专利名称：可变光衰减器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可变光衰减器，该可变光衰减器用于使输入到其中的光强度可变地衰减。
背景技术：
已知的可变光衰减器包括设置在两个起偏振器之间的法拉第旋转器。这种形式的光衰减器披露在例如JP-B H04-2934。石榴石水晶通常用于法拉第旋转器。然而，石榴石水晶具有较大的波长依赖性，因此该光衰减器也具有光强度衰减函数的较大的波长依赖性。
披露在JP-A2000-131626中的另一可变光衰减器解决了上述的波长依赖性问题。JP-A2000-131626中所描述的该可变光衰减器包括输入和输出光纤、反射镜、和在该反射镜上可移动地设置的微加工器件。经输入光纤传输的光束由反射镜反射。随后，被反射的光束的至少一部分传输到输出光纤中。在输出光纤中的光强度取决于在反射镜处的反射角，该反射角可通过借助该微加工器件来旋转反射镜来调节。该微加工器件是硅微加工器件，并且依据静电原理来工作。
JP-A2000-131626中所描述的该可变光衰减器包具有一些问题。一个问题是难以以低成本来制造。另一问题是，因为微加工器件的静电操作原理，所以不能以线性地对应于供给微加工器件的电流的变化的方式来调节光强度的衰减量。这意味着难以调节衰减量。
发明内容
本发明的一目的在于，提供一种可变光衰减器，该可变光衰减器具有的结构适合于大规模制造，该可变光衰减器的光强度衰减功能可以按线性地对应于向其供给的驱动电流的变化的方式进行调节。
依据本发明，提供了一种可变光衰减器(100)，其包括用于传输输入光束的输入光纤(10)，用于将该输入光束作为被反射光束进行反射的反射镜(40)，用于将该被反射光束的至少一部分作为输出光束进行传输的输出光纤(20)，以及用于使该反射镜(40)旋转以便改变该输出光束的光强度的致动器(60)。该致动器(60)包括其上安装有该反射镜(40)的板(61)；设置在该板(61)上的线圈(64)，驱动电流供应给该线圈(64)；支承该板的壳体(63)，以便该板(61)可围绕旋转轴线(61a)旋转，该旋转轴线包含在预定平面上；以及永久磁体(65)，该永久磁体固定在该壳体(63)上并且沿该预定平面产生预定的磁通密度(B)。
依据本发明的一个方面，该板(61)通过两个弹簧铰接件(62)可旋转地支承到该壳体(63)上，该弹簧铰接件在沿该旋转轴线(61a)的方向上定位在该板(61)的相对端部上。
依据一个示例，该弹簧铰接件在金属板的相对端部处与金属板一体地形成。
本发明的其它目的和方面从以下的详细描述中更好地理解。
图1是依据本发明的第一实施例的可变光衰减器的截面示意图；图2是沿线II-II截取的可变光衰减器的另一截面图；图3是图1所示的可变光衰减器的局部放大的截面示意图；图4是图2所示的沿IV-IV线截取的可变光衰减器的另一截面图；图5是依据本发明的第二实施例的可变光衰减器的截面图；图6是图5所示的沿VI-VI线截取的可变光衰减器的截面图；图7是依据本发明的第三实施例的可变光衰减器的截面示意图；和图8是图7所示的沿VIII-VIII线截取的可变光衰减器的截面图。
具体实施例方式
参照图1-4，依据本发明的第一实施例的可变光衰减器100包括输入光纤和输出光纤10、20、单个套筒30、反射镜40、透镜50、和致动器60。
如图1示意所示，输入光纤和输出光纤10、20具有端部11、21以及靠近该端部的部分12、22。输入光纤和输出光纤10、20的端部11、21和靠近该端部的部分12、22固定地布置在套筒30中，以便彼此平行地设置。反射镜40由致动器60来支承，以便其可按以下所述的方式来旋转。该透镜50由透镜保持器51来支承，该透镜保持器形成为致动器60的一部分，并且该透镜保持器设置在输入光纤和输出光纤10、20的端部11、21与反射镜40之间。如图1所示，套筒30固定到透镜保持器51上，因此输入光纤和输出光纤10、20固定到致动器60的该部分上。
