光纤衰减器

光纤衰减器是什么？

光纤衰减器，也称为光学衰减器，是用于降低光信号功率水平的被动设备。由于过强的光可能会使光纤接收器饱和，因此光学衰减器通常被安装在系统中，以降低光功率，从而实现最佳的光纤系统性能。光纤衰减器用于光信号过强且需要减弱的应用场景。例如，在多波长光纤系统中，需要平衡光通道的强度，以便所有通道具有相似的功率水平。这意味着需要将强通道的功率降低，以匹配较低功率的通道。

光学衰减器通常分为固定衰减器和可变衰减器，具体描述如下。固定衰减器具有固定的光功率降低值，例如1dB、5dB、10dB等。而可变衰减器的衰减水平可以调节，例如从0.5 dB到20dB，甚至50 dB。一般来说，多模系统不需要衰减器，因为多模光源，即使是垂直腔面发射激光器，输出的功率也很少足够饱和接收器。相反，对于单模系统，特别是长距离的密集波分复用网络链接，光纤衰减器是必要的，以便在传输过程中平衡光功率。

光纤衰减器的工作原理

光学衰减器通过三种不同的原理实现光纤链接中的所需衰减，具体如下：

间隙损失原理

在间隙损失原理中，通过在光纤路径中插入光纤衰减器来实现功率降低。间隙损失衰减器通常放置在发射器附近，以避免接收器饱和。间隙损失衰减器利用两根光纤之间的纵向间隙，使得光信号从一根光纤传递到另一根时可以减少。这一原理使得从发射光纤发出的光在离开光纤时得以扩散。当光到达接收光纤时，由于间隙和扩散，部分光在包层中损失。为了在光纤路径上进一步降低信号，使用吸收或反射技术的光学衰减器将更为合适。

吸收原理

吸收原理考虑了光纤中一部分功率损失。这是因为光纤吸收光能并将其转化为热量。吸收原理可以设计出具有已知功率降低的光学衰减器。吸收原理利用光路中的材料来吸收光能。该原理简单，但可以有效地减少传输和接收的功率。

反射原理

反射原理同样考虑了光纤中的一部分功率损失，并且也源于光纤的不完美。但在这种情况下，信号会发生散射。散射光在光纤中插入干扰，从而减少了传输和接收的光量。光纤衰减器中使用的材料被制造成可以反射已知数量的信号，从而允许只有所需部分的信号被传播。

光纤衰减器的类型

市场上有多种光学衰减器类型，根据连接器类型、光缆类型等不同的分类角度。一般而言，它们通常被广泛接受为固定光学衰减器（FOA）和可变光学衰减器（VOA）。在考虑光缆类型时，它们也可以分为单模和多模衰减器。

固定光学衰减器

固定衰减器旨在在光纤中具有不变的衰减水平，以dB表示，通常在1dB到30dB之间，例如1dB、5dB、10dB等。这些光学衰减器通常使用掺杂光纤、错位接头或总功率，而不常用的衰减器通常使用间隙损失或反射原理。

上图显示了一个固定光学衰减器的示例。衰减水平固定在1 dB，这意味着它将光功率降低1dB。该衰减器有一段短光纤，掺入金属离子以提供指定的衰减。这些固定值衰减器包括直通型和连接器型。直通型看起来像普通的光纤电缆，直通型光学衰减器被集成到电缆中。连接器型衰减器看起来像一个壁装光纤连接器。通常，它一侧有一个公头插头连接器，允许光纤衰减器直接插入接收设备或适配器，另一侧则有一个母头光纤适配器，以允许光缆插入。同时，还有母对母光学衰减器，可以同时用作适配器和衰减器。它们的应用包括电信网络、光纤测试设施、局域网（LAN）和有线电视系统。

可变光学衰减器

可变光学衰减器（VOA）使用可变中性密度滤光片。VOA通常用于测试和测量，但在掺铒光纤放大器（EDFA）中也被广泛采用，以平衡不同通道之间的光功率。它具有稳定性、波长无关性、模式无关性和提供大动态范围的优点。

可变光学衰减器有两种类型：分步可变衰减器和连续可变衰减器。分步可变衰减器可以以已知的步骤改变信号的衰减，例如0.1dB、0.5dB或1dB。连续可变光学衰减器可以通过灵活调整提供精确的衰减水平。因此，操作员可以快速而精确地调整衰减器，以适应所需的变化，而不会中断电路。

上图展示了一种可变衰减器的机制。这里的可变意味着衰减水平可以调整，例如从1 dB到20dB。输入光从输入光纤通过第一个准直透镜扩展为较大的光束，然后插入一个阻挡装置，可能是中性密度滤光片，部分阻挡光线，因此只有部分光线可以通过。然后，第二个准直透镜用于将光聚焦回输出光纤。当您向内或向外移动阻挡装置时，可以获得不同的衰减水平。

单模和多模光纤衰减器

由于光纤衰减器可以与两种类型的光纤电缆（单模和多模）一起使用，光纤衰减器可以分为单模型和多模型。光纤衰减器通常用于单模长途应用。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纤电缆配合使用。在选择一种光学衰减器时，需要考虑衰减范围和波长。

光纤衰减器的应用

光纤衰减器通常用于两种场景。其一是用于降低接收器功率。当到达接收器的信号过强，可能会使接收元件超负荷时。通常，接收器功率取决于两个因素：输入光纤中发射的功率和衰减器损失的功率。过高的接收器功率通常是由于发射器/接收器之间的不匹配或使用了为更长距离设计的媒体转换器所致。在这种情况下，可以在光纤链接中永久安装光学衰减器，以降低信号功率并正确匹配信号水平。

其二是当衰减器用于测试功率水平边际时。在测试光功率水平时，衰减器用于暂时添加已校准的信号损失，以测试光纤系统中的功率水平边际。打开发射器并使用设置为系统工作波长的光纤功率计，衰减器可以用于测试系统功率。

在数据链路中使用光纤衰减器：

对于单模应用，尤其是模拟社区天线电视（CATV）系统，第二个重要参数是回波损耗或反射率，仅次于正确的损失值。许多类型的光学衰减器，尤其是间隙损失类型，存在高反射率的共同问题，因此它们可能会对发射器产生不利影响，就像高度反射的连接器一样。

在链路数据中使用光学衰减器时，首先需要选择具有良好反射率规格的衰减器。其次，始终在链路的接收器端安装衰减器，如上所示。这是因为在接收器处测试接收器功率前后或在使用功率计调整时更为方便，此外，任何反射率都会在返回源的路径上被衰减。

在测试系统功率时，打开发射器并在接收器处安装光学衰减器。检查功率是否在接收器规定的范围内。如果光功率高于或低于所需配置，则应更换光学衰减器以重新调整功率。