专利名称：一种利用变焦透镜边沿顶角可调的可变光衰减器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新颖的可变光衰减器结构及其工作原理，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：
可变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 (DffDM)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。一般的可变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。但该类设计受限于步进电机成本高，体积较大，难以集成于日益缩小的光通讯模块中；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。而变焦液体透镜可以改变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、静态数码相机等系统。现有的研究和应用集中于透镜变焦成像技术，比较典型的如荷兰Wiilips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润湿效应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。但该技术需要较高的电压控制，而且电润湿效应装置需要复杂的镀膜工艺，国内很难加工成功。
发明内容
技术问题本发明的目的在于提出一种利用变焦透镜边沿顶角可调的可变光衰减器，将液体透镜变焦技术与现代光通信技术相结合，设计了一种新颖的压控调的光衰减器件，解决光衰减器的可控调问题。技术方案本发明的利用变焦透镜边沿顶角可调的可变光衰减器以精密套管为主体，精密套管位于左连接器管脚和右连接器管脚之间并与左连接器管脚和右连接器管脚相连接，出射光纤准直器的一端从外部穿过左连接器管脚位于精密套管内的空腔中，接收光纤准直器的一端从外部穿过右连接器管脚位于精密套管内的空腔中，精密套管内的空腔中设有顶角可调的棱镜，形成具有“出射光纤准直器+顶角可调的棱镜+接收光纤准直器”的结构；顶角可调的棱镜包括设在精密套管中的左连接器管脚和右连接器管脚之间的空隙内设置柱状透镜腔，并在柱状透镜腔的横截面上设置透明弹性膜以构成“鼓”状液体透镜腔， 用于存储液体透镜材料；上述两光纤准直器设置于柱状透镜腔边沿两侧；柱状透镜腔通过压力控制孔与外置液体压力调节控制装置相通，外置液体压力调节控制装置控制液体透镜的形状以实现透镜顶角角度的调节来模拟顶角可调棱镜，从而控制从出射光纤准直器耦合到出射光纤准直器的光强耦合效率以实现光的衰减可控调节。所述的外置液体压力调节控制装置设有光衰减度数刻度。精密套管内侧设置有吸收层以吸收杂散光。“鼓”状液体透镜腔上设置一排气、排液孔。接收光纤准直器放置于出射光纤准直器出射光束束腰位置处，变焦透镜放置于出射、接收准直器间任意位置。当“鼓”状液体透镜保持扁平状态时，输入输出光纤准直器处于光强衰减量最小位置；当外置液体压力调节控制装置通过压力控制孔往透镜腔内挤压或抽取动作时使该“鼓” 状液体透镜呈凸透镜或凹透镜形状，实现透镜顶角角度的调节，此时形成顶角可调的棱镜效应，使出射光纤准直器发出的光偏离接收光纤准直器最佳接收位置，进而实现光纤准直器耦合光强的调控，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变焦液体透镜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，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。由于未使用电机等复杂器件，不需要复杂的镀膜技术使得制作成本、 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1)将液体变焦透镜应用于光连接器件之中，实现了光衰减器的可控调谐。幻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是利用变焦透镜边沿顶角可调的可变光衰减器结构示意图。图中有精密套管1、左连接器管脚2、液体透镜材料3、透明弹性膜4、压力调节控制装置5、紧固环6、柱状透镜腔7、吸收层8、出射光纤准直器9、接收光纤准直器10、粘胶11、右连接器管脚12、液体压力控制调节孔13。图2是可变光衰减器主体芯片结构示意图。图中有定位栓14。
具体实施例方式如图1，该衰减器以精密套管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之间并与左连接器管脚2和右连接器管脚12相连接，出射光纤准直器9的一端从外部穿过左连接器管脚2位于精密套管1内的空腔中，接收光纤准直器10的一端从外部穿过右连接器管脚12位于精密套管1内的空腔中，精密套管1内的空腔中设有顶角可调的棱镜，形成具有“出射光纤准直器9+顶角可调的棱镜+接收光纤准直器10”的结构；顶角可调的棱镜包括设在精密套管1中的左连接器管脚2和右连接器管脚12之间的空隙内设置柱状透镜腔7，并在柱状透镜腔7的横截面上设置透明弹性膜4以构成“鼓”状液体透镜腔，用于存储液体透镜材料；上述两光纤准直器设置于柱状透镜腔7边沿两侧；柱状透镜腔 7通过压力控制孔13与外置液体压力调节控制装置5相通，外置液体压力调节控制装置控制液体透镜的形状以实现透镜顶角角度的调节来模拟顶角可调棱镜，从而控制从出射光纤准直器9耦合到出射光纤准直器10的光强耦合效率以实现光的衰减可控调节。设置刻度指示两光纤间光强耦合效率。接收光纤准直器应放于出射光纤准直器出射光束束腰位置处，变焦透镜可放于出射/接收准直器间任意位置。