输入光纤和输出光纤10、20的端部11、21面对透镜50。经输入光纤10传播的输入光束经过透镜50指向反射镜40。该光束由反射镜40反射。该被反射光束的一部分经过透镜50引入到输出光纤20中。该光束在输出光纤20中的光强度由在反射镜40处的反射角度来确定。在反射镜40处的反射角度借助于使用洛伦兹力的致动器60来调节。
反射镜40通过紧靠由绝缘体形成的基底材料的表面进行金喷镀来制成。反射镜40的基底材料由半导体材料或导电材料制成。
参见图2-4，致动器60包括金属板61、两个铰接弹簧62、壳体63、线圈64、两个永久磁体65、和两个接线端66。如图2所示，金属板61与铰接弹簧62一体地形成。如上所述，参照图1，壳体63的一个部分构造成透镜保持器51。如图3、4所示，该壳体63形成有凹部63a。金属板61借助于铰接弹簧62悬挂于壳体63上，因此金属板61可在凹部内以不接触该壳体63的方式旋转，如图3所示。只要金属板61可旋转，该金属板可由壳体63通过使任何其它装置来保持或支承。
如图2所示，金属板61的旋转轴线61a沿Y方向延伸。如图3、4所示，反射镜40设置并固定在金属板61的表面的上。如图2所示，在该实施例中，反射镜40的位置处于金属板61的中心，以便反射镜40布置在金属板61的旋转轴线61a上。在初始的情况下，金属板61大致垂直于Z方向，Z方向垂直于Y方向，因此在初始的情况下反射镜40还大致垂直于Z方向。Z方向也是输入光束从输入光纤10射入反射镜40的方向。
如图2清晰所示，铰接弹簧62定位在金属板61的沿Y方向相对的端部处。每一铰接弹簧62相对于旋转轴线61a具有对称的形状，因此金属板61的旋转可确保线性运动。
如图2所示，线圈64设置并固定在金属板61上，特别是设置并固定在设置反射镜40的同一表面上。该线圈64是空心线圈，其具有在金属板61的旋转轴线61a上的中心。线圈64在平行于金属板61的平面上围绕反射镜40。该线圈64通过线圈线材盘绕而形成，该线圈线材具有作为其最外层的粘接剂层，因此该线圈线材具有自焊接功能。此外，该线圈线材还具有作为内邻接最外层的绝缘涂层，因此当盘绕的线圈64形成时，可防止靠近的线材部分发生电短路。即使在该绝缘涂层的厚度为几微米的情况下，该绝缘涂层也可提供了所需的绝缘功能。此外，因为该线圈线材较密地盘绕，所以当驱动电流如下所述地供给到线圈64时，线圈64对于其尺寸可提供较大的洛伦兹力。线圈64可以以一圈或多圈的形式来盘绕，并且可布置在面对设置有反射镜40的表面的一个表面上。线圈64可通过使用绕线管或可保持线圈64的盘绕形式的类似工具来成形。
因为线圈64和反射镜40固定在金属板61上，当金属板61旋转时，线圈64和反射镜40可与金属板61一起旋转，反之亦然，即当线圈和反射镜旋转时，金属板也旋转。在该实施例中，线圈64依靠洛伦兹力来旋转，并且金属板61和反射镜40因此也旋转。为了产生洛伦兹力，向线圈64供应驱动电流。因此，接线端66设置在壳体63上，彼此之间绝缘。接线端66电连接到线圈64的相应的端部64a、64b上。在该实施例中，接线端沿Y方向(即沿旋转轴线61a的方向)布置。
如图2和4所示，永久磁体65固定到壳体63上。例如，铁素体永久磁体或稀土永久磁体可用作永久磁体65。该永久磁体65如此布置，即，使得线圈64沿垂直于Y方向和Z方向的X方向设置在永久磁体65之间。永久磁体65产生预定的磁通密度B，在该实施例中该磁通密度是沿X方向的矢量。换言之，预定的磁通密度B垂直于旋转轴线61a。
如图4所示，在由永久磁体65产生的预定的磁通密度B作用在线圈64上的情况下，当驱动电流供应给线圈64时，线圈64受到洛伦兹力FL的作用并由此旋转。当线圈64旋转时，金属板61和反射镜40随之旋转，因此可调节在反射镜40处的反射角。该反射角的调节线性地对应于驱动电流的改变。这样，第一实施例的可变光衰减器100可提供方便的操作，以调节在反射镜40处的反射角并由此调节光强度衰减量。
接着，将描述带有反射镜40的致动器60的制造过程。
金属板61以预定的形状通过压制并蚀刻柔性金属材料制成，该金属材料提供弹簧力。在该实施例中，金属板61由磷青铜制成。
