8/12/2025，光纖在線訊，光通信的飛速發(fā)展正驅(qū)動(dòng)著帶寬需求的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。作為構(gòu)建光網(wǎng)絡(luò)物理層連接的基石，無(wú)源器件的性能，哪怕是最細(xì)微的提升，都深刻影響著整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定與效率。從數(shù)據(jù)中心的高速互連到5G前傳的可靠鏈路，低損耗、高穩(wěn)定性已成為無(wú)源器件毋庸置疑的剛性需求。

深入剖析影響無(wú)源器件性能的核心要素，最終往往會(huì)聚焦于一個(gè)物理層面的關(guān)鍵指標(biāo)：光的耦合效率。而在決定這一效率高低的諸多參數(shù)中，通光孔徑（Aperture） 扮演著極其核心卻又充滿設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)的角色。

通光孔徑：定義與工程意義
通光孔徑，需從光學(xué)原理與工程實(shí)踐的雙重維度來(lái)精準(zhǔn)理解。它指的是光無(wú)源器件（如準(zhǔn)直器、隔離器、WDM等）中，能夠有效傳輸光信號(hào)的徑向空間范圍。具體而言，它表現(xiàn)為器件內(nèi)部光學(xué)元件（如透鏡、濾光片、光纖端面等）允許光束通過(guò)的最大物理孔徑尺寸（通常指直徑或半徑）。

需要強(qiáng)調(diào)的是，通光孔徑并非一個(gè)簡(jiǎn)單的幾何尺寸參數(shù)。它與傳輸光束的能量分布特性深度綁定 —— 其設(shè)計(jì)目標(biāo)必須確保有效覆蓋光束能量的主要承載區(qū)域，方能最大限度減少光信號(hào)在傳輸過(guò)程中的損耗。

高斯光束特性與孔徑損耗模型
在光通信器件中，光傳輸普遍遵循高斯光束模型。其橫截面上的光強(qiáng)分布可表示為：

      
其中：
? I0是光束中心處的峰值光強(qiáng)
? r是距離光束中心的徑向距離
? ω是光束的特征半徑（通常定義為光強(qiáng)降至中心峰值I0的 1/e^2 ≈13.5%時(shí)的半徑）。

下圖展示了典型高斯光束的能量分布：

    
計(jì)算半徑為r的圓形區(qū)域內(nèi)所包含的光能量占總能量的比例?，需對(duì)光強(qiáng)在該區(qū)域內(nèi)進(jìn)行積分：

    
由此，因通光孔徑限制（孔徑半徑 R）而引入的插入損耗（Insertion Loss, IL）可表示為：
    
下圖清晰展示了損耗 IL與比值r/ω的關(guān)系

   
關(guān)鍵設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與工程實(shí)踐
由上述模型和圖表可得出關(guān)鍵結(jié)論：
? 當(dāng) r/ω = 1（即通光孔徑直徑D=2R=2ω）時(shí)，孔徑限制引入的損耗約為 0.63 dB。
? 當(dāng) r/ω = 1.5（即通光孔徑直徑D=3ω）時(shí)，損耗顯著降低至 0.05 dB。
? 當(dāng) r/ω = 1.75（即通光孔徑直徑D=3.5ω）時(shí)，損耗進(jìn)一步降至 0.01 dB。
? 當(dāng) r/ω = 2（即通光孔徑直徑D=4ω）時(shí)，損耗已低至 0.001 dB，在絕大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)景中可忽略不計(jì)。

因此，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一個(gè)重要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：將通光孔徑（直徑）設(shè)定為不小于光束特征半徑ω的4倍（即 D= 4ω）。此時(shí)，由孔徑限制帶來(lái)的損耗幾乎可以忽略（~0.001 dB）。

當(dāng)然，實(shí)際工程應(yīng)用還需嚴(yán)謹(jǐn)考慮：
1. 制造公差與裝配精度： 材料的尺寸公差、元件的裝配誤差要求在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留額外余量。

2. 系統(tǒng)整體約束： 器件或模塊的整體尺寸可能有限制。

為何不追求“光強(qiáng)為零”的邊界？
工程設(shè)計(jì)中不追求包含“所有”光能量的無(wú)限大孔徑，原因有二：
1. 物理探測(cè)極限： 實(shí)際探測(cè)器的靈敏度有限，無(wú)法區(qū)分強(qiáng)度極弱的光信號(hào)與環(huán)境背景噪聲。

2. 數(shù)學(xué)理論限制： 高斯光束的光強(qiáng) I(r)隨著 r 增大而漸近趨近于零 (當(dāng) r→∞,  I(r) → 0)，但永遠(yuǎn)不會(huì)在有限距離處嚴(yán)格等于零。理論上“光強(qiáng)為零”的位置位于無(wú)窮遠(yuǎn)處，包含“全部”能量需要無(wú)限大空間，這在物理系統(tǒng)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

飛宇的工程智慧與解決方案
在飛宇光纖，我們深諳通光孔徑設(shè)計(jì)與光束控制的精妙平衡對(duì)器件性能的決定性影響。當(dāng)產(chǎn)品整體尺寸受限，留給通光孔徑的余量緊張時(shí)，我們的工程師團(tuán)隊(duì)會(huì)運(yùn)用專(zhuān)業(yè)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)優(yōu)化透鏡參數(shù)（如焦距、曲率） 來(lái)主動(dòng)縮小光束特征半徑ω，從而在有限的物理空間內(nèi)滿足 D=4ω的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，確保器件達(dá)到低損耗、高性能的要求，完美契合客戶對(duì)產(chǎn)品功能和結(jié)構(gòu)的需求。

關(guān)于飛宇

      
飛宇集團(tuán)（深圳市飛宇光纖股份有限公司），自 2005 年創(chuàng)立于深圳龍華，歷經(jīng)近 20 年的穩(wěn)健發(fā)展，已成為全球光通信領(lǐng)域無(wú)源和有源器件的核心供應(yīng)商之一。我們?cè)谏钲趽碛?nbsp;15000 ㎡ 的現(xiàn)代化廠房及 950 多名員工，旗下設(shè)立 3 家子公司，并在越南建立了 2000 ㎡ 的研發(fā)生產(chǎn)基地，致力于為全球客戶提供敏捷高效的制造與交付服務(wù)。

作為國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)，飛宇專(zhuān)注于提供高性能、高可靠性的光纖通信器件，核心產(chǎn)品線包括：WDM 波分復(fù)用器、光模塊、光開(kāi)關(guān)、光纖跳線、光分路器、光環(huán)形器、光隔離器。

技術(shù)創(chuàng)新是飛宇的驅(qū)動(dòng)力。 我們擁有強(qiáng)大的自主研發(fā)能力，累計(jì)獲得 86 項(xiàng)專(zhuān)利授權(quán)，其中包含 18 項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利。公司已通過(guò) ISO9001:2015 質(zhì)量管理體系認(rèn)證和 ISO14001 環(huán)境管理體系認(rèn)證，確保產(chǎn)品品質(zhì)與環(huán)境責(zé)任的卓越表現(xiàn)。