CN105446048B - 可调光衰减器 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种可调光衰减器。该可调光衰减器包括：准直器、可变偏振光栅、反射镜和用于调节可变偏振光栅的液晶层两端电极电压的电压控制器，其中：准直器、可变偏振光栅和反射镜依次放置，准直器用于接收入射光，并将入射光输出至可变偏振光栅，可变偏振光栅用于将入射光进行一次衍射后射出到反射镜，可变偏振光栅还用于将反射镜反射回的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出，准直器还用于接收所述衍射光，并将所述衍射光输出。本发明实施例提供的可调光衰减器，具有很大的动态可调范围，具有可靠性好、体积小及成本低的特点。

Description

可调光衰减器
技术领域
本发明实施例涉及光学技术领域，尤其涉及一种可调光衰减器。
背景技术
可调光衰减器(Variable Optical Attenuator,VOA)在光通信中具有广泛的应用，其主要功能是用来动态控制光信号的衰减度，是光网络中不可或缺的关键器件。可调光衰减器一般要求衰减范围大、精度高、稳定性好、体积小，同时成本低廉。目前，在光通信系统中，实现高端可调光衰减器的技术主要有两种：微机电系统(Micro Electro Mechanicalsystems，简称：MEMS)技术和液晶(Liquid Crystal，简称：LC)+光楔技术。
基于MEMS技术的VOA是通过MEMS微反射镜的倾角来控制光的衰减幅度，其体积虽小，但是抗震性差。基于LC+光楔技术的VOA由于采用了双折射光楔，因此体积大、成本高，而且存在光路对准困难的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种可调光衰减器，用以解决现有的可调光衰减器存在抗震性差、体积大以及成本高的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种可调光衰减器，包括：
准直器、可变偏振光栅SPG、反射镜和用于调节所述SPG的液晶层两端电极的电压的电压控制器，其中：
所述准直器、SPG和反射镜依次放置；
所述准直器用于接收入射光，并将所述入射光输出至所述SPG；
所述SPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出到所述反射镜；
所述SPG还用于将所述反射镜反射回的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出；
所述准直器还用于接收所述衍射光，并将所述衍射光输出。
在第一方面的第一种可能的实施方式中，所述电压控制器调节所述SPG两端的电压为低电压或零电压时，所述SPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出到所述反射镜，包括：
所述SPG将所述入射光中的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态后射出到所述反射镜；和，
所述SPG将所述入射光中的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态后射出到所述反射镜；
所述反射镜用于将接收到的所述入射光中的右旋圆偏振态/左旋圆偏振态反射为左旋圆偏振态/右旋圆偏振态后射出到所述SPG；
所述SPG还用于将所述反射镜反射回的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出至所述准直器，包括：
所述SPG将所述反射镜反射回的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态以平行光轴的方向射出；和，
所述SPG将所述反射镜反射回的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态以平行光轴的方向射出；
所述电压控制器调节所述SPG两端的电压为高电压时，所述SPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出到所述反射镜，包括：
所述SPG将所述入射光中的左旋圆偏振态/右旋圆偏振态进行一次0级衍射后射出到所述反射镜；
所述反射镜用于将所述SPG进行一次0级衍射后射出的衍射光直接反射回所述准直器。
结合第一方面或第一方面的第一种可能的实施方式，在第一方面的第二种可能的实施方式中，所述SPG与所述反射镜之间还设置有一1/4波片，所述电压控制器调节所述SPG两端的电压为低电压或零电压时，所述SPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出到所述反射镜，包括：
