一种自动手动可调光衰减器的制作方法

本实用新型涉及光电子领域，特别涉及一种自动手动可调光衰减器。

背景技术：

可调光衰减器是光纤通信系统中一种重要的光纤动态器件，主要用于密集波分系统中信道的功率平衡，实现增益平坦、动态增益平衡及传输功率均衡。具体应用包括：与掺饵光纤放大器(EDFA)组成增益平衡光放大器；与放大自发辐射(ASE)光源组成增益控制器；与可配置光分插复用器(ROADM)组成增益平衡ROADM，与复用/解复用器(MUX/DEMUX)组成增益平衡MUX/DEMUX。

光网络的最基本的特性是可调，特别是随着密集型光波复用(DWDM)传输系统和掺铒光纤放大器(EDFA)在光通信中的应用，在多个光信号传输通道上必须进行增益平坦化或信道功率均衡，在光接收器端进行动态饱和的控制，光网络中也还需要对其它信号进行控制，这些都使得可变光衰减器(VOA)成为其中不可或缺的关键器件。

目前，VOA光衰减器技术已有多种类型的制造技术，有可调机械式技术、磁光技术、液晶技术、声光技术、热光技术、平面波导技术、MEMS技术等诸多型式。微机电系统(MEMS)是一种由半导体集成电路工艺生产的微加工机械系统，采用该系统技术制造的VOA由于具有低插入损耗、高衰减范围、响应速度快以及体积小、低成本、低功耗等技术特点，目前已广泛应用于光通信系统中。

可调机械式衰减器是采用机械挡光的方法实现对光功率进行衰减的，该种光衰减器属于散射分光方式，在输入和输出端口之间的准直光束中插入挡光轮，使一部分光被阻挡。通过控制挡光轮边沿切入光束的深度来控制衰减值。机械型光衰减器是较为传统的解决方案，其缺点在于体积较大、组件多结构复杂、响应速度不高、难以自动化生产、不利于集成等。

磁光型可调光衰减器原理：在磁场作用下，一些物质的光学性质发生变化，例如利用法拉第效应、晶体双折射效应等，从而能够调节光信号的大小，实现光能量衰减的目的。磁光型VOA由于磁光晶体对光束偏振态的改变易受环境温度的影响，温度特性较差，需要温度补偿，另外在磁光晶体的磁化没有达到饱和时，磁光晶体里面会产生许多磁畴。磁畴的存在造成可变光衰减器的衰减效果的可重复性变差，即使能够保持良好的可重复性，也难以产生衰减的平稳变化，并且由于磁畴边界表面散射的存在，使得衰减较难控制。

液晶型可调光衰减器的设计结构中包含一种液晶透镜，它具有电控光楔角的能力，液晶型可调光衰减器具有响应速度快等优点。但同时，由于液晶的环境性能欠佳，插入损耗大，工艺复杂，极易受温度的影响，所以其应用也受到一定限制。

声光型可调光衰减器基于改变声光调制器(AOM)的驱动电压，或者抵消其布拉格位置的驱动频率，频率的改变会引起输出光束与光纤准直器之间的耦合效率，进而产生光信号的衰减。声光型可调光衰减器的不足之处是：此方法受光路精度的影响较大，不易于集成。

热光型可调光衰减器主要是利用一些材料在温度场中所具有的光学性质变化特性，如温度变化所导致的热光材料折射率的变化等。热光效应型光衰减器由于加热、冷却装置相对复杂，温度场—光导介质折射率之间的数理函数关系复杂而不易精确量化和控制，尤其是其较长的响应时间阻碍了其在现代光通信中的应用。

波导型光衰减器(也可以称之为强度调制器)是近几年的研究热点，既可以利用干涉效应来实现，也可以利用电吸收效应来实现。波导型可调光衰减器具有尺寸小、响应速度快等优点，但同时也包括很多缺点，如光学性能不易控制、受温度影响较大。

