CN100340883C - 机械挡光式可变光衰减器 - Google Patents

Abstract

一种用于光通信的机械挡光式可变光衰减器，它由连接主体、准直器对光管、挡光器、复位弹簧、高精密螺纹副、限位压板构成。该连接主体内设有相互交错、联通且垂直的横向通孔和纵向导孔，该纵向导孔的下端扩展为直径较大的纵向圆孔，所述的横向通孔和纵向导孔的轴心不在同一平面，其偏心量为Δs；带有通孔的准直器对光管密封固定在横向通孔内，挡光器套上复位弹簧后插入精密配合的纵向导孔。本发明具有结构简单、体积较小、光衰变分辨率高、使用方便等优点。

Description

机械挡光式可变光衰减器

技术领城

本发明涉及光通信，是光无源器件，特别是一种机械挡光式可变光衰减器。

背景技术

光衰减器是随着光通信技术发展出现的一种重要而又基本的纤维光学无源器件，它用于减小光信号强度。可变光衰减器大致分机械式可变光衰减器(MVOA)及电控式可变光衰减器(EVOA)，在对响应时间要求不高的情况下，通常采用机械式可变光衰减器(MVOA)，机械挡光式可变光衰减器是MVOA中使用较广泛的一种，它不仅具有波长不相关和偏振不相关的优点，并且具有高可靠性，较大的衰减范围，成本较低，易于制造的优点。与此相关的中国专利有03209629.1、03255014.6、01138331.3等，这些专利解决的关键问题都是通过设计一种特别结构，使挡光器达到微米级的移动精度，实现可变光衰减器。可变光衰减器的分辨率不仅与挡光器的移动精度有关，还与器件零部件的加工精度及装配精度紧密相关，上述现有技术不是结构较复杂，体积较大，就是光衰变的分辨率较低。不能同时兼顾可变光衰减器的分辨率、成本和体积。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，提供一种机械挡光式可变光衰减器，它应具有结构简单、体积较小、光衰变的分辨率高、使用方便的优点。

本发明的技术解决方案如下：

一种机械挡光式可变光衰减器，其特征在于包括：

一连接主体，该连接主体内设有相互交错、联通且垂直的横向通孔和纵向导孔，该纵向导孔的下端扩展为直径比该纵向导孔的上端直径大的纵向圆孔，所述的横向通孔和纵向导孔的轴心不在同一平面，其偏心量为Δs；

一准直器对光管是一固定有光纤准直器的导管，该导管的中部有一垂直于该导管轴心的通孔，该通孔的直径比所述的纵向导孔的直径为大，所述的准直器对光管插入所述的横向通孔中，且所述的通孔与所述的纵向导孔对准，以便挡光器出入；

一挡光器是一根导向杆，其上部为圆锥体、中部为圆柱体导向杆，尾部是一直径比所述的圆柱体导向杆的直径大的弹簧挡盘，该挡光器置于所述的纵向导孔中，在纵向圆孔内和该弹簧挡盘之间的圆柱体导向杆外套有复位弹簧，在所述的弹簧挡盘之底的纵向圆孔中设一高精密螺纹副，该高精密螺纹副之底是限位压板，将高精密螺纹副限制在所述的纵向圆孔中，所述的高精密螺纹副的螺杆的底面有供旋调的沟槽。

