CN108614326A - 一种基于衰减组件的mems光纤衰减器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于衰减组件的MEMS光纤衰减器，其沿光的传播方向依序包括第一光纤准直器、反射镜或反射棱镜、MEMS、衰减组件和第二光纤准直器，MEMS上设有由MEMS驱动旋转的反射镜，所述衰减组件包括一对双折射楔角片或一对双折射晶体片以及设于该对双折射楔角片或双折射晶体片之间的一对双折射晶体波片；第一光纤准直器接收光束后将光束出射到反射镜或反射棱镜上，再反射到MEMS的反射镜上，经过MEMS的反射镜反射后的光束进入衰减组件后最终从第二光纤准直器输出。本发明光纤衰减器的原理是将双折射晶体波片插入双折射楔角片或双折射晶体片之间构成通过入射光角度微小变化产生光强变化的MEMS光纤衰减器，其可以获得较理想的WDL和PDL性能。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通讯领域，尤其涉及一种基于衰减组件的MEMS光纤衰减器。
背景技术
可变光衰减器（VOA, Variable Optical Attenuator）是光通讯网络中的常用器件，可变光衰减器可以根据光路当中的需要任意衰减需要的光强。MEMS光纤衰减器是可变光衰减器中很常见的一种，该衰减器常用MEMS作为主要控制元件，通过控制MEMS上反射镜的角度变化引起光束传播方向变化达到光衰减的目的。
图1为传统MEMS光纤衰减器结构示意图，该衰减器主要由一个双光纤准直器11和一个MEMS 12构成，光信号经双光纤准直器11的其中一根光纤进入准直器，通过该双光纤准直器11将光束准直后出射到MEMS 12的反射镜上，再经MEMS 12反射镜反射回到双光纤准直器11，然后从双光纤准直器11的另一根光纤耦合输出。通过控制MEMS 12上反射镜的旋转，改变在MEMS 12反射镜上反射光束的传播方向（角度）来实现控制光衰减的目的。该MEMS光纤衰减器结构简单，易于装配，是最为常见的MEMS光纤衰减器的结构。但是，该MEMS光纤衰减器通常情况下PDL和WDL指标不是特别好，PDL和WDL是可变光衰减器的两个非常重要的指标，通常情况在20dB衰减下，该MEMS光纤衰减器的PDL会达到0.3dB, WDL会达到0.5dB。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种基于衰减组件的MEMS光纤衰减器，所述光纤衰减器采用一对双折射楔角片或一对双折射晶体片，双折射晶体波片插入双折射楔角片或双折射晶体片之间构成通过入射光角度微小变化产生光强变化的MEMS光纤衰减器。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于衰减组件的MEMS光纤衰减器，其沿光的传播方向依序包括第一光纤准直器、反射镜或反射棱镜、MEMS、衰减组件和第二光纤准直器，所述MEMS上设有由MEMS驱动旋转的反射镜，所述衰减组件包括一对双折射楔角片或一对双折射晶体片，以及设于该对双折射楔角片或双折射晶体片之间的一对双折射晶体波片；
所述第一光纤准直器接收光束后将光束出射到反射镜或反射棱镜上，光束再经该反射镜或反射棱镜反射到MEMS的反射镜上，经过MEMS的反射镜反射后的光束进入衰减组件，光束通过衰减组件后最终从第二光纤准直器输出。
所述第一光纤准直器和第二光纤准直器为两个单光纤准直器。
所述第一光纤准直器和第二光纤准直器为同一个准直器，该准直器为双光纤准直器，光束经双光纤准直器的其中一根光纤进入双光纤准直器，然后依次经过反射镜或反射棱镜、MEMS的反射镜、衰减组件，最后光束从双光纤准直器的另一根光纤输出。
进一步，当所述衰减组件为一对双折射楔角片以及设于该对双折射楔角片之间的一对双折射晶体波片时，所述一对双折射楔角片的光轴在垂直于光线传播方向的平面内，两个双折射楔角片的光轴呈一定的夹角；所述一对双折射晶体波片的光轴在垂直于光线传播方向的平面内，两个双折射晶体波片的光轴角度相同并且光轴方向是在两个双折射楔角片的光轴夹角的中心线上。
进一步，当所述衰减组件为一对双折射晶体片以及设于该对双折射晶体片之间的一对双折射晶体波片时，所述一对双折射晶体片的光轴在O光与E光构成的平面内，并与光线传播方向呈一定夹角；所述一对双折射晶体波片的光轴在垂直于光线传播方向的平面内，并与传播光线的偏振方向呈45°角。