MEMS VOA性能上除了保持传统技术VOA全面的光学性能外，还具有衰减范围大、驱动电压低、体积小、易于多通道集成、响应速度快和性价比高等优点。

MEMS VOA是基于电压驱动的，而且其电压和衰减的关系是非线性的，为了得到精确的衰减量，只有通过查找电压衰减表才能得到相应的驱动电压，这就给使用带来非常大的不便。之前也有人研究过采用通用的I2C通信接口实现与上位机的通信功能，以及实现衰减量到电压数据的计算，但是对于具有自动调节模式和反馈功能的可调光衰减器的研究非常少，所以研制一种具有自动调节模式和手动调节模式的可调光衰减器是非常有应用价值的。

技术实现要素：

本实用新型旨在克服以上技术问题，提出一种具有自动调节模式和手动调节模式的可调光衰减器，能够根据接收的信号快速计算衰减值，也能够对信号进行反馈。

为解决上述技术问题，根据本实用新型的第一方面，提供一种自动手动可调光衰减器，能自动和手动衰减信号能量，其中，包括依次连接的光电探测电路、衰减测算电路和衰减处理电路，还包括电位器：

光电探测电路用于将接收到的光信号转换为电信号；

电位器连接衰减测算电路，用于接收并输出不同的电信号到衰减测算电路；

衰减测算电路根据光电探测电路或电位器输出的电信号计算后得到驱动电压和衰减值，输出到衰减处理电路；

衰减处理电路接收驱动电压和衰减值，根据驱动电压和衰减值对信号做出相应的衰减，并输出光信号。

根据本实用新型的第二方面，提供一种自动手动可调光衰减器，其中，还包括：反馈电路，连接衰减处理电路，用于输入另一信号，使得另一信号和衰减处理电路输出的光信号相互作用得到不同延时对应不同光功率的反馈光信号。

根据本实用新型的第三方面，提供一种自动手动可调光衰减器，其中，还包括：显示电路，连接衰减处理电路，用于显示衰减处理电路的衰减值。

根据本实用新型的第四方面，提供一种自动手动可调光衰减器，其中，还包括：时钟信号电路，连接光电探测电路或电位器，用于将接收到的信号进行比较后，产生一个控制用的时钟信号传输到衰减测算电路。

根据本实用新型的第五方面，提供一种自动手动可调光衰减器，其中，还包括自动手动切换钮，用于切换自动调节模式和手动调节模式。

根据本实用新型的第六方面，提供一种自动手动可调光衰减器，其中，还包括：第一输入器，连接光电探测电路或电位器，用于接收并输出第一信号至光电探测电路或电位器；第二输入器，连接衰减处理电路，用于接收并输出第二信号至衰减处理电路。

根据本实用新型的第七方面，提供一种自动手动可调光衰减器，其中，衰减测算电路包括依次连接的模数转换电路、单片机和数模转换电路：

模数转换电路连接光电探测电路或电位器，用于将接收到的电信号转换为数字信号并发送给单片机；

单片机接收到数字信号后，通过查询存储在单片机中的电压衰减表得到可调光衰减器的驱动电压和衰减值；

数模转换电路与衰减处理电路相连接，用于将单片机输出的数字信号转换为电信号。

根据本实用新型的第八方面，提供一种自动手动可调光衰减器，其中，衰减处理电路包括相连接的放大电路和可调光衰减电路：放大电路连接衰减测算电路，用于接收衰减测算电路的驱动电压和衰减值，并驱动可调光衰减电路，使可调光衰减电路做出相应衰减。

根据本实用新型的第九方面，提供一种自动手动可调光衰减器，其中，衰减测算电路还包括：衰减表生成器，连接单片机，用于生成电压衰减表并输出电压衰减表至单片机。

根据本实用新型的第十方面，提供一种自动手动可调光衰减器，其中，衰减测算电路还包括：预设器，连接单片机，用于预设电压衰减表并输出电压衰减表至单片机。

本实用新型的自动手动可调光衰减器相比于现有技术具有如下优点:可以根据接收的光信号快速计算衰减值，可以对信号进行反馈，同时又具备了传统的可调光衰减器类似的光学性能，适用于密集波分复用系统中信道的功率均衡，也可作为神经网络中调节权值的装置，具有高效率、易实现、成本低、多功能的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的框架结构示意图；

