CN105278060A - 一种挡光式mems voa - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种挡光式MEMS？VOA，包括输入光纤(1)、输出光纤(2)、MEMS芯片(4)、反射装置，所述反射装置将输入光纤的输入光反射至输出光纤端，所述MEMS芯片(4)设置有挡光装置(4-1)，挡光装置由挡光板(4-1-1)、连接杆(4-1-2)、散热杆(4-1-3)组成，挡光板(4-1-1)与连接杆(4-1-2)之间设有空腔区域；在掉电状态下调试输入光纤(1)使其与连接杆(4-1-2)对准，连接杆(4-1-2)遮挡由输入光纤(1)进入的输入光产生与其对应的初始衰减值，输出光纤(2)位于空腔区域内不受遮挡有效通光孔径。本发明装置可以实现掉电衰减保持为特定值5～15dB，掉电后MEMS？VOA产品仍能保持在特定工作状态，且满足最小衰减小于0.8dB、最大可调衰减达到40dB以上的要求。

Description

一种挡光式MEMS VOA
技术领域
本发明涉及一种挡光式MEMSVOA，本发明属于通信领域。
背景技术
挡光式MEMSVOA是光通信系统中一种重要的光无源器件，具有体积小、插损小、动态衰减范围大、波长相关损耗小、偏振相关损耗小、工作电压低、精度高等优点，能很好地适应光通信系统小型化与集成化的发展趋势。
如图1，挡光式MEMSVOA的结构主要由双芯插针(包括输入光纤1、输出光纤2和双芯毛细管3)、MEMS芯片4和G透镜5构成。其中，G透镜5靠近MEMS芯片4的端面镀增透膜，远离MEMS芯片4的端面镀高反射膜。MEMS芯片4如图2所示，包含有挡光装置4-1、加热杆4-2、电极4-3，加热杆4-2下端连接挡光装置4-1，对电极4-3施加电压后，加热杆4-2拉动挡光装置4-1朝上移动。其中，挡光装置由挡光板4-1-1、连接杆4-1-2、散热杆4-1-3组成。
光经由输入光纤1输入，经过MEMS芯片4的非挡光结构部位，全部入射到G透镜5上，通过G透镜5的反射面进行反射，反射光线再经过MEMS芯片4中挡光装置4-1(如图2)上的挡光板4-1-1(如图3)，光由于受到遮挡而产生衰减，具体衰减值与遮挡的尺寸有关系，衰减后的光耦合进入输出光纤2后，继续进行传输。
在掉电状态下，未施加电压时，MEMS芯片4内的微结构都保持初始状态不发生位移。如图3，光经由输入光纤1输入，经过MEMS芯片4上的非挡光结构部位，全部入射到G透镜5上，经过G透镜5反射后，反射光再经过MEMS芯片4的挡光板4-1-1，通过调整挡光板4-1-1挡住输出光纤2的面积大小，可控制进入到输出光纤2中的光衰减值。
通过外部电路对MEMS芯片4施加电压，如图4，挡光板4-1-1会向上移动，遮挡住输出光纤2的面积也越来越小。当施加足够大的电压，挡光板会向上移动到不再遮挡输出光纤2的有效通光孔径此时的耦合损耗最小，带来的光衰减值也最小，一般可控制到小于0.8dB。
典型的“衰减-电压”曲线参见图5。在掉电状态下(0V)，MEMSVOA有一个衰减值，此衰减值可根据需要进行控制，实际应用中，此衰减值一般大于40dB，使得掉电后光路处于断开保护状态。然后，随着驱动电压的增加，衰减值逐渐变小，直到稳定到一个较小值，一般小于0.8dB。上面所述的技术方案的缺点有：掉电状态下，MEMSVOA有一个初始的衰减值，在施加电压后，衰减只能慢慢变小，且最终达到稳定的衰减值很小，不能再通过增加电压值来调节衰减了。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种掉电衰减保持特定值的挡光式MEMSVOA。
本发明所采用的技术方案是：
一种挡光式MEMSVOA，包括输入光纤、输出光纤、MEMS芯片、反射装置，所述反射装置将输入光纤的输入光反射至输出光纤端，所述MEMS芯片设置有挡光装置，挡光装置由挡光板、连接杆、散热杆组成，挡光板与连接杆之间设有空腔区域；在掉电状态下调试输入光纤使其与连接杆对准，连接杆遮挡由输入光纤进入的输入光产生与其对应的初始衰减值，输出光纤位于空腔区域内不受遮挡有效通光孔径。
