拉锥式耦合器原理及制作
拉锥型耦合器原理简介
拉锥型耦合器原理简介拉锥型耦合器，发展于20世纪90年代，具有对光信号进行能量分配，波长合，解复用等功能。
尽管2008年后，PLC的出现和发展，对拉锥型耦合器均分能量部分功能进行了削弱，但对于不同能量分光比，以及成本较低的波分型耦合器来说，在目前用于5G项目的波分模块监控端（可根据不同方案设计成不同分光比，带宽要求），以及用于EDFA模块上面，依然有着不可替代的作用。
那么，不同功能的耦合器，是否需要不同种类的材料才能制造出来呢？答案是否。
只要两根光纤，重合在一起，通过火温，夹具，拉锥速度，停火点等变化，就可以制作成不同分光比(0.5%~99.5%)，不同带宽(+-10nm,+-20nm,+-40nm,全带宽)的光能量分配的器件，也可以制作成不同波长分配的器件（1550/1310nm，1480/1550nm，980/1550nm）。
居然可以这么神奇？下面我们细说一下拉锥型耦合器的原理。
耦合器的最简单形式由两个紧密放置的平行单模光纤组成。
这种结构的基本操作涉及两个波导之间的部分或完全传输功率。
功率交换是由于一个波导模式到另外一个波导模式的消逝尾部之间的光耦合,其中光发射,第二波导的自然模式。
这种光学交互也可以看作是复合结构的对称和反对称超级模式之间的跳动。
均匀间隔的并行交互区域在耦合过程中起着关键作用。
交互区域具有纵向不变结构,可通过耦合模式分析了解该区域发生的光耦合。
图1 a: 由一对相同的单模波导形成的复合结构的对称和非对称模场图1b: 沿z 传播的两种模式的相对相位差及其在z=π/2 的叠加在波导-1 中取消并加入波导-2在跨交互区域的耦合模式分析中,假定彼此平行的两个均匀波导作为复合结构 . 由两个单模波导形成的复合系统可以显示支持两种模式,一种是对称(偶数)模式,另一种是反对称(奇数)模式。
这两种模式称为复合结构的正常模式或超模,具有不同的传播常量当光耦合到其中一个波导中时,它会激发对称和反对称超模的线性组合,如图1 所示。
熔融拉锥型波分复用原理
熔融拉锥型波分复用原理
熔融拉锥型波分复用（MF-TDM）是一种基于拉锥型光纤的
波分复用技术。
拉锥型光纤是一种光纤结构，其截面逐渐变细，外部折射率逐渐变高。
这种结构可以使不同波长的光信号在光纤中以不同的路径传播，从而实现波分复用。
MF-TDM的原理如下：
1. 在拉锥型光纤的输入端，将不同波长的光信号输入光纤。
这些光信号会以不同的路径在光纤中传播。
2. 在拉锥光纤的输出端，利用波分复用器将不同波长的光信号分离出来。
波分复用器可以通过光栅或光纤耦合器实现。
3. 分离后的光信号可以通过光接收器进行检测和解码，并转换为电信号。
MF-TDM的优势在于可以实现高带宽的波分复用，同时光信
号的路径也可以通过设计光纤的结构来实现多径传播，从而增加复用度。
此外，由于利用了拉锥型光纤的非线性效应，MF-TDM还可以实现波长转换和光信号调制的功能。
然而，MF-TDM也存在一些限制。
首先，由于光信号的路径
不同，波长间的相位差可能会导致信号的多径干扰。
此外，光纤的制备和调整也对MF-TDM的性能有一定的要求。
因此，
在实际应用中，需要仔细设计光纤的结构以及波分复用器的参数，以获得理想的性能。
耦合器的原理
耦合器的原理
耦合器是一种用于传递动力的装置，它能够将两个旋转轴或者传动装置连接起来，实现它们之间的动力传递。
耦合器的原理主要包括传递扭矩、吸收振动和保护传动装置等方面。
首先，耦合器的原理之一是传递扭矩。
在机械传动系统中，通常会出现两个旋
转轴之间需要传递动力的情况，这时就需要使用耦合器。
耦合器通过连接两个旋转轴，使它们之间能够传递扭矩，从而实现动力的传递。
耦合器通常由金属材料制成，具有一定的刚性和强度，能够承受一定的扭矩，并将其传递到另一个旋转轴上。
