（光学工程专业论文）plc型多模光功率分配器的设计与制作.pdf

浙江大学硕士学位论文 摘要 无源光网络( p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ，p o n ) 是光纤到户( f i b e r t ot h eh o m e ， f t t h ) 的解决方案，它以光功率分配器和波分复用器为核心，对无源光器件的 用量很大。本文对平面光波导型( p l a n a rl i g h t w a v ec i r c u i t ，p l c ) 多模光功率分 配器的设计与制作展开研究，它具备结构紧凑、插入损耗低、分光均匀性好、装 配公差宽松、对波长不敏感、制作工艺简单等特性。 在设计阶段，为解决模式噪声问题，将光功率分配器在功能上分为两部分， 即扰模区和分光区。扰模区的作用是使从多模光纤输入的光信号达到稳态模分 布；分光区的作用是将达到稳态模分布的光信号分配到各个输出端并输出。 采用光线追迹法，使用z e m a x 的非序列性光线追迹对扰模区建模，分别设 计l x 4 扰模区和l 8 扰模区，得到横向装配公差、纵向装配公差和角度装配公 差。综合比较可得：1 4 扰模区应该采用矩形结构；l 8 扰模区既可以采用矩形 结构，又可以采用锥形结构。 采用光束传输法( b e a mp r o p a g a t i o nm e t h o d ，b p m ) ，使用b e a m p r o p 对分光 区建模。对于直波导分光区，波导与中轴线的夹角口应该不超过2 5 0 ；对于s 形 波导分光区，波导输出端与输入端中轴线的距离工应该不超过2 2 r a m 。 在制作阶段，使用软光刻技术对器件进行制作。采用计算机数控( c o m p u t e r n u m e r i c a lc o n t r 0 1 c n c ) 雕刻技术制备母版。在刀具修磨中，对开半方法进行有 效改进。考虑到雕刻精度的限制，设计并雕刻出波导宽度放大到2 0 0 9 m 的光功 率分配器母版。对母版抛光后，进行印章翻制和微结构转印，整个过程在数小时 内即可完成。工艺简单、节省时间、成本低廉，是软光刻的巨大优势。 制作完成后，对光功率分配器进行实验测试。它的优势是横向装配公差很大， 不需要严格的精密对准。实验结果与理论预期存在一定差距，原因主要集中在两 方面：一方面，精雕用锥刀刀刃直径很难突破0 1 m m 的限制，雕刻的波导侧壁 呈斜坡；另一方面，扰模区厚度方向的装配公差很小，实验装置的简易使装配误 差在所难免。针对这两方面设计出在厚度方向上装配公差大的器件，并对制作工 艺进行有效改进，器件性能有望达到很大提高。 关键词：光纤通信技术，光功率分配器，扰模区，光线追迹法，软光刻技术， c n c 雕刻技术 a b s t r a c t a sas o l u t i o nt of i b e rt ot h eh o m e ( f 刑) ，p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ( p o n ) r e q u i r e s al a r g e q u a n t i t y o fp a s s i v eo p t i c a l d e v i c e s ，w i t ho p t i c a lp o w e rs p l i t t e r sa n d w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x e r sa si t sk e ye l e m e n t s d e s i g na n df a b r i c a t i o no f m u l t i m o d ep l a n a rl i g h t w a v ec i r c u i t ( p l c ) o p t i c a lp o w e rs p l i t t e rw a sc a r r i e do u t t h i sc o m p a c td e v i c eh a sl o wi n s e r t i o nl o s s ，g o o du n i f o r m i t ya n dl a r g e a s s e m b l y t o l e r a n c e s ，a n di t sa l s oi n s e n s i t i v et ow a v e l e n g t ha n de a s yt of a b r i c a t e a tt h es t a g eo f d e s i g n ，t os o l v et h ep r o b l e mo fm o d a ln o i s e ，o p t i c a lp o w e rs p l i t t e ri s d i v i d e di n t ot w op a r t sb yt h e i rf u n c t i o n s s c r a m b l i n gs e c t i o na n d s p l i t t i n