CN105842790A - 一种小型化可热插拔的光衰减器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于小型化可插拔的可变光衰减器，包括一个由准直透镜和单光纤头或双光纤头组成的准直器或组件、一个具有二次反射特性的直角棱镜、一个由准直透镜、光纤头以及一个处于光纤头和准直透镜之间的用于实现光衰减功能的MEMS芯片组成的光衰减组件、一个用于监测光功率的光电探测器以及一个适配SFP封装结构的带光输入连接器和光输出连接器的密封盒。二次反射直角棱镜的使用减少了在狭窄空间进行光纤的操作同时降低了生产工艺的难度。所有部件封装在密封盒中，从而提高了整个器件的性能和长期可靠性。

Description

一种小型化可热插拔的光衰减器

技术领域

本发明涉及一种用于光通信的光衰减器，尤其是一种小型化并可热插拔的光衰减器。

背景技术

光衰减器广泛地应用于光通信系统、CATV网络、光纤传感器和测量仪器等领域，起着调节稳定光功率的作用。随着光纤通信的越来越智能化，系统对光功率的管理要求也越来越高，从而对光衰减器的要求也越来越高。

光衰减器一般分为固定式的光衰减器和可调式的光衰减器。

固定式的光衰减器对光路中的光能量进行固定的衰减。一般采用无源滤波片、光纤位置偏移对接、透镜、空气隙或光纤熔接等实现衰减功能。基本上性能稳定，价格便宜但使用不够灵活。

可调式的光衰减器有手动调节的光可调衰减器和电控式的光可调衰减器。手动可调的光衰减器一般结构简单、成本低；但需要人工手动操作，不能远程实时调节。电控式的光可调衰减器精度高，且能整合在系统中实现远程实时操作。因此电控式的光可调衰减器发展非常迅猛。基于波导、微机械、磁光材料等技术的电控式的光可调式衰减器层出不穷。

多样化的电控式光可调衰减器给客户带来了多种选择，但兼容不同技术平台的电控式光可调衰减器带来系统控制电路的复杂性。因此许多系统厂家对电控式光可调衰减器提出SFP封装机械结构和标准的电路控制接口等要求。这样系统厂家在使用中将可以直接用一个厂家的产品替代另一个厂家的产品，降低了系统的复杂性同时也提高了供应链的风险控制能力。

满足这些要求的方案如中国专利申请号 2008102202411、2010205068169、201120377192X等等建议的。图1所示为申请号 2008102202411陈国平等建议实施的带有光连接器的电路板组件的正面图，其中光可调衰减器8、光电二极管9固定在电路板5上，光输入连接器11和可调光衰减器8之间、可调光衰减器8和光电二极管9之间、光电二极管9和光输出连接器12之间都采用弯曲不敏感光纤10连接。图2所示为申请号2010205068169王则钦等建议的实施的结构原理图。所述的可插拔的光衰减器1包括输入连接器11通过弯曲不敏感光纤10围绕光纤槽12缠绕两圈固定于光纤槽12中，后进入光可调衰减器13中，再从光可调衰减器13通过弯曲不敏感光纤10进入光功率监控的光电二极管14，最后从光功率监控光电二极管14通过弯曲不敏感光纤10进入光输出端连接器15。图3所示为201120377192X周日凯等建议的使用插针直接与光衰减器芯片耦合，没有焊接点和热缩套管，从而大大减少了光学尺寸。光输入连接器和光输出连接器、光输入连接器和光衰减器之间、光电二极管和光输出连接器之间都采用弯曲不敏感光纤连接。

以上几种方案都使用了弯曲不敏感光纤。然而在宽只有13.4±0.1mm的SFP封装机械结构情况下进行如此多的光纤连接，即使是用最不敏感的光纤也会引入许多问题，如过小的光纤弯曲半径带来的应力导致的光学性能的劣化和长期可靠性的降低、以及苛刻的光纤长度要求带来的生产不便。

还有如Wang等在美国专利US8538229 B1中建议的数种方案，其核心所图4所示。输入的光经418准直后由一组棱镜或反射镜420改变方向经另一透镜聚焦后由光纤输出。此方案解决了光纤连接的问题，但一组棱镜或反射镜的使用增加了生产中调光的难度。同时该方案及由此衍生的方案中都没有提供光电二极管作为衰减量的实时反馈，从而在一定程度上限制了产品的使用。