其次，耦合器的原理还包括吸收振动。
在机械传动过程中，由于旋转部件的不
平衡或者传动系统的工作环境等原因，会产生振动和冲击。
耦合器能够通过其自身的柔性和弹性特性，吸收和减缓这些振动和冲击，从而保护传动系统的正常运行。
这种吸收振动的原理可以有效地减小传动系统的噪音和震动，延长传动装置的使用寿命。
此外，耦合器的原理还包括保护传动装置。
在机械传动系统中，由于负载的突
然变化或者意外故障等原因，会导致传动装置受到冲击或者超载，从而造成损坏。
耦合器能够通过其自身的断裂或者滑动等特性，在发生超载或者冲击时自动脱离，从而保护传动装置不受损坏。
这种保护装置的原理能够有效地保障传动系统的安全运行。
综上所述，耦合器的原理主要包括传递扭矩、吸收振动和保护传动装置等方面。
通过合理选择和使用耦合器，能够有效地实现传动装置之间的动力传递，保护传动系统的正常运行，延长传动装置的使用寿命，从而提高机械设备的工作效率和可靠性。
熔融拉锥型光纤宽带耦合器特性研究
熔融拉锥型光纤宽带耦合器特性研究
随着现代社会不断发展与繁荣，对通信设备技术的需求也日益增长。
为了满足不断增长的需求，研究者们不断开发新技术来提高传输性能，其中有一项重要的技术就是光纤耦合器。
光纤耦合器是一种特殊的电缆连接器，它可以利用熔融拉锥光纤宽带耦合器来实现高速传输数据。
本文旨在探讨熔融拉锥型光纤宽带耦合器的特性。
首先，熔融拉锥型光纤宽带耦合器采用熔融拉锥型技术，能够达到高折射率（约为15%）和高耦合系数（约为90%）。
它的折射率与折射损耗均高于普通类型耦合器，从而可以提高传输速度，传输效率更高。
此外，它有良好的抗电磁兼容性，可以有效地抑制外部电磁场对光纤耦合器的影响，从而有效地保证传输的稳定性和准确性。
其次，熔融拉锥型光纤宽带耦合器还具有很强的稳定性和可靠性，而且它的绝缘性也非常好。
在高温、高湿度和恶劣环境下，它仍然能够保持良好的输出性能。
此外，由于熔融拉锥型光纤宽带耦合器的结构简单，因此它可以省去生产和安装的时间成本，Installing and production time is also saved due to its simple structure.
第三，熔融拉锥型光纤宽带耦合器还具有耐用性，特别是在耐磨性方面。
由于它的表面与容量和抗压强度都很高，因此它可以有效地抵御外界的强压，也可以防止长期磨损。
- 1 -。
熔融拉锥型耦合器
熔融拉锥型耦合器
熔融拉锥型耦合器是将两根或多根光纤捆在一起，然后在拉锥机上熔融拉伸，并实时监控分光比的变化，分光比达到要求后结束熔融拉伸，其中一端保留一根光纤（其余剪掉）作为输入端，另一端则作多路输出端。
目前成熟拉锥工艺一次只能拉1×4以下，1×4以上器件，则用多个1×2连接在一起，再整体封装在分路器盒中。
莱择光电生产的熔融拉锥型保偏耦合器（也称拉锥分路器，FBT Coupler），能使在光纤中传输的光信号在特殊结构的耦合区发生耦合，进行光功率的再分配，可以根据需要实时监控，制作出不同分光比耦合器，该耦合器广泛用于光纤激光器、光纤放大器、通信系统和光纤到户中。
光纤耦合器熔融拉锥粘弹性建模与分析
先将 KWW 函数表达式拟合为相应的广义 Maxwell 模型 , 求出此时的 Maxwell 模型参数 。
1. 1 光纤玻璃的 Max well 模型松弛模量
函数 G( t) 为剪切松弛函数 , 它表示产生并维持 单位应变所需要的应力 , 为单调递减函数 。 采用广 义 Maxwell 模型表示为 :
・8 0 ・
中南大学学报 ( 自然科学版) 第 37 卷
1 光纤玻璃的本构方程
在等温 ( T0 ) 条件下 , 光纤玻璃高温流变特性的 积分型本构方程为[ 4 7 ] : σ( T0 , t) =
