CN102162914B - 一种压控可变光衰减器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压控可变光衰减器，包括输入光纤、输出光纤、带有通孔的主体套管、第一匹配液储液容器及第二匹配液储液容器和内端分别设置在通孔中的第一连接器管脚及带外螺纹的第二连接器管脚，还包括第一套筒和带有内螺纹的第二套筒，第一套筒和第二套筒的内端面上分别固定有第一透明膜和第二透明膜，第一透明膜与第一连接器管脚之间以及第二透明膜与第二连接器管脚之间分别形成第一匹配室和第二匹配室；输入光纤和输出光纤分别贯穿第一连接器管脚和第二连接器管脚与第二匹配室和第二匹配室相连接。本发明结构简单、容易制作、成本低廉和维护简单；且本发明实现了光衰减器的可控调谐，使本发明在光通信领域和光信息处理领域中得到广泛的应用。

Description

一种压控可变光衰减器

技术领域

本发明涉及一种衰减器，具体涉及的是一种压控可变光衰减器，属于光通信、光电传感和光信息处理器件技术领域。

背景技术

可变光衰减器是光通信系统中的重要无源器件之一，它广泛应用于密集波分复用(DWDM)各信道的光功率均衡和调整经光纤放大器放大后的光信号等，也可用于模拟光纤长距离传输、传输系统的动态检测等。近年来利用微机械技术制造的微光机电系统可变光衰减器具有体积小、重量轻、能耗小等优点，开辟了光衰减器设计及生产的新方法。一般的可变光衰减器不能实现衰减量精确调节并锁定在特定值，而且通常为衰减片与步进电机联合型，通过微型步进电机控制连续渐变衰减片旋转或平移来达到数字化可变光衰减量。但该类设计受限于步进电机成本高，体积较大，难以集成于日益缩小的光通讯模块中；而且其核心部件之一的连续渐变衰减片，镀膜工艺要求高，目前国内尚不能生产。

变焦液体透镜可以改变光学系统的光通量和视场性能，具有良好的操控性和适应性，作为取代传统透镜可应用于光学开关和光互连、静态数码相机等系统。实现液体可变焦透镜通常有3种方法，包括基于介质上电润湿流体接触角变化的可变焦透镜、基于液体折射率变化的可变焦透镜和基于填充液体表面曲率变化的可变焦透镜。基于液体折射率变化的可变焦透镜，主要是通过改变液体的折射率，通过使其产生梯度变化来实现连续变焦。例如液晶微变焦透镜，通过改变施加的电压调节液晶折射率，从而实现对透镜焦距的控制。这种微型透镜易于实现阵列化，但焦距可调范围较小，并且由于液晶在电场中的非均匀性会造成较大的光学失真。基于介质上电润湿流体接触角变化的可变焦透镜，比较典型的如荷兰Philips公司发布的FluidFocus和法国Varioptic公司发布的小型液体变焦透镜，这些透镜的变焦是利用电润湿效应通过改变液体的界面曲率进而调节焦距。这种技术采用了流动的液体作为变焦的透镜组件，相对目前的机械变焦方式将有很多的优势之处。但该技术需要较高的电压控制，而且电润湿效应装置需要复杂的镀膜工艺，国内很难加工成功。基于填充液体表面曲率变化的可变焦透镜采用机械方式对腔体内液体加压，通过液体在腔体内的重新分布，改变腔体表面透明可变形薄膜的曲率半径，从而改变透镜焦距。该种方法具有驱动功耗小、易于制造、易于维护、透镜口径大小灵活等优点。但现有的研究和应用集中于透镜变焦成像技术，对于应用于光通信领域的连接器件涉及很少。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种未使用电机等复杂器件、不需要复杂的镀膜技术的压控可变光衰减器，从而大大降低了制作成本和生产工艺。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明包括输入光纤、输出光纤、带有通孔的主体套管、安装在主体套管上压力可调的第一匹配液储液容器及压力可调的第二匹配液储液容器和内端分别设置在通孔中的第一连接器管脚及带外螺纹的第二连接器管脚，第一连接器管脚的内端连接有第一套筒，第二连接器管脚与主体套管之间安装有带内螺纹的第二套筒，第一套筒和第二套筒的内端面上分别固定有第一透明膜和第二透明膜；第一透明膜和第二透明膜之间的间隙构成用于存储液体透镜材料的液体透镜腔，第一透明膜与第一连接器管脚之间的间隙构成第一匹配室，第二透明膜与第二连接器管脚之间的间隙构成第二匹配室，第一匹配室和第二匹配室分别与第一匹配液储液容器和第二匹配液储液容器相通；输入光纤贯穿第一连接器管脚与第一匹配室相连接，输出光纤贯穿第二连接器管脚与第二匹配室相连接。

