波长相关损失补偿的可调光衰减器的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明关于一种波长相关损失补偿的可调光衰减器。
【背景技术】
[0002] 随着不断增长的通信需求推动了广泛的通信技术的快速发展。其中光通信一直是 二十多年来的焦点，除了光纤的布建，也开发了各种技术，以增加光纤的使用和效率。例如， 波分复用（WavelengthDivisionMultiplexing,WDM)传输多个不同波长的光信号，来提高 传输容量。
[0003] 当可调光衰减器应用于光纤WDM系统时，一个共同的要求是对所使用不同波长的 信号提供一致的衰减。目前结合微机电系统（Micro-electro-mechanical-systems,MEMS) 芯片和光纤光学所制作的可调光衰减器（Variableopticalattenuator,V0A)非常普遍。 多数MEMSV0A使用倾斜反射镜技术，来达成光能量衰减的目的。亦即有一出射光纤通过小 反射镜将光引导到另一入射光纤上。当小反射镜倾斜时，部分的光无法耦合到入射光纤，因 而产生光衰减。
[0004] 虽然平面镜反射型的MEMSV0A已经在市场上相当普遍，但其技术特性并非完美。 随着衰减值的增加，不同波长在同一倾斜角度具有不同的衰减值，亦即衰减值是与波长相 关的。称为波长相关损失（Wavelengthdependentloss,WDL)的一指标是不同波长的光 在某一衰减值的衰减均匀程度的一测量。WDL是用以呈现在某一衰减值不同波长的衰减值 的最大差异，例如，预计衰减值为20dB，但实际上最大衰减值在1525nm的20. 6dB且最小 衰减在1575nm的19. 4dB，则称20dB衰减值的WDL为1. 2dB( = 20. 6-19. 4)。在常用未有 WDL补偿的平面镜反射型MEMSV0A在20dB衰减值下，1525nm-1575nm波长范围的WDL约为 0. 8-1. 4dB。这是因为单模光纤（Singlemodefiber,SMF)中长波长的模场直径（Modefield diameter,MFD)大于较短波长的MFD，因此在光点的相同位移下，较长波长的衰减值小于较 短波长的哀减值。
[0005] 几种发展的技术是用于WDL补偿，并且其中大多数的技术是基于材料的色散特 性，在一个固定的衰减值，较短波长光点相对于光纤的位移小于较长波长的位移来补偿MFD 影响。例如，美国专利7574096和美国专利8280218使用高色散透镜材料和改变双光纤引 线的研磨角度来补偿WDL。美国专利7295748采用一楔型片以调节不同的波长的光路径。 当反射镜被起动以增加衰减时，以较短波长的光点相对于光纤的位移小于较长波长的位移 来补偿MFD的差异所造成的WDL。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例可提供关于一种波长相关损失补偿的可调光衰减器。
[0007] 所揭露的一实施例是关于一种波长相关损失补偿的可调光衰减器，包括：一光纤 引线，一透镜和一反射镜，其中光纤引线为一个柱状体，其一端为锥状并连接外部光纤，以 及令一端为具倾斜角的平面并与透镜相对，还至少包含一第一波导（Waveguide)用于出射 光线，以及一第二波导用于接收返回光线；透镜为一个柱状体并具有前后两个端面，置于光 纤引线与反射镜之间，用于将光纤引线的第一波导射出的光线聚焦并使反射后的光线回到 光纤引线的第二波导；反射镜置于透镜的焦距上，用以反射从第一波导射出并经过透镜的 入射光，光线反射后再经透镜回到第二波导，此反射镜初始位置的法线与透镜的轴心线形 成一个倾斜角且在两个轴定义的入射平面上，当衰减值大时，反射镜沿加大倾斜角的方向 倾斜。
[0008] 所揭露的另一实施例是关于一种波长相关损失补偿的可调光衰减器，包括一光准 值器（Collimator)和一反射镜，其中光准值器包含一光纤引线及一透镜；光纤引线与透镜 由一个管状外壳（Housing)固定，并且光纤引线至少包含一第一波导和一第二波导；透镜 用于将光纤引线的第一波导射出的光线聚焦并使反射后的光线回到光纤引线的第二波导； 反射镜置于透镜的焦距上，以反射从第一波导射出并经透镜的入射光，光线反射后再经透 镜回到第二波导，反射镜初始位置的法线与透镜的轴心线形成一个倾斜角且在两个轴定义 的入射平面上，并且当衰减值大时，反射镜沿加大倾斜角的方向倾斜。
[0009] 兹配合下列附图、实施例的详细说明及权利要求，将上述及本发明的其他优点详 述于后。
【附图说明】
[0010] 图1A和图1B是与所揭露的一实施范例一致的一7K意图，说明一种波长相关损失 补偿的可调光衰减器。