所述SPG将所述入射光中的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态后经过所述1/4波片射出到所述反射镜；和，
所述SPG将所述入射光中的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态后经过所述1/4波片射出到所述反射镜；
所述1/4波片和反射镜用于将接收到的所述入射光中的右旋圆偏振态/左旋圆偏振态反射为右旋圆偏振态/左旋圆偏振态后射出到所述SPG；
所述SPG还用于将所述反射镜反射回的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出，包括：
所述SPG将所述反射镜反射回的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态以一定角度斜射出；和，
所述SPG将所述反射镜反射回的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态以一定角度斜射出；
所述电压控制器调节所述SPG两端的电压为高电压时，所述SPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出到所述反射镜，包括：
所述SPG将所述入射光中的左旋圆偏振态/右旋圆偏振态进行一次0级衍射后射出到所述反射镜；
所述反射镜用于将所述SPG进行一次0级衍射后射出的衍射光直接反射回所述准直器。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，在第一方面的第三种可能的实施方式中，所述SPG与所述1/4波片之间还设置有一液晶部件LC，所述电压控制器还用于调节所述LC两端电极的电压，所述LC用于实现波长相关损耗补偿。
第二方面，本发明实施例提供一种可调光衰减器，包括：
准直器、聚合物偏振光栅PPG、液晶部件LC、反射镜和用于调节所述LC两端电极的电压的电压控制器，其中：
所述准直器、PPG、LC、反射镜依次放置；
所述准直器用于接收入射光，并将所述入射光输出至所述PPG；
所述PPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出并经所述LC到达所述反射镜；
所述LC用于随着电压的变化改变光束的偏振态；
所述PPG还用于将所述反射镜反射回并通过所述LC改变偏振态的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出；
所述准直器还用于接收所述衍射光，并将所述衍射光输出。
在第二方面的第一种可能的实施方式中，所述LC为电控双折射率ECB型LC，所述电压控制器调节所述ECB型LC两端的电压为低电压或零电压时，所述ECB型LC为1/4波片，所述PPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出并经所述LC到达所述反射镜，包括：
所述PPG将所述入射光中的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态后射出并经所述LC到达所述反射镜；和，
所述PPG将所述入射光中的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态后射出并经所述LC到达所述反射镜；
所述LC和反射镜用于将接收到的所述入射光中的右旋圆偏振态/左旋圆偏振态反射为右旋圆偏振态/左旋圆偏振态后射出到所述PPG；
所述PPG还用于将所述反射镜反射回并通过所述LC改变偏振态的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出，包括：
所述PPG将所述反射镜反射回的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态以一定角度斜射出；和，
所述PPG将所述反射镜反射回的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态以一定角度斜射出；
所述电压控制器调节所述ECB型LC两端的电压为高电压时，所述ECB型LC类似于相位差为0的波片，所述PPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出并经所述LC到达所述反射镜，包括：
所述PPG将所述入射光中的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态后射出并经所述LC到达所述反射镜；和，
所述PPG将所述入射光中的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态后射出并经所述LC到达所述反射镜；
所述LC和反射镜用于将接收到的所述入射光中的右旋圆偏振态/左旋圆偏振态反射为左旋圆偏振态/右旋圆偏振态后射出到所述PPG；