gs e c t i o n t h ef u n c t i o no fs c r a m b l i n gs e c t i o ni st om a k eo p t i c a ls i g n a l sc o m i n gf r o mm u l t i m o d e o p t i c a lf i b e r sr e a c hs t e a d y - s t a t em o d ep o w e rd i s t r i b u t i o n ；t h ef u n c t i o no fs p l i t t i n g s e c t i o ni st os p l i to p t i c a ls i g n a l sa n dg u i d et h e mt od i f f e r e n to u t p u tp o r t s b a s e do nr a yt r a c i n gm e t h o d ，s c r a m b l i n gs e c t i o nw a sm o d e l e db yn o n s e q u e n t i a lr a y t r a c i n go fz e m a x 1x 4a n dlx 8s c r a m b l i n gs e c t i o n sw e r ed e s i g n e d ，a n dl a t e r a l ， l o n g i t u d i n a la n da n g u l a ra s s e m b l yt o l e r a n c e sw e r ec a l c u l a t e d b yc o m p a r i s o n ，i tw a s c o n c l u d e dt h a t1x 4s c r a m b l i n gs e c t i o ns h o u l du s er e c t a n g u l a rs t r u c t u r e ，a n d1x8 s c r a m b l i n gs e c t i o nc o u l du s ee i t h e rr e c t a n g u l a ro rt a p e r e ds t r u c t u r e b a s e do nb e a mp r o p a g a t i o nm e t h o d ( b p m ) ，s p l i t t i n gs e c t i o nw a sm o d e l e db y b e a m p r o ef o rs p l i t t i n gs e c t i o nc o m p o s e do fs t r a i g h tw a v e g u i d e s ，t h ea n g l e0 b e t w e e nt h ew a v e g u i d ea n dt h ea x i ss h o u l dn o te x c e e d2 5 0 ；f o r s p l i t t i n gs e c t i o n c o m p o s e do fs - b e n dw a v e g u i d e s ，t h ed i s t a n c elb e t w e e nt h ew a v e g u i d e so u t p u tp o r t a n dt h ea x i ss h o u l dn o te x c e e d2 2 m m a tt h es t a g eo ff a b r i c a t i o n , s o f tl i t h o g r a p h yw a su s e dt of a b f i c a t et h ed e v i c e t h e m a s t e rw a sm a d eb yc o m p u t e rn u m e r i c a lc o n t r o l ( c n c ) e n g r a v i n gs y s t e m d u r i n g k n i f eg r i n d i n g , t h em e t h o do fs e m i g r i n d i n gw a se f f e c t i v e l yi m p r o v e d s i n c et h e r e w a sl i m i t a t i o no ne n g r a v i n gp r e c i s i o n ，n e ws t r u c t u r e sw i t hw a v e g u i d ew i d t ha sl a r g e a s2 0 0 i t mw e r ed e s i g n e da n dt h em a s t e rw a se n g r a v e d a f t e rt h em a s t e r w a sp o l i s h e d ， s t a m pw a sm a d ea n