无源光器件（ Optical Passive Devices ）简介 : 又称为光无源器件，是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应 用领域必不可少的元器件。具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳 定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点，大范围的应用于长距离通信、 区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等。其结构图如下： 无源光器件原理、作用、种类以及应用简介 光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分。 它是一种光学元器件， 其工艺 原理遵守光学的基本规律及光线理论和电磁波理论、 各项技术指标、 多种计算公 式和各种测试方法， 与纤维光学、 集成光学息息相关； 因此它与电无源器件有本 质的区别。 无源光器件的种类非常之多， 功能及形式各异， 但在光纤通信网络里是一种使用 性很强的必不可少的器件，而 在光纤有线电视中，起着连接、分配、隔离、滤波 等作用。 作用概括起来主要是：连接光波导或光路；控制光的传播方向；控制光 功率的分配； 控制光波导之间、 器件之间和光波导与器件之间的光耦合； 以及合 波和分波等作用。 光无源器件有很多种，分别是：光纤准直器（ Fiber Collimators ）光纤连接器（ Connector ），光耦合器件（ Coupler ），光衰减器 （Attenuator ），光隔离器（ Isolator ），光波分复用器（ WDM），偏振光合波 器（ PBC）、光开关 (Switch) ，光环形器（ Circulator ）；在此只介绍几种常见 的无源光器件，其余的不再一一介绍。 1、光纤连接器 ：又称光纤活动连接器，俗称活动接头，用于设备与光纤之间的连 接。光纤连接器的作用是将需要连接起来的单根或多根光纤芯线的断面对准、贴 紧，并能多次使用。 2、光纤分路器及耦合器： 光纤耦合器，将不同方向的光信号耦合 ( 光纤 光纤耦合器 SWF )送入一根光纤中传输，或者相反。常用的三极管光耦合器结构 图如下： 3、光合波器、光分波器： 光合波器和光分波器是用于波分复用等传输方式中的无 源光器件 . 可将不同波长的多个光信号合并在一起耦合到一根光纤中传输， 或者反 过来说，将从一根光纤传输来的不同波长的复合光信号，按不同光波长分开。前 者称为合波器，后者称为光分波器。光合波器和光分波器可分为衍射光栅型，棱 镜型 , 波导型等几种类，下图为衍射光栅型器件的结构原理图： 4 、光隔离器： 半导体激光器及光放大器等对来自连接器、熔接点、滤波器等的反 射光非常敏感，并导致性能恶化。因此就需要用光隔离器阻止反射光。光隔离器是 一种只允许单向光通过的无源光器件， 其工作原理是基于法拉弟旋转的非互易性。 光隔离器成品模型 5、光开关：光开关在光纤通信技术中作光路切换之用，如为了更好的提高系统可靠性用 于主开关切换等。 光开关大体可分为两种 : 一种是以机械方式驱动光纤和棱镜等光 学器件进行光路的转换；另一种是利用光电效应和声光效应来转换电路而没有机 械动作。下图为其成品模型： 6、光可变衰减器： 光可变衰减器是对光功率有一定衰减量的器件。为了衰减光的 强度，一般都会采用使一部分光功率被物质吸收的方法。这可以在玻璃基片上蒸镀透 射系数 （和反射系数）变化很小的金属膜来实现。 金属薄膜使用镍 （Ni ）、铬 （Cr ） 等化合物材料， 光的衰减量大小可由薄膜的厚度来控制。 下图为其结构原理图： 无源光器件另外一种分类还包括由 FC、SC、ST、LC等多种类型适配器、衰 减器，以及由 PC、 UPC、APC三种连接插头形式（现 UPC、PC基本说的是同 一种，只是技术数值有小差别） ，和由 FC、SC、ST、LC 等各种各样不同型号和规格 的尾纤（包括带状和束状）和跳线 芯不等。 无源光器件在未来的发展的新趋势： 据 2011 年 1 月 13 日消息，根据全球工业市场调研分析公司， GIA 最新发布 的有关《全球光器件市场发展分析报告》显示，在未来 5 年内，全球光器件市场 将从 2008 年~2009年的金融风暴之后，再次复苏，迈向 313 亿美元大关。 2010 年，在经过金融海啸袭击的光通讯市场在三网融合、 FTTx等光网络的 兴起大前提之下， 再次复苏。 电信网络运营商将采用最后一公里全光端到端接入 方式，替换传统的铜线接入网络， 为广大网络用户所带来全新光纤网络服务。 这一 大趋势将最大限度地带动光器件市场的健康发展。 的确，在金融海啸的袭击之下， 电信网络领域受到了空前的影响， 故光器件 市场也急剧下滑。 但随着全光接入网络的逐渐普及， 三网融合逐渐向千家万户辐 射，应用于无线通信和光网络领域的光器件市场将迎来又一灿烂明天。 此外，随 着 2010 年全球各国家、 地区 3G频谱的逐个拍卖， 这无疑将是光器件市场的又一 强大推动力。 除此之外， 应用于先进光通信网络中的高集成模块、 地下光纤网络 以及其他用于 FTTx （OFweek通信国际注： 光纤接入， x 表示 curb,home,premise 等）网络的光通讯设备中的光器件需求量也将成为光器件市场的助燃剂。 在全球光器件市场中， 美洲、 欧洲以及亚太地区为三雄， 占据了大部分光器 件市场占有率。 在经过几年的经济萧条期， 光器件生产商终于在 2011 看到了曙光。 GIA 认为，光通信行业发展的新趋势为“ V”字型，骤降之后，逐渐反弹。 然而，据 GIA 估计， US和西欧市场的发展将落后于全球平均发展水平，与 此同时， 北美和日本的光器件市场发展将较平缓， 保持上涨的趋势， 但也不可能会出现 激增现象。 中国、印度以及巴西的光器件生产商将借国内光网络发展对光器件的 渴求，纷抢全球光器件市场这块大蛋糕。 在未来 5 年里，亚太地区的光发射器和接收器的 CAGR（OFweek通信国际注： CAGR即为复合年均增长率）达 7%。 总的来说无源器件的主要发展趋势为以下三个方面： 1. 集成模块化是无源光器件未来发展的趋势。 集成模块提供了整合有源器件或 模块及无源光器件的能力， 并同时达到模块缩小化及低成本的要求。 主要方法包 括：低温共烧陶瓷技术（ LTCC）, 薄膜技术，硅片半导体技术，多层电路板技术 等。 2. 小型化。无线产业追求的更小型化和更轻量化要求无源光器件向更小型的 方向发展。主要使用微电子机械系统（ MEMS）使射频尺寸更小，成本更低，功能 更为强大，并且更利于集成。 3. 封装效应。 同常用的表面安装无源元件相比， 将元件集成于封装内可以有 效的提高系统的可靠性， 缩短导电通路， 降低寄生效应， 减少相关成本且减小器件尺 寸。 物电学院 08 级 10 班 陈龙（ 4）

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