所述的准直器对光管是在导管内的两端分别相对地固定第一单光纤准直器和第二单光纤准直器构成的，所述的第一单光纤准直器和第二单光纤准直器之间构成耦合光路。

所述的准直器对光管是在导管内的两端分别固定一双光纤准直器和一贴有反光片的圆棒构成的，反光片与双光纤准直器之间为耦合光路。

所述的偏心量为Δs≈d/2，d为单模光纤准直器的输出光斑直经，d的取值范围可以从0.2mm到2.0mm。

所述的高精密螺纹副是由螺距≤0.5mm的螺杆和螺纹套构成的。

所述的螺纹套固定在连接主体的纵向圆孔内，或是纵向圆孔内壁的内螺纹构成。所述的弹簧挡盘与高精密螺纹副的螺杆的接触是一突起。

所述的圆锥体的锥角β的取值范围是45°≥β≥15°。

所述的圆柱体导向杆与纵向导孔之间精密配合。

所述的螺杆与纵向圆孔之间设置有密封圈。

本发明的技术效果：

1、本发明通过圆柱体导向杆与连接主体内纵向导孔的精密配合，保证了挡光器上部圆锥体的横向定位精度，从而保证光衰减器的衰减精度及稳定性。

2、采用螺杆旋转推动挡光器，让圆锥体垂直光束从光束的一侧作纵向平移，通过改变圆锥体锥边在光斑中的位置，从而改变圆锥体遮挡光斑的面积，起到可变光衰减的作用。螺杆的螺距决定了圆锥体纵向平移的精度，我们采用高精密的螺杆推动挡光器，使挡光器截取光斑的精度达到亚微米量级，这种结构不仅提高了可变光衰减器的分辨率，而且可变光衰减器的体积小、制造成本低。若圆锥角β＝30°，螺杆的螺距为0.25mm或0.35mm，螺杆旋转3.6°，则圆锥体锥边截取光斑的移动精度分别为ΔL₁＝250÷100×sin15°＝0.65μm及ΔL₂＝350÷100×sin15°＝0.91μm。最常用的单模光纤准直器输出为高斯光束，束腰处的光斑直径d为0.5mm，圆锥体与光束中心的偏心量为Δs，Δs取d/2。在衰减为30dB时，0.65μm及0.91μm的光斑截取精度可达到的理论衰减分辨率为0.08dB和0.10dB。

3、所述的连接主体可以是长方体，也可以是圆柱体或二者组合。所述的横向通孔和纵向导孔的轴心不在同一平面，其偏心量为Δs≈d/2，d为单模光纤准直器的输出光斑直径，连接主体具有偏心定位的功能。

4、所述的挡光器其上部为圆锥体的圆锥角的取值范围15°～45°，以有效避免回波。

5、光纤准直器输出光束的直径可以从0.2mm到2.0mm，在价格相近的情况下，优选输出光束直径较大的单模光纤准直器可获得较高的分辨率。

6、所述的高精密螺纹副是一对高精密的螺杆与螺纹套(螺距≤0.50mm)，螺纹套外侧与连接主体胶合，也可将螺纹套的内螺纹直接做在连接主体内，螺杆旋转通过一突起(如滚珠)推动挡光器下部的弹簧挡盘，使挡光器上部以圆锥体锥边平移方式截取光斑，从而起到精密改变光衰减的作用。选用高精密螺纹副比选用较大输出光束直径的单模光纤准直器来达到相同光衰变的分辨率具有更低成本。

7、所述的限位压板是胶合在连接主体下部的压板，中间有一直径略小于螺纹直径的内孔，限制螺杆旋出连接主体。

8、本发明的螺杆与挡光器采用分体结构与连体结构相比，具有优点：

·由于挡光器是偏心平移，无需考虑挡光器上部圆锥体的锥尖和锥角的加工精度，即可避免圆锥体锥尖偏离挡光器轴芯带来的光衰减值变化不单调的问题。

·就加工工艺而言，挡光器作为圆锥体导向杆与连接主体内纵向导孔的配合精度比螺杆与螺纹套的配合精度更高，因此更易获得较高的衰减精度。

·在手调螺杆过程中能有效避免由于螺杆晃动引起衰减值不稳定的现象，从而延长了螺杆在螺纹中磨损引起衰减精度下降的时间，提高衰减器的寿命。

附图说明

图1是本发明机械挡光式可变光衰减器的外观正视图

图2是本发明实施例1的AA剖视示意图。

图3是本发明实施例2的AA剖视示意图。

图4是本发明准直器对光管的结构示意图。

图5是本发明另一准直器对光管的结构示意图。

图中：1-连接主体、11-横向导孔、12-纵向导孔、13-纵向圆孔；2-准直器对光管、21-导管、22-第一单光纤准直器、23-第二单光纤准直器、24-双光纤准直器、25-反光片、26-圆棒、27-通孔；3-挡光器、31-圆锥体、32-圆柱体导向杆、33-弹簧挡盘、34-突起；4-复位弹簧；5-高精密螺纹副、51-螺杆、52-螺纹套；6-限位压板；7-密封圈。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1是本发明机械挡光式可变光衰减器的外观正视图，图2是本发明实施例1的AA剖视示意图。由图可见本发明机械挡光式可变光衰减器的结构包括：

