什么是光纤衰减器（Fiber Optic Attenuators）？
发布时间：2023-02-10 11:02:13 阅读数： 480
什么是光纤衰减器
光纤衰减器，也叫光衰减器，是用来降低光信号的功率水平的无源器件。由于过多的光可能会使光纤接收器饱和，因此通常在系统中安装光衰减器，以降低光功率，实现最佳光纤系统性能。光纤衰减器用于光信号太强而需要减少的应用中。比如在多波长光纤系统中，人们需要均衡光通道的强度，使所有通道的功率水平相似。这意味着降低较强通道的功率，使之与低功率通道相匹配。
光衰减器通常分为固定衰减器和可变衰减器，下文将对其进行介绍。固定衰减器有一个固定的光功率降低数，如1dB、5dB、10dB等。而可变衰减器的衰减水平可以调整，如从0.5dB到20dB，甚至50dB。一般来说，多模系统不需要衰减器，因为多模光源，即使是垂直腔表面发射激光器，也很少有足够的功率输出来使接收机饱和。相反，对于单模系统，特别是长距离密集波分复用网络链路，光纤衰减器是必要的，因为它可以平衡传输过程中的光功率。
光纤衰减器的工作原理
光纤衰减器在光纤链路中通过三种不同的原理实现所需的衰减，这些原理讨论如下
间隙损耗原理
在间隙损耗的原理中，通过在光纤路径中插入光纤衰减器来实现功率降低。间隙损耗衰减器被放置在发射器附近，以避免接收器的饱和。间隙损耗衰减器利用两根光纤之间的纵向间隙，使从一根光纤传到另一根光纤的光信号可以减少。这一原理使来自发射光纤的光在离开光纤时散开。当光到达接收光纤时，由于有间隙和发生扩散，部分光在包层中丢失。为了减少光纤路径上更远的信号，使用吸收或反射技术的光衰减器会更合适。
吸收式原理
吸收原理占了光纤中功率损失的一部分。这是因为光纤吸收了光能并将其转化为热量。吸收原理可以设计出一个已知减少功率的光衰减器。吸收式原理利用光路中的材料来吸收光能。该原理很简单，但可以成为减少传输和接收功率的有效方法。
反射式原理
反射原理，占了光纤中功率损失的一部分，也是由光纤的不完善造成的。但在这种情况下，它会导致信号散射。散射光在光纤中插入干扰，从而减少传输和接收的光量。光纤衰减器中使用的材料是为了反射已知数量的信号而制造的，因此只允许传播信号的所需部分。
光纤衰减器的类型
人们可以在市场上找到许多光衰减器的类型，其分类角度不同，如连接器类型、电缆类型等。一般来说，它们被广泛接受为固定光衰减器（FOA）和光可变衰减器（VOA）。在考虑电缆类型的同时，还可将它们分为单模和多模衰减器。
固定式光衰减器
固定衰减器，被设计成在光纤中具有不变的衰减水平，以dB表示，通常在1dB和30dB之间，如1dB、5dB、10dB等。这些光衰减器通常使用掺杂光纤，或错位接续，或总功率，而非优选的衰减器通常使用间隙损耗或反射原理。
上图是一个固定光衰减器的例子。衰减水平固定为1dB，这意味着它将光功率减少1dB。这种衰减器有一小段掺有金属离子的光纤，可以提供指定的衰减。这些固定值衰减器包括直插式和连接器式。直插式看起来像普通的光纤电缆。直列式光衰减器被纳入电缆中。连接器型衰减器看起来像一个隔板光纤连接器。通常，它的一侧有一个雄性插头连接器，允许光纤衰减器直接插入接收设备或适配器，在另一侧，有一个雌性类型的光纤适配器，允许线绳插入。还有一种雌性对雌性的光衰减器，可以同时作为适配器和衰减器使用。它们的应用包括电信网络、光纤测试设施、局域网（LAN）和CATV系统。
光学可变衰减器
光学可变衰减器/可变光衰减器（VOA），使用一个可变的中性密度过滤器。VOA一般用于测试和测量，但它也被广泛用于掺铒光纤放大器（EDFA），用于均衡不同通道的光功率。它的优点是稳定，对波长不敏感，对模式不敏感，并提供一个大的动态范围。
有两种类型的光学可变衰减器：逐步可变衰减器和连续可变衰减器。阶梯式可变衰减器可以以已知的步长改变信号的衰减，如0.1dB、0.5dB或1dB。连续可变光衰减器可以通过灵活调整提供精确的衰减水平。因此，操作人员可以在不中断电路的情况下，快速、精确地调整衰减器以适应所需的变化。
上图描述了一种类型的可变衰减器中使用的机制。这里的可变意味着衰减水平可以调整，例如，它可以从1dB到20dB。在这里，来自输入光纤的入射光线被第一个准直透镜扩大成一个更大的光束，然后一个阻挡装置，可以是一个中性密度过滤器，被插入到光路中以部分阻挡光线，所以只有部分光线可以通过。然后用第二个准直透镜将光线聚焦到输出光纤中。当你把阻挡装置向内或向外移动时，你会得到不同的衰减水平。
单模和多模光纤衰减器
由于光纤衰减器可用于单模和多模两种类型的光缆，因此可将光衰减器分为单模型和多模型。光纤衰减器通常用于单模长距离应用。因此，常用的类型是单模型。虽然光纤衰减器通常用于单模，但也有多模光纤衰减器可与多模光缆配套使用。在选择一种类型的光衰减器而不是另一种时，有必要考虑衰减范围和波长。
光纤衰减器的应用
光纤衰减器通常在两种情况下使用。一种是当光纤衰减器被用来降低接收器的功率。有时，当到达接收器的信号太强，可能会超过接收元件。通常情况下，接收器的功率取决于两个因素：有多少功率被发射到光纤中，有多少功率被衰减器损耗。接收器功率过大主要是由发射器/接收器之间的不匹配造成的，或由使用为更远距离设计的媒体转换器造成的。在这种情况下，可以在光纤链路中永久性地安装光衰减器，以降低信号功率并适当匹配信号电平。
另一种是当衰减器被用于测试功率水平的余量。在测试光功率水平时，衰减器被用来临时增加校准的信号损失量，以测试光纤系统的功率水平余量。在发射器打开的情况下，使用设置为系统工作波长的光纤功率计，可以使用衰减器来测试系统功率。
在数据链中使用光纤衰减器。
对于单模应用，特别是模拟社区天线电视（CATV）系统，仅次于正确损耗值的最重要参数是回波损耗或反射率。许多类型的光衰减器，特别是间隙损耗型的光衰减器都有一个共同的问题，即高反射率，所以它们会像高反射率的连接器一样对发射器产生不利影响。
在链路数据中使用光衰减器时，首先，需要选择具有良好反射率规格的衰减器。其次，总是将衰减器安装在链路的接收端，如上图所示。这是因为在衰减前后或在接收器处用功率计调整时，测试接收器的功率更方便，另外任何反射都会在返回信号源的路上被衰减。
为了测试系统功率，发射器被打开，光学衰减器被安装在接收器处。并检查功率是否在接收器的指定范围内。如果光功率高于或低于配置要求，应更换光衰减器，重新调整功率。