dm i c r o - s t r u c t u r e sw e r ef o r m e d ，a n dt h ew h o l ep r o c e s so n l yt o o k s e v e r a lh o u r s s o f tl i t h o g r a p h yp r o v e st ob e c o n v e n i e n t ，t i m e s a v i n ga n dl o w - c o s t , w h i c ha r ei t sg r e a ta d v a n t a g e s a f t e rf a b r i c a t i o n ，l a b o r a t o r yt e s to ft h ed e v i c ew a sc a r r i e do u t i tp r o v e dt oh a v el a r g e l a t e r a la s s e m b l yt o l e r a n c e ，w h i c hr e s u l t e di nr e l a x e dc o u p l i n gc o n d i t i o n s h o w e v e r , 浙江大学硕士学位论文 t h eo u t c o m eo ft h et e s td i d n tc o n f o 册w e l lt ot h et h e o r e t i c a le x p e c t a t i o n ，w h i c hc a n b ee x p l a i n e df r o mt w oa s p e c t s ：f i r s t ，i tw a sh a r df o r t h ek n i f eu s e di ne n g r a v i n gt o h a v ek n i f e - e d g ed i a m e t e rs m a l l e rt h a no 1m m ，a n dt h ee n g r a v e dw a v e g u i d e sh a d t a p e r e dw a l l s ；s e c o n d ，a s s e m b l yt o l e r a n c ei nt h et h i c k n e s sd i r e c t i o nw a sq u i t es m a l l ， a n dt h ee x p e r i m e n t a ls e t u pw a st o os i m p l et oa v o i dt h ea s s e m b l ye r r o r i fn e wd e v i c e w i t h l a r g et o l e r a n c ei nt h et h i c k n e s sd i r e c t i o ni sd e s i g n e da n dt e c h n i q u e sa r e e f f e c t i v e l yi m p r o v e dt od e a lw i t ht h e s ep r o b l e m s ，p e r f o r m a n c eo ft h ed e v i c ec a nb e g r e a t l yi m p r o v e d k e y w o r d s ：f i b e r - o p t i cc o m m u n i c a t i o n s ，o p t i c a lp o w e rs p l i t t e r , s c r a m b l i n gs e c t i o n ， r a yt r a c i n g ，s o f tl i t h o g r a p h y , c n ce n g r a v i n g i i ! 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 光纤通信的发展概况 光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。它具有 传输容量大、抗电磁干扰能力强等突出优点，是构成未来信息高速公路骨干网的 主要通信方式。 从世界各国光纤通信技术的发展情况来看，光纤通信的发展大致经历了以下 几个阶段i l j ： 第一代光纤通信系统2 0 世纪7 0 年代后期投入使用，工作波长为2 = 8 5 0 n m 波长段的多模光纤系统。光纤的衰减为2 5 4 0 d b k m ，系统的传输比特率在 2 0 - - d 0 0 m b i t s 之间，实用的系统容量为p c m 三次群，最高传输速率为3 4 m b i t s ， 中继距离为8 - - - 1 0 k r n 。接着在2 0 世纪8 0 年代初，工作波长为2 = 1 3 1 0 n m 的多模 光纤系统投入使用，光纤衰减为0 5 5 1 0 d b k m ，传输速率达14 0 m b i t s ，中继距 离为2 0 , - - 3 0 k m 。 