CN1441268A - 可变光学衰减器 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于可变光学衰减器。包括：传送光束的传送光纤；与上述发送光纤同轴设置且接收其传送出来的光束的接收光纤；在上述传送光纤和接收光纤之间为吸收光束，在内部进行全反射在上述传送光纤和接收纤维无关的地区消失的光闸；驱动上述光闸的驱动器；以及支撑上述各部件的底座。比过去的机械式连接器型衰减器，在产品的大小及价格方面效果显著，可提供竞争力较强的优秀的产品。
Description
技术领域
本发明涉及可变光学衰减器，提供具有可变波导以吸收光束进行衰减的可变光学衰减器。
一般，光通信用光信号衰减器是具有一组入射端及出射端的光部件，是使入射光具有一定的光损失，经出射端放射衰减光能的光部件。
在光通信中，根据传送距离的长短及光纤的传送损失的差异，光发/传通道中光纤接合部的使用的光分解、结合等光部件如光分配器的数量和性能而决定的光发信率水平，是根据系统的结构多样化。
光发信水平过大状态时，为了调整光发信水平而使用光衰减器。光衰减器的其他代表性用途，还有对于通信机器、光测定器的评价、调整及校正。
光衰减器大致可分为具有一定衰减量的固定光衰减器和可变衰减量的可变光衰减器。无论是哪种形式的光衰减器，在使用波长范围内，根据波长产生的衰减量没有太大变化的。
背景技术
过去一般可变光学衰减器有三种：一种是采用硅或聚合物材质的热光效果的波导型衰减器，其他两种是机械式连接器型大型衰减器，及使用MEMS驱动器的MEMS光驱动器型衰减器。
以下说明上述各种类型的衰减器。
导波型可变光学衰减器采用硅或聚合物等材质形成平板型波导，利用电极变化波导的温度分布的同时，用导波调整材质的光吸收率衰减光信号的原理。导波型可变光学衰减器适合于小型化产品，但存在偏光依赖损失及波长依赖性的性能上的缺点。
另外，机械式连接器型衰减器利用光纤直接变形，根据宏观弯曲产生传送损失的方法，或在传送和接收光纤之间的连接距离中发生变化，产生插入损失的方法等。虽然上述机械式大型可变光衰减器没有波长依赖性，对使用波长的范围广，但是具有产品属于大型化，高价化的缺点。
所以，为了克服上述缺点，正进行着采用MEMS驱动器的可变光学衰减器的开发，最近研究开发的MEMS可变光学衰减器具有光闸、微型旋转镜、及机械抗反射开关MARS型等。
首先，MARS可变光学衰减器采用法布里-珀罗Fabry-Perot原理的机械抗反射开关MARS隔膜，配置于不处于开ON或关OFF状态的任意位移上，执行调整衰减量功能。MARS可变光学衰减器具有随波长的长短变化，衰减量也有所变化的缺陷。
采用光闸型MEMS可变光学衰减器，如图1及图2所示，在传送光纤(101，201)及接收纤维(102，202)之间配置光闸(103)或(203)，通过光闸的位移，调整两个光纤之间的接触面积，控制插入损失。但是此种衰减器如图1所示，根据示例，存在由于通过光闸反射回来的光信号产生逆反射的问题。根据图2出具的示例，存在通过乱反射产生光的混乱及折射等问题。
图3及图4是根据此种过去技术，图示在可变光学衰减器中的光闸中的效果。过去技术如图3及图4所示一样进行驱动，光闸表面的结构图及工程的不均一性产生散射。使不希望产生的光量传入到传送部及其他的地方，对于衰减量产生影响，引起了逆反射及乱反射，所以根据光闸出具的可变光学衰减器存在将反射量降低到最小化的问题。
微型旋转镜可变光学衰减器利用镜子的反射连接发送、接收光纤，利用镜子的位移控制插入的损失。微型旋转镜可变光学衰减器由于需将镜子垂直设置于底座上，所以组装时将光纤垂直排列于底座上，但是这样的工程相当困难的。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，采用MEMS驱动方式，提供可改善过去可变光学衰减器的性能，解决过去光闸具有的由于散射产生的效率低下等问题的以及制作结构简单化的可变光学衰减器。