一连接主体1，该连接主体1内设有相互交错、联通且垂直的横向通孔11和纵向导孔12，该纵向导孔12的下端扩展为直径较大的纵向圆孔13，所述的横向通孔11和纵向导孔12的心轴不在同一平面，其偏心量为Δs，该偏心量Δs≈d/2，d为单模光纤准直器的输出光斑直径。

一准直器对光管2是一固定有光纤准直器的导管21，该导管21的中部有一垂直于该导管21轴心的通孔27，该通孔27比纵向导孔12略大，所述的准直器对光管2插入所述的横向通孔11中，且所述的通孔27与所述的纵向导孔12对准，以便挡光器出入；所述的准直器对光管2是在导管21内的两端分别相对地固定第一单光纤准直器22和第二单光纤准直器23构成的，所述的第一单光纤准直器22和第二单光纤准直器23之间构成耦合光路，如图4所示。

一挡光器3是一根导向杆，其上部为圆锥体31、中部为圆柱体导向杆32，尾部是一直径较大的弹簧挡盘33，该挡光器3置于所述的纵向导孔12中，在纵向圆孔13内和该弹簧挡盘33之间的圆柱体导向杆32外套有一复位弹簧4，在所述的弹簧挡盘33之底的纵向圆孔13中设一高精密螺纹副5，该高精密螺纹副5之底有限位压板6，将高精密螺纹副5限制在所述的纵向圆孔13中，所述的高精密螺纹副5是由螺距≤0.5mm的螺杆51和螺纹套52组成的。所述的高精密螺纹副5的螺杆51的底面显露有一供旋调的沟槽。所述的弹簧挡盘33的之底有一突起34，以与高精密螺纹副5的螺杆51之间实现点接触，由于复位弹簧的弹力，确保弹簧挡盘33的突起34与螺杆51无缝连接。

所述的螺纹套52用胶固定在连接主体1下部的纵向圆孔13内。选用螺距为0.35mm的螺杆51，螺杆51旋转3.6°，推动挡光器3平移，使挡光器3上部的圆锥体31的锥边截取光斑的移动精度达到0.91μm。

图3是本发明实施例2的AA剖视示意图，实施例2与实施例1相比，基本相同，其区别在于所述的高精密螺纹副5的螺纹套52是由直接在纵向圆孔13内壁加工的内螺纹构成的；所述的螺杆51的上部是空心套管，套管内部放置套有复位弹簧4的挡光器3，空心套管外壁嵌有密封圈7；螺杆51后端是外螺纹，螺距为0.25mm，它与连接主体1的内螺纹配对。螺杆51旋转3.6°，推动挡光器3平移，使挡光器3上部的圆锥体31锥边截取光斑的移动精度达到0.65μm。所述的密封圈7是用高弹性、韧性、耐磨损的材料制成的环形垫圈，将密封圈7设在螺杆51与连接主体1之间，可有效地消除两者之间的存在的空隙，防止外部水汽进入本发明装置内部，再加上准直器对光管2与连接主体1是密封固定，提高了整个衰减器的气密性，确保了衰减精度。所述的准直器对光管2是在导管21内的两端分别固定一双光纤准直器24和一贴有反光片25的圆棒26所构成的，该反光片25与双光纤准直器24之间为耦合光路。如图5所示。

