专利名称：一种电调谐光衰减器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新颖的电调谐光衰减器结构，属于光通信、光电传感和光信息处理器件的技术领域。
背景技术：
电控可调光衰减器是光通信系统中的重要无源器件之一，它广泛应用于密集波分复用(DWDM)各信道的光功率均衡和调整经光纤放大器放大后的光信号等。也可用于模拟光纤长距离传输、传输系统的动态检测等。近年来利用微机械技术制造的微光机电系统可调光衰减器具有体积小、重量轻、能耗小等优点，开辟了光衰减器设计及生产的新方法。一般的可调光衰减器不能实现衰减量精确调节并锁定在特定值，而且通常为衰减片与步进电机联合型，通过微型步进电机控制连续渐变衰减片旋转或平移来达到数字化可调光衰减量。但该类设计受限于歩进电机成本高，体积较大，难以集成于日益縮小的光通讯模块中；而且其核心部件之一的连续渐变衰减片，镀膜工艺要求高，目前国内尚不能生产。
而基于电润湿效应的变焦微透镜可以改变微光学系统的光通量和视场性能，具有良好的操控性和适应性，作为取代传统透镜可应用于光学开关和光互连、三维光存储、静态数码相机和医学内窥镜等系统。现有的研究和应用集中于单透镜变焦成像技术，比较典型的如荷兰Philips公司发布的FluidFocus和法国Varioptic公司发布的小型液体变焦透镜，这些透镜的变焦是利用电控方法通过改变液体的界面曲率进而调节焦距。这种技术采用了流动的液体作为变焦的透镜组件，相对目前的机械变焦方式将有很多的优势之处。但现有的研究和应用集中于单透镜变焦成像技术，对于应用于光通信领域的连接器件涉及很少。
发明内容
技术问题本发明的目的在于提出一种新颖的电调谐光衰减器结构，解决光衰减器的电控调谐问题。具有重要的技术价值。本发明设计的光衰减器件具有结构简单、容易制作、成本低廉等优点。
技术方案本发明的电调谐光衰减器以具有圆柱状通孔的精密套管为主体，精密套管位于左连接器管脚和右连接器管脚之间，上述三者之间的空隙形成透镜腔，用于存储液体透镜材料；透镜腔内放置三种互不相溶的液体即第一低折射率流体、高折射率绝缘流体和第二低折射率流体，这三种液体构成双透镜介质，第一低折射率流体、第二低折射率流体中的一种或两种为导电流体；套管采用导电材料制作并作为一个电极，另一个或两个电极则是用导电材料制作的左连接器管脚和右连接器管脚。
所述的套管的内侧设有绝缘层，绝缘层与流体接触的内侧设有疏水层。.-
精密套管一侧开有三个注液小孔分别用于三种流体的注入。左、右连接器管脚中空为输入光纤、输出光纤的插入口，插入口与流体接触处用密封玻璃密封防止流体泄漏。所述的左连接器管脚和右连接器管脚的中孔中设有粘胶。
具体制作时，选定特定的折射率的绝缘流体和导电流体，计算好体积配比方案，使入射光纤的接触端面中心位于第一液体透镜的焦点附近，出射光纤的接触端面中心位于第二液体透镜的焦点附近。当套管与左连接器管脚或右连接器管脚之间加上电压后，导电流体与侧壁之间的界面张力因电润湿效应的作用而降低，从而改变液体界面的形状，实现透镜焦距的调谐，进而实现光纤耦合光强的调控，达到光的衰减控制目的。
有益效果根据以上叙述可知，本发明具有如下特点
本发明将微透镜变焦技术与现代光通信技术相结合，设计了一种新颖的电控调谐的光衰减器件，由于未使用电机等复杂器件使得制作成本、生产工艺大大降低，具有重要的技术价值和经济价值，将会在光通信和光信息处理领域得到广泛的应用。
创新之处在于将液体变焦透镜应用于光连接器件之中，实现了光衰减器的电控调谐。这种新颖的光衰减器将会在光通信领域和光信息处理领域中得到广泛的应用。
图1是电调谐光衰减器结构示意图。图中有精密套管1、左连接器管脚2、第一低折射率流体3、高折射率绝缘流体4、第二低折射率导电流体5、密封玻璃6、绝缘层7、疏水层8、输入光纤9、输出光纤IO、粘胶ll、右连接器管脚12、流体注入孔13。
图2是电调谐光衰减器工作原理示意图。
图3是一种套管的设计图。
具体实施例方式
一种新颖的电调谐光衰减器，其特征在于以具有圆柱状通孔的精密套管1为主体，套管位于左连接器管脚2和右连接器管脚12之间。上述三者之间的空隙形成透镜腔，用于存储液体透镜材料；透镜腔内放置三种互不相溶的液体即第一低折射率流体(导电或不导电)3、高折射率绝缘流体4和第二低折射率流体(导电)5，这三种液体构成双透镜介质，第一低折射率流体3、第二低折射率流体5中的一种或两种为导电流体；套管采用导电材料制作并作为一个电极，另一个或两个电极则是用导电材料制作的左连接器管脚2和右连接器管脚12。所述的套管I的内侧设有绝缘层7，绝缘层7与流体接触的内侧设有疏水层8.。套管一侧开有三个注液小孔13分别用于三流体的注入。左、右连接器管脚中空为输入光纤9、输出光纤10的插入口，插入口与流体接触处用玻璃片6密封防止流体泄漏。
实施例1:
