通过调整光波导位置来补偿wdl的可调式光衰减器的制作方法

文档序号:2747735阅读:396来源:国知局
专利名称:通过调整光波导位置来补偿wdl的可调式光衰减器的制作方法
技术领域
本实用新型涉及一种基于反射镜的可调光衰减器(Variable OpticalAttenuator,VOA)系统,尤其涉及波长相关损耗补偿可变光衰减器,它采取改变输入光波导和输出光波导的位置,增加系统色散,由此补偿波长相关损耗(WDL)。

背景技术
图1a,1b示出了通常的反射式VOA基本结构。图1a是现有技术中IL最小时的情况,而图1b是现有技术中衰减状态时的情况。如图1a所示,通常的反射式VOA包括透镜,反射镜,输入光波导,输出光波导。从输出光波导出来的含不同波长成分的光束通过透镜准直,再通过反射镜发生反射后形成反射光束。反射光束再通过透镜聚焦到输出光波导。当反射镜偏置某个角度时,反射光束以最小插入损耗(Insertion loss IL)耦合进输出光波导。如图1b所示,当反射镜增加或者减小偏置角度时,有部分反射光束偏出光波导,减小了光耦合效率,从而形成光能量的衰减输出。
然而,这种结构的光衰减器带有一种被称作为波长相关损耗(Wavelengthdependent loss,WDL)的缺点,会影响器件的衰减精度,甚至光信号的信噪比等。
光能量耦合进光波导的效率跟以下几个因素有关,包括光斑中心和光波导中心的偏移量、耦合光束的入射角度、光波导端面的角度、光波导的半径以及入射光的模场直径(Mode field diameter,MFD)等。反射光光衰减器属于共结构,耦合光束的入射角度、光波导端面的角度和光波导的半径对衰减的衰减值只跟耦合光光斑中心与光波导中心的偏移距离和耦合光的模场直径有关,同时偏移距离和模场直径都跟耦合光的波长有关。在某个波长范围内,当光衰减器反射镜偏置某个角度时,不同波长损耗值的差异称之为波长相关损耗,WDL。
众所周知,插入损耗IL可以表示成波长的函数,如下列方程式(1)所示 其中ω(λ)为耦合光模场半径,为MFD的一半,为波长λ的函数;x(λ)为耦合光光斑中心和光波导中心偏移量,它主要由反射镜角度来确定,同时也与波长λ相关。
在小波长范围内,如光通信系统常用的C和L波段,ω(λ)可以近似线性关系,表示为方程式(2) ω(λ)=a+b·λ(2) 其中,a,b为常系数。WDL表示为方程式(3) 在一定波长范围内,如C Band和L Band,WDL可以表示为 其中Δλ为波长差,D为所述光束两次通过所述透镜后的色散量,也是一定波段内所述偏移距离的差异。普通未做补偿的VOA,输入光通过透镜后的色散很小,器件在一定衰减值时,b常系数是WDL主要影响因子。
目前,已经有一些解决反射式VOA系统WDL问题的技术方案,但是均存在各种各样的缺陷。如美国公开专利(US2007/0031104A1)采用加色散光来补偿WDL,需要添加组件,没有考虑透镜自身的色散特性。而美国公开专利(US2004/0008967A1)通过波导端面不平行于透镜端面并调节波导相对于透镜的轴向方位,以得到最小的WDL。这里没有考虑位置调整来改变色散来补偿MFD对WDL的影响。
有鉴于此,亟待提出一种通过调整光波导位置来补偿波长相关损耗的可调式光衰减器。

实用新型内容针对现有技术中存在的许多弊端,本实用新型提出了一种通过调整光波导位位置来补偿波长相关损耗的可调式光衰减器。
本实用新型的目的是通过改变输入光波导4在输入面上的位置和输出光波导5在输出面上的位置,从而改变包含不同波长成分的光束在透镜6里的传输路径,增加由透镜6自身产生的色散,来补偿波长相关损耗(WDL)。
为了达到上述目的,本实用新型提供一种波长相关损耗补偿可变光衰减器,包括输入光波导4、输出光波导5、透镜和可调倾斜角的反射镜7,输入光波导4、输出光波导5设置在透镜6的一侧,可调倾斜角的反射镜7设置在透镜6的另一侧。
输入光波导4,发射包含不同光波长成分的光束,具有中轴线1,可以沿中轴线1任意垂直方向移动; 输出光波导5,接收所述包含不同光波长成分的光束,具有中轴线2,可以沿中轴线2任意垂直方向移动; 透镜6,具有光轴3,用于准直从所述输入光波导4发射的光束,并将经反射镜反射后的光束聚焦到所述输出光波导5,并根据所述输入光波导4的位置和输出光波导5的位置对所述光束产生不同程度的色散; 可调倾斜角度的反射镜7,用于接收来自所述透镜6的光束,并将所述光束穿过所述透镜6到所述输出光波导5,所述反射镜7的不同倾斜角使衰减器产生不同大小的衰减值,并使一定衰减值时产生一定的波长相关损耗(WDL)。