第二代光纤通信系统2 0 世纪8 0 年代中期投入使用，工作波长为2 = 1 3 1 0 n m 波长段的单模光纤通信系统。光纤衰减为0 3 o 5 d b k m ，可传送准同步数字体系 ( p d h ) 的各次群信号，最高传输速率可达1 7 g b i t s ，中继距离约为5 0 k m 。 第三代光纤通信系统2 0 世纪8 0 年代后期投人使用，工作波长为2 = 1 5 5 0 n m 波长段的单模光纤系统。光纤衰减为0 2 d b k m ，应用在同步数字体系( s d h ) 光纤传输网，传输速率达2 5 g b i t s ，中继距离可超过1 0 0 k m 。 第四代光纤通信系统以采用光放大器来增加中继距离和采用波分复用和频 分复用技术来提高传输速率为特征。已完成的有单信道速率为2 5 g b i t s ，不采用 再生器，光纤损耗用光纤放大器补偿，传输距离达2 2 2 3 k m 的试验。2 0 世纪9 0 年代初光纤放大器的研制成功并投入使用，已经引起了光纤通信的重大变革。 第五代光纤通信系统是基于利用光纤的非线性压缩，抵消由于光纤色散产生 的脉冲展宽的新概念产生的光孤子，来实现光脉冲信号的保形传输。2 0 世纪9 0 年代后，各国的试验都取得了重大的进展。例如在日本，已试验分别将1 0 g b i t s 和2 0 g b i 以的数据传输了2 5 0 0 k m 和1 0 0 0 k m 。 纵观现代光纤通信技术发展的趋势和特点，光纤通信将会在网络技术、单模 光纤的传输技术、复用技术、器件集成化、全光通信等方面获得进一步发展。 浙江大学硕士学位论文 1 2 光纤到户的发展概况 随着视频点播、网络游戏和互动电视( i n t e m e tp r o t o c o lt e l e v i s i o n ，i p t v ) 等 高带宽业务的出现，用户对接入带宽的需求将进一步增加，现有的以a d s l 和 c a b l em o d e m 为主的宽带接入方式已经很难满足用户对高带宽、双向传输能力以 及安全性等方面的需要。面对这一困境，各国宽带业务运营商把关注的目光投向 了f 1 1 h 。删是宽带接入的一种理想模式，是指从城域网n d , 区、用户间的 最后接入网阶段全部使用光纤，实现语音、数据、广播电视及各类智能化系统功 能的一种接入方式。f t t h 在宽带方面的巨大优势使它成为未来网络接入发展的 最终目标，它将最终突破带宽的瓶颈，是实现“三网合一 的最理想方式。基于 其独特的宽带及信息服务优势，删正在世界各地得到推广 2 - 9 1 。 1 日本将进入大规模f t t h 服务阶段 日本是全球f 1 m 发展最为成功的国家，采用丌m 比其他任何国家都早， 是全世界至今部署f t t h 规模最大的国家。早在2 0 世纪9 0 年代初，日本就提出 了在2 0 0 0 年实现f 订h 的构想。2 0 0 1 年以来，日本硎市场进入快速增长阶 段：2 0 0 1 年只有u s e n 和n t t 东日本、n t t 西日本几家公司，f t t h 用户数仅 为1 2 万；而到2 0 0 2 年7 月，已经有9 家公司提供删业务，用户数突破1 3 0 万；2 0 0 4 年8 月达到1 6 0 万，占宽带接入总数的1 0 ；2 0 0 5 年达到5 8 0 万左右， 并以每月1 2 万新增用户的速度快速发展；截至2 0 0 7 年，日本f t t h 用户已经超 过1 0 0 0 万，到2 0 1 0 年有望达到2 0 0 0 万。 日本的m h 建设处于全球领先地位，其发展的驱动力是竞争日益激烈的市 场和政府政策的支持。日本总务省于2 0 0 6 年6 月针对宽带网络的建设，提出“新 一代宽带战略2 0 1 0 ，勾画出日本2 0 1 0 年的宽带计划蓝图。“新一代宽带战略 2 0 1 0 ”的首要目标是全面发展宽带网络，到2 0 1 0 年底日本所有地区都可使用 a d s l 、f t t h 与c a t v 等宽带网络，宽带普及率要达到1 0 0 ；第二个目标则是 让超高速宽带( 传输速度达3 0 m b p s ) 的家庭普及率达到9 0 以上。 2 美国成为继日本之后的全球第二大市场 在f t l l h 建设早期，由于政策和管制上的限制，以及运营商不支持等多方面 因素，美国硎发展落后于日韩等国。但是自从美国联邦通信委员会颁布了 “f t t h 的接入网不必向竞争对手开放 的政策之后，各大运营商纷纷推出其基 于f t t x 的新型业务，大力推进了美国的f 1 t h 建设进程。 在美国，随着人们对宽带接入的需求不断增长、高带宽的应用、楼宇用光纤 新标准的诞生、对光纤好处和可扩展性全面认识的提高以及光接入产品成本的不 2 浙江人学硕士学位论文 断降低等多种因素的综合影响，f 硎出现了蓬勃发展的势头：美国f 兀h 建设 大潮已经涌现，市场正在快速增长；新兴的房地产开发商、市政当局、国有电力 公司、本地运营商等众多单位出现在f t t h 市场上。其竞争集中于一根光纤上同 时提供电话( p l a i no l dt e l e p h o n es e r v i c e ，p o t s ) 、数据和视频业务，即“三重播 放，竞争始于价格，然后转向速度。