专利名称：可变光学衰减器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学衰减器，尤其是采用静电力的梳形驱动器的可变光学衰减器。
美国的加利福尼亚大学提出的梳形驱动器也是采用静电力量，获得了美国专利第5025346号。因为上述结构在制作方式或结构特点中比其他驱动方式简单，所以广泛采用。
并且，国际PCT专利第WO98/12589号，在结构中采用了2个梳形驱动器一个遮光时使用，另一个不遮光时使用。
美国专利第6229640号是采用单一的梳形驱动器为驱动方式的结构，利用了梳形驱动器的驱动力和弹性力来遮光及通光。
最近采用上述驱动器的MEMS可变光学衰减器中主要采用的是光闸。
一般，光闸型可变光学衰减器在一组收发光纤之间配置光闸，根据光闸的位移(δ)，调整两个光纤之间的接触面积来控制的衰减量。若光假设为一维高斯分布时，衰减量(dB单位)因遮光距离增加，如
图1中所图示的表格一样而大大减少。若将光假设为二维高斯分布时，其现象更加严重。
如图1中图示，遮光距离越增加，衰减量与距离的3次方成比例的函数状态减少。
并且，遮光距离如下面的数学公式中所显示的一样，与驱动电压的次方成比例。结果最终获得，衰减量与驱动电压的5次方成比例。
f=ϵnctd×v2]]>[数学公式2]δ=f/k=ϵnctdk×v2]]>其中f是梳形驱动器中产生力量的驱动力，δ表示位移。并且v表示电压，ε表示电容率，ε＝8.85×10-12F/m，nc为梳的个数，t为结构物的厚度，d为梳的间距，k表示弹簧的弹性系数。
数学公式2中驱动器的位移(δ)在其他变量恒定时，与通过的电压的平方成正比。本发明中，产生最大位移(δ)的电压固定为24V。
另外，衰减量与位移(δ)的3次方成比例。将此用数学公式整理如下。
衰减量[dB]＝aδ3+bδ2+cδ+d其中a、b、c、d为常数。
并且，位移(δ)与驱动电压的平方成比例，衰减量可用如下的高次函数来显示。
衰减量[dB]＝αV5+βV4+γV3+d
其中α、β、γ、d为常数。
从上述数学公式中可知，衰减量形成与驱动电压的5次以上的函数，最终曲线的形状呈现更加急速的变化。这样的曲线最终结果在图2中更加明显。
如上述，过去光闸型可变光学衰减器由于光波长的高斯分布和上述梳形驱动器的结构而具有的电压位移特点，未能确保数据的线性传送，产生性能上的问题。
在过去的结构中，遮光距离与驱动电压的平方成比例，而光的衰减量与遮光距离成几何级数增加。结果，驱动电压和衰减量的关系如图3的第三个图纸中的曲线相同。
如图3中所图示的一样，光的分布具有高斯分布，根据遮光距离的光的衰减，与距离非线形增加。将两个曲线合成，最终根据电压的增加而几何性增加，在分析性能方面具有很大的问题。
因光波的高斯分布和梳形驱动器的结构而引起的电压漂移，数据传送时无法确保线性，性能上存在问题。
为了解决上述问题，本发明中的可变光学衰减器包括可输送光的输送光纤；与上述输送光纤位于同一轴并接收由输送光纤传送的光的接收光纤；位于上述输送光纤和接收光纤之间，通过上下位移遮光或通光来控制衰减量，在最初位置时，衰减量达到最高而遮光的可变光闸；驱动上述可变光闸的梳形驱动器；为上述可变光闸还原最初状态而施加复原力，在上述梳形驱动器的驱动电压未启动的最初位置时，衰减量为最高而不产生复原力，此后随着上述可变光闸驱动，起复原作用的弹簧等。
为了解决上述问题而出具的本发明中的可变光学衰减器，其特征在于上述梳形驱动器，为随着驱动电压的增加，线性显示光的衰减量，附加差动电路。
为了解决上述问题而出具的本发明中的可变光学衰减器，另一特征在于包括可输送光的输送光纤；与上述输送光纤以一定角度倾斜，接收由输送光纤传送的光的接收光纤；位于上述输送光纤和接收光纤之间，通过上下位移，反射光来控制衰减量，在最初位置时，反射光，衰减量达到最高的可变镜子；驱动上述可变镜子的梳形驱动器；为上述可变镜子还原最初状态而施加复原力，在上述梳形驱动器的驱动电压未启动的最初位置时，衰减量为最高而不产生复原力，此后随着上述可变镜子驱动，起复原作用的弹簧等。