发明内容

本发明克服了现有技术存在的以上问题。本发明的目的是提供一种具有高可靠性、易于生产组装和工艺控制，并且体积较小、便于封装在SFP这样结构的电控式可调光衰减器。

根据本发明提供的小型化可插拔的光衰减器，其包括一个由单光纤头或双光纤头和准直透镜组成的准直器或组件、一个具有二次反射特性的直角棱镜用于改变光路传输方向以及控制整个产品的宽度、一个由准直透镜、光纤头以及一个处于光纤头和准直透镜之间的用于实现光衰减功能的MEMS芯片组成的光衰减组件用来实现光衰减的功能、一个用于监测光功率的光电探测器以及一个适配SFP封装结构的带光输入连接器和光输出连接器的密封盒。

本发明提供小型化可插拔的光衰减器通过引入直角棱镜减少了光纤的操作，控制了产品整体尺寸；同时通过镀膜技术将少量的光传输到光电探测器用来监测输入光和光衰减量的变化。很好地满足了客户对产品的要求。

附图说明

图1：现有技术实施例的带有光连接器的电路板组件的正面图。

图2：现有技术实施例的结构原理图。

图3：现有技术实施例的一种可插拔封装的可变光衰减器的结构示意图。

图4：现有技术实施例的一种带有光连接器和可变光衰减器的示意图。

图5：本发明第一种小型化可插拔的可变光衰减器的结构示意图。

图6：本发明第二种小型化可插拔的可变光衰减器的结构示意图。

图7：本发明第三种小型化可插拔的可变光衰减器的结构示意图。

图8：本发明所用的一种MEMS芯片的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明小型化可插拔的光衰减器的工作原理作进一步详细描述。在附图5、6和7中，相同的附图标记表示相同的零部件、特征或结构。

图5为本发明小型化可插拔的光衰减器的第一实施例的结构示意图。如图5所示：所述的小型化可插拔的光衰减器包括一个由光纤头（由光纤111和套管121组成）和准直透镜131组成的准直器、一个具有二次反射特性的直角棱镜140、一个由准直透镜132、光纤头（由光纤112和套管122组成）以及一个处于光纤头（光纤112和套管122组成）和准直透镜132之间的用于实现光衰减功能的MEMS芯片160组成的光衰减组件、一个用于监测光功率的光电探测器150以及一个适配SFP封装结构的带光输入连接器101和光输出连接器102的密封盒100。直角棱镜140的第一反射面S1根据要求镀90%-99%之间的反射膜（10%-1%之间透射）。如图5所示，光从光输入连接器101通过光纤111和套管121组成的光纤头进入准直透镜131后成为准直光束（附图中虚线所示）后，进入直角棱镜140，大部分光经直角棱镜140的第一个反射面S1反射后再经第二个反射面S2反射后，进入准直透镜132，再经MEMS芯片和由光纤112和套管组成的光纤头，最后经光输出连接器102输出。少部分光（1%-10%之间，取决于所镀膜的透过率）经直角棱镜140的第一个反射面S1透射后进入光电探测器。

图6为本发明小型化可插拔的光衰减器的第二实施例的结构示意图。如图6所示：所述的小型化可插拔的光衰减器包括一个由光纤头（由光纤112和套管122组成）、准直透镜132以及一个处于光纤头和准直透镜132之间的用于实现光衰减功能的MEMS芯片160组成的光衰减组件、一个具有二次反射特性的直角棱镜140、一个由光纤头（由光纤111和套管121组成）和准直透镜131组成的准直器、一个用于监测光功率的光电探测器150以及一个适配SFP封装结构的带光输入连接器101和光输出连接器102的密封盒100。直角棱镜140的第一反射面S1根据要求镀90%-99%之间的反射膜（10%-1%之间透射）。如图6所示，光从光输入连接器101通过由光纤头（由光纤112和套管122组成）、准直透镜132以及一个处于光纤头和准直透镜132之间的用于实现光衰减功能的MEMS芯片160组成的光衰减组件后，成准直光束（附图中虚线所示）进入直角棱镜140，大部分光经直角棱镜140的第一个反射面S1反射后再经第二个反射面S2反射后，进入准直透镜131，再进入由光纤111和套管121组成的光纤头，最后经光输出连接器102输出。少部分光（1%-10%之间，取决于所镀膜的透过率）经直角棱镜140的第一个反射面S1透射后进入光电探测器。

第一实施例和第二实施例的主要区别在于光纤头（由光纤112和套管122组成）、准直透镜132处于它们之间的MEMS芯片160组成的光衰减组件所处的位置。在第一实施例中，光衰减组件处于输出端与输出光连接器相连；在第二实施例中，光衰减组件处于输入端与输入光连接器相连。由此引起的变化是在第一实施例中，光电探测器监测的是输入光的变化而第二实施例中光电探测器监测的是输出光的变化。