市场调查机构r v a 出版的2 0 0 7 年f 1 v r h 报告中显示，美国2 0 0 7 年f 刑接入用户比2 0 0 6 年翻了一番，超过2 0 0 万大关。 到9 月3 0 日为止，2 1 4 万美国家庭可以接入光纤，几乎是去年的两倍，2 0 0 6 年 为1 0 1 万。目前的年增长率为11 2 ，比三月份统计的9 9 更高，f t t h 视频用 户比去年同期增长1 6 0 。目前美国的m h 用户数仅次于日本，成为全球第二 大册市场。 3 欧洲f 1 m 建设开始升温 欧洲很早就开始部署光纤接入，但是欧洲的册却相对落后于日本、美国 等硎发达国家。这主要归结于缺乏政府的有力支持，此外行业管制政策的不 确定性和较高的光纤接入成本也在一定程度上限制了f 1 m 在欧洲的高速发展。 目前，很多欧洲国家在光纤到驻地( f i b e rt ot h ep r e m i s e s ，f 1 耶) 发展上呈现出 类似美国的发展模式：新兴的运营商、许多公用事业公司和市政当局都在采用 f r r p 技术提供服务以取代传统的电信公司，但传统的电信公司也开始重视 f t t h ，为的是对付新的服务提供商对它们的威胁。 2 0 0 4 年，欧洲f 1 厂r h 覆盖用户有1 9 6 万，实际接入用户有5 4 8 万。到2 0 0 5 年，f t t h 覆盖用户已经达到2 3 1 万，实际接入用户有6 6 万左右，年增长率2 1 。 从2 0 0 7 年开始，西欧的主流运营商，如西班牙t e l e f o n i c a 、法国电信、英国电信 和意大利电信，相继开始测试和试验f 1 m 。2 0 0 7 年，欧洲删覆盖的潜在用 户已经超过了4 0 0 万，实际接入用户已经超过1 0 0 万，与2 0 0 6 年相比，增长率 为3 0 。据咨询公司i d a t e 估计，随着欧洲大国的主流运营商相继部署f t t h ， 到2 0 1 2 年，欧洲f 1 m 的用户数将至少有1 1 0 0 万。 4 f 硎在国内的发展 中国与世界上其他国家相比，f 1 m 产业的进展相对缓慢，但已经开始展现 出良好的发展前景。我国电信运营商对册的兴趣越来越浓，建设速度已经加 快，部分运营商已经进行试点工程的建设，数年内，运营商将会进行选型工作， 进行小批量的建设。为了成功举办奥运会，北京在2 0 0 8 年前将投资6 6 亿美元扩 展和升级电信网络，届时北京将完全实现f 1 厂r h 。随着设备价格的逐步下降，建 设量将会逐步加大，预计在几年内成为主要的接入手段。我国发展删有以下 特点： 3 浙江大学硕士学位论文 ( 1 ) 成本大幅度下降( 如光模块的价格由几年前的1 0 0 0 - 2 0 0 0 元下降到目 前的2 0 0 - - - 3 0 0 元；光纤的价格由几年前的1 2 元m 下降到目前的o 1 元m ：a s i c 芯片的价格下降了3 0 - 4 0 ；g p o n 的成本从2 0 0 4 年的2 5 0 0 元线下降到目前 的1 5 0 0 元线；硎的成本和使用费将达到与a d s l 接近甚至相同的水平) ， 为f 删的大规模发展奠定了基础。 ( 2 ) 潜在市场需求旺盛( 视频点播、网络游戏和i p t v 等) ，原a d s l 等接 入方式的带宽已经不能满足业务的需求，m h 将有极大的发展空间。 ( 3 ) 产业市场规模巨大( 中国电信权威人士推测，国内如何按1 亿用户计 算，那么设备和终端的收入将有1 5 0 0 亿元，运营业收入每年近1 5 0 0 亿元，连带 的辐射作用( 对器件、光纤光缆的拉动) 每年有5 0 0 - - - 1 0 0 0 亿元，总计每年拉动 市场2 0 0 0 - 2 8 0 0 亿元) ，在未来1 0 年内我国嗍市场总规模将有可能超过1 0 0 0 0 亿元。 ( 4 ) 对国民经济产生深远影响( 我国大规模的硎建设需要大量光纤、 光电器件、光传输设备和系统设备，将极大地刺激相关制造业，带动整个产业链 的快速发展，特别是光通信产业和电子信息产业的大发展，因此将对我国整个国 民经济产生深远的影响) 。 1 3 无源光网络技术 p o n 技术的概念是2 0 世纪9 0 年代初提出的，经过1 0 年多的变迁，p o n 技 术在发展中经历了从窄带p o n 到b p o n ，再到e p o n 和g p o n 的发展历程。这 其中，i t u t 在p o n 技术的标准化工作中发挥了主导作用，相继出台了g 9 8 2 ( 窄带p o n ) ，g 9 8 3 系列( b p o n ) 以及g 9 8 4 系列( g p o n ) 等一系列标准建 议，而i e e e 近几年来在p o n 标准化上也非常活跃，推出了i e e e8 0 2 3 a he p o n 的标准3 1 。 p o n 采用点到多点的拓扑结构，在光线路终端( o p t i c a ll i n et e r m i n a l ，o l t ) 和光网络单元( o p t i c a ln e t w o r ku n i t , o n o ) 之间全部是光功率分配器和光纤等 无源光器件，没有任何有源器件，如图1 1 所示。