所述PPG还用于将所述反射镜反射回并通过所述LC改变偏振态的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出，包括：
所述PPG将所述反射镜反射回的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态以平行光轴的方向射出；和，
所述PPG将所述反射镜反射回的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态以以平行光轴的方向射出。
结合第二方面的第一种可能的实施方式，在第二方面的第二种可能的实施方式中，所述ECB型LC与所述反射镜之间还设置有一1/4波片。
结合第二方面，在第二方面的第三种可能的实施方式中，所述LC为垂直排列VA型LC。
结合第二方面至第二方面的第三种可能的实施方式中任一项所述的可调光衰减器，在第二方面的第四种可能的实施方式中，所述准直器与所述PPG之间还设置有一PPG，所述准直器输出的入射光依次经过两个PPG时，分别产生一次±1级衍射和1级衍射；
经过所述反射镜和LC反射回的光依次经过两个PPG时，分别产生一次1级衍射和±1级衍射。
结合第二方面，在第二方面的第五种可能的实施方式中，所述LC为电控双折射率ECB型LC，所述ECB型LC与所述反射镜之间还依次设置有一PPG和一1/4波片，所述电压控制器调节所述ECB型LC两端的电压为高电压时，所述ECB型LC不调整光的偏振态；
所述电压控制器调节所述ECB型LC两端的电压为低电压或零电压时，所述ECB型LC作为1/2波片调整光的偏振态；
所述准直器输出的入射光依次经过两个PPG时，分别产生一次±1级衍射和1级衍射；
经过所述反射镜和1/4波片反射回的光依次经过两个PPG时，分别产生一次1级衍射和±1级衍射。
本发明实施例提供的可调光衰减器，利用SPG的三个级次的衍射，结合准直器和反射镜，电压控制器调节SPG两端的电压在低电压或零电压～高电压之间变化，整个过程中产生了2次衍射，因此VOA具有很大的动态范围，可达到0～40dB范围可调。由于本发明实施例是通过电压控制器调节SPG两端的电压进而调节SPG的衍射效率，相比较现有技术中的机械调节，本发明实施例的VOA具有可靠性好的优点，而且，通过采用SPG结合准直器和反射镜的结构特点，本发明实施例的VOA体积小、成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为入射光被SPG衍射前后的偏振态示意图；
图2为入射光被PPG衍射前后的偏振态示意图；
图3为本发明VOA实施例一的结构示意图；
图4为SPG两端的电压为低电压或零电压时的衰减示意图；
图5为SPG两端的电压为高电压时的衰减示意图；
图6为本发明VOA实施例二的结构示意图；
图7为本发明VOA实施例三的结构示意图；
图8为本发明VOA实施例四的结构和工作原理示意图；
图9为本发明VOA实施例五的结构和工作原理示意图；
图10为本发明VOA实施例六的结构和工作原理示意图；
图11为本发明VOA实施例七的结构和工作原理(LC加高电压)示意图；
图12为本发明VOA实施例七的结构和工作原理(LC加低电压或零电压)示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种可调光衰减器，采用基于液晶技术的光栅：可变偏振光栅(Switchable Polarization Grating，以下简称：SPG)和聚合物偏振光栅(PolymerPolarization Grating，以下简称：PPG)，结合液晶部件(Liquid Crystal，以下简称：LC)和波片，构成Dark型和Bright型的VOA，本发明实施例提供的VOA有良好的性能，并且具有可靠性好、体积小及成本低的特点，下面结合附图详细说明。
首先介绍一下SPG的制作和工作原理，SPG的结构和制作工艺与传统LC片的制作很接近，主要差别在于液晶对准层的制作。SPG的液晶对准层是由两束UV相干偏振光对聚合物层曝光而成，其中一束光为右旋偏振光，而另一束为左旋偏振光。当LC被注入两玻璃基板间后，LC分子取向按曝光后在对准层形成的全息图样排列。在不加电压时，LC形成液晶光栅，可对入射光进行衍射。当SPG两端电源高于某个阈值电压时，LC分子开始偏转向电场方向，当电压足够高时，LC分子依据电场方向排列，光栅效应几乎完全消失。
SPG有0级和±1级三个衍射级次，根据入射光的偏振态不同，可以将入射光分解成一束左旋圆偏振态和一束右旋圆偏振态。图1为入射光被SPG衍射前后的偏振态示意图，如图1所示，当SPG两端加高电压VH时，任何偏振态的入射光经过SPG后都被衍射到0级，偏振态和传播方向不变；当SPG两端加零电压或低电压VL时，左旋圆偏振态被衍射到+1级，变成右旋圆偏振态，右旋圆偏振态被衍射到-1级，变成左旋圆偏振态。