本发明提供的可变光学衰减器的特点为，包括：传送光束的传送光纤；与上述发送光纤同轴设置且接收其传送出来的光束的接收光纤；在上述传送光纤和接收光纤之间为吸收光束，调整光传递系数的光闸；驱动上述光闸的驱动器；以及支撑上述各部件的底座。
附图说明
图1及图2所示的是根据过去的技术的可变光学衰减器的透视图；
图3及图4所示的是根据过去的技术的可变光学衰减器的光传播示意图；
图5是根据本发明出具的可变光学衰减器的透视图；
图6是根据本发明的实例，可变光学衰减器采用的硅材质光闸的形象放大图；
图7所示的是根据本发明的可变光学衰减器的光的传播示意图。
●对于图纸中主要部分的符号说明
1：传送光纤 2：接收光纤
3：硅材质的光闸 4：驱动器
5：底座
具体实施方式
本发明提供的可变光学衰减器的特点为，包括：传送光束的传送光纤；与上述发送光纤同轴设置且接收其传送出来的光束的接收光纤；在上述传送光纤和接收光纤之间为吸收光束，在内部进行全反射在上述传送光纤和接收纤维无关的地区消失的光闸；驱动上述光闸的驱动器；以及支撑上述各部件的底座。
根据本发明首选实例，可变光学衰减器的特点为：上述光闸采用硅材质制成。
根据本发明首选实例，可变光学衰减器的特点为：上述硅由重折光性干性蚀刻而成。
上述光闸包括外部反射区域、内部全反射区域及消失区域。根据本发明首选示例，上述外部反射区域结构呈楔形，上述内部全反射区域呈矩形，上述消失区域呈楔形。
根据本发明首选实例，可变光学衰减器的特点为：传送光纤和接收纤维之间采用硅材质的波导，进行衰减。
根据本发明的可变光学衰减器的特点为，在传送光纤中发射出来的光的一部分吸收通过，剩下的部分向外部反射，上述吸收通过的光，在内部通过全反射，并在上述传送光纤及接收纤维无关的地方进行消失。
即，根据本发明出具的可变光学衰减器，以上述硅材质的光闸过滤后的光束，入射到接收光纤最终产生衰减效果，防止了在此衰减过程中发生的光的衍射及散射。
即，根据本发明出具的可变光学衰减器，在没有利用金属隔膜的、可移动的硅材质光闸结构的波导中，将反馈到传送光纤的影响传送效率的逆反射而引起的光达到最小化，将吸收的光信号部分，通过微型硅光闸的波导，进行消失。
根据本发明的可变光学衰减器，具有两个固定的光纤，以一定间隔相对设置，在其中间，具有可移动的硅材质的光闸。即上述可变光学衰减器利用将入射的光的一部分向硅材质波导内部进行吸收，所吸收的入射光在硅波导中连续消失的原理。
但是，利用光线跟踪方法分析光消失的特点，在1.05/cm吸收参数的波导内部中，为达到40dB的衰减需要80mm以上的长度，用MEMS工程进行制作，具有很大的困难。
为了解决上述的问题而提出的新的一种光衰减方法是，如图6所示，在下端部形成一定的角，光入射时，满足不发生全反射的条件。通过光闸入射的光将透射和反射，在与传送光纤和接收纤维无关的方向，在硅光闸内部进行反复消失光量，不需要很长的波导，可获得所愿的衰减量。
以下，参照附图详细说明本发明的特征。图5是根据本发明出具的可变光学衰减器的透视图，图6是根据本发明的可变光学衰减器的硅材质光闸的放大图。
图5中的光闸为楔形，图6将显示上述光闸的细节。
如图6所示，在光闸前端入射的光的一部分，例如，其中70％左右的光入射到由硅波导构成的光闸内部，剩下的大约30％被反射。此时反射的光的反射角度，设计成不进入光纤中，在信号的入射、出射端不会形成干扰。实际上，因折射或散射，在光纤的受光角形成的光会影响到入射、出射端，根据本发明利用硅材质光闸的波导可变光学衰减器，将反射所有光的反射面，比过去金属腹膜的光闸型衰减器，反射的光量仅达到30％，可大大减少散射及衍射引起的光的影响。将可能引发光衰减器的偏光依赖损失及波长的依赖损失的散射及衍射，最小化，有利于提高其性能。
如上述，具有硅波导功能的光闸从其前端起，被划分为外部反射区域，内部全反射区域和消失区域。如图6所示，其中外部反射区域为楔形，内部全反射区域为矩形，消失区域为楔形。自上述楔形的外部反射区域内入射的光为全反射，在内部全反射区域进行传送。上述外部反射区域中光的入射角θ1比临界角小，可连续衰减。并且，随着入射光在上述内部全反射区域，产生连续的衰减和透射，继而出现消失区域。在上述内部全反射区域和消失区域之间的干涉面上硅波导具有倾斜角度θ2，并在消失区域无干扰衰减。由于θ1及θ2角度的存在，光信号的一部分通过硅可变波导的内部，且对此通过的光有效地进行衰减。