根据本实用新型的优选实施例,其中调整输入光波导和输出光波导位置,让中轴线1、中轴线2和光轴3三条线平行,并使中轴线1离开光轴一定的距离(d1),中轴线2离开光轴一定的距离(d2),改变所述光束在所述透镜里传播路径,增加由所述透镜自身产生的色散,使得所述光束不同成分的光与所述输出光波导耦合时光斑中心与光波导中心有不同的偏距离,来补偿波长相关损耗(WDL)。
根据本实用新型的优选实施例,其中所述输入光波导为可调整位置的输入光纤。
根据本实用新型的优选实施例,其中所述输出光波导为可调整位置的输出光纤。
根据本实用新型的优选实施例,其中所述输出光纤带有纤芯和涂覆层。
根据本实用新型的优选实施例,其中所述反射镜包括反射镜式光开关。
根据本实用新型的优选实施例,其中所述反射镜式光开关包括微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)光开关或传统机械式光开关。
根据本实用新型的优选实施例,其中所述反射镜式光开关包括反射镜式波长选择开关(WSS)。
根据本实用新型的优选实施例,其中所述透镜为C-lens透镜。
根据本实用新型的优选实施例,其中所述透镜为G-lens透镜或其他准直透镜。
本实用新型能够在反射式可调式光衰减器(VOA)系统中,通过调整输入光波导在输入面上的位置和输出光波导在输出面上的位置,从而改变包含不同波长成分的光束在透镜里的传输路径,增加由透镜自身产生的色散,来补偿波长相关的损耗(WDL)。
虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本实用新型,但本领域技术人员应当理解,并不旨在将本实用新型限制于这些实施例。反之,旨在覆盖包含在所附的权利要求书所定义的本实用新型的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。
本实用新型的其他优点、目标,和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书,权利要求书,以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述,其中 图1a是现有技术中IL最小时的反射式VOA基本结构图; 图1b是现有技术中衰减状态时的反射式VOA基本结构图; 图2a示出了根据本实用新型的带有波导位置调整的VOA图; 图2b示出了当根据本实用新型的带有波导位置调整的VOA处于衰减状态时的情形图; 图3a以c-lens为例说明本实用新型调整光波导位置后的色散补偿图; 图3b示出了调整光纤位置后VOA衰减状态时,输出光纤端面处不同波长光斑的分布图; 图4示出了补偿优化后,与未优化的VOA比较的效果图; 图5示出了所述透镜采用G-lens的原理图。
具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步的详细描述。需要注意的是,根据本实用新型的通过调整光波导位位置来补偿波长相关损耗的可调式光衰减器的实施方式仅仅作为例子,但本实用新型不限于该具体实施方式

在下文中,将详细说明本实用新型中的VOA补偿WDL的技术构思具体实例方式。
如图2a所示,根据本实用新型的VOA包括可调整位置的输入光纤、具有光轴3的透镜6、可倾斜的反射镜7,以及可调整位置的带有纤芯和涂覆层的输出光纤。图2b示出了根据本实用新型的带有波导位置调整的VOA处于衰减状态时的情形,此时反射镜7的角度有所不同。通过将图2a中反射镜7改变一定的偏置角度,从而使输入光衰减输出。
如图2a和2b所示,该波长相关损耗补偿可变光衰减器包括输入光波导4,发射包含不同光波长成分的光束,具有中轴线1,可以沿中轴线1任意垂直方向移动;输出光波导5,接收所述包含不同光波长成分的光束,具有中轴线2,可以沿中轴线2任意垂直方向移动;透镜6,具有光轴3,用于准直从所述输入光波导4发射的光束,并将经反射镜7反射后的光束聚焦到所述输出光波导5,并根据所述输入光波导4的位置和输出光波导5的位置对所述光束产生不同程度的色散;可调倾斜角度的反射镜7,用于接收来自所述透镜6的光束,并将所述光束穿过所述透镜6到所述输出光波导5,所述反射镜7的不同倾斜角使衰减器产生不同大小的衰减值,并使一定衰减值时产生一定的波长相关损耗(WDL)。
