光通信中经常需要把多个光信号耦合到一起，或将光信号分到多根光纤中，光耦合器可以实现这些功能。图6.9所示是简单的2×2和1×2光耦合器（Y型分路器）。以2×2耦合器为例，端口1（或端口4）输入的光信号可以按原设计的功率分配比例耦合到端口2和端口3输出，端口1和端口4输入的光还可以耦合在一起，并按一定的比例从端口2和端口3输出。反之，从端口2和端口3输入的光信号也可以从端口1和端口4输出。
图6.9 简单的耦合器
常用的制造光耦合器的方法有研磨抛光法、熔融拉锥法和平面波导法。用研磨抛光法制造耦合器时，先将去除包层的裸光纤埋入带有特定弧形槽的石英玻璃中，在进行光学研磨、抛光，去除一部分包层，然后将两根经过研磨的光线拼接在一起（见图6.10（a）），利用被研磨部分的光场相互耦合，从而构成光耦合器。耦合强度与研磨的深度有关，若研磨没有触及到纤芯，属于弱耦合，主要靠纤芯和包层界面上的消逝波发生耦合；若研磨进入纤芯中，纤芯中的光场将发生强耦合。
图6.10 研磨抛光制作法
用熔融拉锥法制造光耦合器时，先将两根或多根光纤扭绞在一起，用高温火焰对扭绞区局部加热使其熔融，并在熔融过程中使其拉伸，形成双锥形耦合区，如图6.10（b）所示。由于被拉伸的部分光纤芯径变细，使更多的光场在纤芯外传输而耦合进另一光纤中。假设耦合器是无附加损耗的，输入到一根光纤中的光功率是p0，根据耦合模理论，耦合到另一根光纤中的功率为：
根据功率守恒，第一根光纤中的输出功率为：
k是耦合系数，与两根光纤耦合区的长度、耦合区两根光纤的半径比及光波长有关。通常用分光比表示耦合器输出端口之间光功率分配比例，表示为：
若在两根输出光纤中光功率相等，则称这种耦合器为3dB耦合器。3dB耦合器的分光比为50:50，但两个输出端口的光有π/2的相对相位差，即耦合到另一光纤的输出光与沿直通输出方向的光相比存在π/2的相位滞后。
利用式（6-5）、（6-6）给出的关系，可以通过适当的设计将耦合器结构用于两路波分解复用。假设从端口1输入λ1和λ2的信号光，由于耦合系数与光波长有关，而λ1和λ2的波长间隔又较大，适当的设计耦合情况可以实现对λ1波长，满足：
对于λ2波长，满足：
则此耦合器将对波长有选择作用，波长为λ1的光信号全部直通过去从端口2输出，波长为λ2的光信号全部耦合到另一光纤中，从端口3输出，起到波分解复用的作用。
由于熔融拉锥型耦合器中锥形变化缓慢，反射光可以忽略，所以也称为方向耦合器。将多根光纤熔融拉锥制成的耦合器称为星形耦合器，如图6.11所示。用熔融拉锥法制作耦合器成本低，器件的性能稳定，插入损耗小，在实际系统中得到广泛的应用。
图6.11 熔融拉锥法制作4×4耦合器
耦合器的特性可以用以下几个性能参数来描述。
1）附加损耗（excess loss）
附加损耗的定义为
其中，Pj是在端口j的输出功率，Pi是端口i的输入功率。如果光功率从端口1输入，则附加损耗等于：
在理想状态下，输出功率之和应该等于输入功率。附加损耗定量给出了实际情况和理想状态的差别，因此附加损耗应尽可能小。对于正在讨论的耦合器，依赖于其类型，典型附加损耗在 0.06～0.15dB之间变化。（注：公式（4.4）中分母的P1是输入端，分子的P1是输出端。）
2）插入损耗（IL）
插入损耗是指输入端口i和输出端口j之间产生的损耗，为输出与输入端口光功率之比，即
如从端口1输入，端口2输出，则它们之间的插入损耗为
一个耦合器的插入损耗是相当高的。2×2耦合器的插入损耗的典型值为3.4dB。
3）耦合比
耦合比形式上定义为某一端口输出的光功率与所有端口的输出光功率之比， 即：
这个特性通常用来描述一个耦合器的性能。它可以用绝对值或百分比给出，在后一种情况下：
波导耦合器是一种应用广泛的耦合器，其基本结构和基本原理与光耦合器类似。图6.12（a）所示为一个2×2波导耦合器结构示意图，波导是由不同折射率的介质构成，如图6.12（b）所示，它是由折射率较高的薄层夹在折射率较低的介质中间形成，在相互作用区中两个波导相互靠近产生光场的相互耦合，耦合强度与作用区的长度、波导的宽度、波导间隙、折射率及光波长等因素有关。
可以采用多个3dB耦合器连接的方式设计多端口星形波导耦合器，图6.13所示为8×8和1×8波导耦合器的结构图。
最简单常用的光纤偏振控制器是可转动光纤线圈型，其结构如图6.14（a）所示。这种结构是在底板上垂直安装一排（一般3或4个）圆盘，盘可以转动，半径比光纤芯径大得多，约为750mm，圆盘的圆周上有槽，光线可以缠绕在盘上。当光纤被缠绕在圆盘上弯曲成小圆圈时，光纤外面被拉伸，里面被压缩，如图6.14（b）所示。
这种应力引起光纤的感生双折射，使输入光在两个偏振方向上产生相移，从而起到控制偏振的作用。当光纤线圈被转动时，光纤中的快轴和慢轴也发生旋转，因此，通过调整线圈的方向可以获得所需要的任意的偏振方向。
图6.14 可转动光纤线圈型偏振控制器
挤压型偏振控制器利用电磁挤压是光纤产生附加的双折射，达到控制偏振状态的目的。一种挤压型偏振控制器的结构如图6.15所示，光纤和压电晶体被固定在一起，当晶体上外加电压时，晶体的长度发生变化，压挤光纤，使光纤产生附加双折射，压力的大小可以通过外加电压精细控制。
图6.15 挤压型偏振控制器