分光器（光分路器）基础知识【快速入门】01
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基于无源光网络技术（PON，passive optical network）的光纤到户（FTTH，fiber to the home）接入网是一种点到多点的网络结构，即利用光分路器将中心局端信号传送到多个终端用户。
基于PON技术的FTTH是未来接入网络发展的趋势，随着光纤到户(FTTH)在国内的大规模推进，各种光无源产品的应用快速发展，分光器作为光纤到户(FTTH)建设中最为核心的无源光器件，是保证通信链路正常传输的重要设备。
随着光网络改造的进行，分光器的用量越来越多，而且分光器的质量对光网路的影响也越来越大。选择合适、有效、经济的分光器及生产厂家，会让我们在网络改造时起到事半功倍的效果，同时有效减少后期在维护管理上的投入量及成本。
第一节 分光器简介
分光器（即光分路器）是多个输入端和输出端的连接器件，可实现光网络系统中光信号的耦合、分支及分配等，是光纤链路中最重要组成部分。常用M×N来表示一个分光器有M个输入端和N个输出端，在现如今组网中使用的分光器一般都是1×2、1×4分光器。
选择一级分光还是二级分光对于网络的投入和运营成本具有重大影响，我们应根据实际情况选择既能节省成本又能满足未来需求的分光方式。
第二节 分光器类型
一、根据制作工艺的不同
目前常见的光分路器有PLC光分路器和FBT光分路器两种，即平面波导型分光器和熔融拉锥型分光器两种类型。
1.平面波导型分光器（PLC）
平面波导型分光器是微光学元件型产品，采用光刻技术，在介质或半导体基板上形成光波导，实现分支分配功能。
平面波导型光分路器是一种基于石英基板的集成波导光功率分配器件，由一个光分路器芯片和两端的光纤阵列耦合而成。芯片是核心组件，有一个输入端和N个输出端波导。光纤阵列位于芯片的上表面，封上外壳，组成一个有一个输入和N个输出光纤的光分路器。
PLC分光器被广泛应用于FTTx和PON中。
2.熔融拉锥型分光器（FBT）
熔融拉锥型分光器是将两根或多根光纤进行侧面熔接而成。
熔融拉锥技术是将两根或多根除去涂覆层的光纤捆在一起，然后在拉锥机上熔融拉伸，并实时监控分光比的变化，分光比达到要求后结束熔融拉伸，其中一端保留一根光纤（其余剪掉）作为输入端，另一端则作多路输出端。
PLC光分路器 与 FBT光分路器*
这两种类型分光器的分光原理类似，它们都是通过改变光纤间的消逝场相互耦合（耦合度，耦合长度）以及改变光纤纤半径来实现不同大小分支量。
下面以表格的形式对比这两种光分路器的差异：
| 参数 | PLC光分路器 | FBT光分路器 |
| 波长范围 | 1260-1650 nm | 单/双/三窗口 |
| 分光比 | 平均分配 | 平均或不平均分配 |
| 体积 | 小 | 多路分光时体积较大 |
| 波长敏感度 | 低 | 高 |
| 价格 | 较高 | 较低 |
二、根据分光比的不同
根据分光比的不同，分为分路比为1:2、1:4、1:8、1:16、1:32、1:64的几种分光器，需要时还可选用2：N光分路器或非均分光分路器。
【注：在半导体刻板上，利用光刻技术雕刻出“Y” 形波导耦合器，将这些“Y”波导连接在一起就构成了逐级分光，可实现1×2、1×4、1×8、1×16、1×32、1×64等的分光比。】
三、根据应用范围的不同
可以分为盒式分光器、托盘式分光器、机架式分光器、壁挂式分光器等。
盒式分光器一般用于光纤配线箱等；
托盘式分光器一般用于机房ODF光纤配线架及光缆交接箱等；
机架式分光器安装在标准的机架里；
壁挂式分光器可以安装于墙壁上。
第三节 分光器分布方式
光分路器在FTTH网络中有两种不同的分布方式：集中分布和级联分布，分别对应一级分光和二级分光两种分光模式。这两种分光方式各有优缺点。
一、一级分光
一级分光是指光线路终端（OLT，optical line terminal）和光网络单元（ONU，optical network unit）之间的光分路器是并行的，其基本表现形式为“OLT→光分路器→ONU”，这里使用的光分路器的分光比通常是1:64。