图4和图5所示的两种准直器对光管既可以与实施例1相配，又可与实施例2相配使用。

所述的圆锥体(31)的锥角β的取值范围是45°≥β≥15°。实施例1及实施例2的圆锥角为30°。

所述的连接主体1是长方体，或圆柱体，或圆柱体与长方体相结合。

所述的圆柱体导向杆32与纵向导孔12之间为精密配合。

挡光器3上部的圆锥体31起遮挡准直器对光管2中光束的作用，下部的弹簧挡盘33起压缩复位弹簧4的作用。

所述的限位压板6是胶合在螺纹套52下部的平板，中间有一小孔，该小孔直径略小于螺杆51直径，限制螺杆51旋出连接主体1。将一字螺刀通过该小孔并插入螺杆51底面的沟槽中旋转，则可以改变光的衰减值。

经使用，本发明具有结构简单、体积较小、光衰变的分辨率高、使用方便等优点。

Claims (10)

1、一种机械挡光式可变光衰减器，其特征在于包括：

一连接主体(1)，该连接主体(1)内设有相互交错、联通且垂直的横向通孔(11)和纵向导孔(12)，该纵向导孔(12)的下端扩展为直径比该纵向导孔(12)的上端直径大的纵向圆孔(13)，所述的横向通孔(11)和纵向导孔(12)的轴心不在同一平面，其偏心量为Δs；

一准直器对光管(2)是一固定有光纤准直器的导管(21)，该导管(21)的中部有一垂直于该导管(21)轴心的通孔(27)，该通孔(27)直径比所述的纵向导孔(12)的直径为大，所述的准直器对光管(2)插入所述的横向通孔(11)中，且所述的通孔(27)与所述的纵向导孔(12)对准；

一挡光器(3)是一根导向杆，其上部为圆锥体(31)、中部为圆柱体导向杆(32)，尾部是一直径比所述的圆柱体导向杆(32)的直径大的弹簧挡盘(33)，该挡光器(3)置于所述的纵向导孔(12)中，在纵向圆孔(13)内和该弹簧挡盘(33)之间的圆柱体导向杆(32)外套有复位弹簧(4)，在所述的弹簧挡盘(33)之底的纵向圆孔(13)中设一高精密螺纹副(5)，该高精密螺纹副(5)之底是限位压板(6)，将高精密螺纹副(5)限制在所述的纵向圆孔(13)中，所述的高精密螺纹副(5)的螺杆(51)的底面显露有一供旋调的沟槽。

2、根据权利要求1所述的机械挡光式可变光衰减器，其特征在于所述的准直器对光管(2)是在导管(21)内的两端分别相对地固定第一单光纤准直器(22)和第二单光纤准直器(23)构成的，所述的第一单光纤准直器(22)和第二单光纤准直器(23)之间构成耦合光路。

3、根据权利要求1所述的机械挡光式可变光衰减器，其特征在于所述的准直器对光管(2)是在导管(21)内的两端分别固定一双光纤准直器(24)和一贴有反光片(25)的圆棒(26)构成的，该反光片(25)与双光纤准直器(24)之间为耦合光路。

4、根据权利要求1所述的机械挡光式可变光衰减器，其特征在于所述的偏心量为Δs≈d/2，d为单模光纤准直器的输出光斑直经，d的取值范围可以从0.2mm到2.0mm。

5、根据权利要求1所述的机械挡光式可变光衰减器，其特征在于所述的高精密螺纹副(5)是由螺距≤0.5mm的螺杆(51)和螺纹套(52)组成的。

6、根据权利要求5所述的机械挡光式可变光衰减器，其特征在于所述的螺纹套(52)固定在连接主体(1)的纵向圆孔(13)内，或直接由纵向圆孔(13)内壁的内螺纹构成。

7、根据权利要求1所述的机械挡光式可变光衰减器，其特征在于所述的弹簧挡盘(33)与高精密螺纹副(5)的螺杆(51)通过一突起(34)相接触。

8、根据权利要求1所述的机械挡光式可变光衰减器，其特征在于所述的圆锥体(31)的锥角β的取值范围是45°≥β≥15°。

9、根据权利要求1所述的机械挡光式可变光衰减器，其特征在于所述的圆柱体导向杆(32)与纵向导孔(12)之间为精密配合。

10、根据权利要求1至9任一项所述的机械挡光式可变光衰减器，其特征是在所述的螺杆(51)与纵向圆孔(13)之间设置有密封圈(7)。

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