其中调整输入光波导4和输出光波导5位置,让中轴线1、中轴线2和光轴3三条线平行,并使中轴线1到光轴的距离为d1,中轴线2到光轴的距离为d2,改变所述光束在所述透镜里传播路径,增加由所述透镜自身产生的色散,使得所述光束不同成分的光与所述输出光波导5耦合时光斑中心与光波导中心有不同的偏距离,来补偿WDL。
根据本实用新型的优选实施例,其中所述输入光波导4为可调整位置的输入光纤;所述输出光波导5为可调整位置的输出光纤,所述输出光纤还可以带有纤芯和涂覆层。
根据本实用新型的优选实施例,所述反射镜7还包括反射镜式光开关,可以有微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)或传统机械式两种。另外还可以是基于反射镜式的波长选择开关(wavelengthselective switch,WSS)。
普通未做补偿的VOA,输入光纤和输出光纤大致沿光轴3对称放置,光路大致为共轭结构,所以包含不同波长成分的光束经过透镜6后的色散量很小,即耦合光斑偏出输出光纤中心的距离随波长变化率也很小。根据方程式(5) 为了补偿WDL,在本实用新型中,使输入光纤离光轴3的距离为d1,输出光纤离光轴3的距离为d2,改变所述光束在透镜6里的传播路径,来增加透镜6自身的色散D。
与现有技术相比,普通未作补偿的VOA,输入光波导4和输出光波导5大致沿光轴3对称分布,中心光线与透镜球面的交点也大致沿光轴3对称分布,导致球面对光束色散几乎没有贡献,而偏移d1和d2后,所述交点非对称分布,球面增加对色散补偿的贡献。
说明色散的来源
依据本实用新型,图3a描述了所述透镜6为一种曲率半径为R的C-lens的实施例。图示中输入光纤中心离光轴3长度为d1,输入光纤中心离光轴3长度为d2,反射镜7偏置一定角度后,包含不同波长成分的入射光束,例如1525nm和1570nm,从输入光纤射出后经C-lens准直,到达反射镜7后反射,再由C-lens聚焦到输出光纤耦合输出,反射镜7角度微调节后,耦合光斑中心距离偏移输出光纤中心,使VOA产生一定的衰减值。所述光束在C-lens里传播时会产生色散,图3a中所示的色散补偿块8可以作为等效体来计算色散量D,当d1和d2相差较小时,色散补偿块8近似为角度为α的稧形片,可以表示为 其中f是c-lens的焦距,n是透镜6的折射率。
色散造成的结果
图3b描述了带有纤芯的输出光纤截面图,以及反射镜7倾斜角度轻微变化后由图3a所描述的等效色散补偿模块8分别对1525nm光斑和1570nm光斑产生的效果。其中X1为短波长成分光斑(如1525nm),X2为长波长成分光斑(如1570nm)。等效色散补偿模块8根据波长分离输入光束中的长波长(如1525nm)成分和短波长(如1570nm)成分,使所述两种光成分耦合光斑中心偏移光纤的距离不相等。其中短波长(如1525nm)光斑靠输出光纤中心距离近些,而长波长(如1570nm)光斑靠输出光纤中心距离远些;同时短波长(如1525nm)光MFD小于长波长(如1570nm)光MFD。根据方程式(1),所述偏移距离和MFD相比,对WDL的影响相反。这样,由等效色散块造成的所述偏移距离的差异,至少部分地补偿了由MFD差异造成的WDL。
改变所述两种光纤的偏移光轴3的位置后,即补偿后的WDL可以表示为 其中Δλ是选定波长范围的波长差,Δn是选定波长范围内的光在c-lens传播时的折射率差。当选择合适的光纤偏移距离d1和d2时,可以使大范围衰减范围内的WDL降至很小。
要使WDL更小,令WDL=0,可以得到 只要满足(9)式的d1和d2,都可以补偿WDL。由于不同IL情况下的偏移距离x不同,不可能把所有IL的WDL都减到0,但选择合适的d1和d2,可以使大衰减范围内的WDL降至很小。
图4示出了本实用新型所述光纤位置调整的VOA的WDL,以及与未加补偿的VOA的WDL比较,可以看出本实用新型增加透镜6自身色散的补偿效果是显著的。
G-lens实现的方式