在SPG两端所加电压为VL～VH之间的值时，入射光的左旋圆偏振态和右旋圆偏振态被衍射到0级和±1级的概率η分别为如下式所示：
其中Δn为SPG的双折射率，d为液晶厚度，λ为光的波长。
接着介绍一下PPG的制作和工作原理，PPG由一对可固化液晶层曝光而成。PPG的制作流程是首先将光敏聚合物材料涂在玻璃基板上，然后用两束相干光对其曝光而形成全息图，再将可固化液晶涂在光敏层上，然后用均匀UV光对液晶层曝光，从而将其固化，这时液晶分子依照光敏层的全息图型排布而形成一固定光栅。PPG为固定光栅，所以不能通过加电压来改变其衍射效率。PPG只有±1级两个衍射级次，图2为入射光被PPG衍射前后的偏振态示意图，如图2所示，左旋圆偏振态被衍射到+1级，变成右旋圆偏振态，右旋圆偏振态被衍射到-1级，变成左旋圆偏振态，PPG只有两个光输出方向。
图3为本发明VOA实施例一的结构示意图，如图3所示，本实施例的VOA可以包括：准直器11、SPG12、反射镜13和用于调节SPG12的液晶层两端电极的电压的电压控制器14，其中，准直器11、SPG12和反射镜13依次放置，三者依次放置后需进行光路对准，其中，反射镜13和光路严格垂直放置。SPG12与反射镜13均以垂直于光路方向设置，电压控制器14例如可设置在SPG12的液晶层两端电极之间。准直器11用于接收入射光，并将入射光输出至SPG12。SPG12用于将入射光进行一次衍射后射出到反射镜13，SPG12还用于将反射镜13反射回的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出。准直器11还用于接收衍射光，并将衍射光输出。
具体地，电压控制器14调节SPG12两端的电压在低电压或零电压～高电压VH之间变化，SPG12两端的电压为低电压或零电压时，图4为SPG两端的电压为低电压或零电压时的衰减示意图，如图4所示，入射光从准直器射出后到达SPG12后，入射光中的左旋圆偏振态被SPG12进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态，经过反射镜，反射光回到SPG12时形成左旋圆偏振态。接着在SPG12上再进行一次+1级衍射，变成右旋圆偏振态出射时将以平行光反着入射光的方向出射。SPG12衍射角度较大时，返回光将离轴较远，无法进入准直器11，此时光的衰减达到最大。
入射光中的右旋圆偏振态被SPG12进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态，经过反射镜，反射光回到SPG12时形成右旋圆偏振态。接着在SPG12上再进行一次-1级衍射，变成左旋圆偏振态出射时将以平行光反着入射光的方向出射。SPG12衍射角度较大时，返回光将离轴较远，无法进入准直器11，此时光的衰减达到最大。
SPG12两端的电压为高电压时，图5为SPG两端的电压为高电压时的衰减示意图，如图5所示，入射光无论何种偏振态，都被衍射到0级，并且从反射镜直接反射回准直器11而输出，这时VOA的衰减最小。
SPG两端的电压为0～VH之间的任意值时，入射光被衍射到0级和±1级的分配比例也随电压改变，见上述式(1)和式(2)。VOA的衰减值就随着电压增大而减小。
本实施例提供的VOA，利用SPG的三个级次衍射，结合准直器和反射镜，电压控制器调节SPG两端的电压在低电压或零电压～高电压之间变化，整个过程中产生了2次有效衍射，因此VOA具有很大的动态范围，可达到0～40dB范围可调。由于本发明实施例是通过电压控制器调节SPG两端的电压进而调节SPG的衍射效率，相比较现有技术中的机械调节，本发明实施例的VOA具有可靠性好的优点，而且，通过采用SPG结合准直器和反射镜的结构特点，本发明实施例的VOA体积小、成本低。
在上述实施例中，SPG本身可能对不同的偏振光具有不同的衍射效率，从而造成偏振相关损耗(Polarization dependent loss，以下简称：PDL)，为降低PDL，进一步地，还可以包括1/4波片，图6为本发明VOA实施例二的结构示意图，如图6所示，在图3所示VOA的基础上，SPG与反射镜13之间还设置有1/4波片15。详细的工作原理如下：
SPG12两端的电压为低电压或零电压时，入射光从准直器11射出后到达SPG12后，入射光中的左旋圆偏振态被SPG12进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态，经过反射镜和1/4波片，反射光回到SPG12时形成右旋圆偏振态。接着在SPG12上再进行一次-1级衍射，变成左旋圆偏振态出射时将以一定角度斜射，不会进入准直器11。入射光中的右旋圆偏振态被SPG12进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态，经过反射镜和1/4波片，反射光回到SPG12时形成左旋圆偏振态。接着在SPG12上再进行一次+1级衍射，变成右旋圆偏振态出射时将以一定角度斜射，不会进入准直器11，此时VOA衰减达到最大。