上述液体透镜腔上设有可与外界相通的注入孔和排出孔。与外界相通以利于组装和维护时，透镜液体介质的注入与排出。

上述第二连接器管脚的外表面上设有光衰减读数刻度。可以直接显示光功率的衰减比值。

上述第二连接器管脚的内端面设有吸收层。吸收层以吸收杂散光及其它未被耦合入输出光纤的光。

上述第一匹配室和第二匹配室内填充有折射率匹配液或密度匹配液。当第一匹配室和第二匹配室内填充折射率匹配液时，可以减少光能的其他反射损耗；当第一匹配室和第二匹配室内填充密度匹配液时，可以抵消重力影响。

上述第一透明膜和第二透明膜均通过紧固环压紧固定。

上述第一透明膜和第二透明膜为透明弹性膜或透明非弹性膜。透明弹性膜设有增透膜以减少光强的其他损失。

本发明将液体变焦透镜技术与现代光通信技术相结合，具有结构简单、容易制作、成本低廉和维护简单等优点；将液体变焦透镜应用于光连接器件之中，实现了光衰减器的可控调谐，使本发明在光通信领域和光信息处理领域中得到广泛的应用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明的结构示意图。

图中标号：主体套管1、第一连接器管脚2、第二连接器管脚3、液体透镜腔4、第一透明膜5a、第二透明膜5b、光衰减读数刻度6、紧固环7、吸收层8、第二套筒9、第一套筒10、注入孔11、排出孔12、输入光纤13、输出光纤14、粘胶15、第一匹配室16a、第二匹配室16b、第一匹配室开孔17a、第二匹配室开孔17b、第一匹配液储液容器18a、第二匹配液储液容器18b、压力调节旋钮19。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

具体实施例1：

本发明包括输入光纤13、输出光纤14、带有通孔的主体套管1、安装在主体套管1上的压力可调的第一匹配液储液容器18a及压力可调的第二匹配液储液容器18b和第一连接器管脚2及带外螺纹的第二连接器管脚3。第一连接器管脚2的右端和第二连接器管脚3的左端分别安装在通孔中。在第一匹配液储液容器18a及第二匹配液储液容器18b上分别设有压力调节旋钮19。通孔的形状为圆柱状或其他形状。

在第一连接器管脚2的右端连接有第一套筒10，在第一套筒10的右端面上安装有第一透明膜5a；在第二连接器管脚3与主体套管1之间安装有带内螺纹的第二套筒9，在第二套筒9的左端面上安装有第二透明膜5b；第一透明膜5a和第二透明膜5b均以紧固环7压紧固定，第一透明膜5a和第二透明膜5b为透明弹性膜或透明非弹性膜，透明弹性膜设有增透膜以减少光强的其他损失；第二连接器管脚3右端外表面上设有光衰减读数刻度6，可以直接显示光功率的衰减比值；第二连接器管脚3左端面设有吸收层8，吸收层8以吸收杂散光及其它未被耦合入输出光纤14的光。