图2为本实用新型实施例的实现自动调节模式的保存在单片机中的VOA的电压衰减曲线；

图3为本实用新型实施例的实现手动调节模式的保存在单片机中的VOA的电压衰减曲线；

图4为本实用新型实施例的工作流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构及技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

本实用新型提供了一种自动手动可调光衰减器，能自动和手动衰减信号能量，其中，包括依次连接的光电探测电路、衰减测算电路和衰减处理电路，还包括电位器：

光电探测电路用于将接收到的光信号转换为电信号；

电位器连接衰减测算电路，用于接收并输出不同的电信号到衰减测算电路；

衰减测算电路根据光电探测电路或电位器输出的电信号计算后得到驱动电压和衰减值，输出到衰减处理电路；

衰减处理电路接收驱动电压和衰减值，根据驱动电压和衰减值对信号做出相应的衰减，并输出光信号。

在本实用新型的进一步实施例中，自动手动可调光衰减器还包括：反馈电路，连接衰减处理电路，用于输入另一信号，使得另一信号和衰减处理电路输出的光信号相互作用得到不同延时对应不同光功率的反馈光信号。

需要说明的是，自动调节模式和手动调节模式的驱动电压和衰减值是不同的，自动调节模式的驱动电压和衰减值是经过公式转换后得到，手动调节模式的驱动电压和衰减值是预先测试好的数值。

在本实用新型的进一步实施例中，自动手动可调光衰减器还包括：反馈电路，连接衰减处理电路，用于输入另一信号，使得另一信号和衰减处理电路输出的光信号相互作用得到不同延时对应不同光功率的反馈光信号，并将反馈光信号发送给第一输入器，使其实现自动调节的功能。

需要说明的是，反馈电路对信号进行反馈，使得信号能够进行不同程度的衰减，满足不同的使用需求。

在本实用新型的进一步实施例中，自动手动可调光衰减器还包括：显示电路，连接衰减处理电路，用于显示衰减处理电路的衰减值。

在本实用新型的进一步实施例中，自动手动可调光衰减器还包括：时钟信号电路，连接光电探测电路或电位器，用于将接收到的信号进行比较后，产生一个控制用的时钟信号传输到衰减测算电路。

在本实用新型的进一步实施例中，自动手动可调光衰减器还包括自动手动切换钮，用于切换自动调节模式和手动调节模式。

需要说明的是，手动调节模式的实现通过手动调节电位器来获得电压信号。

在本实用新型的进一步实施例中，自动手动可调光衰减器还包括：第一输入器，连接光电探测电路或电位器，用于接收并输出第一信号至光电探测电路或电位器；第二输入器，连接衰减处理电路，用于接收并输出第二信号至衰减处理电路。

需要说明的是，第二输入器的光源优选为激光器，接收并输出的第二信号与衰减处理电路中的信号相互作用后，输出信号至反馈电路，反馈电路将信号传入第一输入器，使得信号得到进一步的调节，实现反馈功能。

在本实用新型的进一步实施例中，衰减处理电路包括相连接的放大电路和可调光衰减电路：放大电路连接衰减测算电路，用于接收衰减测算电路的驱动电压和衰减值，并驱动可调光衰减电路，使可调光衰减电路做出相应衰减。

如图1所示，本实用新型的自动手动可调光衰减器，能自动和手动衰减信号能量，其中，包括依次连接的第一输入器、光电探测电路、时钟信号电路、衰减测算电路、衰减处理电路及反馈电路，还包括自动手动切换钮、电位器、第二输入器及显示电路。其中，衰减测算电路包括依次连接的模数转换电路、单片机和数模转换电路，衰减处理电路包括相连接的放大电路和可调光衰减电路。

自动手动切换钮设置在第一输入器输出端，分别连接光电探测电路与电位器的输入端，控制自动调节模式、手动调节模式的切换。

自动调节模式下，通过第一输入器和第二输入器收外部光信号。手动调节模式下，通过第一输入器接收外部电信号。

手动调节模式下，用户可以通过电位器调节电信号的大小。电位器连接第一输入器接收电信号。手动调节电位器可按用户需求输出不同大小的电压信号至时钟信号电路。电信号经第一输入器输入，经过电位器、衰减测算电路和衰减处理电路后输出。自动调节模式下，光信号经第一输入器输入，经过光电探测电路、衰减测算电路和衰减处理电路与第二输入器输入的另一光信号相互作用后输出。

