专利名称：电磁驱动位错型微机械可变光衰减器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种光衰减器，特别是一种电磁驱动位错型微机械可变光衰减器，属于光纤通信领域。
背景技术：
近年来，随着光纤通信中全光网技术的发展，可变光衰减器正在得到越来越广泛的应用。全光网对可变光衰减器的体积、成本、功耗、调节性能等都提出了苛刻的综合性能要求。传统的机械式可变光衰减器由于体积大、成本高、响应速度慢等缺点，已不能满足全光网对光纤通信器件的要求。而基于集成电路工艺发展而来的微机械加工技术制作的可变光衰减器具有高性能、低成本、可大批量生产的优点，引起了国内外有关科研机构的普遍关注，经文献检索发现，B.Barber等人在《IEEE Photonics Technology Letters》(光电子技术快报)Vol.10，No.9，1262～1264，Sep.1998，撰文“A fiber connectorized MEMSvariable optical attenuator(光纤耦合的微机械可变光衰减器)”，该文介绍的微机械可变光衰减器包括底座、定位槽、光纤、挡光片、弹性体、静电驱动器；定位槽固定在底座上不动、两段光纤分别固定在定位槽上精密对准、中间有20微米的间隙，挡光片通过弹性体固定在底座上，插入两段光纤之间的缝隙，当在静电驱动器上施加电压时，静电力使弹性体发生变形从而带动挡光片运动。通过改变挡光片在光路中的位置来改变光束在两段光纤之间被挡光片遮挡情况以连续调整衰减量。但文中所述的挡光片及其驱动器制作工艺较为复杂、很容易损坏，对输入输出光纤之间的距离也有苛刻的要求、既不能太近挨在一起而碰坏挡光片、又不能大于20微米而产生较大的插入损耗，因此封装和对准光纤较为困难，器件生产的成品率很低。而且，为了避免挡光片在初始状态挡住输入、输出光纤之间传播的光束而引起较大的插入损耗，需要在驱动器行程中对应于挡光片的初始位置与开始挡住光束位置之间设置较大的调整余量，而在这部分调整余量上虽然需要消耗能量调整挡光片的位置，却不能调整衰减量，因而导致所需要的驱动器行程和功耗产生不必要的增加，同时静电驱动电压高达30V，很难和集成电路工作电压兼容，因而目前在实用化方面还存在很大的困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种高性能、易于加工、实现批量化生产的电磁驱动位错型微机械可变光衰减器，使其有效地克服上述可变光衰减器的缺点。本发明是根据以下技术方案实现的，主要包括电磁驱动线圈、底座、光纤、定位槽、可动平台、磁性体和弹性体，两段光纤分别固定在底座和可动平台上的定位槽内，可动平台与磁性体，例如坡莫合金片，固定在一起，可动平台通过弹性体与底座连接，可动平台可以相对于底座上下移动或/和转动，底座与电磁驱动线圈固定，依靠弹性体在外力作用下的变形，改变底座和可动平台的上下位置关系，改变两段光纤的径向间距或/和两者轴线的夹角，实现两段光纤的精密对准，此时这两段光纤的光学耦合损耗最小。
当电磁驱动线圈内通过一定大小的电流后，在磁性体上产生与电流大小相对应的电磁力，电磁力克服弹性结构的变形应力使可动平台相对与底座上下移动或/和转动，产生与电磁力大小对应的位移，从而带动固定在可动平台的定位槽中的光纤相对于底座上的光纤上下移动或/和转动，当位移达到一定数量时，电磁力与弹性结构的变形应力平衡，使得可动平台与底座保持在新的上下位置上，这时两段光纤的相对位置，包括垂直于光束传播方向的径向间距或/和两者轴线之间的夹角发生改变，从而改变两段光纤之间的耦合效率。增加两段光纤之间的径向间距或两者轴线的夹角会降低耦合效率使衰减量变大，反之则衰减量变小。因此，通过改变电磁驱动线圈中驱动电流的大小，就可以改变作用在可动平台上的电磁力，从而改变两段光纤的相对位置，以调整衰减量。