在一级分光应用中，光分路器可以集中安装在中心局端，但是为了节省光纤成本，实际应用中通常将光分路器安装在OLT和ONU之间。中心局端和光分路器通过主干光缆（也叫馈线光缆）连接，用户终端和光分路器通过配线光缆连接。其中，主干光缆一般选用通用室外光缆，纤芯数从12芯到144芯不等；配线光缆应根据具体的应用环境选择，一般选用通用室外光缆，对于某些场合，可能需要选择阻燃光缆。
二、二级分光
二级分光是指OLT和ONU之间的光分路器是级联的，其基本表现形式为“OLT→光分路器1→光分路器2→ONU”，光分路器1的分光比通常是1:4或1:8，光分路器2的分光比通常是1:8或1:16。
在二级分光应用中，第一级光分路器常安装在光交接箱或分纤箱内，第二级光分路器常安装在离终端用户较近的驻地、小区。
一级分光 VS 二级分光*
一级分光应用中的光分路器都集中分布在一个地方，因此能最大化地利用OLT端口，适合用在终端用户集中、数量较大的应用；
二级分光应用中的光分路器呈级联分布，适合用在终端用户分散、数量较小的应用。
1.两种分光方式的优缺点
| 一级分光 | |
| 优点 | 缺点 |
| OLT端口利用率高 | 需要使用更多的配线光缆 |
| 更能适应未来发展的需求 | 使用的网络配件较多 |
| 方便监控和维护 | 可能需要增加额外的网络基础架构 |
| 二级分光 | |
| 优点 | 缺点 |
| 用户接入成本低 | 需要使用更多有源设备和光分路器 |
| 对分纤箱的要求较低 | 网络结构不灵活 |
| 服务区的分光比可灵活调整 | 不易进行监控和维护 |
2.工程中的分光器放置方式
(1) 采用一级分光方式
光分路器在驻地网时，分光器可安装于室内或室外，室内安装位置包括小区中心机房、楼内弱电井、楼层线路箱等。分光器的上连光缆可分别来自一级光交接箱、二级光交接箱或光分纤箱这三种途径。
此方式主要适用于已建成的小区规模较大、用户密度高的情况，如高层住宅等。
一级分光方式下，分光器的使用一般分为四种情况：一是放置在局端机房；二是放置在小区机房；三是放置在小区光交接箱内；四是直接放置在楼道。
(2) 采用二级分光方式
光分路器可分别安装于主干层或用户配线光缆层，在主干层时，分路器可安装在一级光交接箱、二级光交接箱或光分纤箱内。
此方式适用于用户比较分散的情况及新建用户光缆网。
二级分光方式下，分光器的使用一般分为三种情况：一是一级分光器放置在局端机房，二级分光器放置在光交接箱内；二是一级分光器放置在道路旁边的大容量光交接箱内，二级分光器放置在小区光交接箱内；三是一级分光器放置在小区光交接箱内，二级分光器放置在楼道。
举例说明：假设端局到小区4km，到小区光交4.5km，到用户楼栋5km，小区内有20栋楼，每栋楼30户，楼栋内的引入光缆全部采用皮线光缆，如下图所示。
①在一级分光情况下，采用全覆盖方式，每栋楼按1:32的分光比进行覆盖，对主干光缆、配线光缆的芯数和长度来做一个统计（光缆芯数按实际生产芯数且最接近用户数考虑，楼道分纤箱到用户ONU的皮线光缆没有做统计)，如下表所示。
| 分光器放置位置 | 主干光缆条数及芯数 | 配线光缆条数及芯数 | 所需光缆（纤芯公里） |
|---|---|---|---|
| 局端机房 | 无需主干光缆 | 20条32芯5km | 20*32*5=3200 |
| 小区机房 | 1条24芯4km | 20条32芯0.5km | 24*4.5+32*0.5*20=428 |
| 小区光交箱 | 1条24芯4.5km | 20条32芯0.5km | 24*4.5+32*0.5*20=428 |
| 楼栋 | 20条4芯5km（无汇接点） | - | 20*4*5=400 |
| 1条24芯5km（配线光缆在小区机房汇接） | 20条4芯1km | 24*4+4*1*20=176 | |
| 1条24芯4.5km（配线箱光缆在光交内汇接） | 20条4芯0.5km | 24*4.5+4*0.5*20=148 |
②在二级分光情况下，如果一级分光器为1:2，二级分光器为1:16，对主干光缆(端局至一级分光器)、 配线光缆 （一级分光器至二级分光器 ）、引入光缆 （二级分光器至楼栋分纤箱）的芯数和长度来做一个统计，如下表所示。
| 一级分光器放置位置 | 二级分光器放置位置 | 主干光缆条数及芯数 | 配线光缆条数及芯数 | 引入光缆条数及芯数 | 所需光缆（纤芯公里） |
