分路器作为FTTx网络的核心部件.doc

分路器作为FTTx网络的核心部件,其在无源光网络(work,PON)的一个典型应用表现在以下两个方面:   (1490nm和1550nm)的功率分配器(Powersplitter)使用   (1310nm)biner)使用   详细的组网形式不是这里的讨论重点,读者可以参考相关专著(如GerdKeiser的《FTTXConceptsandApplications》)。这里主要讨论的是分路器的工作原理和性能。   目前市场上主流的分路器主要基于两种技术形式:熔融拉锥型(FusedBiconicalTaper,FBT)和平面光波导(PLC)型。同样的,两种技术形式孰优孰劣,这里不作评论。无论基于何种技术形式的分路器,都是基于1x2基本结构的级联而成。FBT的1x2结构是一耦合器,而PLC的是一Y分支结构。这个看似简单的Y分支构件,其实并不简单,因为分路器的性能优劣很大程度上就是由它决定的。如何设计一个性能优异的Y分支结构属于技术机密(Classifiedtechnology),这里不便讨论。这里仅就基于平面光波导技术的一个Y分支结构的分路器,即1x2分路器的工作原理作一简介。其实也就是从物理本质上粗略地解释为什么1x2分路器无论是上行,还是下行信号,其插入损耗都是3dB。   1x2分路器的功能结构可以用图1(a)的框图来表示:一个单模输入波导,两个单模输出波导。中间用来分束的结构有很多种,这里只给出了3种结构:图1(b)的定向耦合器型(DirectionalCoupler,DC),图1(c)的无间距定向耦合器型(Zero-GapDirectionalCoupler,ZGDC),以及图1(d)的模斑转换器型(SpotSizeConverter,SSC)。定向耦合器型和零间距定向耦合器型输入端都只用其中一个端口,并且无间距定向耦合器型其实是多模干涉型(Multi-ModeInterference,MMI)。现行市场上热卖的PLC分路器都是SSC型的,之所以给出另外两种,是为了进行对比分析。   首先来看图1(b)的DC,入射光在入射单模波导内只存在一个模式:基模(0阶模)。当该0阶模到达耦合区-两相互靠近的波导(间距为波长量级)时,根据超模理论(Supermodetheory),将会在耦合区激励出如图中所示的两超模(由各独立波导中的0阶模叠加而成):偶模(evenmode)和奇模(oddmode),并且这两个超模具有几乎相等(近于简并)的传播常数。在偶模中,位于2个波导内的电场波峰是同相位;而奇模中两波峰是反相位。根据这样的相位关系,两超模叠加的场分布光功率,可以在相邻两波导中周期性的,成二次正(余)弦函数的,不断的交替变换。图中示意图为刚好等分(half=3dB)入射光强时的模式(FBT1x2分路器原理与此类同)。   再来考察图1(c)中的ZGDC,同样的入射光在入射单模波导内只存在一个模式:基模(0阶模)。虽然该结构也叫DC,但其工作模式与真正的DC完全不同。当入射0阶模到达两入射波导交叉点时,该处波导宽度突然增大一倍,其场宽也必然增大,变成另一0阶模。由于这两个0阶模不满足场的连续性条件,因此必然同时伴随着另一模式-1阶模的激发,而且1阶模的强度与0阶模相同。如是在中间宽度2w多模波导中便传输着两个模式,并且最多