所述连接杆遮挡输入光纤的不同位置，可控制其对应的衰减初始衰减值范围为5～15dB。
所述输入光纤和输出光纤是经扩束处理的光纤。
所述输入光纤和输出光纤采用双芯毛细管封装。
所述反射装置是G透镜，靠近MEMS芯片的一端镀增透膜，远离MEMS芯片的一端镀高反膜。
所述挡光式MEMSVOA在掉电状态下对应的初始衰减值为5～15dB，并且所述挡光式MEMSVOA在被施加电压后，其对应的衰减值在0.8-40dB范围内变化。
所述挡光式MEMSVOA在掉电状态下对应的初始衰减值为5～15dB，并且所述挡光式MEMSVOA在被施加电压后，随着电压的逐步增加，其对应的衰减值先逐渐降低到0.8dB附近，再逐渐升高到40dB附近。
一种挡光式MEMSVOA，包括输入光纤、输出光纤、MEMS芯片、反射装置，所述MEMS芯片设置有加热杆、电极、可移动的挡光装置，挡光装置包括挡光板、连接杆、散热杆，挡光板与连接杆之间设有空腔区域；所述空腔区域的宽度大于等于所述输入光纤和输出光纤的直径，高度等于0.75倍-0.8倍的所述输入光纤和输出光纤的直径之和，通过施加电压来调整所述输入光纤和输出光纤处于所述空腔区域的位置范围来调整所述挡光式MEMSVOA的衰减值。
所述挡光式MEMSVOA在掉电状态下，所述输入光纤的有效通光孔径区域被所述挡光装置的连接杆所遮挡，而输出光纤整体位于空腔区域内，不被遮挡；并且随着施加在所述挡光式MEMSVOA上的电压逐步增加，所述挡光装置的连接杆逐渐远离输入光纤的有效通光孔径区域，从遮挡状态向非遮挡状态逐渐变化，同时，所述挡光装置的挡光板逐渐靠近输入光纤的有效通光孔径区域，从非遮挡状态向遮挡状态逐渐变化。
所述挡光式MEMSVOA在掉电状态下对应的初始衰减值为5～15dB，并且所述挡光式MEMSVOA在被施加电压后，其对应的衰减值在0.8-40dB范围内变化。
本发明的优点在于：
本发明装置能满足新需求下的应用，可以实现掉电衰减保持为特定值5～15dB，掉电后MEMSVOA产品仍能保持在特定工作状态，且满足最小衰减小于0.8dB、最大可调衰减达到40dB以上的要求。
附图说明
图1是原有技术方案结构图；
图2是MEMS芯片4结构示意图；
图3是原有技术方案光路示意图—掉电状态；
图4是原有技术方案光路示意图—加电至最小衰减状态；
图5是原有技术方案典型的“衰减-电压”曲线；
图6是本发明技术方案结构图；
图7是本发明技术方案光路示意图—掉电状态；
图8是本发明技术方案光路示意图—加电至最小衰减状态；
图9是本发明技术方案光路示意图—继续加电至较大衰减状态；
图10是本发明技术方案典型的“衰减-电压”曲线；
其中：
1：输入光纤；2：输出光纤；
3：双芯毛细管；4：MEMS芯片；
5：G透镜；4-1：挡光装置；
4-2：加热杆；4-3：电极；
4-1-1：挡光板；4-1-2：连接杆；
4-1-3：散热杆；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做出详细说明。
本发明装置如图6，包括输入光纤1、输出光纤2、双芯毛细管3、MEMS芯片4、G透镜5。所述输入光纤1在上，输出光纤2在下。所述输入光纤1和输出光纤2可以作扩束处理，也可以不作扩束处理。所述G透镜5与MEMS芯片4粘接的端面镀增透膜，远离MEMS芯片4的端面镀高反射膜。所述MEMS芯片4如图2所示，包含有挡光装置4-1、加热杆4-2、电极4-3，加热杆4-2下端连接挡光装置，电极加热后，加热杆4-2拉动挡光装置4-1朝上移动。挡光装置由挡光板4-1-1、连接杆4-1-2、散热杆4-1-3组成，挡光板与连接杆之间设置有空腔区域，所述空腔区域的宽度大于等于所述输入光纤1和输出光纤2的直径，高度等于0.75倍-0.8倍的所述输入光纤1和输出光纤2的直径之和。所述MEMS芯片4上的挡光板4-1-1结构用来遮挡光，连接杆4-1-2结构也用来遮挡光。
