专利名称：可调光学衰减器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可调光学衰减器，尤其是一种用于光纤网络系统的微镜倾斜 型可调光学衰减器。
背景技术：
可调光学衰减器是现代光纤通信中的重要器件，被广泛应用于波分复用系统，其 主要作用是动态地调整各信道信号的强弱，从而达到提高接收器的动态响应范围或者传输 保护的目的。现有可调光学衰减器主要包括两种类型光路遮挡型与微镜倾斜型，现有的可调 光学衰减器多为后者。现有一种微镜倾斜型的可调光学衰减器结构原理如图1所示，其具有一根尾纤 15，尾纤15与入射光纤11及出射光纤12连接，且尾纤15外套装有玻璃管13，从而使尾纤 15固定。尾纤15的一个端面16为平面，端面16与尾纤15的轴线之间有一倾角。玻璃管13外设有微机电系统头20，其具有玻璃管21，玻璃管21内固定有透镜22， 透镜22的主光轴与尾纤15的轴线共线设置，并且透镜22的一个端面23为平面，且端面23 与尾纤15的端面16平行设置。透镜22的另一个端面24位于靠近玻璃管21端部的位置。玻璃管21另一端面外设有管帽26，管帽26套装在底板27上，且底板27的左侧安 装有反射镜28，反射镜28的左侧端面为反射面30，反射面30正对透镜22的端面24设置， 且反射镜30的轴线与透镜22的轴线共线设置。底板27的右侧设有三个电极29，当电极29通电后，反射镜28将沿其纵向几何中 心点顺时针或逆时针偏转，如图1中箭头Al所示的，反射镜28沿逆时针方向偏转。可调光学衰减器工作时，入射光纤11的入射光线入射至透镜22中，入射光线经过 透镜22后从端面24出射，形成入射光线Li。入射光线Ll入射至反射镜28后形成反射光 线L2，反射光线L2入射至透镜22的端面24后经透镜22出射至尾纤15的端面16上。参见图2，实线圈31、32、33、34分别是出射光纤12对应波长为λ 1、λ 2、λ 3、λ 4 在尾纤15端面16上的模场。从图2可见，波长不同的光线在端面16上的模场为多个同心 圆，且波长不同的光线模场半径不相同。虚线圈35、36、37、38分别是波长为λ 1、λ 2、λ 3、λ 4的光线经反射镜28反射后 入射至尾纤15端面16上形成的接收光斑模场。在反射镜28没有发生偏转时，反射光线L2 耦合至出射光纤12的光功率最大，即插入损耗最小。当反射镜28发生偏转后，反射光线L2 耦合至出射光纤12的光功率开始衰减，插入损耗开始增大。如图2所示的，当反射镜28在一定的角度范围(如0.4° )内发生偏转后，不同波 长的反射光线L2耦合至出射光纤12的接收光斑模场仍是同心圆，且波长为λ 1的光纤模 场31的圆心与其反射到尾纤15端面16的接收光斑模场35的圆心之间具有一定距离。由于光线经过衰减器的耦合率是由该波长光线的光纤模场与尾纤15端面16接收 的接收光斑模场重叠积分决定的，光纤模场与接收光斑模场重叠部分越多，该波长的光纤插入损耗越小，反之，光纤模场与接收光斑模场重叠部分越少，则该波长的光纤插入损耗越 大。可调光学衰减器工作时，可通过调节向电极29加载的电压调整反射镜28的偏转 角度，从而改变光线插入损耗，进而实现对光信号功率的调节。从图2可见，波长为λ 1的光纤模场31与其反射至尾纤15端面16的接收光斑模 场35并未重叠，而波长为λ 4的光纤模场34与其反射至尾纤15端面16的接收光斑模场 38则有较大面积的重叠，显然，波长为λ 1的光线的插入损耗远大于波长为λ4的光线。这 样即产生了波长相关损耗，即不同波长的插入损耗不尽相同，且波长相关损耗随反射镜28 偏转角度增大而逐渐增大。因此，现有的光学可调衰减器需要增设补偿装置，如在尾纤15的端面16或透 镜22的端面23上镀上增透膜，或者在透镜22的端面23上增加补偿片，如公告号为 CN201359647Y的实用新型专利公开的名为“可调式光衰减器”所介绍的方法。但上述方法 均增加可调光学衰减器的加工难度，也提高了可调光学衰减器的生产成本。专利号为US7574096的美国发明专利公开了另一种可调光学衰减器，该可调光学 衰减器的反射镜角度偏转角度较大，如2°至4°，则入射至尾纤端面的接收光斑模场如图 3虚线圈所示，图3中虚线圈41、42、43、44分别表示波长为λ 1、λ 2、λ 3、λ 4的光线经反 射镜反射后入射至尾纤端面上形成的接收光斑模场。