专利名称：连续可调数显式光纤衰减器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光纤通讯，特别是指一种连续可调数显式光纤衰减器。
背景技术：
光纤衰减器是光通讯领域一种非常重要的光学无源器件，主要应用于光通信线路、系统的评估、研究及调整、校正等方面。现有的光纤衰减器主要有固定式和可调式两种。固定式衰减器的衰减比是固定的。但在光纤系统中，常常需要精确控制系统各部件中的光信号值，如在系统应用的测试和特征化阶段、对系统的评估、计量和定标等场合，需要采用可调式光纤衰减器。目前的可调光纤衰减器大多是切断光纤，通过改变两连接端面间的空气间隙或者径向相对偏移来实现，或者采用薄膜吸收滤光实现。这类装置对机械传动的精度、稳定性都有很高的要求。而且，切断光纤使得在光传输衰减的过程中，会产生很大的光功率反射，反射光影响光源的稳定性和传输信号的信噪比，从而降低传输的品质。另外，这种可调式衰减器多采用手动调节，对需要精密量化的场合无法满足要求，因此有必要采用高精度的连续可变式衰减设备，以满足实际应用中的要求。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种连续可调数显式光纤衰减器，它应具有调整精度高、性能稳定、结构简单、操作方便、性价比高的特点。
本实用新型的技术解决方案如下一种连续可调数显式光纤衰减器，其特征在于它的结构是一内部向两侧拉伸可产生变形的薄壁圆锥形弹性圆筒，一裸光纤以螺旋方式缠绕在该弹性圆筒的外表面，该光纤有输入端和输出端，弹性锥筒的内侧边缘与顶板固定连接，该顶板与弹性锥筒的接触面为圆弧面，该顶板的另一侧为凹槽，与楔形推板连接，弹性锥筒悬挂在张紧装置的外部。楔形平板安装在支撑底座的导轨槽内，其两侧为以弹簧，上述装置密封在壳体内，该壳体的内表面镀有高反射率的膜层；所述装置的楔形推板与传动轴的前端接触，该传动轴的外螺纹与螺纹联接块的内螺纹螺合，该螺纹联接块固定在壳体上，该传动轴的末端与驱动式弹性联轴器连接，该驱动式弹性联轴器与步进电机固定连接而成楔形推板驱动机构；在该壳体内还设有探测装置；一微处理器的一端通过导线接探测装置，另一端与步进电机相连。
所说的探测装置采用高灵敏度、高稳定性的光功率计，如选择具有大面积的PD检测探头、具有智能输出的小型光功率计。
所述的连续可调数显式光纤衰减器使用前应预先进行标定，其方法是在封闭壳体内，以预先确定功率的光由光纤输入端输入，在光纤输出端检测输出功率，在微处理器的控制下，步进电机驱动传动轴推动楔形推板运动，当弹性锥筒产生弯曲变形时，光纤内部衰减散射出的光导致封闭壳体内部的光强发生变化，这一变化值可由探测装置检测，并将有关数据存储在微处理器的内存中。该光纤衰减器使用前应预先进行标定，标定时可对数据进行插值和曲线拟合。
本实用新型的优点本实用新型可对光纤无损操作实现衰减。机械装置结构简单、对加工装配的要求较低、传动精度要求不高。输出有很高的精度、连续可调。控制功能易于实现，操作简单。特别适于要求光纤输出需数字调控、精密稳定可靠的场合。
图1为光纤衰减的原理结构简图。
图2为本实用新型连续可调数显式光纤衰减器整体装置的结构示意图。
图3本实用新型装置中弹性锥筒与张紧装置连接的示意图。
图4为本实用新型装置中弹性锥筒及缠绕其上的光纤示意图。
图5为本实用新型装置中弹性锥筒内两侧顶板的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型的衰减原理如图1所示，当传输光纤某处受到挤压产生弯曲变形时，则产生散射损耗形成衰减，随该处光纤弯曲的曲率半径不同，衰减量也随之改变。
本实用新型连续可调数显式光纤衰减器的结构如图2、图3所示，其中1为内部向两侧拉伸可产生变形的薄壁圆锥形弹性圆筒，其弹性保证外力撤销情况下可恢复原状，裸光纤以螺旋状缠绕在1的外表面。弹性锥筒1的内侧边缘与顶板2、9固定连接，顶板2、9与锥筒接触面为圆弧面，从锥筒1小端至大端成锥形，从而可以限制接触处的弯曲曲率，并且使各接触点处的弯曲曲率逐渐变化。另一侧加工出凹槽21，与楔形平板4、8连接，从而使弹性锥筒1悬挂在张紧装置的外部。13为张紧装置的支撑底座。楔形平板4、8安装在支撑底座13的导轨槽内，两侧以弹簧22拉紧。6为楔形推板，当楔形推板6在驱动力作用下向前运动时，推动楔形平板4、8向两侧移动，带动顶板2、9从内侧挤压弹性锥筒1，随位移量改变，接触处的曲率半径也相应发生变化，即此处的光纤不断变形实现衰减。当楔形推板6向后运动时，楔形平板4、8在弹簧回复力作用下向反向运动，而弹性锥筒1在自身弹性作用下恢复原状。螺纹联接块15、传动轴16、驱动式弹性联轴器17及步进电机18组成直线运动驱动系统。