所述的透明弹性膜4可设有增透膜以减少光强的其他损失。左右管脚内侧表面设置有吸收层8以吸收杂散光。在左/右管脚上设有出射/接收光纤准直器并以粘胶11固定。具体实施例1 精密套管1制备采用硅橡胶。这是由于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，其硬度易于控制；套管的侧面中间位置预留一个注液小孔13同时充当液体压力控制调节孔；套管内壁预留一小槽便于光纤准直器的放置与定位。主体芯片的形成左、右连接器管脚2或12采用塑料或橡胶精密铸造而成，中心预留圆柱状孔；孔的大小和光纤准直器9、10外径相匹配。透镜腔的形成为了消除重力影响，膜的厚度和硬度可恰当选择厚一些和硬一些。透镜腔侧壁的恰当位置设有与注液小孔13相通的小孔，为使液体灌注/排出方便同时也可以在透镜腔侧壁的另一合适位置设置排气/液孔。液体透镜材料3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，高浓度的氯化锂导致冰点低于_40°C。也可使用透明油来充当液体透镜材料，因为油的折射率一般较高，例如苯基甲基硅氧烷，它具有高折射率和良好的透光率。为了减少不必要的光强损失，液体也可选择材料折射率匹配液体使其折射率与透光膜尽可能接近。组装时，将“鼓”状透镜腔灌注满液体。将之放置于如图2所示的主体芯片内，通过定位栓14将液体透镜与主体芯片组合在一起；光纤准直器放于套管内壁小槽内并固定，两准直器间的相对位置通过计算，按以下要求确定严格对准和光束束腰位置液体透镜放置于两准直器之间任意位置，保证其边沿位于两准直器中心连线上即可。液体透镜通过压力调节孔与外置的压力调节控制装置5相通，压力调节控制装置5向“鼓”状液体透镜装置充 /放液体来控制透镜的形状实现透镜焦距的控制。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。其控制液体体积与输出光强的关系由设计方案计算求得或通过实验测得，而后在外置的压力调节控制装置5上直接显示光功率的衰减比值。上述的压力可调装置均可通过电控实现，故本发明也可视为电控可调光衰减器。具体实施例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，铜套管壁预留二小孔供流体注入排出，预留一小槽用于光纤准直器的放置，准直器位置应满足光束束腰要求。连接器管脚采用硅橡胶铸模而成，中空为光纤准直器预留位置，由于硅橡胶的柔韧性使得光纤准直器的插入与拔出更方便。为了便于“鼓”状透镜腔的放入主体芯片内，加工时可将金属精密套管先从侧面剖开，最后再合拢用扎带固定。透镜液体材料可以采用室温离子液体，因为室温离子液体是一种重要的绿色新型“软”材料，具有许多优点，如非挥发性，高热稳定性，低熔点，良好的导电与导热性，良好的透光性与折射率等，而且品种非常多，可供选择的余地很大。
权利要求
1.一种利用变焦透镜边沿顶角可调的可变光衰减器，其特征在于以精密套管(1)为主体，精密套管(1)位于左连接器管脚( 和右连接器管脚(1 之间并与左连接器管脚(2) 和右连接器管脚(1 相连接，出射光纤准直器(9)的一端从外部穿过左连接器管脚(2)位于精密套管(1)内的空腔中，接收光纤准直器(10)的一端从外部穿过右连接器管脚(12) 位于精密套管(1)内的空腔中，精密套管(1)内的空腔中设有顶角可调的棱镜，形成具有 “出射光纤准直器(9) +顶角可调的棱镜+接收光纤准直器(10)”的结构；顶角可调的棱镜包括设在精密套管(1)中的左连接器管脚( 和右连接器管脚(1 之间的空隙内设置柱状透镜腔(7)，并在柱状透镜腔(7)的横截面上设置透明弹性膜以构成“鼓”状液体透镜腔，用于存储液体透镜材料；上述两光纤准直器设置于柱状透镜腔(7)边沿两侧；柱状透镜腔(7)通过压力控制孔(1 与外置液体压力调节控制装置( 相通，外置液体压力调节控制装置控制液体透镜的形状以实现透镜顶角角度的调节来模拟顶角可调棱镜，从而控制从出射光纤准直器(9)耦合到出射光纤准直器(10)的光强耦合效率以实现光的衰减可控调节。
2.根据权利要求1所述的利用变焦透镜边沿顶角可调的可变光衰减器，其特征在于所述的外置液体压力调节控制装置( 设有光衰减度数刻度。
3.根据权利要求1所述的利用变焦透镜边沿顶角可调的可变光衰减器，其特征在于精密套管(1)内侧设置有吸收层(8)以吸收杂散光。
4.根据权利要求1所述的利用变焦透镜边沿顶角可调的可变光衰减器，其特征在于 “鼓”状液体透镜腔上设置一排气、排液孔。
5.根据权利要求1所述的利用变焦透镜边沿顶角可调的可变光衰减器，其特征在于接收光纤准直器放置于出射光纤准直器出射光束束腰位置处，变焦透镜放置于出射、接收准直器间任意位置。
全文摘要
利用变焦透镜边沿顶角可调的可变光衰减器以精密套管(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)之间并与左连接器管脚(2)和右连接器管脚(12)相连接，出射光纤准直器(9)的一端从外部穿过左连接器管脚(2)位于精密套管(1)内的空腔中，接收光纤准直器(10)的一端从外部穿过右连接器管脚(12)位于精密套管(1)内的空腔中，精密套管(1)内的空腔中设有顶角可调的棱镜，形成具有“出射光纤准直器(9)+顶角可调的棱镜+接收光纤准直器(10)”的结构；此时形成顶角可调的棱镜效应，使出射光纤准直器发出的光偏离接收光纤准直器最佳接收位置，进而实现光纤准直器耦合光强的调控，达到光的衰减控制目的。
文档编号G02B26/08GK102193148SQ201110049070
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者徐宁, 徐荣青, 梁忠诚, 钱晨, 陈陶 申请人:南京邮电大学