如图5所示,本实用新型还可以用G-lens或者其他准直透镜来取代C-lens的方式来实现。渐变折射率的G-lens能等效为均匀折射率的透镜,如附图5,当输入光纤和输出光纤偏离各光轴一定距离时,光束在G-lens路径改变后也增加透镜6自身的色散来补偿WDL。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,显然,本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样,倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内,则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求1.一种通过调整光波导位置来补偿WDL的可调式光衰减器,包括输入光波导(4)、输出光波导(5)、透镜和可调倾斜角的反射镜(7),其特征在于所述输入光波导(4)、输出光波导(5)设置在透镜(6)的一侧,所述可调倾斜角的反射镜(7)设置在透镜(6)的另一侧;
所述输入光波导(4),发射包含不同光波长成分的光束,具有中轴线(1),可以沿中轴线(1)任意垂直方向移动;
所述输出光波导(5),接收所述包含不同光波长成分的光束,具有中轴线(2),可以沿中轴线(2)任意垂直方向移动;
所述透镜(6),具有光轴(3),用于准直从所述输入光波导(4)发射的光束,并将经反射镜(7)反射后的光束聚焦到所述输出光波导(5),并根据所述输入光波导(4)的位置和输出光波导(5)的位置对所述光束产生不同程度的色散;
所述可调倾斜角度的反射镜(7),用于接收来自所述透镜(6)的光束,并将所述光束穿过所述透镜(6)到所述输出光波导(5),所述反射镜(7)的不同倾斜角使衰减器产生不同大小的衰减值,并使一定衰减值时产生一定的波长相关损耗(WDL)。
2.根据权利要求1所述的通过调整光波导位置来补偿WDL的可调式光衰减器,其特征在于调整输入光波导(4)和输出光波导(5)位置,让中轴线(1)、中轴线(2)和光轴(3)三条线平行,并使中轴线(1)离开光轴一定的距离(d1),中轴线(2)离开光轴一定的距离(d2),从而改变所述光束在所述透镜(6)里的传播路径,增加由所述透镜(6)自身产生的色散,使得所述光束不同成分的光与所述输出光波导(5)耦合时光斑中心与光波导中心有不同的偏距离,来补偿WDL。
3.根据权利要求1或2所述的通过调整光波导位置来补偿WDL的可调式光衰减器,其特征在于所述输入光波导(4)为可调整位置的输入光纤。
4.根据权利要求1或2所述的通过调整光波导位置来补偿WDL的可调式光衰减器,其特征在于所述输出光波导(5)为可调整位置的输出光纤。
5.根据权利要求4所述的可调式光衰减器,其特征在于所述输出光纤带有纤芯和涂覆层。
6.根据权利要求1所述的通过调整光波导位置来补偿WDL的可调式光衰减器,其特征在于所述可调倾斜角的反射镜(7)包括反射镜式光开关。
7.根据权利要求6所述的可调式光衰减器,其特征在于所述反射镜式光开关包括微机电系统(MEMS)光开关或传统机械式光开关。
8.根据权利要求6所述的可调式光衰减器,其特征在于所述反射镜式光开关包括反射镜式波长选择开关(WSS)。
9.根据权利要求1或2所述的可调式光衰减器,其中所述透镜(6)为C-lens透镜。
10.根据权利要求1或2所述的可调式光衰减器,其中所述透镜(6)为G-lens透镜或其他准直透镜。
专利摘要本实用新型涉及一种基于反射镜的可调光衰减器,尤其是通过调整光波导位置来补偿波长相关损耗的波长相关损耗补偿可变光衰减器,包括输入光波导、输出光波导、透镜和可调倾斜角的反射镜,输入光波导、输出光波导设置在透镜的一侧,可调倾斜角的反射镜设置在透镜的另一侧。在反射式可调式光衰减器(VOA)系统中,通过调整输入光波导在输入面上的位置和输出光波导在输出面上的位置,从而改变包含不同波长成分的光束在透镜里的传输路径,增加由透镜自身产生的色散,来补偿波长相关的损耗(WDL)。
文档编号G02B26/00GK201540404SQ200920110160
公开日2010年8月4日 申请日期2009年7月22日 优先权日2009年7月22日
发明者涂化, 丁必锋 申请人:北京波联汇成科技有限公司
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