[0011] 图2A和图2B是与所揭露的一实施范例一致的一示意图，说明图1A和图1B的可 调光衰减器，当衰减值大时，反射镜沿加大倾斜角的方向倾斜。
[0012] 图3~图7是与所揭露的一实施范例一致的一7K意图，说明针对不同透镜材料和 焦距，模拟在不同预倾斜角Θ的条件下，WDL随衰减值的变化。
[0013] 其中，附图标记说明如下：
[0014] 21反射镜
[0015] 22 透镜
[0016] 23光纤引线
[0017] 24入射光纤
[0018] 25入射光纤芯
[0019] 26出射光纤芯
[0020] 27出射光纤
[0021] 28较长波长的光点
[0022] 29较短波长的光点
【具体实施方式】
[0023] 本发明实施例可提供关于一种波长相关损失补偿的可调光衰减器。
[0024] 图1A和图1B是与所揭露的一实施范例一致的一示意图，说明一种波长相关损失 补偿的可调光衰减器。如图1B所示，波长相关损失补偿的可调光衰减器包括一光纤引线 23, 一透镜22,以及一反射镜21，其中反射镜21是由一个MEMS致动器驱动的（未显不）。 光纤引线23包括至少一出射光纤27和一入射光纤24,其中出射光纤27还包括一出射光纤 芯26,入射光纤24还包括一入射光纤芯25,当光从出射光纤27穿过透镜22,光被MEMS驱 动的反射镜21反射。透镜22的轴心线与透镜21的法线形成一预倾斜角Θ且在两个轴定 义的入射平面上。该反射光通过透镜22进入入射光纤24。如所示的最小衰减状态，反射的 光被聚焦，在靠近入射光纤芯25形成一个较长波长的光点28,和一个较短波长的光点29， 如图1A所示。参考图1A，预倾斜角Θ使得较长波长的光点28和较短波长的光点29偏心， 以补偿MFD的差异所引起的WDL。如图1B所示，透镜22设置在光纤引线23和反射板21之 间。
[0025] 应当指出的是，光纤引线23至少包括一第一波导（入射光纤）和一第二波导（出 射光纤）。面对透镜22的光纤引线23的一端是一个倾斜面以形成与透镜22的相对应倾斜 面的一间隙。透镜22的另一端有朝向反射镜21的一圆顶形状。反射镜21设置于一初始 位置在透镜21的法线与透镜22的轴心线所形成一预倾斜角Θ且在两个轴定义的入射平 面上。在操作中，当衰减值增加时，MEMS致动器以驱动反射镜21倾斜朝向一更大的倾斜角 度，如图2B中所示，其中反射镜21的法线与透镜22的轴心线形成一倾斜角θ+ΛΘ且在 两个轴定义的入射平面上。
[0026] 正如前面提到的，当反射镜被驱动以导致一给定的衰减。如图2B所示，反射镜21 朝向一更大的角度倾斜使透镜22的轴心线与透镜21的法线形成一预倾斜角Θ+ΛΘ且在 两个轴定义的入射平面上。此角度使得较长波长的光点28和较短波长的光点29更为偏心， 以补偿较大的衰减值时MFD的差异所引起的较大WDL，如图2A所示。
[0027] 还应当指出的是，透镜22可以各种形式来体现。例如，透镜22可以是一凸透镜， 其具有一第一表面和一第二表面，并且此两个表面的至少一个表面是用于聚焦光的一曲线 表面。透镜22也可以是C-透镜，具有一第一端面和一第二端面的一柱状形状，此第一端面 是一倾斜面和此第二端部表面是一曲面，并且此第二端面可以聚焦光。透镜22也可以是一 个Grin透镜，具有一光轴且折射率沿径向方向变化，并且光可以经由折射率变化来聚焦。
[0028] 根据该光纤的MFD特点和材料的色散特性以及透镜的聚焦规范，在给定的衰减范 围内WDL可以经由调整Θ的值进行优化。
[0029] 光点尺寸w是MFD的一半，并且在一个小的波长范围内（例如C波段或L波段） 与波长具有线性关系，此光点尺寸w可以表示如下：
[0030] w=a+b* 入
[0031] 其中λ是波长，a是一常数，b是线性色散系数。最具有代表性的光纤是SMF_28e XB，符合单模光纤ITUG657A标准，其b值为2. 5um/um。光从光纤射出后，光的能量是以高 斯（Gaussian)分布。为了最佳耦合（未衰减），在光纤引线23的倾斜表面的纤芯25是位 于透镜22的后焦距。当反射镜21旋转以导致反射光相对于光纤芯25产生位移时，插入损 耗变化AIL可以表示如下：
[0032] ΔIL(λ) = 4. 34*[x/w(λ) ]2
[0033] 其中χ是反射光的位移。导致WDL的原因是因为不同的波长λ具有不同的w(或 MFD)，并且产生不同的AIL。并且WDL可以表示如下：
[0035] 其中Λλ是用于估计WDL的一个给定的带宽，η是中心波长的镜片折射率。此 外，dn/dλ表示靠近中心波长的折射率的色散，并且针对一般的材料是一负值。如上面的 等式中，括号中第二项代表由不同波长的MFD差异所造成的WDL，并且括号中第一项是不同 波