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光衰减器是一种非常重要的纤维光学无源器件,是光纤CATV中的一个不可缺少的器件。到目前为止市场上已经形成了固定式、步进可调式、连续可调式及智能型光衰减器四种系列。

1 衰减器的衰减原理。光衰减器的类型很多,不同类型的衰减器分别采用不同的工作原理。

  ① 位移型光衰减器。

众所周知,当两段光纤进行连接时,必须达到相当高的对中精度,才能使光信号以较小的损耗传输过去。反过来,如果将光纤的对中精度做适当的调整,就可以控制其衰减量。位移型光衰减器就是根据这个原理,有意让光纤在对接时,发生一定的错位。使光能量损失一些,从而达到控制衰减量的目的,位移型光衰减器又分为两种:横向位移型光衰减器、轴向位移型光衰减器。横向位移型光衰减器是一种比较传统的方法,由于横向位移参数的数量级均在微米级,所以一般不用来制作可变衰减器,仅用于固定衰减器的制作中,并采用熔接或粘接法,到目前仍有较大的市场,其优点在于回波损耗高,一般都大于60dB。轴向位移型光衰减器在工艺设计上只要用机械的方法将两根光纤拉开一定距离进行对中,就可实现衰减的目的。这种原理主要用于固定光衰减器和一些小型可变光衰减器的制作。

横向位移型光衰减器

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模场分布为

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第二个光纤端面模场分布为

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横向耦合效率可通过交叠场积分来表示,间距忽略不计:

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则得到横向错位后的损耗为

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根据以上原理。可以通过控制横向位移的方法,实现不同损耗的的横向位移参数,并通过一定的机械方式实现,得到需要的光衰减器。

位移的移动范围决定了不作为可变光衰减器,仅作为固定光衰减器,并用熔接法或粘接法。

回波损耗很高,大于60dB.

纵向位移型光衰减器

特点

用于固定衰减器和一些小型可调光衰减器

偏振无关

体器件

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image S-Ls曲线

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转换式光衰减器和变换式光衰减器

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固定衰减器

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固定衰减器对光功率衰减量固定不变,主要用于调整光纤传输线路的光损耗。

可变衰减器

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  ② 薄膜型光衰减器。

这种衰减器利用光在金属薄膜表面的反射光强与薄膜厚度有关的原理制成。如果玻璃衬底上蒸镀的金属薄膜的厚度固定,就制成固定光衰减器。如果在光纤中斜向插入蒸镀有不同厚度的一系列圆盘型金属薄腊的玻璃衬底,使光路中插入不同厚度的金属薄膜,就能改变反射光的强度,即可得到不同的衰减量,制成可变衰减器。

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  ③ 衰减片型光衰减器。

衰减片型光衰减器直接将具有吸收特性的衰减片固定在光纤的端面上或光路中,达到衰减光信号的目的,这种方法不仅可以用来制作固定光衰减器,也可用来制作可变光衰减器。

衰减片型光衰减器直接将具有吸收特性的衰减片,固定在光纤的端面上或光路中,达到衰减光信号的目的。此种方法不仅可以用来制作固定光衰减器,也可用来制作可变光衰减器。具体制作方法是通过机械装置,将衰减片直接固定于准直光路中,当光信号经过四分之一节距自聚焦透镜准直后,通过衰减片时,光能量即被衰减,再被第二个自聚焦透镜聚焦耙合进光纤中。使用不同衰减量的衰减片,就可得到相应衰减值的光衰减器。

特点

不具备连续可变的衰减特性

体器件

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衰减片常采用的材料有:红外有色光学玻璃、晶体、光学薄膜。滤光片及其它无机和有机材料。但因为光衰减器有光学稳定性、化学稳定性及体积、成本等谙多因素的要求。所以一般常被选作衰减元件的材料为有色玻璃和滤光片。

如果选用吸收型薄膜滤光片的方法来制作光衰减器,则常将中性密度滤光片用作衰减片。该滤光片光谱区域放宽,从理论上来说,它对每个波长的光信号衰减强度几乎都是一样的,因此可获得宽带宽的衰减器。

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•双轮式可变光衰减器(步进式)

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•每个衰减圆盘—L分别装有0dB、5dB、l 0dB、15dB 20 dB、25dB六个衰减片,通过旋转这两个圆盘,使两个圆盘上的不同衰减片相互组合,即可获得5、10、15、20、25、30、35、40、45、50dB等十档衰减量。衰减片可以采用镀膜或吸收型玻璃片来制作。

•连续可变光衰减器

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•它的衰减元件部分做了相应的变化,它由一个步进衰圆甩和一片连续变化的衰减片组合而成,步进衰减片的衰减量为0、10、20、30、40、50dB六档,连续变化衰减片的衰减量为0一15dB。因此总的衰减量调节范围为:0一65dB。这样,通过粗俏和细档的共同作用.即可达到连续衰减光能量的目的。

•连续衰减片是采用真空镀膜方法,在圆形光学玻璃片上镀制金属吸收膜而制成的。采用特殊的专用扇形装置来覆盖玻璃基片,由于这种专用覆盖装置可连续均匀地改变其张角,所以,可以使

•蒸笼出来的膜层厚度逐渐均匀变化.因而可以达到使衰减器连续变化的目的。

平移式光衰减器

这种滤光片的制作方法同扇形渐变滤光片相似,只需将其覆盖装置做相应改变,即可使其光学密度随滤光片平移的方向呈线性变化。这样,当垂直于光路平移滤光片时,就可以调节光衰减器的衰减量。