衰减测算电路可以为存储芯片，预设有电压衰减表，电压衰减表中记录电压衰减值，衰减测算电路输出电压衰减值至衰减处理电路从而实现衰减。

在手动调节模式下，第一输入器接收外部信号，其中外部信号为电信号，电位器接收电信号，手动调节电位器输出电压信号到时钟信号电路。时钟信号电路将接收到的信号进行比较后，产生一个控制用的时钟信号传输到存储芯片。通过保存在存储芯片中预先测试好的电压衰减表，得到驱动电压和衰减值，再输出信号。输出信号再依次经过放大电路、可调光衰减电路进行衰减，并通过显示单元显示衰减值。

在自动调节模式下，第一输入器接收外部信号，并将信号传输到光电探测电路。光电探测电路将光信号转换成电信号，时钟信号电路将接收到光电探测电路的电信号进行比较后，产生一个控制用的时钟信号传输到存储芯片。存储芯片中预先保存有测试好的电压衰减表，通过查表得到驱动电压和衰减值。放大电路接收衰减测算电路输出的驱动电压和衰减值，驱动可调光衰减电路对信号做出相应衰减，并通过显示单元显示衰减值。

第二输入器，连接可调光衰减电路，接收并输出另一光信号至可调光衰减电路。反馈电路接收另一光信号与可调光衰减电路输出的光信号相互作用后得到的不同延时对应不同光功率的反馈光信号，并将反馈光信号传输到第一输入器。第一输入器接收反馈光信号后，将信号传输到光电探测电路，光电探测电路将光信号转换成电信号。时钟信号电路，连接光电探测电路，将接收到的信号进行比较后，产生一个控制用的时钟信号传输到衰减测算电路。信号再依次经过衰减测算电路、放大电路、可调光衰减电路对信号做出相应衰减，并在显示单元显示衰减值。

在手动调节模式下，第一输入器接收外部信号，其中外部信号为电信号，电位器接收电信号，手动调节电位器输出电压信号到时钟信号电路。模数转换电路连接时钟信号电路。时钟信号电路将接收到的信号进行比较后，产生一个控制用的时钟信号传输到模数转换电路。模数转换电路将接收到的电信号转换为数字信号并发送给单片机。单片机接收到数字信号后，通过保存在单片机中预先测试好的电压衰减表，得到驱动电压和衰减值，再输出信号到数模转换电路。信号再依次经过放大电路、可调光衰减电路对信号做出相应衰减，并在显示单元显示衰减值。

在本实用新型的进一步实施例中，衰减测算电路包括依次连接的模数转换电路、单片机和数模转换电路：模数转换电路连接光电探测电路或电位器，用于将接收到的电信号转换为数字信号并发送给单片机；单片机接收到数字信号后，通过查询存储在单片机中的电压衰减表得到可调光衰减器的驱动电压和衰减值；数模转换电路与衰减处理电路相连接，用于将单片机输出的数字信号转换为电信号。

在自动调节模式下，第一输入器接收外部信号，并将信号传输到光电探测电路。光电探测电路将光信号转换成电信号，时钟信号电路将接收到光电探测电路的电信号进行比较后，产生一个控制用的时钟信号传输到模数转换电路。模数转换电路将接收到的电信号转换为数字信号并发送给单片机。单片机中预先保存有测试好的电压衰减表，单片机接收到数字信号后，通过计算后查表得到驱动电压和衰减值，输出信号到数模转换电路。数模转换电路将单片机输出的数字信号转换为电信号，放大电路接收数模转换电路的驱动电压和衰减值，驱动可调光衰减电路对信号做出相应衰减，并在显示电路显示衰减值。

第二输入器，连接可调光衰减电路，接收并输出另一光信号至可调光衰减电路。反馈电路接收另一光信号与可调光衰减电路输出的光信号相互作用后得到的不同延时对应不同光功率的反馈光信号，并将反馈光信号传输到第一输入器。第一输入器接收反馈光信号后，将信号传输到光电探测电路，光电探测电路将光信号转换成电信号。时钟信号电路，连接光电探测电路，将接收到的信号进行比较后，产生一个控制用的时钟信号传输到衰减测算电路中的模数转换电路。模数转换电路将接收到的信号转换为数字信号并发送给单片机。信号再依次经过单片机、数模转换电路、放大电路、可调光衰减电路对信号做出相应衰减，并在显示单元显示衰减值。

