专利名称：一种基于微机电系统的可调光衰减器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可调光衰减器，尤其是基于微机电系统的可调光衰减器。
背景技术：
随着光纤通讯技术的迅速发展，波分复用(Wavelength DivisionMultiplexing-WDM)技术和光纤放大技术得到越来越广泛的应用。可调光学衰 减器(Variable Optical Attenuators-VOA)，可以使光纤传输的各路光强保持一致并得 到相同的放大，从而使系统正常运行并能保证系统的较长距离传输；它还被广泛应用于多 通道系统中的功率控制与均衡，接收器保护等方面；因此，VOA已成为光纤通讯系统中的一 个重要器件。光纤通信系统对VOA的特性有以下要求体积小、功率小、可靠性高、时间响 应速度快以及插入损耗小。可调衰减器的制作可以应用磁光特性、电光特性、声光特性、 热效应、马达或压电效应驱动的机械移动以及微机电系统(Mi cro-E 1 ectro-Mechani ca 1 Systems-MEMS)制造技术。基于MEMS技术的V0A，具有光学性能优异，响应速度快、功耗小、 性价比高的特点，成为可调衰减器发展的主要趋势。MEMS VOA的实现方法主要有两种基 于衍射原理的指形结构和基于反射原理的转镜结构，特别是后者较为常用。基于转镜结构的MEMS V0A，其实现原理为光从双纤尾纤中的一根光纤发出，经 透镜准直，入射到反射镜上，反射回的光线经透镜汇聚，耦合进双纤尾纤中的另一根光纤， 通过调节MEMS芯片的驱动电压实现反射镜角度的连续变化，从而使耦合进输出光纤的光 强发生变化，进而实现了衰减的可调谐。多波长通道系统中的功率控制与均衡是MEMS VOA 的一个重要的应用，这就要求VOA对众多波长具有一致性。但传统的转镜结构的V0A，随 着衰减程度的增加，对各个波长衰减的不均衡性也逐渐增加，即衰减越大，波长相关损耗 (Wavelength D印endentLoss-WDL)越大。一般而言，对于 Dark 型的 MEMS VOA 在 40nm 的 波长范围内，当衰减为20dB时WDL为IdB左右，Bright型的VOA则更大为1.2dB左右。为 此，人们探索出各种方法用以补偿WDL。如加入衰减相反的Coupler J^Pigtail或透镜镀 相反衰减增透膜、加入楔角补偿片等。但这些方法会导致插损增加，成本增加，且产品的制 作难度加大。基于这种情况，我们提出了一种低插损、低成本，且易于制作的低WDL MEMSV0A。
实用新型内容本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是使用有一定倾斜角度的基座来 固定MEMS芯片，从而使反射镜有一定的预置角度。根据不同的制作类型Dark型或Bright 型，及优化WDL的目标，来确定倾斜角度的方向及大小。此方案有两种实现方法，分别见图 4和图7。根据光纤的耦合理论，耦合效率的计算，由光斑模场与光纤模场的重叠积分得出。 对于传统的MEMS VOA而言，返回到输出光纤端面上的各个波长的模场基本是同心圆分布 的，各圆半径随波长增加而增加。在VOA处于衰减的状态下，各波长光斑模场与光纤模场之
3间重叠积分是不同的，从而产生了 WDL。见图2。通过给反射镜加特定的预置角度，可以改变返回到输出光纤端面上的模场分布， 使得各波长模场之间不再呈同心圆分布，而是各圆心之间有一定的间距，从而可以减小VOA 衰减时各个波长之间耦合效率的差异，即减小WDL。见图5。本实用新型的具体技术方案如下一种基于微机电系统的可调光衰减器，包括一个尾纤、三个玻璃管、一个透镜、一 个管帽、一个微机电系统芯片和一个带有倾斜平台的底座，所述微机电系统芯片贴在所述 带有倾斜平台的底座上，所述尾纤、三个玻璃管和透镜依次粘接在一起，再将所述透镜粘贴 在所述管帽上，将所述底座与管帽焊接在一起。优选地，所述透镜是C-Iens或G-lens，可制作成Dark型或Bright型。