t
) τ+ 2 G( T , t - τ d τ d ∫
G ( t) d t = Gτ 。 ∫
0 1 0
∞
2 时温等效原理
玻璃是一种热流变材料 , 其应力2应变关系不仅 与时间有关 , 而且与温度有关 , 并遵循 “时温等效” 原理 。 在利用熔融拉锥法制作光纤耦合器时 , 光纤 玻璃处在火焰的温度场中 , 其温度分布为空间变化 的函数 。 利用上述关系无法确定温度变化条件下的 松弛模量函数 , 由于玻璃材料在相当宽的温度范围 内遵循 “时温等效" 原理 [ 12 14 ] , 利用 “时温等效” 原理 可解决这一问题 ,“时温等效” 原理可表示为 :
第 1 期 帅词俊 , 等 : 光纤耦合器熔融拉锥粘弹性建模与分析
・81 ・
τ k ( T) =
τ k ( T0 ) 。 A ( T , T0 )
( 9)
温度 。 将测得的温度利用插值法对光纤的上下表面 进行加载 。 设光纤某一点的横坐标为 x , 其相邻已 测 2 点的横坐标为 X n - 1 和 X n , 温度分别为 T X n - 1 和 TXn 。 且 X n - 1 < x < X n , 则 x 点的温度为 : T X n ( x - X n - 1 ) + T X n - 1 ( X n - x) Tx = 。 ( 11) Xn - Xn- 1
拉锥耦合器的原理
拉锥耦合器的基本原理引言拉锥耦合器（Tapered Coupling）是一种用于光纤通信系统中的光学耦合器，用于将光信号从一个光纤传输到另一个光纤。
它是一种重要的光学元件，具有高效、低损耗和可靠性等优点。
本文将详细介绍拉锥耦合器的基本原理。
拉锥耦合器的结构拉锥耦合器由两根光纤和一个拉锥结构组成。
其中，两根光纤分别称为输入光纤和输出光纤，它们通过拉锥结构连接在一起。
拉锥结构是指将两根光纤的直径逐渐减小，最后形成一个尖端连接的结构。
这种结构可以有效地实现两根光纤之间的能量传输。
工作原理拉锥耦合器基于两根光纤之间的模场重叠来实现能量传输。
当输入光信号通过输入光纤进入拉锥耦合器时，它会沿着逐渐减小的直径传播。
当光信号进入拉锥结构时，由于折射率的变化，光信号会发生折射和反射。
通过适当设计拉锥结构的几何形状和材料参数，可以实现光信号从输入光纤到输出光纤的高效耦合。
具体来说，拉锥耦合器的工作过程可以分为以下几个步骤：1.光信号传输：输入光信号从输入光纤进入拉锥结构，并沿着逐渐减小的直径传播。
2.模场重叠：由于拉锥结构的存在，输入光纤和输出光纤之间会有一段共同区域，称为模场重叠区域。
在这个区域内，两根光纤的模场会有一定程度上的重叠。
3.能量转移：当模场重叠时，部分能量会从输入光纤转移到输出光纤中。
4.输出耦合：经过一系列反射、折射等过程后，转移后的能量最终从输出光纤中输出。
影响因素拉锥耦合器的性能受多种因素影响，下面介绍几个主要因素：1. 拉锥角度拉锥角度是指拉锥结构的几何形状中两根光纤的夹角。
合适的拉锥角度可以提高光信号的耦合效率。
一般来说，较小的拉锥角度可以减小光信号在拉锥结构中的反射和散射，从而提高耦合效率。
2. 折射率差折射率差是指输入光纤和输出光纤之间的折射率差异。
较大的折射率差可以增强模场重叠，从而提高能量转移效率。
3. 拉锥长度拉锥长度是指拉锥结构中两根光纤之间的距离。
适当控制拉锥长度可以实现最佳的模场重叠和能量转移效果。
熔融拉锥型全光纤耦合器性能分析
１ ５
ｌ ３
ｌ １
９
７
５
３ Βιβλιοθήκη ｌ ２ ｌ ．５ ２７ １ ．３ ４４
所 用材 料 为 １ ２ｃｕ ｌ ：５ ｃ（０５ ，５０ ｍ 、 ｘ ｏ ｐｅ １ｐｓ ／０１５ ｎ ） ｒ ５