SPG12两端的电压为高电压时，和图5所示类似，入射光无论何种偏振态，都被衍射到0级，并且从反射镜直接反射回准直器11而输出，这时VOA的衰减最小。
SPG两端的电压为0～VH之间的任意值时，入射光被衍射到0级和±1级的分配比例也随电压改变，见上述式(1)和式(2)。VOA的衰减值就随着电压增大而减小。
在本实施例中，最终回到准直器的光是SPG两次0级衍射的光。入射光的偏振态可分解为P偏光和S偏光。P偏振态的光经0级衍射后，经过反射镜和1/4波片，回到SPG时变成S偏振态；而S偏振态则相反，经过0级衍射，反射镜和1/4波片回到SPG时将变成P偏振态。因此，最终进入准直器的刚好是两种正交偏振态的0级衍射效率之积。对于任何输入光偏振态，表现出来的衍射效率相同，从而实现了PDL的自动补偿。
在图6所示的VOA中，从式(1)中可以看出，SPG的0级衍射效率与波长相关。当SPG两端电压在0～VH之间时，长波长的0级衍射效率比短波长大，损耗比短波长小，产生了波长相关损耗(Wavelength dependent loss,以下简称：WDL)。为减小WDL，本发明给出另一种VOA结构。
图7为本发明VOA实施例三的结构示意图，如图7所示，在图6所示的VOA的基础上，在可变偏振光栅与1/4波片之间还设置有LC16。此时，电压控制器14用于调节SPG12两端和LC16两端的电压。具体来说，LC产生的o/e光程差，对长短波长的相位差不同，因此LC本身会产生WDL。选择LC和波片相反的长短轴方向，使LC的WDL与其他部分WDL形成一定程度抵消，从而可实现WDL补偿。
具体的工作原理如下：SPG第一次衍射后的右旋/左旋圆偏振态，经过LC，1/4波片和反射镜再回到SPG时为右旋/左旋圆偏光，SPG将以1级进行第二次衍射，并斜射出去。当LC和波片产生的相位差不等于π/2时，回到SPG的光将不是完全的右旋/左旋偏振态，而夹杂了一部分左旋/右旋偏振态。而这部分夹杂光就会发生±1级衍射平行出射，耦合回输出光纤，作为对0级光的补充，实现了WDL的补偿。
其中，光能输出效率可由下式(3)计算：
表示两次0级衍射的光能，因子体现了LC的作用，是将斜射出的那一部分光能抽出一部分作为WDL补偿光。式中Δn1，Δn2分别为SPG和LC的双折射率差，d1d2分别为SPG和LC的液晶层厚度，ΔL为波片的光程差，λ是光的波长，A为±1级光与准直器的耦合比例。选择合适参数，只需在LC上施加与SPG相同的电压便可进行全动态范围内的WDL补偿，无需另外加不同电压值来调节。在这样一组参数下，式(3)的模拟结果显示，VOA在0～30dB衰减范围内，可实现WDL从补偿前的3dB降到0.63dB。
上述实施例都是基于SPG的VOA，下面将详细描述本发明实施例提供的基于PPG的VOA。
图8为本发明VOA实施例四的结构和工作原理示意图，如图8所示，本实施例的VOA可以包括：准直器21、PPG22、LC23、反射镜24和用于调节LC23两端的电压的电压控制器25，其中：
准直器21、PPG22、LC23、反射镜24依次放置，如图8所示，PPG22、LC23和反射镜24均以垂直于光路方向设置，四者依次放置后需进行光路对准，反射镜24和光路严格垂直放置。准直器21用于接收入射光，并将所述入射光输出至PPG2。PPG22用于将入射光进行一次衍射后射出并经LC23到达反射镜24，LC23用于随着电压的变化改变光束的偏振态，PPG22还用于将反射镜24反射回并通过LC23改变偏振态的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出。准直器21还用于接收所述衍射光，并将所述衍射光输出。
具体地，LC23可以是电控双折射率(Electrically Controlled Birefringence，以下简称：ECB)型LC或垂直排列(Vertical Alignment，以下简称：VA)型LC，
一、当LC23为ECB型的LC时，电压控制器14调节ECB型LC两端的电压在低电压或零电压～高电压VH之间变化，如图8所示，在LC两端加电压可调节光的相位差，从而调节光的偏振态。光从准直器向PPG入射时，左旋圆偏振态和右旋圆偏振态的入射光分别被衍射到±1级，以右旋圆偏振态和左旋圆偏振态射出，当LC两端电压为0时，ECB型LC为1/4波片，可改变光的偏振态。光经过反射镜和LC回到PPG时，光分别成为右旋圆偏振态和左旋圆偏振态，第二次在PPG上发生的衍射就为1级，衍射光将以较大角度斜射出，不进入准直器和输出光纤，此时VOA衰减达到最大。在LC两端加高电压VH时，ECB型LC相当于相位差为0的波片。经过反射镜反射回到PPG的光将为左旋圆偏振态和右旋圆偏振态，第二次在PPG上发生衍射以±1级以水平方向出射，回到准直器和输出光纤，此时VOA衰减最小。