一种基于 微机电系统的可调光衰减器，包括一个尾纤、三个玻璃管、一个透镜、一个管帽、一个微机电 系统芯片和一个有倾斜凹台的底座，其特征是所述微机电系统芯片贴在所述带有倾斜凹 台的底座上，所述尾纤、三个玻璃管和透镜依次粘接在一起，再将所述透镜粘贴在所述管帽 上，将所述底座与管帽焊接在一起。 优选地，所述透镜是C-Iens或G-lens，可制作成Dark型或Bright型。一种基于微机电系统的可调光衰减器，包括一个双纤准直器、一个管帽、一个微机 电系统芯片和一个有倾斜平台的底座，所述微机电系统芯片贴在带有倾斜平台的底座上， 再将所述双准直器与所述底座及管帽焊接在一起。优选地，所述带有倾斜平台底座上经过激光焊接或环氧树脂与双纤准直器固定在一起。一种基于微机电系统的可调光衰器，包括一个双纤准直器、一个管帽、一个微机电 系统芯片和一个有倾斜凹台的底座，所述微机电系统芯片贴在带有倾斜凹台的底座上，再 将所述双准直器与所述底座及管帽焊接在一起。优选地，所述带有倾斜凹台底座上经过激光焊接或环氧树脂与双纤准直器固定在一起。本实用新型的有益效果是，可以利用简单的工艺，低廉的成本来获得低WDL的 MEMS VOA0以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是传统MEMS VOA的结构示意图。图2是传统MEMS VOA的接收光纤端面上，反射回的各波长的模场与光纤模场的耦 合示意图。 图3是传统MEMS VOA的WDL与衰减之间的关系。图4是本实用新型的实现方案的第一种方法。图5是本实用新型涉及的MEMS VOA的接收光纤端面上，反射回的各波长的模场与 光纤模场的耦合示意图。图6是本实用新型涉及的在不同预置角度下，MEMS VOA WDL与衰减之间的关系。图7是本实用新型的实现方案的第二种方法。图8是一个实施例中基于微机电系统的可调光衰减器的结构示意图。[0027]图9为另一个实施例中基于微机电系统的可调光衰减器的结构示意图。图中，101. Pigtail，102.细玻璃管，103.粗玻璃管L，104.透镜，105.入射光线， 106.反射光线，107.粗玻璃管S，108.管帽，109. 一维的MEMS芯片，110. T046用管座，201、 202、203、204对应的圆，分别代表反射回到输出光纤，光斑中波长λ ” λ2、λ 3、入4的模场， 其中圆半径代表模场半径，205、206、207、208对应的圆，分别代表波长λ ” λ2、λ 3、入4在 光纤端面的模场，401.带倾斜平台底座，501、502、503、504对应的圆，分别代表经优化后的 反射回到输出光纤的光斑中波长λ” λ2、λ3、入4的模场，其中圆半径代表模场半径，505、 506、507、508对应的圆，分别代表优化后的波长λ” λ 2、λ 3、λ 4在光纤端面的模场，701. 带倾斜凹台的底座，801.双纤准直器(Collimator)。
具体实施方式
在
图1所示的传统MEMS VOA的实施例中，首先通过SMT工艺把MEMS芯片109贴 在管座110上，然后将玻璃管107和透镜104粘贴在T046用管帽108上，把这两部分焊接 在一起。接着，将粗玻璃管107粘接在104上，同时将细玻璃管102与PigtaillOl粘接在 一起，最后将粗玻璃管103与他们粘接在一起。
图1实施例的具体原理为对于Bright型的MEMS VOA而言，未给MEMS芯片加电 压时，反射镜没有偏转，入射光105从Pigtail中的入射光线发出，经透镜准直，入射到MEMS 芯片上，反射回的光线106经透镜汇聚，入射到Pigtail中的输出光纤。此时耦合到输出 光纤的光功率最大，插损最小；对MEMS芯片施加电压，芯片上的反射镜开始偏转，反射光线 106耦合到输出光纤的光功率随之变小，插损变大。这样就起到了改变衰减的作用。由耦 合理论知，当反射回的光波模场与接收光纤端面的模场重合时，耦合效率达最大。对于传统 的MEMS V0A，当反射镜偏转较大，即有较大衰减的情况下，波长λ 4的光斑204与λ 4对应 的光纤接收端的模场208已经有部分重叠，但波长λ工的光斑201与λ工对应的光纤接收端 的模场205尚未重叠，也即，X1与λ 4相比，具有更大的插损，这就产生了 WDL。图3为WDL 随MEMS VOA衰减的增加而逐渐增加的示意图。在图4所示实施例中，使用带倾斜平台的底座401替换