需要说明的是，图2-图4的实施例中模数转换电路的核心器件用的是8位的模数转换芯片ADC0809，数模转换电路的核心器件用的是8位的数模转换芯片DAC0832，而单片机采用的型号是STC89C52。图2-4的实施例中光电探测电路是由光电探测器与其外围的驱动电路组成，时钟信号电路是将单片机的ALE引脚经74LS74四分频得到模数转换电路的时钟信号，显示电路选用的是液晶显示单元LCD1602，电源电路包含3个电源，分别为+5v、+15v、-12v。

在本实用新型的进一步实施例中，衰减测算电路还包括：衰减表生成器，连接单片机，用于生成电压衰减表并输出电压衰减表至单片机。

在本实用新型的进一步实施例中，衰减测算电路还包括：预设器，连接单片机，用于预设电压衰减表并输出电压衰减表至单片机。

需要说明的是，自动调节模式和手动调节模式的电压衰减表是不同的，自动调节模式的电压衰减表是经过公式转换后得到，手动调节模式的电压衰减表是预先测试好的电压衰减表。衰减表生成器能够根据公式生成电压衰减表。预设器能够输入并存储预先测试好的电压衰减表。

自动调节模式下，单片机根据电压衰减曲线计算衰减值，并通过衰减处理电路对信号进行衰减。单片机中存储着电压衰减曲线。如图2所示，电压衰减曲线是将预先测试好的可调光衰减器的电压衰减表的衰减值(单位：dB)经公式(Y为衰减值、W为权值)转换后与驱动电压共同绘制的曲线图，用MATLAB软件进行线性插值后作图就得到了如图2所示的电压衰减曲线。手动调节模式下，单片机根据电压衰减曲线计算衰减值，并通过衰减处理电路对信号进行衰减。单片机中存储着电压衰减曲线。如图3所示，电压衰减曲线是根据预先测试好的电压衰减表的数据作图，表中的横坐标是可调光衰减器的驱动电压，纵坐标是可调光衰减器的衰减值。曲线上的所有数据都保存在单片机中，当单片机接收到电信号后会通过查询保存在单片机中的衰减表，得到驱动电压和衰减值。放大电路和可调光衰减电路根据驱动电压和衰减值对信号做出相应衰减，然后输出信号，并显示衰减值。

如图4所示，当通过给单片机来实现可调光衰减器的自动调节模式和手动调节模式时，其中，自动调节模式下，将光电探测器输出信号经模数转换电路转换后传给单片机，单片机经过如图所示的流程图处理信号。在该模式下，流程图是循环的，自动调节模式下的电压衰减曲线如图2所示。自动调节模式下，将模数转换电路转换的光电探测信号传给单片机，其中电压U0＝5.1V，权值W0＝0.65，单片机接收信号，并根据公式ΔW＝2.41U-2.01及W＝W+ΔW得到权值W。若权值0<W<1，则通过查询保存在单片机中的表，得到驱动电压和衰减值，并将光信号从反馈电路输出到第一输入器进行循环工作。若权值W＝1，自动调节模式停止工作，可调光衰减器的输出电压V＝0，权值W＝1。若权值W>1或W＝0，自动调节模式停止工作，可调光衰减器的输出电压V＝10.6，权值W＝0。而手动调节模式下，将电位器分压得到的电压经数模转换后的数字信号发送给单片机。单片机经如图4所示的流程图处理信号，手动调节模式的电压衰减曲线如图3所示。手动调节模式下，将电位器分压得到的电压经数模转换后的数字信号发送单片机，单片机接收信号，通过查询保存在单片机中的表，得到驱动电压和衰减值。放大电路和可调光衰减电路根据驱动电压和衰减值对信号做出相应衰减，然后输出信号，并显示衰减值。

应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神及范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围及边界、或者这种范围及边界的等同形式内的全部变化及修改例。