由图3可见，不同波长的接收光斑模场并非同心圆，而是边缘相切的多个偏心圆， 且多个偏心圆41、42、43、44的圆心等距离分布。此时，波长为λ 1的光纤模场31与其接收 光斑模场41具有重叠部分，而波长为λ 4的光纤模场34与其接收光斑模场44也具有重叠 部分，即波长为λ 1的插入损耗与波长为λ 4的插入损耗不会相差很大，波长相关损耗也大 大减小。但是，若反射镜的偏转角度继续增大，不同波长的接收光纤模场呈多个交叠的椭 圆形，波长相关损耗随即增大，也不利于可调光学衰减器的工作。因此，本文所称的理想角 度是指这样的角度能使反射镜倾斜一个角度，以使不同波长的接收光斑模场形成边缘相 切的多个偏心圆，且每一接收光斑模场均与对应波长的光纤模场有重叠的部分，并且多个 不同波长的接收光斑模场不会呈多个交叠的椭圆形。由于现有采用微机电技术的可调光学衰减器中，反射镜28 —般只能偏转0. 5° 以内，若增大反射镜的偏转角度，不单加工难度高，还会大大增加可调光学衰减器的生产成 本，也不利于可调光学衰减器的广泛应用。
发明内容本实用新型的主要目的是提供一种有效减少波长相关损耗的可调光学衰减器。本实用新型的另一目的是提供一种生产成本较低的可调光学衰减器。为实现上述的主要目的，本实用新型提供的可调光学衰减器包括与入射光纤及出 射光纤连接的尾纤，尾纤的端面外设有透镜，透镜的第一端面与尾纤端面相对且平行设置， 透镜的第二端面外设有反射镜，反射镜的反射面与透镜的第二端面相对设置，且反射镜安 装在一支承件上，其中，反射镜的反射面与透镜的主光轴之间形成理想角度的第一夹角。由上述方案可见，未向电极通电前，反射镜的反射面与透镜的主光轴之间形成一定的夹角，即反射镜已经偏转了一个预置角度，因此可减少波长相关损耗。并且，由于反射 镜已经预置偏转角度，可调光学衰减器工作时不需要偏转较大的角度，可大大降低可调光 学衰减器的加工工艺难度，也降低其生产成本。一个优选的方案是，该理想角度为86°至88°之间，也就是反射镜预置偏转角度 为2°至4°。由于反射镜的预置角度在2°至4°，既能确保不同波长的光纤模场与接收 光斑模场重叠，又不会导致接收光斑模场呈交叠的椭圆形，能有效减少波长相关损耗。进一步的方案是，反射镜的纵向横截面为矩形，且支承件具有与反射镜邻接的支 承面，支承面与透镜主光轴之间的夹角为理想角度。由此可见，支承面与透镜主光轴之间形成一个预置的角度，反射镜安装到支承件 后，反射面即与透镜的主光轴形成角度为理想角度的夹角，可大大减少波长相关损耗。并 且，由于在未向电极通电时反射镜的反射面与透镜主光轴形成预置角度，可调光学衰减器 工作时不需要偏转较大的角度，可大大降低可调光学衰减器的加工工艺难度，也降低可调 光学衰减器的生产成本。再进一步的方案是，支承件包括底座以及安装在底座上的支承体，支承体的端面 为上述的支承面，且支承体的纵向横截面为楔形或三角形。这样，可调光学衰减器的反射镜及底座的纵向横截面均为矩形，即未发生改变，仅 在底座与反射镜之间设置具有预设角度的支承体，即可大大减少波长相关损耗。增加的支 承体可以是普通的光学玻璃等价格较低的元件，增加支承体不会大大增加可调光学衰减器 的生产成本，也不会大大提高可调光学衰减器的加工工艺难度。
图1是现有一种可调光学衰减器的结构原理图。图2是应用图1示可调光学衰减器时出射光纤接收端面上各波长的接收光斑模场 与入射光纤模场的耦合示意图。图3是应用现有另一种可调光学衰减器时出射光纤接收端面上各波长的接收光 斑模场与入射光纤模场的耦合示意图。图4是本实用新型第一实施例的结构原理图。图5是本实用新型第二实施例的结构原理图。图6是本实用新型第三实施例的结构原理图。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