第一透明膜5a和第二透明膜5b之间的间隙构成用于存储液体透镜材料的液体透镜腔4，第一透明膜5a与第一连接器管脚2之间的间隙构成第一匹配室16a，第二透明膜5b与第二连接器管脚3之间的间隙构成第二匹配室16b。

第一匹配室16a和第二匹配室16b上分别设有与第一匹配液储液容器18a和第二匹配液储液容器18b相通的第一匹配室开孔17a和第二匹配室开孔17b，通过调节匹配液储液容器上的压力调节旋钮19可以辅助控制及调节液体透镜形状，形成具有“第一匹配室16a+液体透镜+第二匹配室16b”的结构。

输入光纤13从外部贯穿第一连接器管脚2与第一匹配室16a相连接，输出光纤14从外部贯穿第二连接器管脚3与第二匹配室16b相连接。当第一匹配室16a和第二匹配室16b内填充折射率匹配液时，可以减少光能的其他反射损耗；当第一匹配室16a和第二匹配室16b内填充密度匹配液时，可以抵消重力影响。其中，输入光纤13和输出光纤14分别通过粘胶15与第一连接器管脚2和第二连接器管脚3相固定。

液体透镜腔4壁上设有注入孔11和排出孔12，与外界相通以利于组装和维护时，透镜液体介质的注入与排出，组装完毕此两孔均封闭。

本发明的工作原理如下：

本发明通过第二套筒9的螺旋进动使液体透镜发生挤压形变以实现透镜焦距的调节，从而控制从输入光纤13耦合到输出光纤14的光强耦合效率以实现光的衰减可控调节。

第一匹配液储液容器18a和第二匹配液储液容器18b的压力可调，由此影响液体透镜左右曲面的曲率半径，可用来耦合不同的光纤类型或其他用途。

当第二套筒9螺旋进动往液体透镜腔4内挤压液体时，液体透镜形成凸透镜形状以保证输入输出光强的良好耦合。通过螺旋退动动作同时借助弹性膜弹力使该凸透镜形状变扁，焦距增大直至无穷，继续螺旋退动可使透镜形状变为凹透镜，焦距变为负值，实现透镜焦距的调节，进而实现光纤耦合光强的调控，达到光的衰减控制目的。

本发明的组装及工作过程如下：

将第一连接器管脚2、第一套筒10和第二套筒9依次放入主体套管1内，其中第一套筒10固定，第二套筒9外侧涂覆适量润滑油以保证能在主体套管1内滑动。带外螺纹的第二连接器管脚3旋入第二套筒9内，根据不同的需要，可以将第二连接器管脚3和主体套管1固定在一起，也可以在液体透镜呈合适的凸透镜状态时，固定第二套筒9而使第二连接器管脚3连同尾纤一起进动。将液体透镜腔4内灌注满液体，组装完毕此注入孔11、排出孔12均封闭。将匹配液分别通过第一匹配室开孔17a和第二匹配室开孔17b注入第一匹配室16a和第二匹配室16b，匹配液的选取可以根据不同的需要选取，例如为消除重力影响选取密度和透镜介质相近而折射率不同的液体。通过第二套筒9的螺旋进动使液体透镜发生挤压形变实现透镜焦距的控制，通过外置的匹配液储液容器上的压力调节旋钮19可以辅助控制液体透镜的形状和焦距。通过透镜的焦点在光纤端面前后移动来调节光纤的耦合光强从而实现光的衰减的控制。其控制液体体积与输出光强的关系由设计方案计算求得或通过实验测得，而后在第二连接器管脚3外表面设有的光衰减读数刻度6上直接显示光功率的衰减比值。