当LC两端所加电压在0～VH范围内变化，光的衰减值就随着电压增大而减小。因此，可以通过调节加在LC两端的电压来控制VOA对光的衰减幅度。
入射光被衍射到±1级的概率η如下公式(4)所示：
式中Δn为LC的双折射率差，d为LC的液晶层厚度，λ是光的波长。由于通过控制LC改变光偏振态后，在PPG上只产生1次衍射，本实施例中的VOA的动态范围为0～25dB可调。
进一步地，当LC为ECB型LC时，在上述实施例的基础上，还可以是，在ECB型LC和反射镜之间加一片1/4波片，则构成Bright型的VOA。图9为本发明VOA实施例五的结构和工作原理示意图，如图9所示，ECB型LC与反射镜24之间还设置有一1/4波片26，此时入射光被衍射到±1级的概率η如下公式(5)所示：
式中Δn为LC的双折射率差，d为LC的液晶层厚度，ΔL为波片的光程差，λ是光的波长。
本实施例中的VOA的动态范围为0～25dB范围可调。本实施例中的Bright型VOA，在0～20dB衰减范围内，WDL在0.7dB以内，可以满足光通信系统对高端Bright型VOA的要求。
二、当LC23为VA型的LC时，电压控制器14调节VA型LC两端的电压在低电压或零电压～高电压VH之间变化，此时入射光被衍射到±1级的概率η如下公式(6)所示：
式中Δn为LC的双折射率差，d为LC的液晶层厚度，λ是光的波长。
由于PPG产生1次有效衍射，此时VOA的动态范围为0～25dB可调。
WDL<0.6dB@IL＝0～15dB，满足光通信系统对高端Bright型VOA的要求。
本实施例提供的VOA，利用PPG的二个级次衍射，结合LC、准直器和反射镜，电压控制器调节LC两端的电压在低电压或零电压～高电压之间变化，VOA具有0～25dB的动态范围，由于本发明实施例是通过电压控制器调节LC两端的电压进而调节PPG的衍射效率，相比较现有技术中的机械调节，本发明实施例的VOA具有可靠性好的优点，而且，通过采用PPG结合LC、准直器和反射镜的结构特点，本发明实施例的VOA体积小、成本低。
在上述图8和图9所示的实施例的基础上，为进一步扩大VOA的动态范围，可以采用2级PPG，即是在准直器与聚合物偏振光栅之间还设置有一聚合物偏振光栅，可提高VOA的动态范围到0～35dB。结合附图特举一实施例，图10为本发明VOA实施例六的结构和工作原理示意图，如图10所示，在图8所示实施例的基础上，在准直器21与聚合物偏振光栅22之间还设置有一聚合物偏振光栅28，本实施例中LC为ECB型LC，可构成大动态范围的Bright型VOA。进一步地，若在PPG2和反射镜之间加上1/4波片则可将Bright型的VOA变成Dark型VOA。
工作原理如下：当光从准直器向PPG28入射时，入射光中的左旋圆偏振态和右旋圆偏振态分别被衍射到±1级，出射为右旋圆偏振态/左旋圆偏振态。在PPG22又分别产生1级衍射，左旋圆偏振态/右旋圆偏振态以平行光轴的方向射出。
当LC23加低电压或零电压时，ECB型LC作为1/4波片调整光的偏振态，光再由反射镜返回到PPG22时，仍为左旋圆偏振态/右旋圆偏振态。在PPG28和PPG22分别发生±1和1级衍射，光直接射回准直器和输出光纤中，此时VOA衰减最小。
当LC23加高电压VH时，光经过LC23后不改变偏振态，光再经过反射镜返回到PPG22时，偏振属性改变，在PPG22和PPG28分别发生1和±1级衍射，光将离轴较远平行射出，回不到准直器21和输出光纤中，此时VOA衰减最大。
而当LC23两端所加电压在低电压/零电压～VH范围内变化，光的衰减值就随着电压增大而增大，从而调节了VOA的衰减幅度。
本实施例中由于采用了2级PPG，回到准直器的光经过了2次PPG的衍射，从而可实现大的衰减动态范围，本实施例中VOA的动态范围到0～35dB。
进一步地，在图8所示实施例的基础上，为实现VOA的动态范围到0～35dB以上，图11为本发明VOA实施例七的结构和工作原理(LC加高电压)示意图，图12为本发明VOA实施例七的结构和工作原理(LC加低电压或零电压)示意图，如图11和图12所示，LC为ECB型的LC，LC23与反射镜之间还依次设置有PPG30和1/4波片31。
工作原理如下：
当光从准直器21向PPG22入射时，入射光中的左旋圆偏振态和右旋圆偏振态成分分别被衍射到±1级，出射为右旋圆偏振态/左旋圆偏振态。
如图11所示，当LC23加高电压VH时，ECB型LC不调整光的偏振态，光以右旋圆偏振态/左旋圆偏振态到达PPG30，发生1级衍射，左旋圆偏振态/右旋圆偏振态以平行光轴的方向的角度射出。再通过1/4波片和反射镜回到PPG30时，仍为左旋圆偏振态/右旋圆偏振态。在PPG30上发生±1级衍射，出射的右旋圆偏振态/左旋圆偏振态到达PPG22时再次衍射到1级，以平行光轴的方向方向射出，回到输出准直器21。此时VOA衰减最小。