在掉电状态下，将双芯插针与MEMS芯片4进行耦合，此时双芯插针的输入光纤1和输出光纤2与MEMS芯片4上的挡光装置4-1进行对准调试，将输入光纤1移动至连接杆4-2区域，使连接杆遮挡由输入光纤1进入的输入光，此时输出光纤2正好位于空腔区域内不受遮挡。输入光纤1同连接杆4-2耦合对准时，可以使MEMSVOA在掉电情况下具有初始衰减值，初始衰减值范围为5～15dB，掉电后MEMSVOA产品仍能保持在特定工作状态，此时，光功率既不是非常强，那样的话可能会对光路中的其它光电器件产生破坏作用，光功率也不是非常弱，那样的话光路可能会处于无光断开的非工作状态。
本发明装置实现功能的具体过程如下：在掉电状态下，用MEMS芯片4中的连接杆4-1-2去遮挡由输入光纤1进入的输入光，反射后进入到输出光纤2中的光不受遮挡，通过调整连接杆4-1-2遮挡输入光纤1的具体位置，可控制衰减值为5～15dB；对MEMS芯片4施加一定的电压，MEMS芯片4上的连接杆4-1-2和挡光板4-1-1结构分别未遮挡住输入光纤1和输出光纤2的有效通光孔径，此时的衰减值最小，一般小于0.8dB；继续对MEMS芯片4施加电压，MEMS芯片4上的挡光板4-1-1结构开始逐渐遮挡住输出光纤2的有效通光孔径，最大衰减值能达到40dB以上。
在掉电状态下，如图7，MEMS芯片4上的挡光板4-1-1和连接杆4-1-2都保持初始状态不发生位移。光经过输入光纤1输入，入射光被MEMS芯片4上的连接杆4-1-2遮挡后，通过调整连接杆4-1-2遮挡输入光纤1的不同位置，可按要求产生5～15dB的衰减(连接杆4-1-2遮挡输入光纤1的中心区域越多，则产生的衰减越大)。衰减后的光再经过G透镜反射后，反射光无遮挡地通过MEMS芯片的空腔部位，接近无损耗的耦合进输出光纤2中。
通过外部电路对MEMS芯片4施加电压，如图8，输入光纤1和输出光纤2会保持原有位置不动，而MEMS芯片4上的连接杆4-1-2和挡光板4-1-1结构会一起向上移动，其中，连接杆4-1-2渐渐地远离输入光纤1，最后不再遮挡输入光纤1的有效通光孔径，同时，挡光板4-1-1渐渐地靠近输出光纤2，会越来越接近要开始遮挡输出光纤2的有效通光孔径。本发明装置MEMS芯片上的空腔区域的宽度大于等于所述输入光纤1和输出光纤2的直径，高度大于等于0.75倍所述输入光纤1和输出光纤2的直径之和，当施加合适的电压，输入光纤1和输出光纤2上的有效通光孔径才能都位于空腔区域内，MEMS芯片4上的连接杆4-1-2和挡光板4-1-1恰好分别未遮挡住输入光纤1和输出光纤2的有效通光孔径，此时的衰减值最小，一般小于0.8dB。
继续通过外部电路对MEMS芯片4施加电压，如图9，MEMS芯片4上的连接杆4-1-2和挡光板4-1-1结构一起继续向上移动，其中，连接杆4-1-2更加远离输入光纤1，输入光纤1上的有效通光孔径位于空腔区域内，不会遮挡输入光纤1的有效通光孔径，同时，挡光板4-1-1变得更加贴近输出光纤2，渐渐开始遮挡输出光纤2的有效通光孔径。本发明装置MEMS芯片上的空腔区域的宽度大于等于所述输入光纤1和输出光纤2的直径，高度小于等于0.8倍所述输入光纤1和输出光纤2的直径之和，这样才能保证挡光板4-1-1在向上移动的量程内能遮挡住输出光纤2足够多的有效通光孔径。当施加的电压越来越高，挡光板4-1-1遮挡输出光纤2的有效通光孔径会越来越大，产生的衰减值也越来越大，在MEMS芯片4有效的工作电压范围内，最大衰减值能达到40dB以上。
综合上面所述挡光式MEMSVOA的两种工作状态，可知：MEMS芯片上的空腔区域的宽度大于等于所述输入光纤1和输出光纤2的直径，高度等于0.75倍-0.8倍所述输入光纤1和输出光纤2的直径之和。
典型的“衰减-电压”曲线参见图10。在掉电状态下，衰减保持为特定值5～15dB，掉电后MEMSVOA产品仍能保持在特定工作状态，此时，光功率既不是非常强，那样的话可能会对光路中的其它光电器件产生破坏作用，光功率也不是非常弱，那样的话光路可能会处于无光断开的非工作状态；随着工作电压的增加，衰减值先慢慢变小，在某个电压下，衰减能达到最小，并满足最小衰减值小于0.8dB的通用工作要求；继续增加工作电压，衰减值又开始慢慢变大，在5V的工作电压范围内，最大可调衰减达到40dB以上，能满足可调光衰减器件对可调衰减范围的要求。