为了解决上述问题而出具的本发明中的可变光学衰减器，另一特征在于上述梳形驱动器，为随着驱动电压的增加，线性显示光的衰减量，附加差动电路。
图12是根据本发明出具的具有驱动电压差动电路而造成的衰减量和驱动电压之间的关系图。
图13是根据本发明出具的驱动电压差动电路示意图。
*图中主要部分的符号说明1、11输送光纤 2、22接收光纤3可变光闸 4、14梳形驱动器5、15弹簧 6、16底盘13可变镜子δ位移如图4所示，本发明的可变光学衰减器包括输送光的输送光纤1及位于与上述输送光纤1同轴而起接收由上述输送光纤1所输送的光的接收光纤2。此时，通过移动配置于上述输送光纤1及接收光纤2之间的可变光闸3，遮光或通光来控制衰减量。此可变光闸3在其初始位置时，遮住光，衰减量最大。
并且，为了驱动上述可变光闸3，本发明的可变光学衰减器设置有梳形驱动器4。此梳形驱动器具有上述位移与驱动电压的平方成比例的特点。
为了可变光闸3恢复最初的状态，本发明的可变光学衰减器设置有弹簧5。此弹簧5在上述梳形驱动器4未施加驱动电压的初始状态时，不产生复原力；而当上述可变光闸3进行驱动时，产生复原力，起复原作用。
参考符号6指底盘。此底盘支撑上述输送光纤1、接收光纤2、可变光闸3、梳形驱动器4及弹簧5。
本发明中提出的驱动方式，具有下列基本条件。
第一，可变光闸的位移具有与电压的平方成比例的梳形驱动器结构。
第二，接收光纤2在梳形驱动器4和弹簧5的初始状态时，应为未曾接受光线的原始状态。即，在最初状态时衰减量应达到最高的结构。最初，没有驱动电压时，应具有全部遮光的结构，弹簧5的未产生复原力。但随着电压通过，上述光闸3逐渐打开，传达的光量也增加。
这样的特点将参照图5详细说明。图5所示的是，根据本发明出具的可变光闸的最初位置。
最初，上述可变光闸3完全位于最高位置，弹簧5没有产生复原力，没有光输送至接收光纤2。此后，上述可变光闸3通过上述梳形驱动器4驱动，逐渐移至下方，通过光线，上述弹簧5产生复原力可调整光的量。
图6是图示在弹簧5的复原力作用下，调整光量时的可变光闸3的位置。
即，本发明中的特点与过去的光学衰减器不同，将变更可变光闸的最初位置。
图7是根据本发明的另一示例，MEMS可变光学衰减器的结构图；以下参照图7进行详细说明。
如图7所示，本发明的可变光学衰减器包括可输送光的输送光纤11；与上述输送光纤11以一定角度倾斜，接收由上述输送光纤11输送的光的接收光纤12。在上述输送光纤11、接收光纤12之间设置可变镜子13。通过可变镜子13上下移动，反射光来控制衰减量。在最初位置时，可变镜子13反射光，衰减量达到最大。
为驱动上述可变镜子13，本发明的可变光学衰减器设置有梳形驱动器14。此梳形驱动器14使上述可变镜子的位移与驱动电压的平方成比例。
为了可变镜子13恢复最初位置，本发明的可变光学衰减器设置有弹簧15。此弹簧15在上述梳形驱动器14未施加驱动电压的初始状态时，不产生复原力；而当上述可变镜子13进行驱动时，产生复原力起复原作用。
最初，上述可变镜子13位于最下方，弹簧15没有复原力，输送光纤11未传送光至接收光纤12。此时，上述可变镜子13逐渐移至上方反射光线，通过上述弹簧15的复原力可调整光的量。参考符号16显示底盘。此底盘支撑输送光纤11、接收光纤12、可变镜子13、梳形驱动器14及弹簧15。
另外，上述弹簧15未起复原作用的上述可变镜子13初的位置及弹簧15起复原作用时的位置，分别在图8和图9中显示。
如上述，上述可变光闸3或可变镜子13的最初位置和弹簧起复原作用时候的位置之间的差，与位移δ和梳形驱动器驱动电压之间，存在下列等式。
δ＝KV2在本发明的示例中，遮光距离(x)由以下数学公式获得。
x＝δmax-δ＝δmax-KV2其中δmax表示的是梳形驱动器的最大遮光距离，在数学公式6中，遮光距离可用电压的2次多项式表示。
所以，通过数学公式6可获得遮光距离和电压之间的，如图10的第一个图纸相同结果的曲线。
并且，根据遮光距离出具的衰减量与图10的第二个图纸相同。上述两个图纸合成，最终根据驱动电压的衰减量如图10的第三个图纸相同。即，根据驱动电压几何性增加的过去的状态不同，最初具有最大值，逐渐减少的状态。