热 缩 管和 石 英板 ， 工 作 波 长 为 １５ ｎ 也可 以是 其 ５ ０ ｍ， １３ ｎ 或 其 它 波 长 都 可 选 ， 向性 ＞ ０ Ｂ， 作 温 ３０ ｍ 方 ６ｄ 工
明我 们 所 生产 的 光 耦合 器 器 从 各 项 指 标 上 都 达 到 了 实用 要 求 。
关键 词 ： 融拉 锥 型 ； 纤 耦 合 器 ； 耗 熔 光 损
中圈分类号 ：Ｎ ６ Ｔ ３１
文献标 识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ８６ ９ （０ ６０ — ０ ２ ０ １０ － ３ ０ ０ ）３ ０ ２ — ３ ２
什
臂） ／
图 １ 熔 融拉 锥型 光 纤耦 合 器的工 作原理
网 、 纤 Ｃ Ｔ 无 源 光 网络 （Ｏ 、 纤 传 感 技 术 光 Ａ Ｖ、 Ｐ Ｎ）光
等 领 域 。用不 同材 料 如 ＩＰ、ｉ ：Ｇ Ａ ｎ ＳＯ 、 ｅ ｓ制造 的 多模
３ 熔融拉锥型全光纤耦合器的参 数测量
熔融 拉锥 型全 光纤耦 合 器 的关键 参数 是工 作波 长 、 入损 耗 、 向性 、 插 方 工作 温 度 等。 插人 损 耗定 义为
指 定输 出端 口的光 功 率相对 全 部输入 光功 率 的减少
干涉（ ＭＭＩ “ 器 已有 大量 报道 ］因此 光 耦合 ） 耦合 。
器具 有很 大 的发展 前 景 。
２ 熔 融拉 锥 型全 光纤耦 合 器 的工作 原 理及
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FOCI
耦合器各参数介绍
分光比 C.R（Coupling Ratio）
Pin POUT1
Coupler
POUT2
P OUT 2 C.R 100% P OUT 1 P OUT 2
FOCI
附加损耗 E.L （Excess Loss）
POUT1
Pin
Coupler
POUT2
POUT 1 POUT 2 E.L 10log (dB) PIN
抛磨型耦合器 制作方式 熔融双锥型耦合器 微弯型耦合器 侧面补偿型耦合器
FOCI
光功率分配器（分路器、合路器）
功能 光波分复用器（分波器、合波器）
单窗口窄带耦合器（CNS） 带宽 单窗口宽带耦合器（CWS） 双窗口宽带耦合器（CWD）
FOCI
单模耦合器 传输模式 多模耦合器
X型耦合器（2X2） 端口形式
C D A E
B
FOCI
宽带单模耦合器
当前光纤通信中采用的1310nm或1550nm的半导体 激光器一般都有±30nm的波长偏差，因此需要耦合器在
一个较宽的波长范围都能达到设计要求。
目前通信领域的宽带耦合器的一般要求：1310nm 1550nm双窗口，每窗口带宽±50nm、分光比的变化不 大于5%。
Pin POUT1
Coupler
POUT2
PMin P.D.L 10log (dB) PMax
FOCI
回损 B.R （Back Reflection）
Pin P反
POUT1
Coupler
POUT2
P 反 BR 10Log (dB) PIN
FOCI
关系推导1： 已知C.R 、EL，求IL1、IL2？ IL1 =-10*LOG10((1- C.R)*10^(- EL /10)) IL2 =-10*LOG10(C.R *10^(- EL /10)) 关系推导2： 已知IL1、IL2，求C.R 、EL？ C.R =10^(- IL2 /10)/(10^(- IL1 /10)+10^(- IL2 /10)) EL =-10*LOG10(10^(- IL1 /10)+10^(- IL2/10))
FOCI
光纤的分类
单模光纤（SMF） 纤芯：9-10um 工作波长 1310nm/1550nm
多模光纤（MMF） DC ：62.5/125um
CC
：50/125um
工作波长 850nm/1300nm