图1实施例中的传统底座 110，这是本实用新型的第一种方案。本实施例的原理如下由于引入了预置角度，使得入射 到输出光纤端面上各个波长的模场分布不再是同心圆，而是各圆心之间有间距的分布，如 图5所示，在反射镜偏转与
图1实施例相同角度情况下，显然，各个波长之间耦合效率的差 异变小了，也就是WDL减小了。图6为本实施例中WDL随MEMS VOA衰减而增大的曲线图。 可以看到，在相同衰减程度下，WDL明显地减小了，并且可以在不同的预置角度下，可以得到 不同的优化目标，如图6所示。图7所示实施例为本实用新型的第二种方案，与第一种方案的区别在于，使用了 带有倾斜凹台的底座。此种方法同样可以起到改变光纤端面上各个波长模场分布的效果。在图8所示实施例中，先制作双纤准直器801，再将其与带倾斜平台的底座及管帽 激光焊接在一起。
在图9所示实施例中，使用了双纤Collimator和带倾斜凹台的底座。
权利要求1.一种基于微机电系统的可调光衰减器，包括一个尾纤、三个玻璃管，一个透镜、一个 管帽、一个微机电系统芯片和一个带有倾斜平台的底座，其特征是所述微机电系统芯片贴 在带有倾斜平台的底座上，所述尾纤、三个玻璃管和透镜依次粘接在一起，再将所述透镜粘 贴在所述管帽上，将所述底座与管帽焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的基于微机电系统的可调光衰减器，其特征是所述透镜是 C-Iens或G-lens，可制作成Dark型或Bright型。
3.一种基于微机电系统的可调光衰减器，包括一个尾纤、三个玻璃管、一个透镜、一个 管帽、一个微机电系统芯片和一个有倾斜凹台的底座，其特征是所述微机电系统芯片贴在 带有倾斜凹台的底座上，所述尾纤、三个玻璃管和透镜依次粘接在一起，再将所述透镜粘贴 在所述管帽上，将所述底座与管帽焊接在一起。
4.根据权利要求3所述的基于微机电系统的可调光衰减器，其特征是所述透镜是 C-Iens或G-lens，可制作成Dark型或Bright型。
5.一种基于微机电系统的可调光衰减器，其特征是包括一个双准直器、一个管帽、一 个微机电系统芯片和一个有倾斜平台的底座，所述微机电系统芯片贴在带有倾斜平台的底 座上，再将所述双准直器与所述底座及管帽焊接在一起。
6.根据权利要求5所述的基于微机电系统的可调光衰减器，其特征是所述带有倾斜 平台底座上经过激光焊接或环氧树脂与双准直器固定在一起。
7.一种基于微机电系统的可调光衰减器，其特征是包括一个双准直器、一个管帽、一 个微机电系统芯片和一个有倾斜凹台的底座，所述微机电系统芯片贴在带有倾斜凹台的 底座上，再将所述双准直器与所述底座及管帽焊接在一起。
8.根据权利要求7所述的基于微机电系统的可调光衰减器，其特征是所述带有倾斜 凹台底座上经过激光焊接或环氧树脂与所述双准直器固定在一起。
专利摘要本实用新型公开了一种基于微机电系统的可调光衰减器，它使用了带有倾斜平台或凹台的底座，这可以使得入射到输出光纤端面上的各个波长的模场分布发生变化，使各个波长模场不再呈同心圆排列，而是各圆心之间具有一定间距。这就减小了在衰减时，各波长之间耦合效率的差异，也就是减小了WDL。与其它改善WDL的方法相比，它的优点是插入损耗低、成本低、易于制作。
文档编号G02B6/26GK201892787SQ20102019495
公开日2011年7月6日 申请日期2010年5月12日 优先权日2010年5月12日
发明者吕倩倩, 吕海峰, 王贝贝 申请人:深圳市易飞扬通信技术有限公司