p o n 的优势在于，能够减少主 干光纤资源占用，节约投资；网络结构灵活，扩展能力强；无源光器件故障率低， 不易受外界环境干扰；业务支持能力强等。 4 浙江人学硕士学位论文 v i d o o q , t - - - l - 一 图1 - 1p o n 的拓扑结构 p o n 技术可细分为多种，主要区别体现在数据链路层和物理层的不同。其 中，a p o n 以a t m 作为数据链路层；e p o n 使用以太网作为数据链路层，并扩 充以太网使之具有点到多点的通信能力；g p o n 则结合了a p o n 和e p o n 的优 点，采用a t m g e m 作为链路层，能够对多种业务提供很好的支持，同时引入 了更多的来自电信业界的网管和运维思想。目前，p o n 的代表技术为e p o n 和 g p o n 技术，a p o n 技术由于成本高、带宽低，已经基本被市场淘汰。表1 1 为 三种p o n 技术的比较。 表1 1 三种p o n 技术的比较 技术 a p o n b p o ne p o n g e p o ng p o n 标准 i t u tg 9 8 3l e e e8 0 2 3 a hi t u tg 9 8 4 数据包单元人小( b ) 5 31 5 1 85 3 1 5 1 8 下行6 2 2 m 1 5 5 m下行1 2 5 g 下行1 2 5 g 1 2 5 g 数据速率( b i t s )上行1 5 5 m ，6 2 2 m ， 上行6 2 2 m 。1 5 5 m上行1 2 5 g 1 2 5 g 2 5 g 下行波长 1 4 8 0 15 0 0 b i n1 4 9 0 n m1 4 8 0 1 5 0 0 n m 上行波长1 2 6 0 1 3 6 0 n m 1 3 1 0 n m1 2 6 肛1 3 6 0 n m 线路码s c r a m b l e dn l 屹8 b 1 0 bs c r a m b l e dn r z 2 层协议a t me t h e m e ta t m ，g f p q o s 保证， 技术简单，速率高，支持多种业 优点 支持实时业务速率高务，o a m 功能强大 不适应网络向m 发协议开销占带宽5 0 ，产品稀少，距大规模 不足 展的趋势，升级困难可用带宽为6 0 0 m商用还有一定距离 分光比 3 23 2 6 4l6 3 2 6 4 12 8 传输距离 10 - 2 0 k i n1 0 2 0 k m2 0 6 0 k m 效率( ) 7 24 99 4 一 成本较高低向 浙江大学硕士学位论文 从以上的比较可见，g p o n 是一种高效、多业务的解决方案，更能反映运营 商的要求，更能适应f 1 r h 宽带市场。但是在讨论具体的技术适应性之前，应该 先分析一下技术的评估标准。 从用户角度，宽带接入技术的应用对象是潜在的数以亿计的普通居民用户， 这些用户在希望得到高带宽接入能力的同时，对费用的要求也非常苛刻，带宽和 费用成为宽带接入技术是否有良好发展前景的主要因素。从运营商角度，运营商 需要的删技术应具有尽可能低的成本，良好的带宽提供能力和多业务提供能 力，且该技术是成熟可用的。以下就几方面对两种技术重新审视： ( 1 ) 技术标准和实现成本 虽然e p o n 技术不完美、标准不完善，但成本低、产业链相对完整，而g p o n 技术完美、标准完善，但成本高、产业链不完整。就目前而言，e p o n 技术因为 支持的厂商多、成本相对便宜成了市场主角。 ( 2 ) 核心芯片和光收发模块 如今e p o n 的核心芯片已经发展到第三代系统级芯片( s y s t e mo nac h i p ， s o c ) 阶段，以这种芯片为核心，只需增加少数的外围器件就可以构成一个完整 的系统，因此可以迅速支持e p o n 系统的大规模部署。e p o n 系统的最核心部分 p o n 光发送接收模块已经较为成熟，核心t c 控制模块已经规模生产。 对于g p o n 而言，由于技术复杂，除g p o n 设备厂商自主设计的g p o n 芯 片外，还没有专业的芯片厂商推出商用g p o n 核心芯片。而且g p o n 系统的核 心模块还不太成熟，其核心t c 控制模块目前处于现场可编程门阵列( f i e l d p r o 伊a m m a b l eg m ea r r a y , f p g a ) 阶段，还难于实现规模商用。 ( 3 ) 产品成熟度和价格 由于正e e 的e p o n 标准化工作比i t u t 的g p o n 标准化工作开展得早， 而且i e e e 的关于e 也锄e t 的8 0 2 3 标准系列已经成为业界的最重要的标准，因 此市场上已有的g 比特级p o n 产品更多的是遵循e p o n 标准，严格遵循g p o n 标准的产品目前凤毛麟角，全球只有屈指可数的几家公司，由此带来的是g p o n 产品的价格相对较高，在现阶段将g p o n 应用到f t t h 中有很大的价格压力。 e p o n 产品比g p o n 产品更广泛的另一个重要原因是e p o n 标准制定的更宽松， 制造商在开发自己的产品时有更大的灵活性。 