XC
：100/140um
耦合器器件介绍
FOCI
耦合器（Coupler） 使光信号在耦合区发生耦合，并进行 再分配的器件。 分类
FOCI
宽带耦合器制作原理
用熔融拉锥工艺制作宽带耦合器的原理如图：
1 1 0.9 0.8 0.7 P( 1.55 0.0075 Z ) 0.6 P( 1.31 0.0075 Z ) 0.5 Yc( Z ) 0.4 0.3 0.2 0.1 7.56110
6
C
D
0 4000 4000
2πa V= λ
n12-n22
熔锥区截面示意图
FOCI
两光纤波导之间的耦合
在熔锥区，两光纤包层合并在一起，纤芯足够 逼近，形成弱耦合。
弱耦合理论的基本思想是：相耦合的两波导中
的场，各自保持了该波导独立存在时的场分布和传 输系数，耦合的影响表现在场的复数振幅的沿途变 化。
FOCI
两光纤耦合过程光功率分配状况
耦合原理概述
熔融拉锥法就是将两根（或两根以上）除 去涂覆层的光纤以一定的方式靠拢，在高温下 熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双 锥体形式的特殊波导结构，实现传输光功率耦 合的一种方式。
FOCI
熔融拉锥法FBT（Fused Biconical Taper）
FOCI
光纤
夹具 光探测器
光 源
火焰
拉锥式耦合器原理及制作 培训人：周进文
目录
光纤基本知识 耦合器器件介绍
FOCI
耦合原理概述
参数验证实验 烧结制作流程
光纤基本知识
FOCI
什么是光纤？ 是一种纤芯折射率比包层折射率高的 石英玻璃丝。 光纤基本结构：
涂覆层（Coating）
包层（Cladding）
纤芯（Core）
FOCI
插入损耗 I.L （Insertion Loss）
POUT1 Coupler POUT2
Pin
P I .L1 10 log OUT 1 (dB) PIN P OUT 2 I .L2 10 log (dB) PIN
FOCI
偏振敏感损耗 P.D.L (Polarization Dependent Loss)
P1(z)= 1-F2sin2( C z ) F P2(z)= F2sin2( C z ) F
P1(z)是直通臂的光功率， P2(z)是耦合臂的
光功率，z为拉锥长度，C为耦合系数，F2为最大 耦合比。 其中 ；
FOCI
主光纤的归一化功率随拉伸长度的变化
FOCI
耦合比率与熔融拉锥长度的关系
1 0.9 0.8 0.7 P( 1.55 0 Z ) 0.6 P( 1.31 0 Z ) 0.5 Yc( Z ) 0.4 0.3 0.2 0.1 0 4000 4500 5000 5500 6000 Z 6500 7000 7500 8000
控制电路
计算机
熔融拉锥系统示意图
FOCI耦合机理输来自臂 入端锥体耦合区出端锥体
直通臂
耦合臂 入射光功率在双锥体结构的耦合区发生功率再 分配，一部分光功率从“直通臂”继续传输，另一 部分由“耦合臂”传到另一路光路。
FOCI
熔锥型单模光纤耦合器
在单模光纤中，传导模是两个正交的的基模(HE11)
信号。传导模进入熔锥区后，纤芯变细，V值逐渐减少， 越来越多的光功率进入光纤包层。实际上的光功率是在 由包层作为芯，纤外介质(一般是空气)作为新的包层的 复合波导结构中传输的。
Y型耦合器（1X2）
星型耦合器（NXN）
树型耦合器（1XN）
FOCI
C-WD-AC-50-S-1210-35-NC/NC
C-WD:产品名称 A: 光纤种类（D、C） C: 穿线方式（L） 50：分光比 S: 出货等级 （H、A） 12：端口形式（22） 10：出纤长度（05、15、20） 35：工作波长（13、15、85、RX） NC/NC：无连接头（FC/FC、SC/SC等）