为了形成线圈64，上述的自焊接线圈线材围绕具有线圈64的空心区域的形状的线材卷取机或心轴进行盘绕。接着，向盘绕的线圈线材供应暖空气，以便自焊接的功能使得线圈64的形状成形并固定。
反射镜40通过在基底材料上喷镀金来制成。此时，Ti、Cr、Ta等可用作粘接剂强化层。在喷镀过程之后，执行切割过程，由此可获得预定形状的反射镜40。
通过使用粘接剂或通过焊接，使线圈64固定在金属板61上。类似地，通过使用粘接剂或通过焊接，使反射镜40固定在金属板61上。此后，铰接弹簧62通过使用粘接剂或通过焊接从而连接到壳体63上，以便金属板61由壳体来保持。最后，永久磁体65通过使用粘接剂层或通过焊接从而固定到壳体63上。
因此，带有反射镜40的致动器60的制造过程由该致动器的部件的制造过程和简单组装过程组成。所以，本发明实施例的致动器60可容易地制造，因此本发明实施例的可变光衰减器100适合于大规模制造。
为了检验依据第一实施例的可变光衰减器的光学特性，制造了一些样品，并测定了它们的特性。
样品的尺寸如下所示。
在致动器60中，金属板61的长度为6-9mm，其宽度为5-7mm，其厚度为0.04-0.1mm。铰接弹簧的长度为0.8-2.0mm，其宽度为0.1-0.25mm。线圈64的空心区域的长度为1.5-2.5mm，其宽度为0.5-1.0mm。线圈64的外形长度为4-5mm，其宽度为3-5mm。反射镜40的长度为0.7-1mm，其宽度为0.7-1mm。反射镜40的基底材料的厚度为0.05-0.3mm，形成该基底材料上的金层厚度为0.02-0.05mm。
每一永久磁体的长度为6-10mm，其宽度为0.5-2mm，其厚度为0.5-2mm。第一和第二光纤的直径和为1.0-2.0mm，其长度为5-10mm。透镜的长度为3.0-4.5mm，其外径为3.0-4.5mm。可变光衰减器的100的长度为18-20mm，其宽度为13-17mm，其高度为8-12mm。
进行这些样品的光学特性的测量。当线圈64的驱动电流为10mA时，光学损失为4.3dB。当线圈64的驱动电流为10mA时，光学损失为4.3dB。当线圈64的驱动电流为20mA时，光学损失为14.0dB。当线圈64的驱动电流为30mA时，光学损失为25.6dB。当线圈64的驱动电流为35mA时，光学损失为31.9dB。因此，可变光衰减器的衰减量线性地对应于供给到线圈64的驱动电流的变化。
此外，已经验证，直到致动器60使用超过两亿次，致动器60也可正常工作，而没有损坏。
参照图5、6，依据本发明的第二实施例的可变光衰减器与第一实施例相似，但是除了线圈64的端部64a、64b与接线端66之间的电连接之外。
依据第一实施例，端部64a、64b直接连接到接线端66。与之相反，依据第二实施例，两个中间电极67设置在金属板61上，如图5、6所示。
中间电极67彼此之间电绝缘，但是通过软焊或焊接电连接到端部64a、64b上。
中间电极67还通过使用导电图案68电连接到接线端66上，该导电图案借助绝缘层69形成在金属板61上。通过这种结构，端部64a、64b固定到并连接到金属板61上，因此可解决在第一实施例中由于致动器60的操作而作用在端部64a、64b上的几乎所有机械应力引起的问题。所以，提高了线圈64的端部64a、64b与接线端66的连接可靠性。
依据第二实施例的致动器60可按以下描述的方式来制造。该致动器60的制造方法几乎与第一实施例相同，只是金属板61可通过使用光刻技术和蚀刻过程来制成，这与第一实施例不同。
例如，金属板61由磷青铜制成。在磷青铜板的一个表面上，形成有绝缘层69。例如绝缘层69由感光树脂制成。在磷青铜板的另一个表面上，形成有保护膜。在感光树脂上进行光刻过程，以便形成金属板61和铰接弹簧62的外形状。通过使用具有对应于中间电极67和导电图案68的形状的金属掩膜，导电材料喷镀在绝缘层69。此后，通过适用预定的蚀刻剂来蚀刻磷青铜，从而制成该金属板61。随后，通过使用用于保护膜的预定的蚀刻剂来去除该保护膜。金属板61装配到壳体63上，同时导电图案68与接线端66电连接。
