[科普中国]-光耦合

名词解释耦合：

是指两个或两个以上的电路元件或电网络等的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。耦合作为名词在通信工程、软件工程、机械工程等工程中都有相关名词术语。通俗意义上讲就是对准、联合、粘连。

光耦合：光耦合是对同一波长的光功率进行分路或合路。主要用来用来传送信号，实现型号的光电转换等。也可以理解为是把光对准某些器件，比如光耦合进光纤里或者将不同的光进行耦合。1

举例：纤维光路中的光藕合问题纤维光路中的光藕合问题, 主要存在下列各种实际情况。

1 . 把两段( 根) 或多段光纤维永久性地结合在一起, 例如光纤熔接和熔锥型光纤藕合器,

2 . 把两段( 根) 或多段光纤维可分离地连接起来, 例如可拆卸光纤连接器和移动纤维式光开关等等;

3 . 在两段( 根) 或多段光纤端面之间, 插入必要的微小光学元件, 如透镜、光学薄旗、小棱镜、调制盘、敏感元件等, 以构成具有各种功能的纤维光路器件, 例如光开关、光波分复用/ 解复用器、光祸合器、光环行器、光纤传感器等等。此外, 作为整个纤维光路系统, 当然还存在光源和光探测器与光纤之间的光祸合问题。这样, 纤维光路中的光藕合问题是一个重要而又相当复杂的问题。2

光纤端面之间的直接耦合图1是光纤端面之间直接藕合的结构略图。这种藕合方式的光藕合效率 可以表示成多种祸合效率们 的乘积:

通常对藕合效率币需要考虑下列六种( k = 6 ) 因素 ( 1 ) 横向错位, ( 2 ) 轴向倾角, ( 3 ) 轴向分离; ( 4 ) 端面缺陷, ( 5 ) 菲涅耳反射; ( 6 ) 模式变换显然, 这六种因素中的前四种是由加工和调整安装所引起的, 而后两项则产生于光传输过程本身.2

光纤端面间的扩束耦合要制作具有某些特定功能的纤维光路器件, 就需要在被藕合的光纤端面之间插入必要的微小光学元件。耗合损耗随着纤维端面轴向分离距离线性地增加。为了解决这一问题, 人们索性把光纤端面大大地拉开, 在其间加入透镜, 让发射和接收纤维的芯为一成象光学系统的物一象点, 以达到提高藕合效率的目的。这样便引起了纤维光路中成问题的研究这种藕合方式, 文献上又叫做扩束 型藕合。

扩束料合光学系统的应用与发展趋势：扩束棍合光学系统的简单而重要的应用是作扩束型可拆卸连接器扩束型连接器与光纤端面直接接触型连接器相比, 其特点是光学调整和机械加工并不更复杂, 而器件对环境的适应性大为改善, 同时损耗也可以作得很小。由于光纤通信的应用向各种领域推进, 纤维光路器件的环境适应性问题, 已变得更突出了。因此, 这种扩束型连接器似应受到重视。2

相关术语光耦合器光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。近些年来，它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。

由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。

光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。1

光电耦合器光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。

光电耦合器的优点是体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、能隔离噪音、工作温度宽，输入输出之间电绝缘，单向传输信号及逻辑电路易连接等。

光电耦合器按光接收器件可分为有硅光敏器件(光敏二极管、雪崩型光敏二极管、PIN 光敏二极管、光敏三极管等)、光敏可控硅和光敏集成电路。把不同的发光器件和各种光接收器组合起来，就可构成几百个品种系列的光电耦合器，因而，该器件已成为一类独特的半导体器件。其中光敏二极管加放大器类的光电耦合器随着近年来信号处理的数字化、高速化以及仪器的系统化和网络化的发展，其需求量不断增加。光电耦合器的封装形式一般有管形、双列直插式和光导纤维连接三种。图l 是三种系列的光电耦合器电路图。1