图7为本发明小型化可插拔的光衰减器的第三实施例的结构示意图。如图7所示：所述的小型化可插拔的光衰减器包括一个由双光纤头（由光纤111，113和套管221组成）和准直透镜231组成的组件、一个具有二次反射特性的直角棱镜240、一个由准直透镜132、光纤头（由光纤112和套管122组成）以及一个处于光纤头（光纤112和套管122组成）和准直透镜132之间的用于实现光衰减功能的MEMS芯片160组成的光衰减组件、一个用于监测光功率的光电探测器150以及一个适配SFP封装结构的带光输入连接器101和光输出连接器102的密封盒100。在此实施例中，准直透镜231的端面S11根据需要镀90%-99%之间的透射膜（10%-1%之间反射），直角棱镜240的两个反射面镀全反膜。如图7所示，光从光输入连接器101通过光纤111和套管221组成的光纤头进入准直透镜231，大部分光成为准直光束（附图中虚线所示）后，进入直角棱镜140，经直角棱镜140的第一个反射面S1反射后再经第二个反射面S2反射后，进入准直透镜132，再经MEMS芯片和由光纤112和套管组成的光纤头，最后经光输出连接器102输出。少量光经准直透镜231端面反射后由光纤113进入光电探测器。光纤113优选为弯曲不敏感光纤。

本发明小型化可插拔的光衰减器的衰减功能通过光衰减组件中MEMS芯片实现的。图8为一种热致动的MEMS芯片示意图。但本发明所用MEMS芯片不限于这一种，其它满足要求的，仍然属于本发明的光衰减器之权利要求的保护范围。如图8所示，电流/电压通过电极93和94加载到芯片上，当所加电流/电压增加时，在热的作用下，悬臂梁92因温度升高而膨胀，从而推动挡光片91向前移动；当所加电流/电压减少时，悬臂梁92因温度降低而收缩，从而带动挡光片91向后移动。通过挡光片在光路中的移进或移出，从而实现光衰减量的增加或减少。

以上公开的仅为本发明针对SFP封装结构的几个具体实施例。本发明并非局限于此，任何本领域的能思之的变化以及其它适配封装形式都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种小型化并可热插拔的光衰减器，其包括一个由光纤头和准直透镜组成的准直器、一个具有二次反射特性的直角棱镜、一个由准直透镜、光纤头以及一个处于光纤头和准直透镜之间的用于实现光衰减功能的MEMS芯片组成的光衰减组件、一个用于监测光功率的光电探测器以及一个适配SFP封装结构的带光输入连接器和光输出连接器的密封盒。

2.如权利要求1所限定的光衰减器，其特征在于由光纤头、准直透镜和MEMS芯片组成的光衰减组件可以处于输入端与光输入连接器相连，也可以处于输出端与光输出连接器相连。

3.如权利要求1所限定的光衰减器，其特征在于二次反射直角棱镜的两个反射面镀有多层介质膜, 第一反射面镀的膜其反射率在90%-99%之间/透射率在10%-1%之间, 第二反射面镀全反膜。

4.如权利要求3所限定的光衰减器，其特征在于光电探测器位于二次反射直角棱镜的第一反射面后面，接收其透射的光。

5.一种小型化并可热插拔的光衰减器，其包括一个用于双光纤头和自聚焦透镜（GRIN lens）组成的组件；一个具有二次反射特性的直角棱镜；一个准直透镜、一个光纤头以及一个处于之间的用于实现光衰减功能的MEMS芯片组成的光衰减组件；一个用于监测光功率的光电探测器和一个带光输入连接器和光输出连接器的密封盒。

6.如权利要求6所限定的光衰减器，其特征在于双光纤头和自聚焦透镜（GRIN lens）组成的组件中自聚焦透镜一面镀多层介质膜, 其反射率在1%-10%反射之间/透射率在99%-10%之间。

7.如权利要求6所限定的光衰减器，其特征在于双光纤头的输出光纤采用无接头的光纤优选弯曲不敏感光纤与光电探测器相连。

8.如权利要求6所限定的光衰减器，其特征在二次反射直角棱镜的两个反射面都镀全反膜。

9.如权利要求1和6所限定的光衰减器，其特征在于带光输入连接器和光输出连接器的密封盒的尺寸适配于标准的SFP封装结构要求。