为了使系统的衰减值符合所需输入衰减量值的要求，本系统采用预先标定的方法。在封闭壳体12的内表面镀有高反射率的膜层14。以预先确定功率的光由光纤输入端11输入，在光纤输出端3检测输出功率。当弹性锥筒1产生弯曲变形时，光纤内部衰减散射出的光导致封闭壳体12内部的光强发生变化，这一变化值可由探测系统19检测，并且可以存储在微处理器20的内存中。由于各种损耗，由此探测的数值并不等于输入11与输出3的差值即衰减值，但记录下输入11与输出3的差值和光功率探测系统19的示值，在系统固定的情况下，探测示值与衰减量是一一对应的关系。因此多次重复这种操作，将采集的数据存储在微处理器20的内存中。为了达到更高的精度，对数据进行插值和曲线拟合也是必要的。微处理器20同时控制驱动系统的开关及直线运动的位移量。在以后的实际应用中，系统以预先的标定值作为参考标准。将衰减值调到所需的数值，控制系统从标定的数据中可以确定探测系统应该探测到的变化，当探测值与预期值一致时，停止驱动，从而实现输入数量值的衰减。
所说的薄壁圆锥形弹性圆筒如图4所示，光纤以螺旋方式缠绕在外表面，在光纤非弯曲处涂少许硅胶用以固定光纤，为了避免筒壁表面对光强的吸收，提高损耗探测的精度，筒壁表面要有一定的光洁度。
所说的顶板2、9如图5所示，与锥筒1接触面呈圆弧面，接触处从小端到大端呈锥形，这样从小端到大端，各点处的弯曲曲率半径是渐变的，从而缠绕其上的光纤是逐渐衰减的，这样不但可以提高衰减的精度，而且对机械传动的精度要求可以大大降低。
所说的封闭壳体12，要有很好的密封性。由于光纤衰减的精度要求很高，为了确保探测装置19可以分辨检测出高精度的衰减量，除了探测装置19本身的精度要求，也要保证光纤衰减出射的光不会大量损失或被介质吸收，因此对封闭壳体12的连接处采用密封胶密封，并且壳体内壁要求高的反射率，因此壳体12内壁可以涂铝膜层，这样可以保证光纤衰减出射的光被探测器19分辨出来。
所说的探测装置19可以采用高灵敏度、高稳定性的光功率计。如选择具有大面积的PD检测探头、具有智能输出的小型光功率计。检测输出的数值通过数据传送接口实时传输到微处理器20的RAM中，通过与预先标定存储的数据值比较，进而实现所需输入衰减值的控制。
所说的控制系统功能包含标定数据的存储、调整数值的输入读取、数据的比较及根据结果对直线运动驱动系统的实时控制。
所说的直线运动驱动装置由步进式驱动电机18、驱动式弹性联轴器17、丝杆传动轴16、螺纹联接块15组成，该种类型的装置驱动平稳可靠，驱动精度也可以通过改变15、16的螺纹间距来实现。
将本实用新型连续可调数显式光纤衰减器投入实际使用，采用分辨率为0.001dB的光功率计作为探测元件，对波长1310nm和1550nm的单模光纤系统进行标定后，考虑到插入损耗，系统衰减范围可达0.5-60dB，显示分辨率达到0.1dB，满足实际应用的要求。
综上所述，本实用新型的优点可以归纳为本实用新型可对光纤无损操作实现衰减，机械装置结构简单，对加工装配的要求较低，传动精度要求不高，输出有很高的精度、连续可调，操作简单，特别适于要求光纤输出稳定、精密可靠及要求自动控制的场合。
权利要求1.一种连续可调数显式光纤衰减器，其特征在于它的结构是一薄壁圆锥形弹性圆筒(1)，一裸光纤以螺旋方式缠绕在该弹性圆筒(1)的外表面，该光纤有输入端(11)和输出端(3)，弹性锥筒(1)的内侧边缘与顶板(2、9)固定连接，该顶板(2、9)与弹性锥筒(1)的接触面为圆弧面，该顶板(2、9)的另一侧为凹槽(21)，与楔形推板(6)连接，弹性圆筒(1)挂在张紧装置的外部，楔形平板(4、8)安装在支撑底座(13)的导轨槽内，其两侧是弹簧(22)，上述装置密封在壳体(12)内，该壳体(12)的内表面镀有高反射率的膜层(14)所述装置的楔形推板(6)与传动轴(16)的前端接触，该传动轴(16)的外螺纹与螺纹联接块(15)的内螺纹螺合，该螺纹联接块(15)固定在壳体(12)上，该传动轴(16)的末端与驱动式弹性联轴器(17)连接，该驱动式弹性联轴器(17)与步进电机(18)固定连接而成楔形推板(6)驱动机构；在该壳体(12)内还设有探测装置(19)；一微处理器(20)的一端通过导线接探测装置(19)，另一端与步进电机(18)相连。
2.根据权利要求1所述的连续可调数显式光纤衰减器，其特征在于所说的探测装置(19)采用高灵敏度、高稳定性的光功率计。
专利摘要一种连续可调数显式光纤衰减器，其构成一薄壁圆锥形弹性圆筒，一裸光纤以螺旋方式缠绕在该弹性圆筒的外表面，弹性锥筒的内侧边缘与顶板固定连接，该顶板与弹性锥筒的接触面为圆弧面，该顶板的另一侧设有凹槽，与楔形推板连接，弹性锥筒悬挂在张紧装置的外部，楔形平板安装在支撑底座的导轨槽内，其两侧为弹簧，上述装置密封在壳体内，该壳体的内表面镀有高反射率的膜层；直线运动驱动机构的传动轴的前端与该楔形推板相接触，在该壳体内还设有探测装置；一微处理器的一端通过导线接探测装置，另一端与步进电机相连。
文档编号G02F1/19GK2655285SQ0323260
公开日2004年11月10日 申请日期2003年6月27日 优先权日2003年6月27日
发明者王勇, 薄锋, 刘志刚, 蔡志坚, 朱健强 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所