即，根据本发明出具的可变光学衰减器最初未曾通电时，收光部没有接收光的结构，衰减量呈最大值；随着驱动电压的增加，衰减量徐徐变化。
此时，显示电压和衰减量的曲线在高电压驱动时，具有高的分辨率，整体上具有线形的衰减曲线。
图11是由于光束为高斯分布，根据梳形驱动器位移特点而获得的曲线。图11的衰减量和驱动电压的曲线中可看出，在最高驱动电压时，衰减量偏低。
在最高驱动电压时，若获得最高的衰减量，如图13中图示的线路，可简单解决。一般，控制驱动电压Vc和最大电压Vmax具有下面的关系式。Vc＝Vmax-V此时根据上述控制驱动电压的衰减量如图12所示，根据Vc线形增加减少的状态。但是，具有上述数学公式7的理由可通过下列数学公式可知。
δmax＝K Vmax根据数学公式7，图示对实际驱动电压(V)的衰减量的曲线如图12，实际驱动电压和控制驱动电压各显示为24V及0V，这与图11的其值相反。
为了本发明的正确示例，根据一般驱动电压的增加衰减的量也逐渐增多时，附着副等线路，确保数据输送的线形性，易于解决过去的问题。
根据本发明，衰减量将具有更多的线形性时，分析性能也一定限度的破坏，此现象在直线回归中可知。使用过去方式时，回归直线的测定率为R2＝0.59，本发明中的R2＝0.97。并且，最大驱动电压的中间部分中，分析性能具有最小的分析性能的特点。
如上述，本发明是为了解决过去可变光学衰减器中存在的性能问题而提出新的驱动方式。根据电压衰减的量，增加电压时不以几何性增加，在清晰度性能方面具有优越的效果。
上述的示例仅仅是本发明中正确的示例说明，本发明的适用范围并不仅仅限定与此，在统一的思想范畴内可变更。
权利要求
1.一种可变光学衰减器，其特征在于包括可输送光的输送光纤；与上述输送光纤位于同一轴并接收由输送光纤传送的光的接收光纤；位于上述输送光纤和接收光纤之间，通过上下位移遮光或通光来控制衰减量，在最初位置时，衰减量达到最高而遮光的可变光闸；驱动上述可变光闸的梳形驱动器；为上述可变光闸还原最初状态而施加复原力，在上述梳形驱动器的驱动电压未启动的最初位置时，衰减量为最高而不产生复原力，此后随着上述可变光闸驱动，起复原作用的弹簧等。
2.根据权利要求1所述的可变光学衰减器，其特征在于上述梳形驱动器，具有如下等式的特性为随着驱动电压的增加，光的衰减量呈线性变化，Vc＝Vmax-V，其中Vc为控制驱动电压，Vmax为最大电压。
3.一种可变光学衰减器，其特征在于包括可输送光的输送光纤；与上述输送光纤以一定角度倾斜，接收由输送光纤传送的光的接收光纤；位于上述输送光纤和接收光纤之间，通过上下位移，反射光来控制衰减量，在最初位置时，反射光，衰减量达到最高的可变镜子；驱动上述可变镜子的梳形驱动器；为上述可变镜子还原最初状态而施加复原力，在上述梳形驱动器的驱动电压未启动的最初位置时，衰减量为最高而不产生复原力，此后随着上述可变镜子驱动，起复原作用的弹簧等。
4.根据权利要求1所述的可变光学衰减器，另一特征在于上述梳形驱动器，具有如下等式的特性为随着驱动电压的增加，光的衰减量呈线性变化，Vc＝Vmax-V，其中Vc为控制驱动电压，Vmax为最大电压。
全文摘要
本发明中的可变光学衰减器包括:可输送光的输送光纤；与上述输送光纤位于同一轴并接收由输送光纤传送的光的接收光纤；位于上述输送光纤和接收光纤之间,通过上下位移遮光或通光来控制衰减量,在最初位置时,衰减量达到最高而遮光的可变光闸；驱动上述可变光闸的梳形驱动器；为上述可变光闸还原最初状态而施加复原力,在上述梳形驱动器的驱动电压未启动的最初位置时,衰减量为最高而不产生复原力,此后随着上述可变光闸驱动,起复原作用的弹簧等。目的在于,提供随着电压的增加光的衰减量未曾几何性增加,在清晰度性能方面更加优越的新的梳形驱动器的驱动方式。
文档编号G02B6/35GK1423161SQ02103279
公开日2003年6月11日 申请日期2002年3月13日 优先权日2001年12月6日
发明者李浈铉, 洪允植, 李贤基, 郑成天 申请人:三星电机株式会社