CN103645543A - 一种大动态反射式可调光衰减器 - Google Patents

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徐玉华
张鹏
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Abstract

本发明提供一种大动态反射式可调光衰减器，主要由尾纤、准直器、滤波片、直角反射镜、垫片、步进电机、步进电机螺杆、控制器和机箱壳组成，所述滤波片位于准直器和直角反射镜之间，并且固定设置在垫片上，步进电机与控制器连接，控制滤波片的运动，实现光能量线性衰减，所述直角反射镜固定在机箱壳底面。采用上述方案，通过固定直角反射镜，驱动滤波片来实现光信号的线性衰减，结构稳定，易于调试，在不改变滤波片数量和长度的情况下，可使光衰减器的衰减范围提高一倍，实现大动态范围衰减。

Description

一种大动态反射式可调光衰减器
技术领域
本发明属于光衰减器技术领域，尤其涉及的是一种大动态反射式可调光衰减器。
背景技术
可调光衰减器（Variable Optical Attenuator,VOA）是光纤通信中最基本的光无源器件，可实现对光功率进行一定量的衰减。随着波分复用（Wavelength Division Multiplexing,WDM）光纤传输系统和掺铒光纤放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier,EDFA）等在光通信中的广泛应用，需要在光信号传输通道上对光信号功率进行增益均衡，以消除信号自激和提高信噪比，使VOA成为不可或缺的仪器。
论文“可编程光衰减器工作原理及自动校准”（合肥工业大学学报，第35卷第10期，第1363～1366页，2012年10月）和论文“光衰减器校准技术研究”（科技信息，第485页，2011年第11期）公开了实际应用中常见的光衰减器，为了实现0dB～60dB连续可调的光衰减量，需要两个步进电机分别对固定滤波片和可变滤波片的衰减量进行调节；为了提高仪器的回波损耗，固定滤波片和可变滤波片稍倾斜于光轴安装。基于这种技术方案的光衰减器设计增加了结构设计的难度，不利于光路系统的调试和紧凑型、小型化设计，光衰减动态范围较窄；虽然滤波片表面加镀增透膜有助于降低插入损耗（Insertion Loss,IL），扩大仪器的低端可调衰减范围，但是依旧存在插入损耗的现象，因此也具有波长相关损耗（WavelengthDependent Loss,WDL）。另外，作为本领域技术人员的公知常识，通过增加固定滤波片的光衰减动态范围，可以扩大光衰减器的光衰减范围（例如通过设计把固定滤波片的衰减范围扩大为0dB～90dB，以10dB步距变化，则光衰减器的衰减范围可扩大为0dB～100dB），但是这种改变是以增加固定滤波片的尺寸为代价的，不利于小型化设计。
实用新型专利“可调光衰减器”（专利号：ZL200820151398.9）、发明专利“可变光衰减器”（申请号：03815947.3）公开了通过移动直角反射镜面，使入射到输出光纤准直器的反射光的光轴相对于输出光纤准直器的轴心位移，减少进入输出光纤准直器的光能量，进而实现光衰减的技术方案。实用新型专利“可调式光衰减器”（专利号：ZL200420079456.3）、发明专利“通过调整光波导位置来补偿WDL的可调式光衰减器”（申请号：200910089513.3）等专利的发明构思也是通过使入射到输出光纤准直器的反射光的光轴相对于输出光纤准直器的轴心位移，减少进入输出光纤准直器的光能量，实现光衰减的目的。在基于这种原理实现光衰减的光衰减器中，反射光与输出光纤准直器存在插入损耗，由于不同波长组分的模场直径存在着差异，使得不同波长反射光入射到输出光纤准直器的插入损耗也存在着差异，因此具有波长相关损耗，影响光衰减的精度。波长相关损耗是现有技术需要解决的一个难题，特别是在光衰减较大时，波长相关损耗现象尤其突出。另外，在实用新型专利“可调式光衰减器”和发明专利“通过调整光波导位置来补偿WDL的可调式光衰减器”中，必须严格控制反射镜的倾斜度，难以高精度的控制光衰减量，结构不稳定，易受振动影响。
综上所述，现有技术的光衰减范围较窄，存在插入损耗和波长相关损耗，影响光衰减精度，结构不稳定，调试繁琐。即现有技术存在缺陷，需要改进。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的问题是提供一种大动态反射式可调光衰减器。
本发明的技术方案如下：
一种大动态反射式可调光衰减器，包括尾纤、准直器、直角反射镜、垫片、步进电机、步进电机螺杆、控制器和机箱壳;所述尾纤包括输入尾纤和输出尾纤，所述准直器包括输入准直器和输出准直器;所述输入准直器和输出准直器方向一致并且平行设置在所述机箱壳侧面;所述输入准直器的一端连接有输入尾纤，所述输出准直器的一端连接有输出尾纤;所述控制器控制步进电机的工作状态;所述步进电机通过步进电机螺杆控制垫片的运动，其中，还包括滤波片，所述滤波片位于准直器和直角反射镜之间，并且固定设置在垫片上，与垫片共同运动;所述直角反射镜固定设置在机箱壳底面。
所述的可调光衰减器，其中，所述输入准直器在所述输出准直器的上方或下方。
所述的可调光衰减器，其中，所述直角反射镜设置两个反射面和一个中心轴。
所述的可调光衰减器，其中，所述直角反射镜的两个反射面设置相对于中心轴对称。
