關(guān)鍵詞：光通信、光無源器件、封裝、耦合、卓立漢光產(chǎn)品
摘 要：本文光無源器件的分類、封裝類型、結(jié)構(gòu)和電性能做出簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)對(duì)光無源器件生產(chǎn)過程中，卓立漢光可提供的工裝方案、設(shè)備改進(jìn)等方面做說明。
引 子：
2013 年8 月19 日國務(wù)院發(fā)布《“寬帶中國”戰(zhàn)略及實(shí)施方案》，其中提到“加大對(duì)關(guān)鍵設(shè)備核心芯片、光電子器件、操作系統(tǒng)等產(chǎn)品研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的支持力度。”
“寬帶中國戰(zhàn)略的實(shí)施，有利于促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)，特別是光通信產(chǎn)業(yè)（包括光傳輸、光接入、光配套設(shè)備、光纖光纜制造及光器件制造等）的快速發(fā)展，有利于推動(dòng)新一代光傳送網(wǎng)、下一代接入網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，有利于催生新一代的光電子集成器件、模塊及芯片的出現(xiàn)及應(yīng)用。寬帶中國戰(zhàn)略的實(shí)施，將帶動(dòng)一個(gè)從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商、電信運(yùn)營商、應(yīng)用服務(wù)提供商到終端制造商的超過萬億元的龐大市場(chǎng)。
光傳輸與交換、光接入和光器件是光通信產(chǎn)業(yè)中市場(chǎng)容量 大的部分，而光器件產(chǎn)業(yè)又是近年發(fā)展勢(shì)頭 為迅猛的領(lǐng)域。光器件是光纖通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)與核心，同時(shí)也是發(fā)展的關(guān)鍵，是光纖通信領(lǐng)域中具有前瞻性、先導(dǎo)性和探索性的戰(zhàn)略必爭(zhēng)高技術(shù)，也 能夠代表一個(gè)國家在光纖通信技術(shù)領(lǐng)域的水平和能力。數(shù)據(jù)顯示：我國光纖通信技術(shù)和產(chǎn)品設(shè)備已經(jīng)處于世界水平，擁有世界 大 完整的光通信產(chǎn)業(yè)鏈，我國也成為世界上光通信器件產(chǎn)品輸出大國。
隨著通信光電子器件研究的高投入和迅速發(fā)展，國內(nèi)有關(guān)單位的、領(lǐng)導(dǎo)和科研人員對(duì)該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展越來越重視，特別是在國家各類科研項(xiàng)目和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的大力支持下，我國通信光電子器件技術(shù)的進(jìn)步較快，一些實(shí)用化器件已逐步進(jìn)入商用化階段，有力地支持了國產(chǎn)光通信設(shè)備的研制和發(fā)展，初具規(guī)模的光電子器件產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成，并實(shí)現(xiàn)了高速發(fā)展。
光通信器件分為光有源器件和光無源器件，本文就光無源器件的分類、封裝類型、結(jié)構(gòu)和電性能做出簡(jiǎn)要介紹，并對(duì)對(duì)光無源器件生產(chǎn)過程中，卓立漢光可提供的工裝方案、設(shè)備改進(jìn)等方面做說明。
1 光無源器件的分類
光無源器件是一種不必借助外部的任何光或電的能量，由自身能夠完成某種光學(xué)功能的光學(xué)元器件，其工作原理遵守幾何光學(xué)理論和物理光學(xué)理論，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)、各種計(jì)算公式和各種測(cè)試方法與纖維光學(xué)和集成光學(xué)息息相關(guān)。光無源器件根據(jù)不同的制作工藝可分為纖維光學(xué)無源器件和集成光學(xué)無源器件；光無源器件按其具備的不同功能可分為：光纖準(zhǔn)直器、連接器、光耦合器、光衰減器、光隔離器、光波分復(fù)用器、偏振光合波器、光開關(guān)、光環(huán)行器等。
1.1 光纖準(zhǔn)直器件
光纖準(zhǔn)直器 （collimator） 由尾纖與自聚焦透鏡定位而成。它可以將光纖內(nèi)的傳輸光轉(zhuǎn)變成準(zhǔn)直光（平行光），或?qū)⑼饨缙叫校ń破叫校┕怦詈现羻文９饫w內(nèi)。


圖1.1 光纖準(zhǔn)直器的封裝外形圖

1.2 光纖連接器
光纖連接器，是光纖與光纖之間進(jìn)行可拆卸（活動(dòng)）連接的器件，它把光纖的兩個(gè)端面精密對(duì)接起來，以使發(fā)射光纖輸出的光能量能 大限度地耦合到接收光纖中去，并使由于其介入光鏈路而對(duì)系統(tǒng)造成的影響減到 小，這是光纖連接器的基本要求。在一定程度上，光纖連接器影響了光傳輸系統(tǒng)的可靠性和各項(xiàng)性能。