如图12所示，当LC23加低电压VL时，ECB型LC作为1/2波片调整光的偏振态，光以左旋圆偏振态/右旋圆偏振态到达PPG30，再次发生±1级反射，以大角度出射，将不再能够返回到准直器21中，此时VOA衰减最大。
而当LC23两端所加电压在VL～VH范围内变化，光的衰减值就随着电压增大而减小，从而调节了VOA的衰减幅度。此时入射光被衍射到±1级的概率η如下公式(7)所示：
本实施例中同样采用了2级PPG经过了2次衍射，IL可达0～35dB。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种可调光衰减器，其特征在于，包括：
准直器、可变偏振光栅SPG、反射镜和用于调节所述SPG的液晶层两端电极的电压的电压控制器，其中：
所述准直器、SPG和反射镜依次放置；
所述准直器用于接收入射光，并将所述入射光输出至所述SPG；
所述SPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出到所述反射镜；
所述SPG还用于将所述反射镜反射回的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出；
所述准直器还用于接收所述衍射光，并将所述衍射光输出。
2.根据权利要求1所述的可调光衰减器，其特征在于，所述电压控制器调节所述SPG两端的电压为低电压或零电压时，所述SPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出到所述反射镜，包括：
所述SPG将所述入射光中的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态后射出到所述反射镜；和，
所述SPG将所述入射光中的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态后射出到所述反射镜；
所述反射镜用于将接收到的所述入射光中的右旋圆偏振态/左旋圆偏振态反射为左旋圆偏振态/右旋圆偏振态后射出到所述SPG；
所述SPG还用于将所述反射镜反射回的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出至所述准直器，包括：
所述SPG将所述反射镜反射回的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态以平行光轴的方向射出；和，
所述SPG将所述反射镜反射回的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态以平行光轴的方向射出；
所述电压控制器调节所述SPG两端的电压为高电压时，所述SPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出到所述反射镜，包括：
所述SPG将所述入射光中的左旋圆偏振态/右旋圆偏振态进行一次0级衍射后射出到所述反射镜；
所述反射镜用于将所述SPG进行一次0级衍射后射出的衍射光直接反射回所述准直器。
3.根据权利要求1或2所述的可调光衰减器，其特征在于，所述SPG与所述反射镜之间还设置有一1/4波片，所述电压控制器调节所述SPG两端的电压为低电压或零电压时，所述SPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出到所述反射镜，包括：
所述SPG将所述入射光中的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态后经过所述1/4波片射出到所述反射镜；和，
所述SPG将所述入射光中的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态后经过所述1/4波片射出到所述反射镜；
所述1/4波片和反射镜用于将接收到的所述入射光中的右旋圆偏振态/左旋圆偏振态反射为右旋圆偏振态/左旋圆偏振态后射出到所述SPG；
所述SPG还用于将所述反射镜反射回的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出，包括：
所述SPG将所述反射镜反射回的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态以一定角度斜射出；和，
所述SPG将所述反射镜反射回的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态以一定角度斜射出；
所述电压控制器调节所述SPG两端的电压为高电压时，所述SPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出到所述反射镜，包括：
所述SPG将所述入射光中的左旋圆偏振态/右旋圆偏振态进行一次0级衍射后射出到所述反射镜；
所述反射镜用于将所述SPG进行一次0级衍射后射出的衍射光直接反射回所述准直器。