精密套管1制备采用导电硅橡胶。这是由于导电硅橡胶易于挤压成型，能通过模具注塑加工方法实现大规模生产，且可以作为一个电极；套管的一侧预留三个注液小孔13。另一电极连接器管脚2或12采用金属铜柱精密机械打孔并抛光而成，这是由于金属铜是常见金属且易于加工；孔的大小和输入光纤9、输出光纤10外径相匹配。导电流体3或5在低温使用时可能会有冰冻问题。可以用高浓度的盐溶液来降低冰点。为了保持盐水的低密度和折射率，采用低原子量的盐氯化锂。20%浓度的氯化锂导致冰点低于-40〔，密度P为1. 12kg/m3，折射率为1.38。绝缘流体4采用混合的苯基甲基硅氧烷，它具有高折射率和良好的电湿性能。溶解几个百分点碳四溴化合物(P=2.96kg/m3)的绝缘液体的密度与盐溶液的密度相匹配。由此得到的折射率为1.55。这两种液体的温度相关折射率大体相
5同(dn/dT=-0.0003/K)。因此，在所需的温度范围内，对透镜焦距的作用是很 小的，剩下的焦距小改变可以通过稍微调整电压。密封玻璃6采用高性能的薄玻 璃片(如WR Scientific公司生产的一种生化实验专用的盖玻片。型号WEST Chester, PA19380),该玻片初性很好，透光率高；绝缘层7采用生长法在套管 内层上生成一层500nm的Si02，疏水层8可通过浸蘸疏水剂FOTs来实现。密封 胶ll采用环氧树脂。
注液时，按照计算好的液体体积依次在三个主页小孔内缓缓注入第一低折 射率流体(导电)、高折射率绝缘流体、第二低折射率流体(导电)。本方案采用 双电源控制。由于左连接器管脚与第一导电流体直接接触，第一电源的电压施加 在第一导电流体和套管之间的介电绝缘层上,其界面张力因电润湿效应的作用而 降低，从而改变第一导电液体和绝缘液体界面的形状，实现第一透镜焦距的控制。 上述原理同样适用于第二透镜的焦距控制。通过透镜的焦点在光纤端面前后移动 来调节光纤的耦合光强从而实现光的衰减的控制。也可使用单电源控制第二透镜 焦距来实现光的衰减控制。其电压与输出光强的关系由设计方案计算求得或通过 实验测得，而后在显示模块上直接显示光功率的衰减比值。
实施例2:
精密套管制备采用金属铜铜柱精密机械加工成管套并抛光而成，铜套管壁预 留三小孔供流体注入。连接器管脚采用导电硅橡胶铸模而成，中空为光纤预萆位 置，由于硅橡胶的柔韧性使得光纤的插入与拔出更方便。透明基片仍然采用高性 能的盖玻片。绝缘层采用真空镀膜法生成3微米厚的派瑞林。疏水层采用聚四氟 乙烯聚合物材料(英文縮写为PTFE，商标名特富龙 ， Tefl0n@AF)涂层来实现。
为简化制作过程，第一低折射率流体可以采用紫外或可见光固化粘胶制作成固化 透镜。绝缘流体采用溴代十二烷(密度1.0399，折射率1.4583)，导电流体采用 配置为密度与之相等的食盐水溶液，以去除重力的影响。电压控制绝缘流体和导 电流体界面的形状来调整焦点位置，从而调整透镜-光纤的光强耦合。为了进一 歩保证透镜的中心与光纤中心一致，套管的电芯可以设计成图3所示，每一个 瓣膜作为电极，其电压通过IC电路控制。
权利要求
1、一种电调谐光衰减器，其特征在于以具有圆柱状通孔的精密套管(1)为主体，精密套管(1)位于左连接器管脚(2)和右连接器管脚(12)之间，上述三者之间的空隙形成透镜腔，用于存储液体透镜材料；透镜腔内放置三种互不相溶的液体即第一低折射率流体(3)、高折射率绝缘流体(4)和第二低折射率流体(5)，这三种液体构成双透镜介质，第一低折射率流体(3)、第二低折射率流体(5)中的一种或两种为导电流体；套管采用导电材料制作并作为一个电极，另一个或两个电极则是用导电材料制作的左连接器管脚(2)和右连接器管脚(12)。
2. 根据权利要求l所述的电调谐光衰减器，其特征在于所述的套管(1)的 内侧设有绝缘层(7)，绝缘层(7)与流体接触的内侧设有疏水层(8)。
3. 根据权利要求1所述的电调谐光衰减器，其特征在于精密套管(1) 一侧 开有三个注液小孔(13)分别用于三种流体的注入。
4. 根据权利要求l所述的电调谐光衰减器，其特征在于左、右连接器管脚 中空为输入光纤(9)、输出光纤(10)的插入口，插入口与流体接触处用密封玻 璃(6)密封防止流体泄漏。
5. 根据权利要求l所述的电调谐光衰减器，其特征在于所述的左连接器管 脚(2)和右连接器管脚(12)的中孔中设有粘胶(11)。
全文摘要
一种电调谐光衰减器涉及基于电润湿效应的由变焦透镜构成的光衰减器结构该光衰减器以具有圆柱状通孔的精密套管(1)为主体，套管位于左连接器管脚(2)和右连接器管脚(12)之间。上述三者之间的空隙形成透镜腔，用于存储液体透镜材料；透镜腔内放置三种互不相溶的液体即第一低折射率流体(3)、高折射率绝缘流体(4)和第二低折射率流体(5)，这三种液体构成双透镜介质，第一低折射率流体(3)、第二低折射率流体(5)中的一种或两种为导电流体；套管采用导电材料制作并作为一个电极，另一个或两个电极则是用导电材料制作的左连接器管脚(2)和右连接器管脚(12)。
文档编号G02B26/02GK101464558SQ20091002831
公开日2009年6月24日 申请日期2009年1月13日 优先权日2009年1月13日
发明者信恒杰, 宁 徐, 菁 李, 鹏 杨, 梁忠诚, 晨 钱, 陶 陈 申请人:南京邮电大学