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智能型机械式光衰减器

智能型衰减器通过电路控制电动齿轮,带动平移滤光片,再将数据编码盘检测到的实际衰减量反馈信号,反馈到电路中进行修正,从而达到自

动驱动、自动检测和显示光衰减量的目的。

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液晶型光衰减器

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•从光纤入射的光信号经自聚焦透镜后成为平行入射光,该平行光被分束元件P1分为偏振面相互垂直的两束偏振光。o光和e光,经过不加任何电压的液晶元件时,两束偏振光同时旋转90。,旋转后的偏振光再被另一个与Pl光轴成90‘的分束元件P2合为一束平行光,由第二只自聚焦透镜精合进光纤。

• 当液晶的两个电极加上一定的电压后,液晶晶向的扭向排列便产生一定角度的偏转,使得通过液晶的部分。o光和e光,发生偏振面的旋转。其中,偏振方向旋转90度的那部分。o光和e光,被分束元件P1

•汇合成一束平行光出射,面其余的偏振光则不能被汇合,并以一定的

•角度射出光路.

2.光衰减器的性能指标。

•光通信技术的发展,对光衰减器性能的要求是:插入损耗低、回波损耗高、分辨率线性度和重复性好、衰减量可调范围大、衰减精度高、器件体积小、环境性能好。其中,分辨率线性度取决于衰减元件的持性和所采用的读数显示方式及机械调整结构‘重复性也取决于所采用的读数显示方式及机械调整机构。

  ① 衰减量和插入损耗。

衰减量和插入损耗是光衰减器的重要指标,固定光衰减器的衰减量指标实际上就是其插入损耗,而可变衰减器除了衰减量外,还有单独的插入损耗指标,高质量的可变衰减器的插入损耗在1.0dB以下,一般情况下普通可变衰减器的该项指标小于2.5dB 即可使用。在实际选用可调衰减器时,插入损耗越小越好。但这势必会牵扯到价格。

• 光衰减器的插入损耗主要来源于光纤准直器的插入损耗和衰减单元的透过率精度及耦合工艺,其中的工艺重点在光纤准直器的制作上,如果光纤和自聚焦透镜及两个光纤准直器间藕合得很好的话,则可以使整个光衰减器的插入损耗大大降低。

•光纤和自聚焦(GRIN)透镜的耦合

•对光纤准直器之间的耦合

  ② 光衰减器的衰减精度。

衰减精度是光衰减器的重要指标。通常机械式可调光衰减器的衰减精度为其衰减量的±0.1倍。其大小取决于机械元件的精密加工程度。固定式光衰减器的衰减精度很高。通常衰减精度越高,价格就越高。

•衰减片式光衰减器的衰减量取决于金属蒸发薄膜层的透过率和均匀性。由布拉格定律可知,透过率取决于吸收材料的内透射率和它的厚度.

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  ③ 回波损耗。

在光器件参数中影响系统性能的一个重要指标是回波损耗。回返光对光网络系统的影响是众所周知的。光衰减器的回波损耗是指入射到光衰减器中的光能量和衰减器中沿入射光路反射出的光能量之比。高性能光衰减器的回波损耗在45dB以上。事实上由于工艺等方面的原因,衰减器实际回波损耗离理论值还有一定差距,为了不致于降低整个线路回波损耗,必须在相应线路中使用高回损衰减器,同时还要求光衰减器具有更宽的温度使用范围和频谱范围。

回波损耗由各元件和空气折射串失配造成的反射引起。通常平面元件引起的回波损耗在14dB左右,通过足够的抗反射膜和恰当的斜面抛光及装配工艺,整个器件的回波损耗可达到50dB以上。在轴对称的情况下,如果元件的界面采用倾角的斜面,则反射光将以一定的角度偏析出入射光路。因此,要提高回波损耗,在设计时必须在各元件的表面镀制抗反射膜,采用斜面透镜,并将各光学元件斜置或进行折射率匹配。

光衰减器的分类及性能指标

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3.光衰减器的应用范围。

固定式光衰减器主要用于对光路中的光能量进行固定量的衰减,其温度特性极佳。在系统的调试中,常用于模拟光信号经过一段光纤后的相应衰减或用在中继站中减小富余的光功率,防止光接收机饱和;也可用于对光测试仪器的校准定标。对于不同的线路接口,可使用不同的固定衰减器;如果接口是尾纤型的,可用尾纤型的光衰减器焊接于光路的两段光纤之间;如果是在系统调试过程中有连接器接口,则用转换器式或变换器式固定衰减器比较方便。在实际应用中常常需要衰减量可随用户需要而改变的光衰减器。所以可变衰减器的应用范围更广泛。例如由于 EDFA、CATV光系统的设计富余度和实际系统中光功率的富余度不完全一样,在对系统进行BER评估,防止接收机饱和时,就必须在系统中插入可变光衰减器,另外,在纤维光学(如光功率计或OTDR)的计量、定标也将使用可变衰减器。从市场需求的角度看,一方面光衰减器正向着小型化,系列化、低价格方向发展。另一方面由于普通型光衰减器已相当成熟,光衰减器正向着高性能方向发展,如智能化光衰减器,高回损光衰减器等。