4.根据权利要求3所述的可调光衰减器，其特征在于，所述SPG与所述1/4波片之间还设置有一液晶部件LC，所述电压控制器还用于调节所述LC两端电极的电压，所述LC用于实现波长相关损耗补偿。
5.一种可调光衰减器，其特征在于，包括：
准直器、聚合物偏振光栅PPG、液晶部件LC、反射镜和用于调节所述LC两端电极的电压的电压控制器，其中：
所述准直器、PPG、LC、反射镜依次放置；
所述准直器用于接收入射光，并将所述入射光输出至所述PPG；
所述PPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出并经所述LC到达所述反射镜；
所述LC用于随着电压的变化改变光束的偏振态；
所述PPG还用于将所述反射镜反射回并通过所述LC改变偏振态的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出；
所述准直器还用于接收所述衍射光，并将所述衍射光输出。
6.根据权利要求5所述的可调光衰减器，其特征在于，所述LC为电控双折射率ECB型LC，所述电压控制器调节所述ECB型LC两端的电压为低电压或零电压时，所述ECB型LC为1/4波片，所述PPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出并经所述LC到达所述反射镜，包括：
所述PPG将所述入射光中的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态后射出并经所述LC到达所述反射镜；和，
所述PPG将所述入射光中的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态后射出并经所述LC到达所述反射镜；
所述LC和反射镜用于将接收到的所述入射光中的右旋圆偏振态/左旋圆偏振态反射为右旋圆偏振态/左旋圆偏振态后射出到所述PPG；
所述PPG还用于将所述反射镜反射回并通过所述LC改变偏振态的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出，包括：
所述PPG将所述反射镜反射回的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态以一定角度斜射出；和，
所述PPG将所述反射镜反射回的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态以一定角度斜射出；
所述电压控制器调节所述ECB型LC两端的电压为高电压时，所述ECB型LC类似于相位差为0的波片，所述PPG用于将所述入射光进行一次衍射后射出并经所述LC到达所述反射镜，包括：
所述PPG将所述入射光中的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态后射出并经所述LC到达所述反射镜；和，
所述PPG将所述入射光中的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态后射出并经所述LC到达所述反射镜；
所述LC和反射镜用于将接收到的所述入射光中的右旋圆偏振态/左旋圆偏振态反射为左旋圆偏振态/右旋圆偏振态后射出到所述PPG；
所述PPG还用于将所述反射镜反射回并通过所述LC改变偏振态的光束进行一次衍射后，将得到的衍射光射出，包括：
所述PPG将所述反射镜反射回的左旋圆偏振态进行一次+1级衍射后变为右旋圆偏振态以平行光轴的方向射出；和，
所述PPG将所述反射镜反射回的右旋圆偏振态进行一次-1级衍射后变为左旋圆偏振态以平行光轴的方向射出。
7.根据权利要求6所述的可调光衰减器，其特征在于，所述ECB型LC与所述反射镜之间还设置有一1/4波片。
8.根据权利要求5所述的可调光衰减器，其特征在于，所述LC为垂直排列VA型LC。
9.根据权利要求5～8任一所述的可调光衰减器，其特征在于，所述准直器与所述PPG之间还设置有一PPG，所述准直器输出的入射光依次经过两个PPG时，分别产生一次±1级衍射和1级衍射；
经过所述反射镜和LC反射回的光依次经过两个PPG时，分别产生一次1级衍射和±1级衍射。
10.根据权利要求5所述的可调光衰减器，其特征在于，所述LC为电控双折射率ECB型LC，所述ECB型LC与所述反射镜之间还依次设置有一PPG和一1/4波片，所述电压控制器调节所述ECB型LC两端的电压为高电压时，所述ECB型LC不调整光的偏振态；
所述电压控制器调节所述ECB型LC两端的电压为低电压或零电压时，所述ECB型LC作为1/2波片调整光的偏振态；
所述准直器输出的入射光依次经过两个PPG时，分别产生一次±1级衍射和1级衍射；
经过所述反射镜和1/4波片反射回的光依次经过两个PPG时，分别产生一次1级衍射和±1级衍射。
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