综上可见，e p o n 技术是目前解决接入网“瓶颈的较佳方案，是比较适合 现阶段实现f 1 1 m 的p o n 技术。 6 浙江大学硕士学位论文 1 4 光功率分配器的需求 光功率分配器在光通信系统、光纤用户网、光纤有线电视( c a b l et e l e v i s i o n ， c a t v ) 、无源光网络、光局域网等领域中被广泛应用，常常用来实现光路连接、 光信号传输方向控制、光信号功率分配、各器件之间的耦合控制等。无源光网络 对无源光器件的用量很大，在大量应用的无源光器件中，光功率分配器和波分复 用器最为重要，它们是无源光网络的核心【悼墙】。 国际电信联盟将光耦合器( 包括光功率分配器) 定义为具有集成化、多功能 的部件。它的发展大致可分为三个阶段：2 0 世纪8 0 年代，为了探讨制造光耦合 器的工艺方法，各种结构和制作方法应运而生，多达近1 0 种；2 0 世纪9 0 年代， 经过进一步研究，各种结构和工艺的优缺点逐渐分明，形成以玻璃、晶体、半导 体和有机物为主要材料，以x 型、y 型、星型和树型等为主要结构的局面；2 0 世纪末2 l 世纪初，为适应光纤接入网和局域网的要求，光功率分配器进入了第 三个发展阶段。新一代光功率分配器要求体积小、损耗低、重量轻、可靠性高、 易集成，以及性价比最佳。 随着光通信技术的飞速发展，特别是耦合器和波分复用器的广泛应用，世界 范围内对光功率分配器的需要量大大增加。德国d e u t s h e t e l e c o m 公司的o p a l 9 4 工程中，5 0 万用户共用了l 万只耦合器( 其中四分之一为光功率分配器) ，平均 每5 0 户需要一个。市调公司e l e c t r o n i c c a s t 统计，2 0 0 1 年全球光功率分配器市 场规模约为6 2 亿美元，预计2 0 1 0 年这个数字将成长为2 8 亿美元。以地区划分， 2 0 0 1 年北美占全球光功率分配器市场的3 8 ，市场规模为2 2 9 亿美元，预计北 美地区在2 0 1 0 年光功率分配器市场规模可达l o 6 亿美元。欧洲为排名第二的地 区，2 0 0 1 年市场占有为2 7 ，市场规模为1 6 4 亿美元，预计在2 0 1 0 年可成长至 7 9 亿美元。我国无源光器件的发展与国外相比，一般晚5 1 0 年。但随着光纤局 域网的不断发展，特别是北京、上海、广州、深圳、武汉等地通信网络的逐步光 纤化，我国近年来对光功率分配器等无源光器件的需求量也在不断增加。 综上所述，光功率分配器的研究迎合了目前快速发展的光纤接入网对无源光 器件的需求，非常具有实际意义。 1 5 论文的主要研究工作 本论文的目的是设计并制作一种新颖的p l c 型多模光功率分配器，它具备 结构紧凑、插入损耗低、分光均匀性好、装配公差宽松、对波长不敏感、制作工 艺简单等特性。 7 浙江大学硕上学位论文 各项研究工作沿着这条主线展开：需求分析文献阅读构想提出 理论设计工艺学习实际制作性能测试总结反思，其中“构想提 出是工作展开的基础，“理论设计一与“实际制作”是研究工作的重点。 全文分为五章，分别介绍如下： 第一章是绪论，从光纤通信的发展概况入手，后面依次谈到光纤到户以及无 源光网络，最后将落点定位在光功率分配器，完成了。需求分析。 第二章是光功率分配器概述，从分类、性能指标和制作技术三个方面对光功 率分配器进行介绍，这是在“文献阅读”的基础上完成的，其中的各种比较为后 面的研究指出了大致的方向。 第三章是光功率分配器设计，首先通过研究多模光纤，提出扰模区和分光区 的构想，然后通过建模将其付诸实践，设计出1 4 扰模区和l x 8 扰模区，最后 对分光区进行设计，完成了“构想提出和“理论设计。 第四章是光功率分配器制作，首先对软光刻技术进行介绍，然后详述了实际 制作的三个步骤，即母版制备、印章翻制和微结构转印，最后进行实验测试并对 结果进行分析，完成了“实际制作”、“性能测试一和“总结反思”，而“工艺学 习一是在“实际制作一过程中不断进行的。 第五章是总结与展望。 参考文献 【1 】李履信，沈建华光纤通信系统【m 】北京：机械i q l , 出版社，2 0 0 3 ：2 【2 】包东智f t t h 市场现状及其快速发展的因素分析【j 】电信网技术，2 0 0 7 ，2 ：2 4 2 8 【3 】林建俊浅谈f 1 1 h 技术及其发展【j 】现代电视技术，2 0 0 8 ，l ：5 6 - 5 8 【4 】韦乐平中国f t t h 须有长远规划【e b ，o l 】h t t p w w w c 1 1 4 n e t 偷h 3 1 7 1 2 7 1 5 6 0 h t m l ， 2 0 0 8 0 4 0 2 2 0 0 8 4 10 【5 】美国硎用户超2 0 0 万年增长率1 1 2 e b o l h t t p ：w w w g a m e a x i s c o r n c r 比，l i b 2 0 0 7 l o ，3 1 2 0 0 7 1 0 3 1 4 7 1 h u n 2 0 0 7 - 1 0 - 3 1 2 0 0 8 0 4 - 1 0 【6 】s o