微电磁驱动工作电压小于5伏、与现有集成电路兼容、行程可达50微米以上、分辨率可达亚微米量级，响应时间在毫秒量级，完全可以满足衰减器对低功耗、大动态范围、高分辨率和动态响应的要求。
本发明具有的实质性特点和显著进步，本发明结构和光路简洁，封装时只要把光纤固定在定位槽内即可，不需要复杂的对准过程，易于实现阵列化封装；插入损耗低于1分贝，回波损耗高于60分贝、动态范围大于50分贝；对波长透明，波长相关性损耗小于0.2分贝，对偏振态不敏感，偏振相关性损耗小于0.2分贝，工作电压低于5伏，与现有集成电路的工作电压兼容；各部件都可以采用基本的集成电路工艺制作，实现类似于集成电路芯片的低成本，大批量，自动化生产。
图1本发明结构示意图具体实施方式
如图1所示，本发明主要包括电磁驱动线圈1、底座2、光纤3和6、定位槽4和5、可动平台7、磁性体8和弹性体9，光纤3、6分别固定在底座2和可动平台7上的定位槽4、5中，可动平台7与磁性体8固定在一起，底座2与可动平台7通过弹性体9连接，可动平台7相对于底座2上下移动或/和转动，底座2与电磁驱动线圈1固定。
通过弹性体9在电磁驱动力作用下变形，调整底座2和可动平台7的上下位置，改变光纤3、6的径向间距或/和两者轴线的夹角，改变光纤3、6的光学耦合损耗。
增加光纤3、6之间的径向间距或/和两者轴线的夹角会降低耦合效率使衰减量变大，反之则衰减量变小。
权利要求
1.一种电磁驱动位错型微机械可变光衰减器，主要包括电磁驱动线圈(1)、底座(2)、光纤(3)和(6)、定位槽(4)和(5)、可动平台(7)、磁性体(8)和弹性体(9)，其特征在于光纤(3)和(6)分别固定在底座(2)和可动平台(7)上的定位槽(4)和(5)中，可动平台(7)与磁性体(8)固定在一起，底座(2)与可动平台(7)通过弹性体(9)连接，可动平台(7)可相对于底座(2)上下移动或/和转动，底座(2)与电磁驱动线圈(1)固定。
2.根据权利要求1所述的这种电磁驱动位错型微机械可变光衰减器，其特征是改变底座(2)和可动平台(7)的上下位置，调整光纤(3)、(6)的径向间距或/和轴线夹角通过弹性体(9)在电磁驱动力作用下变形。
3.根据权利要求1所述的这种电磁驱动位错型微机械可变光衰减器，其特征是降低耦合效率、衰减量变大通过增加光纤(3)和(6)之间的径向间距或/和两者轴线的夹角。
全文摘要
电磁驱动位错型微机械可变光衰减器属于光纤通信领域。主要包括电磁驱动线圈、底座、两段光纤、定位槽和、可动平台、磁性体和弹性体，光纤和分别固定在底座和可动平台上的定位槽中，可动平台与磁性体固定在一起，可动平台相对于底座上下或/和左右移动，底座与可动平台通过弹性体连接并调整上下位置，底座与电磁驱动线圈固定。本发明结构和光路简洁，易于实现阵列化封装；插入损耗低于1分贝，回波损耗高于60分贝、动态范围大于50分贝；波长相关性损耗小于0.2分贝，偏振相关性损耗小于0.2分贝，工作电压低于5伏，与现有集成电路的工作电压兼容；各部件都可用基本的集成电路工艺制作，实现低成本，大批量，自动化生产。
文档编号G02B26/02GK1402052SQ02136828
公开日2003年3月12日 申请日期2002年9月5日 优先权日2002年9月5日
发明者戴旭涵, 赵小林, 蔡炳初 申请人:上海交通大学