圖1.2 光纖連接器的對(duì)接原理圖

光纖連接器應(yīng)用廣泛，品種繁多。按傳輸媒介的不同可分為常見的硅基光纖的單模和多模連接器，還有其它如以塑料光纖連接器對(duì)接原理膠等為傳輸媒介的光纖連接器；按連接頭結(jié)構(gòu)形式可分為：FC、SC、ST、LC、D4、DIN、MU、MT等等各種形式；按光纖端面形狀分有FC、PC（包括SPC或UPC）和APC；按光纖芯數(shù)劃分還有單芯和多芯（如MT-RJ）之分。在實(shí)際應(yīng)用過程中，我們一般按照光纖連接器結(jié)構(gòu)的不同來加以區(qū)分。常用的三種接頭結(jié)構(gòu)形式的連接器如下圖所示。

圖1.3 ST型光纖連接器		圖1.4 FC型光纖連接器

圖1.5 LC型光纖連接器

1.3 光耦合器
光耦合器是重要的光無源器件，可使傳輸中的光信號(hào)在特殊結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)域發(fā)生耦合，然后進(jìn)行再分配。從功能上可分為光功率分配耦合器和光波長分配耦合器。常見為平面波導(dǎo)型光功率分配器。


圖1.6 PLC光分路器封裝外形圖

1.4 光衰減器
光衰減器是重要的光學(xué)無源器件，常用于在系統(tǒng)中吸收或反射掉光功率余量，評(píng)估系統(tǒng)的損耗及各類測(cè)試中。光衰減器可以根據(jù)用戶的要求將光信號(hào)進(jìn)行預(yù)期的衰減，類型很多。大概可分為位移型光衰減器、直接鍍膜型光衰減器、衰減片型、液晶型光衰減器。

圖1.7 MATT系列光衰減器結(jié)構(gòu)圖


圖1.8 MATT系列光衰減器封裝外形圖

1.5 光隔離器
光隔離器主要解決光路中光的反射問題，它是只允許光線沿光路正向傳輸?shù)姆腔ヒ仔詿o源器件。其工作原理是基于法拉第旋轉(zhuǎn)的非互易性。 通過光纖回波反射的光能夠被光隔離器很好的隔離。主要包括兩類，空間型偏振相關(guān)光隔離器、偏振無關(guān)光隔離器。

圖1.9 1310/1550單雙光隔離器

1.6 光波分復(fù)用器
波分復(fù)用技術(shù)是光纖通信中的一種傳輸技術(shù)，它利用一根光纖可以同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長的光載波的特點(diǎn)，把光纖可能應(yīng)用的波長范圍劃分為若干個(gè)波段，每個(gè)波段用作一個(gè)獨(dú)立的通道傳輸一種預(yù)定波長的光信號(hào)。這樣大大提高了單模光纖的帶寬利用率。光波分復(fù)用器是對(duì)光波波長進(jìn)行分離和合成的光無源器件。光波分復(fù)用器的一個(gè)端口，作為器件的輸出/輸入端，N個(gè)端口作為器件的輸入/輸出端。
值得一提的是，陣列波導(dǎo)光柵（AWG） 通常用于波分復(fù)用WDM系統(tǒng)中的光復(fù)用器optical（de）multiplexers，這些設(shè)備能夠把許多波長的光復(fù)合到單一的光纖中，從而提高光纖網(wǎng)絡(luò)的傳播效率。
陣列波導(dǎo)開關(guān)基于不同波長的光相互間線性干涉的基本光學(xué)原理，這意味著，如果每個(gè)通道使用有細(xì)微波長差別的光，許多通道的光能夠被單一的光纖的攜帶，而只有可忽略的信號(hào)串?dāng)_。陣列波導(dǎo)開光，在傳送端，可以將多個(gè)通道的光復(fù)合入單一光纖中，同時(shí)，在接收端，也可以將這些光重新分離出來。

圖1.10 多模波分復(fù)用器

1.7 偏振光合（分）束器
由于生產(chǎn)普通光纖難以克服的橢圓度和殘余應(yīng)力，以及在使用過程中不可避免的外力和磁場(chǎng)的影響，所以普通光纖將隨機(jī)改變?cè)谄渲袀鬏數(shù)膬蓚€(gè)簡(jiǎn)并模的相位差，使其偏振態(tài)隨機(jī)變化。偏振光合束器就是將兩束偏振方向正交的線偏光合成一束。


圖1.11 偏振光分束器

 1.8 光開關(guān)