o - h y e o ny o o n , m o o n - g i ly o o n ，j i n j o ol e e o ns e l e c t i n gat e c h n o l o g ye v o l u t i o np a t hf o r b r o a d b a n da c c e s sn e t w o r k s 【j 】t e c h n o l o g i c a lf o r e c a s t i n ga n ds o c i a lc h a n g e ，2 0 0 5 , 7 2 ( 4 ) ： 4 4 9 - 4 7 0 【7 】b r o a d b a n df t t hr e v e n u e sc o n t i n u et oc l i m b ，c o n c u rt w or e p o r t s 【j 】1 l l - v sr e v i e w ，2 0 0 6 ， 1 9 ( 4 ) ：1 8 3 浙江大学硕士学位论文 【8 】m a r i e k ef i j n v a n d r a a t , h a r r yb o u w m a n f l e x i b i l i t ya n db r o a d b a n de v o l u t i o n 【j 】 t e l e c o m m u n i c a t i o n sp o l i c y , 2 0 0 6 ，3 0 ( 8 9 ) ：4 2 4 - 4 4 u 4 【9 】吕宣铭f t l w 与无源光网络技术【j 】电信网技术，2 0 0 7 ，8 ：1 3 1 8 【io g p o n 全球迎来黄金发展期【e b o l h t t p ：w w w t e l e c o m c n n e w s d i s p l a y a r t i c l e 5 012 ， 2 0 0 8 0 3 2 5 2 0 0 8 0 4 10 【1 1 】k y e o n gs o ok i m o nt h ee v o l u t i o no fp o n b a s e df 1 v r hs o l u t i o n s j 1 i n f o r m a t i o ns c i e n c e s ， 2 0 0 3 ，1 4 9 ( 1 3 ) ：2 1 - 3 0 【12 】s t a m a t i o sv k a r t a l o p o u l o s n e x tg e n e r a t i o nh i e r a r c h i c a lc w d m 厂r d m p o nn e t w o r kw i t h s c a l a b l eb a n d w i d t hd e l i v e r a b i l i t yt ot h ep r e m i s e s 【j 】o p t i c a ls w i t c h i n ga n dn e t w o r k i n g , 2 0 0 5 ，2 ( 3 ) ：1 6 3 - 1 7 5 【13 】h i s a s h it a n j i o p t i c a lf i b e rc a b l i n gt e c h n o l o g i e sf o rf l e x i b l ea c c e s sn e t w o r k 【j 】o p t i c a l f i b e rt e c h n o l o g y , 2 0 0 8 【1 4 】周自刚，刘德森光功率分配器【j 】光学技术，2 0 0 3 ，2 9 ( 1 ) ：7 9 8 2 【l5 1m z i r n g i b l ，c d r a g o n e , c h j o y n e r e ta 1 e f f i c i e n t1x1 6o p t i c a lp o w e rs p l i t t e rb a s e do n h a p 【j 】e l e c t r o n i c sl e t t e r s ，1 9 9 2 ，2 8 ( 1 3 ) ：1 2 1 2 1 2 1 3 【16 j i a n - g u oz h a n g , a b s h a r m a , p i c h e tr i t t h i s o o n t h o m ，e ta 1 d e s i g no fe f f i c i e n to p t i c a lf i b e r c o m m u n i c a t i o ns y s t e m sf o rc a t v h d t vd i s t r i b u t i o n 【j 】饱e et r a n s a c t i o n s 鲫c o n s u m e r e l e c t r o n i c s ，19 9 7 ，4 3 ( 3 ) ：4 5 3 - 4 61 【l7 】k k c h u n g , h rc h a n ，e l c h u alx 4p o l a