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近年来，集成光无源器件体积越来越小，技术越来越成熟，占据了相当一部分的市场份额。 掺铒光纤放大器（EDFA）作为光通信的关键部件之一，集成化、小型化、多功能化、低成本化成为众多厂商竞争的技术焦点。 混合型光无源器件的集成并不是采用集成技术来制作器件，而是将分离的器件集成在一起。 将光隔离器、波分复用（WDM）器件、光环行器和光分路器（TAP）集成到一个混合器件中，可以实现EDFA的上述竞争优势。 同时，混合光无源器件的制作工艺也是实现上述EDFA技术竞争优势的关键因素之一。

光信号在光纤中传输时，通常会有一定的损耗。 因此，需要掺铒光纤放大器（EDFA）来放大光纤网络中的光，以补偿插入损耗造成的能量损失。 EDFA作为中长距离光纤网络中非常重要的光放大器件，EDFA在光纤网络中主要有中继放大、前置放大和后置放大三大应用，确保光信号可以传输数百甚至数千公里。 此外，EDFA还用于激光雷达、数据中心等领域。

本文围绕EDFA的小型化，介绍了混合器件的原理和应用。 图 1 是 EDFA 模块的示意图。 可见，光模块的输出端和输入端需要小分光比的耦合器、隔离器和合波器。 我们称输入端的集成器件为前置式（一般包括Isolator、WDM、Coupler），输出端的集成器件为后置式（一般包括Isolator、WDM）。

图1 EDFA示意图

一个典型的在线光隔离器如图2所示，它包含几个主要部件：磁环（Magnetic tube）、法拉第旋转器（Faraday Rotator）、半波片（Half wave plate，HWP）、两个铌酸锂（LiNbO3）楔形（ LN Wedge)，带有一对光纤准直器。 如图2(a)所示，准直器出射的平行光束通过隔离器芯被分成O光和E光两束，通过接收准直器耦合到输出光纤端口。 如图2(b)所示，从out端射出的平行光束通过隔离器芯后，仍分为O光和E光两束，但此时O光会变成E光，而E光会变成O光，因为O光和E光是分开的，In准直器不能将两束光耦合到光纤中，从而起到反向隔离光的作用。

图2 光隔离器示意图

器件一：混合光隔离器和增益平坦滤波器

如图3所示，将光隔离器和增益平坦滤波器（GFF）混合制成一个器件，既具有两者的功能又可以减小尺寸。 光隔离器具有如上所述的功能以阻挡反向光输入。 该器件的混频比较简单，只需在光隔离芯后加一个滤波器即可。 滤光片涂有一层薄膜，透射谱与隔离器芯的透射谱增益正好互补，即增益平坦。 这种光无源混合器件主要用于EDFA和拉曼放大器。 体积小，增益分布匹配精准，光路无胶，兼容ROHS标准。

图3 混合光隔离器和GFF示意图

该器件可与光耦合器或波分复用器件集成，不仅可以减小EDFA模块的尺寸，还具有光隔离、增益平坦等功能。 其主要指标包括中心波长、插入损耗、回波损耗、偏振无关损耗（PDL）、偏振模色散（PMD）和隔离度等。

器件2、1x2波分复用与光隔离混合器件（1x2 IWDM）

如图 4 所示，它是一个 1x2 WDM 和隔离器混合器件的功能图。 它由一个倾斜端面的双光纤准直器、一个采用薄膜技术实现的可调谐波长滤波器（TFF）、一个隔离器和一个倾斜端面的单光纤准直器组成。 从光纤 1 入射的一束宽带光（如黑色箭头所示）经过梯度折射率透镜 (GLENS) 准直，成为平行光。 TFF波片紧贴在GLENS的出射端面，只允许一定的中心波长通过，其余波长将被反射。 通常，TFF 滤波器的通带带宽为 20nm。 TFF芯片选择一定的波长进行传输（如绿色箭头所示），从光纤的3号端口输出。 同时，剩余波长的光（如红色箭头所示）被 TFF 波片反射回光纤 2 端口。

图4 1x2混合波分复用和光隔离器件

这种1x2波分复用和隔离器混合器件（1x2 IWDM）可以用在对隔离要求高的EDFA中，既能保证光隔离满足要求，又能减小整个EDFA模块的尺寸。 泵浦光也可以从光纤2端口入射到掺铒光纤（EDF）上，从而起到光放大的作用，如图1所示。隔离器在这里起到反向隔离的作用，进一步保证WDM 器件的隔离度满足 EDFA 的要求。

器件三、2x4波分复用与光隔离混合器件（2x4 IWDM）

如图 5 所示，它是一个 2x4 WDM 和隔离器混合器件的功能图。 使用两个不同中心波长的TFF滤波器，可以实现两个1x2 WDM和隔离器混合器件的功能。 本装置采用四纤准直器和双纤准直器，光纤端面均为倾斜端面，回波损耗值满足大于60dB的要求。 由于采用了四纤准直器，对耦合工艺的要求比较高。