第一实施例。参见图4，本实施例具有一个尾纤55，尾纤55与入射光纤51及出射光纤52连接， 且尾纤55外套装有一个玻璃管53，以将尾纤55固定。尾纤55的端面56为平面，且端面 56与尾纤55的轴线形成一倾角。本实施例还具有微机电系统头60，其包括玻璃管61，玻璃管61内固定设置有透镜 62，透镜62位于尾纤55端面56外，且透镜62的主光轴65与尾纤55的轴线共线设置。透 镜62的一个端面63为平面，端面63与尾纤55的端面56相对且平行设置，即端面63与主光轴65形成一同样的夹角。透镜62的另一端面64位于靠近玻璃管61端面的一侧。玻璃管61端面外设有管帽66，管帽66的左侧端面与玻璃管61的端面邻接。管帽 66的右端设有底板67，底板67的右侧设有三个电极68，底板67的左侧端面上设有作为支 承体的玻璃块69，玻璃块69左侧安装有反射镜70，反射镜70的左侧端面为反射面71，反射 面71与透镜62的端面64相对设置。反射镜70中，与反射面71相对端面为安装面73，安 装面73与玻璃块69邻接。电极68通电后，反射镜70沿其轴线发生偏转，偏转角度随向电极68加载的电压 增大而增大。本实施例中，底板67与玻璃块69组成了支承件，底板67的纵向横截面为矩形，而 玻璃块69的纵向横截面为楔形，且玻璃块69的左侧端面为支承面72，反射镜70安装在支 承面72上。由图4可见，反射镜70的纵向横截面为矩形，且反射面71与透镜62的主光轴65 之间形成夹角α ，夹角α 1为预设的角度，该角度的理想值为86°至88°之间。由于反射 镜70的反射面71与安装面73平行，因此玻璃块69的支承面72也与反射面71平行，则支 承面72与透镜62主光轴65之间形成的夹角也为预设的角度，该角度在86°至88°之间， 优选地，该角度为87. 5°。可见，本实施例与现有可调光学衰减器区别是在底座66与反光镜70之间设置一 块纵向横截面为楔形的玻璃块69，玻璃块69左右两端面之间的夹角即为夹角α 1余角，因 此玻璃块69左右两端面的夹角为2°至4°之间，优选地为2. 5°。根据已知的光学原理，当反射镜70的反射面71与透镜62的主光轴65之间形成 86°至88°之间的理想角度后，从透镜62出射至尾纤55端面56的接收光斑模场如图3虚 线圈所示，即不同波长的光线的光纤模场与接收光斑模场均有重叠部分，这样可大大减少 波长相关损耗。可调光学衰减器工作时，向电极68通电，反射镜70在预设角度的基础上发生偏 转，从而改变入射光线的耦合效率，进而实现改变出射光线的功率，对不同的光信号进行调 节。由于可调光学衰减器工作时，反射镜70偏转较小的角度，如0. 5°以内即可实现 对入射光线的功率调节，不需要偏转较大的角度，降低可调光学衰减器加工工艺难度。并且，玻璃块69可粘接在底座67上，因此在底座67与反射镜70之间设置楔形的 玻璃块69的工艺难度不大，不会大大增加可调光学衰减器的生产成本。且增加玻璃块69 后，可大大减小波长相关损耗，有利于可调光学衰减器的工作。第二实施例。参见图5，与第一实施例相同，本实施例具有与入射光纤51及出射光纤52连接的 尾纤55，尾纤55的端面56为平面，且端面56与尾纤55的轴线形成一倾角。尾纤55的端面56外设有透镜62，透镜62的主光轴65与尾纤55轴线共线设置， 且透镜62的端面63也为平面，且端面63与尾纤55的端面56平行设置。本实施例还具有管帽66，管帽66右端设有作为支承件的底座81，底座81的右侧 设有三个电极82，底座81的左侧端面为支承面83，反射镜85安装在底座81的支承面83 上。[0052]反射镜85的左侧端面为反射面86，反射面86与透镜62的端面64相对设置，与反 射面86相对的端面为安装面87，安装面87与支承面83邻接。由图5可见，反射镜85的纵向横截面为矩形，即反射面86与安装面87平行设置， 反射面86与支承面83平行。并且，反射面86与透镜62的主光轴65之间形成的夹角为 α 2，夹角α 2 为预设的角度，即在86°至88°之间。因此，支承面83与透镜62主光轴65 之间的夹角也为86°至88°之间，优选地，为87. 5°。这样，在未向电极82通电前，反射镜70已经预置一个偏转角度，并且该角度在2° 至4°之间，可大大减少波长相关损耗，有利于可调光学衰减器的工作。可见，本实施例与现有的可调光学衰减器的区别在于底座81的纵向横截面为楔 形，可调光学衰减器工作时反射镜85不需要偏转较大的角度，降低其加工工艺难度。