光纤耦合器市场评估
1. 光纤耦合器的定义和性质
光纤耦合器也称光定向耦合器或分支器(Splitter),是一种多根光纤之间或光源与光纤之间实现光功率定向传输的一种无源器件。传输的光的能量大小往往决定耦合器的工作状态,当输入光能量较低时,光纤耦合器处于线性工作状态;当输入光能量高到一定程度后,光纤中将产生非线性效应,即工作在非线性工作状态。 光纤耦合器在电信网路、有线电视网路、用户回路系统、区域网路中都会应用到,是仅次于光纤连接器的第二大用量的无源器件(根据ElectroniCat资料,两者市场金额在2003年约达25亿美元)。光纤耦合器可分标准耦合器(双分支,单位1×2,亦即将光讯号分成两个功率)、星状/树状耦合器、以及波分复用器(WDM,若波长属高密度分出,即波长间距很窄,则属于DWDM),制作方式则有熔融(Fuse)、微光学式(Micro Optics)、光波导式(Wave Guide)三种,而以熔融式方法生产占多数(约有90%)。
2. 光纤耦合器的市场应用
目前分光比固定的熔融拉锥型光纤耦合器已广泛应用于光纤通信系统、光纤传感系统、光纤干涉仪、光纤激光器等。在光通信系统中,耦合器可实现多通道的分光,DWDM波分复用,以及各种需要分配、耦合某一波长或不同波长的光能量的地方。在有线电视系统, 发射器的强信号被发送到光纤耦合器, 耦合器将功率分配到数量庞大的输出光纤中以送给不同的客户。在光纤传感中,光纤耦合器实现仪器之间的互联,替代光环形器,如反射式光传感器的光源与探测器之间的链接。光纤耦合器还可用于光纤干涉仪,例如光学相干断层扫描。利用耦合器的差频特性可设计出用于校正干涉信号畸变分量的全光纤干涉系统,该系统在振动特性测试和语音信号的全光纤采集、光纤的长度测量等方面具有广阔的应用前景。在光纤激光器中,光纤耦合器可用于泵浦光的注入,另一个光纤耦合器用来作为光纤输出耦合器。 这种技术特别运用于没有谐振腔端点的光纤环激光器。 在高功率光纤激光器和放大器中,多模光纤耦合器用于耦合几个激光二极管的输出并将其光能量传输到有源光纤的内包层中。
根据不同的结构和性能,光纤耦合器又可分为多类不同的产品,如保偏光纤耦合器,星型耦合器,全波光纤耦合器,光纤光栅耦合器,塑料光纤耦合器,可调光纤耦合器,非线性耦合器等等。依次简要介绍如下。
2.1 保偏光纤耦合器
保偏光纤耦合器可以分为熔融拉锥型与研磨抛光型两种。它的优点是在稳定的传输2个正交的线偏振光的同时能长距离的保持各自的偏振态不变。其性能参数如耦合比,附加损耗等,主要由双锥体形状决定,而双锥体的形状主要由制造工艺来控制。制造保偏光纤耦合器必须使2根光纤偏振轴平行。耦合比可由拉伸长度来控制。还有一个评价保偏耦合器保偏性能的主要参数是消光比。
2.2 星型耦合器
星形耦合器是光纤通信网的关键部件,通常采用2*2熔融拉锥光纤耦合器组成N*N 星形耦合器,其结构较复杂。平板介质光波导多端口耦合器结构简单、耦合效率高,适于成批生产。
2.3全波光纤耦合器
光纤在制造过程中,若其中的氢氧根离子的浓度较大,会在1385nm处形成一个吸收峰,需采取特别的措施
-6来保证氢氧根离子的浓度小于10。熔锥型全波光纤耦合器是光纤通信系统中重要的基本器件之一,其带宽达
到了390nm(1280~1625nm)。利用带宽拓展技术(非对称工艺)来改变器件的波长特性,使其带宽达到260~1650nm,使得在其带宽范围内均能满足分光精度的要求,而且满足低附加损耗、低偏振相关损耗。
2.4 光纤光栅耦合器
光纤光栅耦合器是光纤光栅和光纤耦合器工艺技术相结合派生的一种新型全光纤器件。它既具有光纤光栅优良的光谱特性,又兼有光纤耦合器多端口的特点,克服了光纤光栅后向反射式工作的缺点,是一种插入损耗小、波长选择性好的偏振无关器件。可用于制作波分复用通信系统中的分插复用器(OADM),进行信号的上/下载;也可以用于抑制掺铒光纤放大器(EDFA)系统中的自发辐射噪声,提高系统的信噪比;另外,还可用于模式分离和非线性开关等等。因此,光纤光栅耦合器在光纤通信系统中将会得到广泛应用。
2.5 塑料光纤耦合器
塑料光纤耦合器以其制造简单、价格低廉、芯径大(一般在0.3~1mm)、接续便利、连接成本低、选材广、泛韧性好和力学性能优良等优点,也受到了广泛关注,随着FTTx的发展,塑料光纤以及塑料光纤耦合器也迎来了新的发展机遇。
2.6 可调光纤耦合器
在耦合区施加应力可以调节分光比,但可调范围很小。随着电信业务的发展,需要采用分光比可调的光纤耦合器的场合越来越多。由于其实现技术的不成熟,目前市场上真正的产品还极为少见。然而由于可调光纤耦合器在未来的光通信市场中有非常诱人的应用前景,各大公司都在努力推出成本低、质量可靠的产品。磨抛型光纤耦合器利用光学冷加工(机械抛磨)除去嵌于玻璃块中的光纤的部分包层,使光纤波导能相互靠近,以形成消失场互相渗透,通过改变耦合区的尺寸可以大幅改变分光比。采用深度渐变的硅V型槽代替带有圆弧槽的玻璃块,利用硅V型槽大规模生产所特有的高品质、低成本,易于制造出低成本、高质量的磨抛型可调光纤耦合器。
2.7非线性耦合器
光纤耦合器的非线性效应也有许多潜在的应用,如作为超快全光开关逻辑运算器、脉冲压缩器或鉴别器、信号放大器等,其中研究最多的是作为高速信号处理的全光开关,其开关速度很快(可以
由以上可见,光纤耦合器在光纤通信系统、光纤传感系统、光纤干涉仪、光纤激光器等领域都有非常广泛的应用,发挥了巨大的作用。作为全光纤型器件,光纤耦合器具有其他一些器件不能比拟的优势,比如插损低、色散小、高功率特性好等;另外,光纤耦合器本身造价比较低廉,生产工艺和品质控制比较成熟。光通信及光传感系统的发展对光通讯器件提出了一些更新更高的要求,从而促进了光纤耦合器技术的发展;反过来,光纤耦合器的推陈出新也推动了光领域的不断进步。
3.光纤耦合器产业投资收益分析
光纤耦合器的制作方式有熔融式(Fuse)、微光学式(Micro Optics)、光波导式(Wave Guide)三种,而以熔融式方法生产占多数(约有90%)。熔融方式的制作法,是将两条光纤并在一起熔融拉椎,使纤芯聚合一起,以达光耦合作用,而其中最重要的生产设备是融烧机,也是其中的重要步骤。虽然重要的制作步骤可由机器代工,但熔融之后,仍须人工作检测封装,因此人工成本约占10~15%左右。再者采用人工检测封装须保品质的一致性,这也是量产时所必须克服的,但技术困难度没有DWDM 模块以及光有源器件高,因此初期想进入光纤产业的厂商,大部分会从光耦合器切入,毛利则在20~30%。基于硅V型槽的可调光纤耦合器极具市场潜力。