图5 2x4混合波分复用和光隔离器件

整个装置由一个四纤准直器、一个双纤准直器、一个隔离器和两个不同中心波长的TFF滤光片组成。 泵浦光可分别从光纤的2端口和4端口入射到掺铒光纤(EDF)上，起到光放大的作用。 由于它有两个泵浦光输入端口，可以同时输入不同波长的泵浦光，以满足EDFA灵活的要求。 该器件明显小于两个独立的 1x2 WDM 和隔离器混合器件，可用于要求更高的 EDFA 模块，进一步减小其尺寸。

器件四、2x2波分复用器件-光隔离器-光分束混合器件（WDM-ITAP）

测试接入端口（TAP）/流量接入端口（TAP）是一种新兴的网络监控一体化设备。 内部不需要提供电源，属于无源光网络设备。 它提供了一种在保持正常网络流量的同时获取网络流量的方式。 因此，TAP可以用来实现监控网络性能、解决网络故障、分析网络流量、防止恶意攻击等一系列功能。

如图6所示，它是一个2x2波分复用器件，由隔离器和光分路器混合组成。 1个端口连接到掺铒光纤端。 输入光束通过双光纤准直器，光束被准直。 准直光束通过双隔离器芯，分束器将光束一分为二，其中一束光功率为99%，另一束光功率为1%，分别进入端口3和4双光纤准直器分别。

图 6 WDM-ISO-TAP 混合设备

信号光在器件中的光路如图7所示，信号光以一定的离轴角从双光纤准直器出射。 当它通过隔离器时信号隔离器的作用，它有一个 X mm 的横向位移。 进入分束器后，分成两束。 1%的一根光束向上移动Y mm，另一根99%的光束横向位移保持不变。 这样，两束功率比为99:1、距离为Y、夹角为Z°的平行光从分束器出射，刚好可以耦合到双光纤准直器中。

图7 WDM-ISO-TAP混合光路原理

通常EDFA的泵浦部分采用WDM-ISO-TAP混合器件，实现难度较大。 这种器件可用于EDFA的后向泵浦部分信号隔离器的作用，采用混合器件结构，具有体积小、成本低、光路较易实现等优点。

器件 5. 超小型高集成光放大 (OA) 无源器件

在光器件小型化和集成化方向，业界提出了All in One的概念，并在CIOE2018展出了一系列超小型、高集成度的光放大（OA）无源器件，旨在提供器件-小型/超小型 EDFA 的电平解决方案。 方案及功能图如图8所示。其中，5in1 UHMC超级混合器件（Ultra Hybrid Mini OA Component）在一个φ3.5*25mm的芯片上集成了Isolator+1550/980 WDM+Isolator+Coupler+PD的功能器件，一台器件就可以解决EDFA Device方案的无源问题。

图8 超混合小型化光放大器：（a）功能图； (b) 示意图

图8 超混合小型化光放大器：（a）功能图； (b) 示意图

如图8所示，器件的第1部分是两个光隔离器芯的示意图。 光束从准直器入射，通过楔形片、法拉第片和楔形片，分为寻常光（O光）和非常光（E光）。 由于O光和E光在正入射时距离很小，所以可以正向耦合到准直器2的输出光纤中。由于隔离芯的作用，反向的O光和E光被隔开距离较大，不能正常耦合到准直器1的输入光纤中，起到隔离作用。 设备的第 2 部分是 1x2 WDM 设备的示意图。 从装置 1 入射的信号光束由渐变折射率透镜二次准直。 透镜的出射端附有采用薄膜技术实现的可调谐波长滤光片（TFF），滤光片的出射端涂有特定的反射膜。 ，允许特定的中心波长通过，其余波长的光束被反射回端口2。同时，泵浦光从WDM合波器的另一个端口入射，泵浦光的波长为通常正向泵浦为 980nm，反向泵浦为 1480nm。 最后，信号光和泵浦光合为一束，进入掺铒光纤（EDF）并被放大。 器件4采用分光器将光束分成两束，功率比为99:1，其中1%输出给PD进行监测，99%的光作为信号光输出。

亿源通推出一系列可应用于超小型EDFA的定制化小型N合1集成高端器件，助力实现EDFA的上述竞争优势，集成光隔离器、波分复用（WDM）器件、光环行器和分光器（TAP）等被集成到一个混合器件中，为 EDFA 应用提供了一个集成的解决方案。

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亿源通专注于光通信用光无源基础器件的设计、研发、制造和销售，为客户提供一站式产品采购和定制服务。 生产和销售产品包括光纤连接器（数据中心高密度光连接产品）、WDM波分复用器、PLC光分路器、MEMS光开关等，并不断探索和开拓新的产品领域，包括Hybrid组合器件、光纤环行器等微型光源器件产品。