虽然本发明已经详细示例并描述了相关的特定实施例做参考，但对本领域的技术人员来说，在阅读和理解了该说明书和附图后，在不背离本发明的思想和范围上，可以在耦合对准装置的结构和制作细节上作出各种改变。这些改变都将落入本发明的权利要求所要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种挡光式MEMSVOA，包括输入光纤(1)、输出光纤(2)、MEMS芯片(4)、反射装置，其特征在于：所述反射装置将输入光纤的输入光反射至输出光纤端，所述MEMS芯片(4)设置有挡光装置(4-1)，挡光装置由挡光板(4-1-1)、连接杆(4-1-2)、散热杆(4-1-3)组成，挡光板(4-1-1)与连接杆(4-1-2)之间设有空腔区域；在掉电状态下调试输入光纤(1)使其与连接杆(4-1-2)对准，连接杆(4-1-2)遮挡由输入光纤(1)进入的输入光产生与其对应的初始衰减值，输出光纤(2)位于空腔区域内不受遮挡有效通光孔径。
2.根据权利要求1所述的一种挡光式MEMSVOA，其特征在于：所述连接杆(4-1-2)遮挡输入光纤(1)的不同位置，可控制其对应的衰减初始衰减值范围为5～15dB。
3.根据权利要求1所述的一种挡光式MEMSVOA，其特征在于：所述输入光纤(1)和输出光纤(2)是经扩束处理的光纤。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种挡光式MEMSVOA，其特征在于：所述输入光纤(1)和输出光纤(2)采用双芯毛细管(3)封装。
5.根据权利要求1所述一种挡光式MEMSVOA，其特征在于：所述反射装置是G透镜，靠近MEMS芯片的一端镀增透膜，远离MEMS芯片的一端镀高反膜。
6.一种挡光式MEMSVOA，其特征在于：所述挡光式MEMSVOA在掉电状态下对应的初始衰减值为5～15dB，并且所述挡光式MEMSVOA在被施加电压后，其对应的衰减值在0.8-40dB范围内变化。
7.一种挡光式MEMSVOA，其特征在于：所述挡光式MEMSVOA在掉电状态下对应的初始衰减值为5～15dB，并且所述挡光式MEMSVOA在被施加电压后，随着电压的逐步增加，其对应的衰减值先逐渐降低到0.8dB附近，再逐渐升高到40dB附近。
8.一种挡光式MEMSVOA，包括输入光纤(1)、输出光纤(2)、MEMS芯片(4)、反射装置，其特征在于：所述MEMS芯片(4)设置有加热杆(4-2)、电极(4-3)、可移动的挡光装置(4-1)，挡光装置包括挡光板(4-1-1)、连接杆(4-1-2)、散热杆(4-1-3)，挡光板(4-1-1)与连接杆(4-1-2)之间设有空腔区域；所述空腔区域的宽度大于等于所述输入光纤(1)和输出光纤(2)的直径，高度等于0.75倍-0.8倍的所述输入光纤(1)和输出光纤(2)的直径之和，通过施加电压来调整所述输入光纤(1)和输出光纤(2)处于所述空腔区域的位置范围来调整所述挡光式MEMSVOA的衰减值。
9.根据权利要求8所述的一种挡光式MEMSVOA，其特征在于：所述挡光式MEMSVOA在掉电状态下，所述输入光纤(1)的有效通光孔径区域被所述挡光装置(4-1)的连接杆(4-1-2)所遮挡，而输出光纤(2)整体位于空腔区域内，不被遮挡；并且随着施加在所述挡光式MEMSVOA上的电压逐步增加，所述挡光装置(4-1)的连接杆(4-1-2)逐渐远离输入光纤(1)的有效通光孔径区域，从遮挡状态向非遮挡状态逐渐变化，同时，所述挡光装置(4-1)的挡光板(4-1-1)逐渐靠近输入光纤(2)的有效通光孔径区域，从非遮挡状态向遮挡状态逐渐变化。
10.根据权利要求9所述的一种挡光式MEMSVOA，其特征在于：所述挡光式MEMSVOA在掉电状态下对应的初始衰减值为5～15dB，并且所述挡光式MEMSVOA在被施加电压后，其对应的衰减值在0.8-40dB范围内变化。
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