|---|---|---|---|---|---|
| 局端机房 | 小区机房 | - | 40条4芯4km | 40条16芯1km | 640+640=1280 |
| 小区机房 | 小区光交 | 1条24芯4km | 40条4芯0.5km | 40条16芯0.5km | 96+80+320=490 |
| 小区光交 | 楼栋 | 1条24芯4.5km | 40条4芯0.5km | - | 108+80=188 |
第四节 分光器的配置规划
一、确定分光器的使用场合
面对众多类型的分光器该如何选择？要根据实际需求选择合适的。
在分路少且光波长不敏感的（也就是只需要1×2或1×4就足够）使用场合，选择熔融拉锥型分光器；
在FTTH等需多个波长的（也就是1×4以上）使用场合，选择平面波导型(PLC)分光器，因为平面波导型(PLC)分光器分光一致且通道均匀。
二、分光器的两条使用原则
光分路器配置时必须考虑设备每个PON口和光分路器的最大利用率，根据用户分布密度及分布形式，选择最优化的光分路器组合方式和合适的安装位置。
1.尽量采用一级分光
采用一级分光的原因有三点：
第一，可最大限度的提高PON利用率；第二，故障诊断方便；第三，系统可靠性高。
2.分光级数不超过二级
第五节 分光器的光衰
分光器的四大常用技术指标：波长、插入损耗、附加损耗以及分光比。其实分光器最主要的指标是分光器在特定的分光比下所产生的不同光衰，在不同分光比的条件下，分光器光衰也不会不同。
一、光衰的计算公式
分光器光衰值=发送光功率+附加损耗+插入损耗+裸纤损耗。
1.分光器分光比
☛ 公式：ki=Pi/SP*100%
其中，Pi为每条光链路所需的驱动功率，SP为激光器所带各光链路的所需驱动功率之和。
注：实际使用中厂家已注明了分光比，如一分二为80%：20%或70%：30%；一分三为70%：15%：15%；一分四为70%：10%：10%：10%。
2.附加损耗
在实际操作的过程中，可以进行附加损耗值的测量，只需要按照一定的操作规范进行数值的检测和记录即可， 做好不同链路的分类。
一般1×N 单模标准型分光器损耗如下：
| 分路数 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 16 |
| 附加损耗/dB | 0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.45 | 0.5 | 0.55 | 0.6 | 0.7 | 0.8 | 0.8 | 1.0 | 1.2 |
3.插入损耗
☛ 公式：IL＝-10lg(Po/Pi)
其中，Po是输出端的光功率，Pi是输入端的光功率。
注：公式中Po/Pi相当于分光器的分光比，即：IL＝-10lg(ki)。例如有一分二分光器，为二八分光，即分光比为20％:80％。其20％分光链路插入损耗理论值为-10lg(20%)，大约等于6.99dB。
4.裸纤损耗
实际操作中，这个数值不用计算，有一定的参考标准。要严格参照数值标准，对不同波长的损耗数值进行测量，确定最终的损耗数值。
| 波长 | 光纤衰耗系数（参考值） |
|---|---|
| 850nm | 3.75dB/km |
| 1310nm | 0.3~0.4dB/km |
| 1550nm | 0.15~0.25dB/km |
注：活动连接器衰耗：一般每个为0.5dB。
参考资料
[1] FTTH网络中的一级分光和二级分光
作者：光电攻城狮，网址：https://community.fs.com/cn/blog/optical-splitters-in-ftth-network.html，出处：飞速（FS）
[2] 分光器光衰多少？分光器如何选购？分光器如何使用？
作者：光圈小白，网址：https://community.fs.com/cn/blog/knowledge-of-splitter.html，出处：飞速（FS）
[3] 了解光纤中的波长850nm、1310nm和1550nm
作者：bellaxie2016，网址：https://www.bilibili.com/read/cv8504157，出处：B站（bilibili）
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