参照图7、8，依据本发明的第三实施例的可变光衰减器200包括多个可变光衰减器100，其中每一个如第一实施例或第二实施例所述。换言之，多个衰减功能集成到本实施例的可变光衰减器中。
具体地说，多个金属板61布置在单个壳体63上。在每一个金属板61上，反射镜40和线圈64按第一或第二实施例所述的方式布置。
每一个所使用的永久磁体651、652、653、654是可变光衰减器100所共用的。例如，可使用仅一组永久磁体65。在这种情况下，所有金属板61均安装有反射镜40和线圈64并设置在永久磁体65组之间。
在本发明的范围内，以上的实施例可进行变型。例如TEC(热扩散膨胀芯)光纤可用作输入光纤和输入光纤10、20。在这种情况下，可省去透镜50。
在金属板61的两个表面上，可设置两个线圈64。在设置有两个线圈的情况下，可获得更大的洛伦兹力。
线圈64可设置在金属板61的与固定反射镜40的另一表面相反的表面上。线圈64和反射镜40在金属板61的不同表面上的这种结构可在设计上提供灵活性。
权利要求
1.一种可变光衰减器(100)，其包括用于传输输入光束的输入光纤(10)，用于将该输入光束作为被反射光束进行反射的反射镜(40)，用于将该被反射光束的至少一部分作为输出光束进行传输的输出光纤(20)，以及用于使该反射镜(40)旋转以便改变该输出光束的光强度的致动器(60)，其中，该致动器(60)包括其上安装有该反射镜(40)的板(61)；设置在该板(61)上的线圈(64)，驱动电流供应给该线圈(64)；支承该板的壳体(63)，以便该板(61)可围绕旋转轴线(61a)旋转，该旋转轴线包含在预定平面上；以及永久磁体(65)，该永久磁体固定在该壳体(63)上并且沿该预定平面产生预定的磁通密度(B)。
2.如权利要求1所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该板(61)通过两个弹簧铰接件(62)可旋转地支承到该壳体(63)上，该弹簧铰接件在沿该旋转轴线(61a)的方向上定位在该板(61)的相对端部上。
3.如权利要求2所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，每一个该弹簧铰接件(62)具有相对于该旋转轴线(61a)的对称形状。
4.如权利要求2所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该板(61)由金属板制成。
5.如权利要求4所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该弹簧铰接件(62)在该金属板的该相对端部处与该金属板(61)一体地形成。
6.如权利要求1所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该预定的磁通密度(B)大致垂直于该旋转轴线(61a)。
7.如权利要求1所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该旋转轴线(61a)穿过该线圈(64)的中心。
8.如权利要求1所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，当该驱动电流供应给该线圈(64)时，该线圈(64)依靠由该驱动电流和该预定的磁通密度(B)产生的洛伦兹力(FL)而旋转，由此该板(31)旋转，并且衰减量线性地对应于供应给该线圈(64)的该驱动电流。
9.如权利要求1所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该线圈(64)是空心线圈。
10.如权利要求9所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该空心线圈(64)是具有自焊接功能的盘绕线材。