并且， 将底座81的纵向横截面加工成楔形的工艺难度不大，也不会大大增加可调光学衰减器的 生产成本。第三实施例。参见图6，本实施例具有与入射光纤51及出射光纤52连接的尾纤55，尾纤55外 设有透镜62。本实施例的右侧为管帽66，管帽66的右端设有作为支承件的底板91，底板 91的右侧设有三个电极92，而底板91的左侧端面为支承面93，反射镜96安装在支承面93上。反射镜96的左侧端面为反射面97，反射面97正对透镜62的端面64设置。与反 射面97相对的端面为安装面98，安装面98与支承面93邻接。本实施例中，反射镜96的纵向横截面为楔形，且反射面97与透镜62的主光轴65 之间形成的夹角的角度α3为理想角度，即在86°至88°之间，优选地，为87. 5°。由于底 板91的纵向横截面为矩形，则支承面93及安装面98均与透镜62的主光轴65垂直，因此 反射面97与安装面98之间形成的夹角β为夹角α 3余角，即在2°至4°之间，优选地， 为 2. 5°。由于未向电极92通电前，反射镜96的反射面97已经预置一定角度，当电极92通 电后，反射镜96再偏转一个较小的角度，如0.5°，可改变入射光线的光功率。且反射镜96 偏转过程中，可确保不同波长光线的光纤模场与接收光斑模场均有重叠部分，大大减少了 波长相关损耗。当然，上述实施例是本实用新型较佳的实施方案，实际应用时还可以有更多的变 化，例如，第一实施例中，使用纵向横截面为三角形的玻璃块替代纵向横截面为楔形的玻璃 块；或者，使用透明塑料块替代玻璃块作为支承体等；或者，使用金属块代替玻璃块作为支 承体，也可以实现本实用新型的目的。最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，诸如底座形状的改变、反射 镜预设角度微小的改变等变化也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求可调光学衰减器，包括与入射光纤及出射光纤连接的尾纤，所述尾纤的端面外设有透镜，所述透镜的第一端面与所述尾纤端面相对且平行设置；反射镜，其反射面与所述透镜的第二端面相对设置，且所述反射镜安装在一支承件上；其特征在于所述反射镜的反射面与所述透镜的主光轴之间形成具有理想角度的第一夹角(α1、α2、α3)。
2.根据权利要求1所述的可调光学衰减器，其特征在于 所述理想角度为86°至88°之间。
3.根据权利要求2所述的可调光学衰减器，其特征在于 所述理想角度为87. 5°。
4.根据权利要求1至3任一项所述的可调光学衰减器，其特征在于 所述反射镜的纵向横截面为楔形；所述反射镜还具有与所述反射面相对的安装面，所述反射面与所述安装面之间的第二 夹角(β)与所述第一夹角(α 3)互余。
5.根据权利要求1至3任一项所述的可调光学衰减器，其特征在于 所述反射镜的纵向横截面为矩形；所述支承件具有与所述反射镜邻接的支承面，所述支承面与所述透镜主光轴之间的夹 角为所述理想角度。
6.根据权利要求5所述的可调光学衰减器，其特征在于所述支承件包括一底座以及安装在所述底座上的支承体，所述支承体的端面为所述支承面。
7.根据权利要求6所述的可调光学衰减器，其特征在于 所述支承体的纵向横截面为楔形或三角形。
8.根据权利要求6所述的可调光学衰减器，其特征在于 所述支承体为玻璃块、透明塑料块或金属块。
9.根据权利要求5所述的可调光学衰减器，其特征在于所述支承件为底座，所述底座的纵向横截面为楔形，所述底座的端面为所述支承+面。
专利摘要本实用新型提供一种可调光学衰减器，包括与入射光纤及出射光纤连接的尾纤，尾纤的端面外设有透镜，透镜的第一端面与尾纤端面相对且平行设置，透镜的第二端面外设有反射镜，反射镜的反射面与透镜的第二端面相对设置，且反射镜安装在一支承件上，其中，反射镜的反射面与透镜的主光轴之间形成理想角度的第一夹角。本实用新型提供的可调光学衰减器可有效减少波长相关损耗，且降低可调光学衰减器的加工工艺难度及生产成本。
文档编号G02B6/26GK201751863SQ20102018309
公开日2011年2月23日 申请日期2010年5月7日 优先权日2010年5月7日
发明者吕海峰, 周健, 陈国平 申请人:珠海保税区光联通讯技术有限公司