即，在上述前端的倾斜部分如外部反射区域中的部分光信号传达到硅材质的光闸型可变波导内，外部反射区域中剩下的部分光信号不受影响在光纤内进行反射。传达的光各自按阶段性进行消失，此时消失的光在不会影响输入输出端的光纤的区域中进行透射放出，与传送/接收信号无关，进行衰减。
另外，为了本发明的具体示例，假设上述示例中的外部反射区域、内部全反射区域及消失区域的长度分别为lo、li、la、光闸的宽度为w。根据他们的几何组合决定上述光闸的形状，上述光闸形状的设计参数受光纤和空气及硅材质光闸的折射率的影响。
另外，根据本发明出具的可变光学衰减器采用硅可变波导光闸，不需要金属腹膜，在本发明示例中，反射光与腹膜金属的情况相比，光量偏低可达到30％。
图7是根据本发明出具的可变光学衰减器的光的传播图。
如图7所示，入射的光分为两个部分，如经硅波导滤过的第一部分和自由传播至输出端的第二部分。被滤过的光信号部分传送至硅波导的前端位置的干涉面，被滤过的光信号的剩下的部分被反射，此时被滤过的第一部分光信号在硅波导内部的入射率为70％左右。
如上述，根据本发明的硅材质光闸型可变光学衰减器，无论是与驱动方式的可变光学衰减器，还是与MEMS方式的可变光学衰减器相比，在损失特性、波长依赖性、小型化等方面，均具有优越的性能。
根据本发明的可变光学衰减器比过去的隔膜型可变光学衰减器相比，在硅可变波导制造过程中不需要金属工程，制作工程可简单化。
本发明中的可变光学衰减器通过硅波导进行的反射光与过去的金属隔膜相比，大约为30％，减少由于反射光引起的逆反射及衰减量变化的影响。用硅波导入射的衰减光量对于传送及接收不会产生影响，在波导衰减区域中反复反射和透射，并进行熄灭。
本发明中的光学衰减器比过去的PLC波导型可变光学衰减器或MARS可变光学衰减器，在波长依赖性及工程插入损失上降低，比使用镜子的结构，在反射面产生的偏光损失减少，比机械式可变光学衰减器价格低廉、可制作成小型化商品，将没有经过金属腹膜的硅材质光闸可变波导利用为MEMS驱动器驱动原理，在制作工程中简单，方便。
并且，比过去的机械式连接器型衰减器，在产品的大小及价格方面效果显著，可提供竞争力较强的优秀的产品。
在以上说明中，本发明是对于有关特定的示例进行了图示及说明。除了专利申请范围中记载的事项之外，所出现的发明构思及中没有超越的情况下，可进行多样的改造或变化，这是该行业掌握一般知识的人是明了的。
Claims (8)
1.一种可变光学衰减器，其特征在于：包括传送光束的传送光纤；与上述发送光纤同轴设置且接收其传送出来的光束的接收光纤；在上述传送光纤和接收光纤之间为吸收光束，调整光传递系数的光闸；驱动上述光闸的驱动器；以及支撑上述各部件的底座。
2.根据权利要求1所述的可变光学衰减器，其特征在于：上述光闸采用硅材质制成。
3.根据权利要求1所述的可变光学衰减器，其特征在于：上述光闸为波导型。
4.根据权利要求1所述的可变光学衰减器，其特征在于：上述光闸将传送光纤中发射出来的光的一部分沿与光轴无关的方向反射传送，并吸收此剩下的部分的光在内部进行全反射使之在与上述传送光纤及接收纤维无关的地方进行消失。
5.根据权利要求1所述的可变光学衰减器，其特征在于：上述光闸反射大约30％的光，吸收大约70％的入射光。
6.根据权利要求1所述的可变光学衰减器，其特征在于：上述光闸包括外部反射区域，内部全反射区域及消失区域。
7.根据权利要求6所述的可变光学衰减器，其特征在于：上述外部反射区域呈楔形，上述内部全反射区域及消失区域呈矩形。
8.根据权利要求6所述的可变光学衰减器，其特征在于：上述外部反射区域和消失区域呈楔形，上述内部全反射区域呈矩形。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |