專利名稱：微電機(jī)可變光衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖器件，特別是一種微電機(jī)可變光衰減器。
背景技術(shù)：
目前鋪設(shè)在地球上的光纖主干網(wǎng)中，90％以上的頻率資源都沒有獲得使用。資源沒有充分利用的重要原因是光纖設(shè)備和終端設(shè)備價(jià)格昂貴，限制了運(yùn)營商開發(fā)用戶的能力和積極性。
可變光衰減器(VOA)是一種廣泛應(yīng)用的光纖器件。尤其是當(dāng)新一輪規(guī)?；墓饫w網(wǎng)絡(luò)建設(shè)在2003年初開始，而在開始建設(shè)的低端網(wǎng)絡(luò)中，接點(diǎn)多，光信道資源調(diào)配頻繁，導(dǎo)致各光纖輸出支路光功率起伏頻繁，因此可變光衰減器(VOA)的需求明顯增加。在所有光纖器件中，VOA是最不成熟、利潤空間最大的光纖器件之一。
在過去的5年中，全球投入了不下5億美元資金開發(fā)新型VOA技術(shù)?，F(xiàn)能投入商業(yè)使用的有MEMS(微電機(jī))VOA技術(shù)、波導(dǎo)VOA技術(shù)、液晶VOA技術(shù)、磁光VOA技術(shù)等。綜合而言，MEMS VOA逐步占據(jù)了市場的絕大部分份額。
目前市場上的微電機(jī)可變光衰減器(MEMS VOA)，其不足之處在于，無法同時(shí)滿足尺寸小，衰減連續(xù)穩(wěn)定，響應(yīng)時(shí)間短，可靠性好，容易使用以及低成本的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的微電機(jī)可變光衰減器，可以同時(shí)滿足小尺寸、衰減連續(xù)穩(wěn)定、響應(yīng)時(shí)間短、可靠性好、容易使用以及低成本的需求。
本發(fā)明所提供的微電機(jī)可變光衰減器包含有一基本光通路，所述基本光通路所形成的光路中設(shè)置有微電機(jī)擋光器，所述擋光器是處理后的有彈性的導(dǎo)線；所述擋光器周圍設(shè)有磁鐵，所述磁鐵產(chǎn)生的磁場和所述擋光器作用產(chǎn)生電磁力，通過電磁力驅(qū)動(dòng)所述擋光器切入所述光路實(shí)現(xiàn)可控制的光衰減量。
一方面，所述基本光通路包括自聚焦透鏡和雙光纖頭，所述自聚焦透鏡和雙光纖頭周圍設(shè)有夾持裝置，所述擋光器設(shè)置在自聚焦透鏡和雙光纖頭之間；基本光通路中的光線從雙光纖頭的光輸入端輸入，經(jīng)過所述自聚焦透鏡和雙光纖頭之間設(shè)有的擋光器衰減后，經(jīng)自聚焦透鏡的反射裝置反射后，再次經(jīng)過擋光器從雙光纖頭的輸出端輸出。
另一方面，所述基本光通路上連接有功率監(jiān)測光路單元，所述功率監(jiān)測光路單元包括透鏡聚焦元件和探測器，所述透鏡聚焦元件得到的抽樣光由探測器接收而產(chǎn)生抽樣光檢測信號(hào)。
本發(fā)明所提供的微電機(jī)可變光衰減器，由于所用部件材料本身的標(biāo)準(zhǔn)性和成熟性，且成本低廉，基于這種思想做出來的VOA成本低廉，具有很大的市場潛力。
通過下面的具體闡述，還可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)。在此不一一羅列。


圖1A是利用電磁力驅(qū)動(dòng)的微電機(jī)VOA的原理和基本內(nèi)核結(jié)構(gòu)示意圖；圖1B和圖1C是圖1A的A-A投射圖。
圖2A是VOA與監(jiān)測光路分別集成為輸入光功率監(jiān)測型和輸出光功率監(jiān)測型的可變光衰減器組件的示意圖。圖2B是圖2A的A-A投射圖。輸入監(jiān)測型。圖2C是圖2A的A-A投射圖，輸出監(jiān)測型。
具體實(shí)施例方式
盡管下面的闡述沒有給出具體的工藝、尺寸、控制電路等信息，對(duì)從事相關(guān)技術(shù)研究的人員來說可以很容易地基于本發(fā)明思想設(shè)計(jì)出系列產(chǎn)品。換句話說，本發(fā)明提出的基本思想具有最重要的專利價(jià)值。
以下結(jié)合

對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限制本實(shí)用新型，凡是采用本實(shí)用新型的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本實(shí)施新型的保護(hù)范圍下面結(jié)合圖示詳細(xì)介紹本發(fā)明的思想。
實(shí)施例1圖1A，圖1B和圖1C描述本發(fā)明的基本思想。
如圖1A所示，夾持裝置的磁鐵27采用磁環(huán)結(jié)構(gòu)，磁環(huán)里裝有一個(gè)雙光纖頭66，磁鐵29里裝有一個(gè)自聚焦透鏡21，相互吸引的磁鐵27和29的兩個(gè)磁極緊緊地粘貼在墊圈31上，雙光纖頭66的光纖端面剛好位于自聚焦透鏡21的焦平面上。自聚焦透鏡21的另一個(gè)端面24上鍍有高反射膜。雙光纖頭66的兩根光纖11中一根光纖用于光輸入，另一根光纖用于光輸出。輸入光通過自聚焦透鏡21后由端面24反射并從另一根光纖輸出，光路通過精密配合自聚焦透鏡21和雙光纖頭66的橫向位置來實(shí)現(xiàn)。光線路徑分別用虛線96和95示意。在雙光纖頭66的傾斜端面8和自聚焦透鏡21的傾斜端面41之間的空穴91中安裝一段導(dǎo)線88。導(dǎo)線88的兩端分別與電極線44相連。圖1B和圖1C是圖1A的A-A投射圖。
上述結(jié)構(gòu)中，4毫米外徑的永磁鐵27和29就可以產(chǎn)生很強(qiáng)的穩(wěn)定磁場。雙光纖頭66和自聚焦透鏡21的尺寸一般都較小，例如1.8毫米直徑。此外通過精密配合自聚焦透鏡21和雙光纖頭66的橫向位置來實(shí)現(xiàn)小的插入損耗，避免了調(diào)整反射面角度所帶來的工藝復(fù)雜性和不可靠性。
如圖1B所示，雙光纖頭66的兩根光纖11的端面90緊緊相靠。為了描述方便，約定右邊的光纖為光輸入光纖，左邊的光纖為光輸出光纖。導(dǎo)線88經(jīng)過處理后(例如涂上吸收材料等)可以用作擋光器67。電極線44的一根引導(dǎo)的電流通過擋光器67后由電極線44的另一根流出。磁鐵27和29產(chǎn)生的磁場用“×”87號(hào)表示。擋光器67本身具有彈性。沒通電的狀況下(I＝O)，擋光器67上沒有電磁力作用，它定位于兩個(gè)光纖端面90之間。這時(shí)沒有附加的衰減產(chǎn)生。
圖1C是有電流(I＞Q)的情況，這時(shí)擋光器67上受到電磁力作用，它被電磁力拉動(dòng)切入光纖端面擋住部分或全部光路，并產(chǎn)生附加的衰減量。擋光器67切入光纖端面90的程度正比于電磁力的大小，從而正比于電流的大小。所以可以通過控制電流的大小來控制衰減量。
使用時(shí)，也可以反過來應(yīng)用，即在不通電時(shí)讓擋光器67切入光纖端面形成高的衰減，然后用電流產(chǎn)生的電磁力把擋光器67從光路中拉出來從而減小衰減量。
在穩(wěn)定的磁場下，穩(wěn)定的電流產(chǎn)生的電磁力可以把有彈性的擋光器67定位得很精確，連續(xù)可變的電流可以獲得連續(xù)可變的衰減量。這就實(shí)現(xiàn)了獲得連續(xù)穩(wěn)定光衰減量的目的。
選用自聚焦透鏡和雙光纖頭的基本光通路保證相應(yīng)器件有很優(yōu)秀的性能指標(biāo)。
由于很小(4毫米外徑)的永磁鐵27和29就可以產(chǎn)生很強(qiáng)的穩(wěn)定磁場，而且雙光纖頭66和自聚焦透鏡21的尺寸一般都較小，例如1.8毫米直徑，因此本發(fā)明容易獲得很小的體積尺寸。同時(shí)所用部件材料本身就很標(biāo)準(zhǔn)很成熟，且成本低廉，基于這種思想做出來的VOA成本也很低廉。
光纖中光束尺寸一般很小(例如9微米，62.5微米等)，擋光器67需要移動(dòng)的位移量也很小。電磁力的產(chǎn)生幾乎不需要時(shí)間，所以適當(dāng)?shù)膿豕馄?7設(shè)計(jì)可以容易地實(shí)現(xiàn)快速的切入和移出速度，從而實(shí)現(xiàn)快速的響應(yīng)。
把高反射膜直接鍍?cè)谧跃劢雇哥R21的端面24上，相互吸引的兩個(gè)磁鐵27和29容易牢固地粘貼在墊圈31上，這時(shí)粘貼劑(如353ND樹脂)很薄，只提供輔助定位作用。使用時(shí)本發(fā)明不需要粘貼，避免了用膠粘貼帶來的不可靠性。這種結(jié)構(gòu)從根本上解決了器件可靠性問題，并且不需要金屬密封封裝。而且這種結(jié)構(gòu)可以移植到其它光纖器件的組裝上。
實(shí)施例2在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，在自聚焦透鏡21的端面24上鍍?nèi)瓷淠ぃ趦A斜面41和8上鍍?cè)鐾改?，容易?shí)現(xiàn)小于0.25dB的插入損耗。
實(shí)施例3磁鐵27采用導(dǎo)磁材料，由永磁鐵29磁化實(shí)現(xiàn)同樣的效果。
使用時(shí)，磁鐵29可以不是永磁鐵，而用導(dǎo)磁材料，由磁鐵27磁化也可以實(shí)現(xiàn)同樣的效果。墊圈31的厚度可以根據(jù)具體設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，甚至不用墊圈，而直接把兩個(gè)磁鐵固定到一起。
實(shí)施例4通?？勺児馑p器VOA都與功率監(jiān)測光路配合使用，本發(fā)明的技術(shù)思路很容易實(shí)現(xiàn)VOA與監(jiān)測光路的集成。
圖2A，圖2B和圖2C描述VOA與監(jiān)測光路集成的基本原理。在VOA的自聚焦透鏡21的端面24上鍍高反射膜，并允許一部分光(例如3％，5％等等)透射出去作為抽樣信號(hào)。用一個(gè)透鏡52把抽樣信號(hào)光聚焦，在透鏡52的焦平面上安裝針孔54，濾出雜散光。針孔54與透鏡52共同決定的組件的數(shù)字孔徑與透鏡21和輸出光纖決定的數(shù)字孔徑相同。然后用探測器56接收抽樣信號(hào)光產(chǎn)生監(jiān)測信號(hào)。
如圖2B所示，如果擋光器67只切入輸出光纖端面，則監(jiān)測光路產(chǎn)生的信號(hào)只隨輸入光功率而變化，擋光器引起的附加衰減不影響監(jiān)測信號(hào)。所以監(jiān)測信號(hào)描述輸入光功率水平，這就是輸入監(jiān)測型組件。
如圖2C所示，如果擋光器67只切入輸入光纖端面，則探測器56接收到的光功率隨附加衰減而變化，監(jiān)測光路產(chǎn)生的信號(hào)描述輸出光功率水平，這就是輸出監(jiān)測型組件。
實(shí)施例5在實(shí)施例4的基礎(chǔ)上，透鏡52選用自聚焦透鏡，針孔54選用光纖，則圖2A所示的集成組件相當(dāng)于把VOA與監(jiān)測用耦合器直接集成到一起。而且這樣的集成光路具有很理想的性能，例如很小的偏振相關(guān)損耗(PDL)，很小的波長相關(guān)衰減(WDA)，很小的偏振模色散(PMD)等。
實(shí)施例6在實(shí)施例5的基礎(chǔ)上，自聚焦透鏡21的端面24上鍍高透射膜(透射率95％，97％等等)。
使用時(shí)圖2A所示的集成組件也相當(dāng)于把VOA與監(jiān)測用耦合器直接集成到一起，這時(shí)擋光器67一般用于切入輸入光纖端面，且雙光纖頭66的輸出光纖提供輸出監(jiān)測光信號(hào)。
實(shí)施例7在實(shí)施例6的基礎(chǔ)上，在透鏡21與透鏡52之間插入多種功能光器件。
使用時(shí)，例如插入光隔離器內(nèi)核(CORE)即可實(shí)現(xiàn)可變光衰減度光隔離器組件。如此類推，本發(fā)明的基本思想還可以實(shí)現(xiàn)VOA與光上下路器OADM集成VOADM，與波分復(fù)用器WDM集成VMUX或VDMUX，或與光開關(guān)的集成等。
綜合上面的敘述，本發(fā)明提出的利用電磁力驅(qū)動(dòng)微電機(jī)實(shí)現(xiàn)可變光衰減器的思想具有可靠性好、成本低、速度快、體積小、衰減連續(xù)穩(wěn)定、使用方便靈活，功能集成潛力大等優(yōu)點(diǎn)。所謂的微電機(jī)在上述描述中實(shí)際上就是有彈性的用作擋光器的那段導(dǎo)線。
權(quán)利要求
1.一種微電機(jī)可變光衰減器，包含有一基本光通路，其特征是，所述基本光通路所形成的光路中設(shè)置有微電機(jī)擋光器，所述擋光器是處理后的有彈性的導(dǎo)線；所述擋光器周圍設(shè)有磁鐵，所述磁鐵產(chǎn)生的磁場和所述擋光器作用產(chǎn)生電磁力，通過電磁力驅(qū)動(dòng)所述擋光器切入所述光路實(shí)現(xiàn)可控制的光衰減量。
2.如權(quán)利要求1所述的一種微電機(jī)可變光衰減器，其特征是，所述基本光通路包括自聚焦透鏡和雙光纖頭，所述自聚焦透鏡和雙光纖頭周圍設(shè)有夾持裝置，所述擋光器設(shè)置在自聚焦透鏡和雙光纖頭之間；基本光通路中的光線從雙光纖頭的光輸入端輸入，經(jīng)過所述自聚焦透鏡和雙光纖頭之間設(shè)有的擋光器衰減后，經(jīng)自聚焦透鏡的反射裝置反射后，再次經(jīng)過擋光器從雙光纖頭的輸出端輸出。
3.如權(quán)利要求2所述的一種微電機(jī)可變光衰減器，其特征是，自聚焦透鏡的反射裝置是所述自聚焦透鏡的端面上涂有的高反射膜或高透射膜。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種微電機(jī)可變光衰減器，其特征是，雙光纖頭的光纖端面位于自聚焦透鏡的焦平面上，所述自聚焦透鏡和雙光纖頭的橫向相對(duì)位置可以調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)小的插入損耗。
5.如權(quán)利要求2所述的一種微電機(jī)可變光衰減器，其特征是，所述的夾持裝置主要由磁環(huán)和墊圈組成，磁環(huán)分別設(shè)在自聚焦透鏡和雙光纖頭的周圍，在所述磁環(huán)之間設(shè)置有墊圈，磁環(huán)的端面在吸引力作用下緊貼所述墊圈。
6.如權(quán)利要求2所述的一種微電機(jī)可變光衰減器，其特征是，所述的夾持裝置主要由磁環(huán)組成，磁環(huán)分別設(shè)在自聚焦透鏡和雙光纖頭的周圍。
7.如權(quán)利要求5或6所述的一種微電機(jī)可變光衰減器，其特征是所述夾持裝置中的一個(gè)磁環(huán)是永磁鐵，另一個(gè)磁環(huán)是通過所述永磁鐵的磁化產(chǎn)生磁場的導(dǎo)磁材料。
8.如權(quán)利要求1所述的一種微電機(jī)可變光衰減器，其特征是，所述基本光通路上連接有功率監(jiān)測光路單元，所述功率監(jiān)測光路單元包括透鏡聚焦元件和探測器，所述透鏡聚焦元件得到的抽樣光由探測器接收而產(chǎn)生抽樣光檢測信號(hào)。
9.如權(quán)利要求2所述的一種微電機(jī)可變光衰減器，其特征是，所述基本光通路上連接功率監(jiān)測光路單元，所述功率監(jiān)測光路單元包括透鏡聚焦元件和探測器，所述透鏡聚焦元件得到的抽樣光由探測器接收而產(chǎn)生抽樣光檢測信號(hào)。
10.如權(quán)利要求8所述的一種微電機(jī)可變光衰減器，其特征是，所述聚焦元件包括透鏡和針孔，其中透鏡將抽樣光聚焦，所述透鏡的焦平面上設(shè)置的針孔將雜散光過濾。
11.如權(quán)利要求10所述的一種微電機(jī)可變光衰減器，其特征是，所述透鏡是自聚焦透鏡，所述針孔是光纖。
12.如權(quán)利要求9所述的一種微電機(jī)可變光衰減器，其特征是，所述自聚焦透鏡端面上的反射裝置是允許一部分光透射的高反射膜，由所述透射光所獲得的抽樣光由功率監(jiān)測光路單元接收而輸出抽樣光檢測信號(hào)。
13.如權(quán)利要求9所述的一種微電機(jī)可變光衰減器，其特征是，所述自聚焦透鏡端面上的反射裝置是高透射膜。
14.如權(quán)利要求8所述的一種微電機(jī)可變光衰減器組件，其特征是可以通過控制擋光器分別切入輸出光纖端面或輸入光纖端面來實(shí)現(xiàn)輸入監(jiān)測型和輸出檢測型組件。
15.如權(quán)利要求8所述的一種微電機(jī)可變光衰減器組件，其特征是，功率監(jiān)測光路單元和所述基本光通路之間設(shè)有功能性光器件，所述功能光器件是光隔離器或光上下路器或波分復(fù)用器。
全文摘要
本發(fā)明所提供的微電機(jī)可變光衰減器，包含有一基本光通路，所述基本光通路所形成的光路中設(shè)置有微電機(jī)擋光器，所述擋光器是處理后的有彈性的導(dǎo)線；所述擋光器周圍設(shè)有磁鐵，所述磁鐵產(chǎn)生的磁場和所述擋光器作用產(chǎn)生電磁力，通過電磁力驅(qū)動(dòng)所述擋光器切入所述光路實(shí)現(xiàn)可控制的光衰減量。由于所用部件材料本身的標(biāo)準(zhǔn)性和成熟性，且成本低廉，基于這種思想做出來的VOA成本低廉，具有很大的市場潛力。
文檔編號(hào)G02B6/26GK1588146SQ200410053020
公開日2005年3月2日 申請(qǐng)日期2004年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月21日
發(fā)明者何毅, 黎健 申請(qǐng)人:澳譜光通訊器件(上海)有限公司