终端有足够的功率。

X型耦合器

X型耦合器在一个设备中同时执行分离器和合成器的功能。X型耦合器将两个输入光纤的光功率合并并分配到两个输出光纤。X型耦合器的另一个名称是2 x 2耦合器。

星型耦合器

星型耦合器由多个输入和输出组成。输入和输出端口的数量可以相同或是倍数，例如2×2、4×4等，如上图所示。输入功率通过星型耦合器均匀分配到输出光纤中。

非定向星型耦合器

这种类型的星型耦合器是非定向的，即它从所有光纤接收输入，并将它们分配到所有光纤，包括输入和输出，如上图所示。在非定向耦合器中，进入任何一个端口的光会从所有端口出来，包括输入端口。非定向耦合器通过镜子反射输入光，使其进入所有输出端口。

使用超过3或4个终端的星型耦合器网络可以实现更低的损耗。这是因为星型耦合器只需要一个输入连接器，且只承受一个额外损耗。终端数量越多，损耗的好处就越显著。

树型耦合器

如上图所示，树型耦合器也称为1xN耦合器，因为它们接受一到两个输入并将其分配到多个输出。这些耦合器均匀分配输入功率到输出光纤。常见的配置包括1×4、1×8、1×16、1×32以及2×4、2×8、2×16、2×32等比率。树型耦合器用于在社区天线电视（CATV）、局域网（LAN）和其他各种光通信系统中分离和混合光信号。

波长分复用（WDM）耦合器

WDM耦合器根据波长分离光信号。它们将输入功率分为两个不同的波长输出，例如1310/1550nm和980/1550nm耦合器。

WDM耦合器用于分离通过同一光纤传输的不同用途的波长，例如将用于光放大器的光与放大信号分开。它们应阻止波长进入错误的输出端口。

耦合器的制造方法在光纤光学耦合器通信中非常重要，以下讨论了一些制造方法：

双锥渐缩耦合器（或熔融耦合器）

如果部分去除两根或多根光纤的包层，将光纤在一定长度内紧密放置并施加张力，然后加热接头，则可以制造熔融耦合器，如上图所示。然后一些光会从一根光纤耦合到其他光纤。耦合的比例可以通过剩余包层的厚度和光纤接近的区域的长度来控制。

熔融光纤耦合器的操作取决于光纤是多模还是单模。在多模耦合器中，高阶模会泄漏到其他光纤的包层和核心中；耦合的程度依赖于耦合区的长度。然而，在单模光纤中，光在两个核心之间通过与长度变化的共振相互作用进行转移。如果所有光都进入一根光纤，它会逐渐完全转移到另一根光纤，然后在更远的传输中转回，周期性地前后移动。循环发生的距离取决于耦合器的设计和波长。因此，单模WDM耦合器可以通过这种方式制造。

模式混合棒

模式混合棒是一种直径几毫米的玻璃棒，长度足够允许来自所有输入位置的光完全扩展，以均匀照亮棒的末端。除了这种透射配置外，棒可以对半切割，应用镜面反射表面，并且输出光纤可以移动到设备的输入侧，以形成反射系统。

平面波导耦合器

平面波导可以是沉积在平坦基材顶部的条形结构。空气和基材结合以实现光纤中的包层功能。一种简单的波导耦合器类型是Y型结构，它将输入波导分为两个输出，如上图所示。如果输出波导以相等的角度分开，光将在它们之间均匀分配。

光纤耦合器的应用

光纤耦合器用于局域网（LAN）应用、星型架构或总线架构。在星型网络拓扑中，站点从中央集线器分支，就像轮子上的辐条，如下图所示。通过星型耦合器连接的每个网络设备都可以相互通信。星型耦合器使得工作站数量的扩展变得简单，例如，从4 x 4扩展到8 x 8，系统容量翻倍。

另一方面，总线架构利用T型耦合器将一系列站点连接到单一的主干电缆，如上图所示。在典型的总线网络拓扑中，每个节点的T型耦合器从总线上分离出一部分功率，并将其传输到附加设备。

树型耦合器用于无源光网络（PON）架构。第一个树型耦合器直接连接到中央办公室的光线路终端（OLT）端口，然后每根输出光纤被引导到其他地点的树型耦合器，如外部机箱或终端盒。其他放大或补偿模块附加到所需模块，以确保传输。