光開關(guān)是一種具有一個(gè)或多個(gè)可選的傳輸端口，其作用是對(duì)光傳輸線路或集成光路中的光信號(hào)進(jìn)行物理切換或邏輯操作的光學(xué)器件。光開關(guān)是一種光路轉(zhuǎn)換器件。在光纖傳輸系統(tǒng)，光開關(guān)用于多重監(jiān)視器，LAN，多光源，探測(cè)器和保護(hù)以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)換。在光纖測(cè)試系統(tǒng)，用于光纖，光纖設(shè)備測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，光纖傳感多點(diǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)工作原理可分為機(jī)械式和非機(jī)械式兩類。

圖1.12 偏振光分束器

1.9 光環(huán)行器

光環(huán)行器是使光信號(hào)只能沿著固定路徑進(jìn)行環(huán)行傳輸?shù)钠骷?，其基本功能如下圖所示。一束光入射到端口1，然后從端口2射出，但是從端口2反射回來的光線，從端口3射出，而不是發(fā)射到端口1。

                  圖1.13 光環(huán)行器    
 

2 光無源器件制造、生產(chǎn)過程中卓立漢光可提供的產(chǎn)品

國內(nèi)無源器件廠商以武漢光迅科技、深圳昂納、仕佳科技等公司為代表。主要產(chǎn)品為光纖放大器、波分復(fù)用器、光開關(guān)、光纖衰減器、光纖耦合器、平面波導(dǎo)型光功率分配器（PLC）、波導(dǎo)陣列光柵（AWG）、光波長轉(zhuǎn)換器、色散補(bǔ)償器、光環(huán)形器、光隔離器、波長鎖定器等。在PLC芯片和AWG芯片耦合過程中要用到的耦合平臺(tái)如下圖所示。

                                                              圖2.1 典型的PLC芯片和AWG芯片
 

光無源器件在制造、生產(chǎn)過程中，主要采用3～6維的手動(dòng)或電動(dòng)精密位移臺(tái)等產(chǎn)品，常見美國、日本廠商的設(shè)備，但由于外購設(shè)備，采購周期長、采購成本和維護(hù)成本較高，往往造成產(chǎn)品生產(chǎn)成本過高，產(chǎn)品的性價(jià)比下降。參見下圖：

                                        圖2.2 手動(dòng)耦合臺(tái)（某進(jìn)口設(shè)備）          


                                         圖2.3 半自動(dòng)耦合臺(tái)（某進(jìn)口設(shè)備）

                                                           圖2.4 全自動(dòng)耦合臺(tái)（某進(jìn)口設(shè)備）

偶見部分國內(nèi)廠商提供類似的設(shè)備，但調(diào)整用的位移臺(tái)產(chǎn)品靈敏度較低、操作性較差，導(dǎo)致光無源器件的生產(chǎn)效率降低、良品率下降，變相增加了生產(chǎn)成本。

                                                                 圖2.5 自動(dòng)耦合系統(tǒng)（某國產(chǎn)設(shè)備）

北京卓立漢光儀器有限公司廣泛了解并掌握了光無源器件廠商在制造、生產(chǎn)過程中的需求，逐步推出多個(gè)系列的手動(dòng)、電動(dòng)位移臺(tái)產(chǎn)品，在降低相關(guān)廠商的采購成本、縮短采購周期的同時(shí)，提供高靈敏度的手動(dòng)、電動(dòng)位移臺(tái)產(chǎn)品，為光無源器件的國產(chǎn)化，提供更好的選擇。

卓立漢光可提供的手動(dòng)產(chǎn)品包括：

NFP系列產(chǎn)品：

APFP系列產(chǎn)品：

FP系列產(chǎn)品：


KSM系列產(chǎn)品

PSM系列產(chǎn)品：

卓立漢光可提供的電動(dòng)產(chǎn)品主要為NFPA系列產(chǎn)品：

除了各類手動(dòng)、電動(dòng)位移臺(tái)產(chǎn)品外，我們還可提供各類工裝、卡具附件及測(cè)試設(shè)備，包括：

面包板	CCD及鏡頭	激光功率/能量計(jì)
單模光纖固定座	聚焦透鏡安裝座	光纖開頭安裝座

3 光無源器件制造、生產(chǎn)過程中使用卓立漢光產(chǎn)品的實(shí)例：

使用PSM 系列產(chǎn)品的光纖跳線耦合設(shè)備



使用NFP 系列產(chǎn)品的CWDM 耦合設(shè)備


使用KSM系列產(chǎn)品的光隔離器耦合設(shè)備



使用APFP系列產(chǎn)品的光纖準(zhǔn)直器調(diào)節(jié)設(shè)備




使用NFP系列產(chǎn)品的PLC調(diào)節(jié)設(shè)備




使用APFP系列產(chǎn)品為主體的光波導(dǎo)（WG）耦合系統(tǒng)