所述的可调光衰减器，其中，所述直角反射镜的两个反射面为镜面涂层面、金属镜面或折射率不同的透明介质的边界面。
所述的可调光衰减器，其中，所述滤波片设置与准直器端面平行。
所述的可调光衰减器，其中，所述滤波片是以楔形的玻璃基片为载体，对光的衰减量沿长度方向呈线性变化。
所述的可调光衰减器，其中，所述直角反射镜使反射光的光轴与输出准直器的轴心完全重合，实现不同波长组分的反射光沿同一光路传输，并且全部耦合进入输出准直器。
采用上述方案，通过固定直角反射镜，驱动滤波片来实现光信号的线性衰减，结构稳定，易于调试，在不改变滤波片数量和长度的情况下，可使光衰减器的衰减范围提高一倍，实现大动态范围衰减，并且不存在插入损耗和波长相关损耗，提高了衰减精度。
附图说明
图1为本发明光衰减器结构示意图。
图2为本发明光衰减器侧视图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明提出一种大动态反射式可调光衰减器，主要由尾纤1、准直器2、滤波片3、直角反射镜4、垫片5、步进电机6、步进电机螺杆7、控制器8和机箱壳9组成，尾纤1包括输入尾纤11和输出尾纤12，准直器2包括输入准直器21和输出准直器22。光信号通过输入尾纤11进入输入准直器21，经输入准直器21准直后入射到滤波片3，对光信号进行第一次衰减，衰减之后的光信号通过直角反射镜4反射后又入射到滤波片3，对光信号进行第二次衰减，衰减之后的光信号入射到输出准直器22，进行准直，然后通过输出尾纤12输出信号。
如图2所示，输入准直器21和输出准直器22方向一致并且平行放置，输入准直器21在输出准直器22下面或上面均可，输入准直器21的一端连接有输入尾纤11，输出准直器22的一端连接有输出尾纤12；在输入准直器21和输出准直器22的另一端有滤波片3，滤波片3固定在垫片5上，滤波片3中正对准直器2的一侧与准直器2端面平行，使输入准直器21出射的光垂直入射滤波片3；在滤波片3另一侧有直角反射镜4，直角反射镜4固定设置在机箱壳9底面，直角反射镜4有两个相互垂直的反射面，两个反射面关于直角反射镜4的中心轴对称，使入射到输出准直器22的反射光与输入准直器21输出的光平行，实现不同波长组分的光沿同一光路传输，其反射光的光轴与输出准直器22轴心完全重合，反射光能够全部耦合进入输出准直器22和输出尾纤12，不存在插入损耗和波长相关损耗现象，提高了光衰减的精度；步进电机螺杆7与垫片5相连，控制器8与步进电机6相连，控制步进电机6通过步进电机螺杆7与垫片5驱动滤波片3往返运动。
滤波片3是以楔形的玻璃（如K9玻璃）基片为载体，在其长度方向镀有不同厚度的若干金属氧化物（如Ni和Cr合金），当光垂直通过该滤波片时，光的能量部分被金属氧化物反射和吸收，从而使透过光的强度减弱了。通过控制其镀膜材料及其厚度，可使滤波片3对光的衰减量沿长度方向呈线性变化。通过步进电机6控制滤波片3的位置，即可实现光信号的连续可调衰减。
直角反射镜4的反射面只要可以反射光即可，如镜面涂层面、金属镜面、折射率不同的透明介质的边界面等。
本发明中直角反射镜4固定在机箱壳9底面上，两个反射面关于直角反射镜4的中心轴对称，通过驱动滤波片3实现光信号的连续可调衰减。
本发明通过固定直角反射镜，驱动滤波片来实现光信号的线性衰减，结构稳定，易于调试，在不改变滤波片数量和长度的情况下，可使光衰减器的衰减范围提高一倍，实现大动态范围衰减。例如，若滤波片的衰减范围是0dB～50dB，则本发明可实现0dB～100dB的连续可调衰减。本发明有利于紧凑型、小型化光衰减器设计。另外，本发明没有插入损耗，也不存在波长相关损耗，可提高光衰减精度。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种大动态反射式可调光衰减器，包括尾纤、准直器、直角反射镜、垫片、步进电机、步进电机螺杆、控制器和机箱壳;所述尾纤包括输入尾纤和输出尾纤，所述准直器包括输入准直器和输出准直器;所述输入准直器和输出准直器方向一致并且平行设置在所述机箱壳侧面;所述输入准直器的一端连接有输入尾纤，所述输出准直器的一端连接有输出尾纤;所述控制器控制步进电机的工作状态;所述步进电机通过步进电机螺杆控制垫片的运动，其特征在于，还包括滤波片，所述滤波片位于准直器和直角反射镜之间，并且固定设置在垫片上，与垫片共同运动;所述直角反射镜固定设置在机箱壳底面。
2.如权利要求1所述的可调光衰减器，其特征在于，所述输入准直器在所述输出准直器的上方或下方。
3.如权利要求1所述的可调光衰减器，其特征在于，所述直角反射镜设有两个反射面和一个中心轴。
4.如权利要求3所述的可调光衰减器，其特征在于，所述直角反射镜的两个反射面设置相对于中心轴对称。
5.如权利要求3或4所述的可调光衰减器，其特征在于，所述直角反射镜的两个反射面为镜面涂层面、金属镜面或折射率不同的透明介质的边界面。
6.如权利要求1所述的可调光衰减器，其特征在于，所述滤波片设置与准直器端面平行。
7.如权利要求6所述的可调光衰减器，其特征在于，所述滤波片是以楔形的玻璃基片为载体，对光的衰减量沿长度方向呈线性变化。
8.如权利要求1所述的可调光衰减器，其特征在于，所述直角反射镜使反射光的光轴与输出准直器的轴心完全重合，实现不同波长组分的反射光沿同一光路传输，并且全部耦合进入输出准直器。
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