主体套管1制备采用硅橡胶，这是由于硅橡胶易于挤压成型，能通过模具注塑加工方法实现大规模生产，其硬度易于控制。第一连接器管脚2采用塑料或橡胶精密铸造而成，第二连接器管脚3采用金属铸造或车工。液体透镜腔4的形成：先用金属或其他硬质材料按液体透镜要求制作第一套筒10和第二套筒9，使用紧固环7在第一套筒10和第二套筒9的端面蒙上用PDMS材料制作的透明膜。为了消除重力影响，膜的厚度和硬度可恰当选择厚一些和硬一些，也可选择匹配液为密度与透镜介质一致的透明介质。液体透镜材料在低温使用时可能会有冰冻问题。可以用高浓度的盐溶液来降低冰点。为了保持盐水的低密度和折射率，采用低原子量的盐氯化锂，20％浓度的氯化锂导致冰点低于-40℃。也可使用透明油来充当液体透镜材料，因为油的折射率一般较高，例如苯基甲基硅氧烷，它具有高折射率和良好的透光率。为了减少不必要的光强损失，透镜液体介质也可材料折射率匹配液体使其折射率与透光膜尽可能接近。

具体实施例2：

实施例1中，主体套管1制备采用金属铜铜柱精密机械加工成管套并抛光而成。连接器管脚采用硅橡胶铸模而成，中空为光纤预留位置，由于硅橡胶的柔韧性使得光纤的插入与拔出更方便。透镜液体材料可以采用室温离子液体，因为室温离子液体是一种重要的绿色新型“软”材料，具有许多优点，如非挥发性，高热稳定性，低熔点，良好的导电与导热性，良好的透光性与折射率等，而且品种非常多，可供选择的余地很大。当输入光纤13和输出光纤14为不同类型和材料时，匹配液选择为各自光纤折射率匹配，可实现不同种类的光纤之间耦合及可调衰减，当然也可通过调整匹配液压力来改变液体透镜左右曲面曲率半径来实现上述目标。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种压控可变光衰减器，其特征在于，包括输入光纤(13)、输出光纤(14)、带有通孔的主体套管(1)、安装在主体套管(1)上压力可调的第一匹配液储液容器(18a)及压力可调的第二匹配液储液容器(18b)和内端分别设置在通孔中的第一连接器管脚(2)及带外螺纹的第二连接器管脚(3)，所述第一连接器管脚(2)的内端连接有第一套筒(10)，所述第二连接器管脚(3)与主体套管(1)之间安装有带内螺纹的第二套筒(9)，所述第一套筒(10)和第二套筒(9)的内端面上分别固定有第一透明膜(5a)和第二透明膜(5b)；

所述第一透明膜(5a)和第二透明膜(5b)之间的间隙构成用于存储液体透镜材料的液体透镜腔(4)，所述第一透明膜(5a)与第一连接器管脚(2)之间的间隙构成第一匹配室(16a)，所述第二透明膜(5b)与第二连接器管脚(3)之间的间隙构成第二匹配室(16b)，所述第一匹配室(16a)和第二匹配室(16b)分别与第一匹配液储液容器(18a)和第二匹配液储液容器(18b)相通；

所述输入光纤(13)贯穿第一连接器管脚(2)与第一匹配室(16a)相连接，所述输出光纤(14)贯穿第二连接器管脚(3)与第二匹配室(16b)相连接。

2.根据权利要求1所述的压控可变光衰减器，其特征在于，所述液体透镜腔(4)上设有可与外界相通的注入孔(11)和排出孔(12)。

3.根据权利要求1所述的压控可变光衰减器，其特征在于，所述第二连接器管脚(3)的外表面上设有光衰减读数刻度(6)。

4.根据权利要求1所述的压控可变光衰减器，其特征在于，所述第二连接器管脚(3)的内端面设有吸收层(8)。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的压控可变光衰减器，其特征在于，所述第一匹配室(16a)和第二匹配室(16b)内填充有折射率匹配液或密度匹配液。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的压控可变光衰减器，其特征在于，所述第一透明膜(5a)和第二透明膜(5b)均通过紧固环(7)压紧固定。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的压控可变光衰减器，其特征在于，所述第一透明膜(5a)和第二透明膜(5b)为透明弹性膜或透明非弹性膜。

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