11.如权利要求9所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该线圈(64)围绕该反射镜(40)设置。
12.如权利要求1所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，其还包括透镜(50)，该透镜设置在该输入光纤(10)的端部(11)与该反射镜(40)之间以及在该输出光纤(20)的端部(21)与该反射镜(40)之间。
13.如权利要求1所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该输入和输出光纤(10、20)各自由TEC(热扩散膨胀芯)光纤制成。
14.如权利要求1所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该壳体(63)设置有两个接线端(66)，该接线端电连接到该线圈(64)的两个端部(64a、64b)上。
15.如权利要求14所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该两个接线端(66)借助两个导电图案(68)和两个中间电极(67)电连接到该线圈(64)的两个端部上。
16.如权利要求15所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该中间电极(67)形成在该板(61)上并通过相应的导电图案(68)电连接到相应的接线端(66)上，同时电连接到该线圈(64)相应的端部(64a、64b)上，并且成一对的该导电图案(68)和该中间电极(67)与成另一对的该导电图案(68)和该中间电极(67)电绝缘。
17.如权利要求1所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该板(61)具有两个表面，该反射镜(40)和该线圈(64)一起设置在其中的一个表面上。
18.如权利要求1所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该板(61)具有两个表面，该反射镜(40)设置在其中的一个表面上，而该线圈(64)设置在其中的另一表面上。
19.如权利要求1所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，该线圈(64)包括两个线圈部件，并且该板(61)具有两个表面，相应的该线圈部件设置在所述两个表面上。
20.如权利要求1所述的可变光衰减器(100)，其特征在于，其还包括单个套筒(30)，该输入和输出光纤(10、20)的端部(11、21)和靠近该端部的部分(12、22)固定在该套筒内。
21.一种可变光衰减器(200)，其包括多个可变光衰减器(100)，其中每一个可变光衰减器如权利要求1所述，其中，多个所述可变光衰减器并排地布置，以便每一个衰减器与所述可变光衰减器(100)中的一个相邻的可变光衰减器共用单个设置在它们之间的所述永久磁体。
全文摘要
一种可变光衰减器包括用于传输输入光束的输入光纤，用于将该输入光束作为被反射光束进行反射的反射镜(40)，以及用于将该被反射光束的至少一部分作为输出光束进行传输的输出光纤。输出光束的光强度由在反射镜处的反射角确定。通过致动器(60)来旋转反射镜，以便调节在反射镜处的反射角。致动器包括板(61)、线圈(64)、壳体(63)和永久磁体(65)。反射镜和线圈固定在该板上。壳体支承该板，以便该板可围绕旋转轴线(61a)旋转。永久磁体固定在壳体上并且沿预定平面产生预定的磁通密度(B)。当驱动电流供应给线圈时，在预定的磁通密度下在线圈处产生洛伦兹力，以使线圈旋转。反射镜与线圈一起旋转，由此可调节输出光束的光强度。
文档编号G02B6/26GK1503023SQ20031011965
公开日2004年6月9日 申请日期2003年11月27日 优先权日2002年11月27日
发明者矢作晃, 葛西茂, 井手立身, 近藤充和, 和, 身 申请人:Nec东金株式会社, Nec东金岩手株式会社