所述一对双折射晶体波片分别为Ti02晶体和YVO4晶体，二者位置可以互换，二者配对可以实现温度补偿。
本发明采用以上技术方案，所述衰减组件包括一对双折射楔角片或一对双折射晶体片，以及设于该对双折射楔角片或双折射晶体片之间的一对双折射晶体波片，双折射晶体波片插入双折射楔角片或双折射晶体片之间构成通过入射光角度微小变化产生光强变化的MEMS光纤衰减器。本发明光纤衰减器的原理是通过MEMS的反射镜微小转动，使入射到双折射晶体波片内的光线传播角度发生微小变化，从而使部分光束在楔角片内产生角度偏向而产生衰减，或者使部分光束在出射双折射晶体片内产生位移产生衰减，本发明的光纤衰减器可以获得较理想的WDL和PDL性能。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明：
图1 传统MEMS光纤衰减器的结构示意图；
图2 为本发明实施例1基于衰减组件的MEMS光纤衰减器的结构示意图；
图3为本发明实施例2基于衰减组件的MEMS光纤衰减器的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的衰减组件为一对双折射楔角片以及设于该对双折射楔角片之间的一对双折射晶体波片。
如图2所示，基于衰减组件的MEMS光纤衰减器，其沿光传播方向依次包含双光纤准直器21，反射镜23或反射棱镜23、MEMS 22和衰减组件24，所述MEMS22上设有由MEMS驱动旋转的反射镜，衰减组件24包含一对双折射楔角片241和244，一对双折射晶体波片242和243。双折射楔角片241和244外形和楔角大小相同，位置相反颠倒放置，双折射楔角片241和244的光轴在垂直于光线传播方向的平面内，两个双折射楔角片的光轴呈一定的夹角；双折射晶体波片242为Ti02晶体，双折射晶体波片243为YVO4晶体，它们的位置可以互换，它们配对可以做温度补偿，即光束通过双折射晶体波片242和243后，O光和E光的相位差不随温度变化，从而使得光衰减不随温度变化，这样便起到了温度补偿的作用。双折射晶体波片242和243的光轴也在垂直于光线传播方向的平面内，两个双折射晶体波片的光轴角度相同，并且光轴方向是在两个双折射楔角片241和242的光轴夹角的中心线上。光束经双光纤准直器21的其中一根光纤进入双光纤准直器21，双光纤准直器21接收光束后将光束出射到反射镜23或反射棱镜23上，光束再经该反射镜23或反射棱镜23反射到MEMS22的反射镜上，经过MEMS22的反射镜反射后的光束进入衰减组件24，光束通过衰减组件24后最终从双光纤准直器21的另一根光纤输出。
图1的传统MEMS光纤衰减器结构示意图中，光衰减原理是靠MEMS 12的反射镜旋转改变在MEMS 12反射镜上反射光束的传播方向（角度）来实现光衰减的目的，这样便带来了较大的WDL与PDL。图2所述的EMES光纤衰减器，光衰减原理是通过MEMS 22的反射镜微小转动，使入射到双折射晶体波片242和243内的光线传播角度发生微小变化，改变了双折射晶体波片242和243内O、E光的光程差，使得O、E光的相位差也跟随变化，从而使得入射到双折射楔角片244上的光线产生角向分束，沿着光路的传播的那部分光耦合进双光纤准直器21的光纤输出，其余的两边角向分开的两束光不能耦合进双光纤准直器21从而实现了衰减。可以看出，该EMES衰减器的衰减原理不是直接MEMS转动导致的光束角度失配带来的衰减，与传统的MEMS光纤衰减器的衰减原理完全不一样，所以该MEMS衰减器可以得到较好的WDL和PDL性能。
如图2所示，设双折射晶体波片242和243的总厚度为d，双折射晶体波片中O光与E
光的折射率差为Δn，光束波长为λ，入射到衰减组件24内的光束强度为I, 如果MEMS 22的
反射镜转动导致光束在双折射晶体波片242和243内传播方向变化的微小角度为θ，则双折
射晶体波片242和243内O、E光产生的光程差为Δd= [d/cos（θ）-d]×Δn，O光与E光相位差
为ΔΦ=2Δd/λ,则衰减后耦合到双光纤准直器21出射光纤的光强I1=0.5I×[1-COS（Δ
Φ）]。从以上几个计算公式便可以得到该MEMS衰减器衰减后的输出光强I1与角度θ的关系。
实施例2
本实施例的衰减组件为一对双折射晶体片以及设于该对双折射晶体片之间的一对双折射晶体波片。
如图3所示，基于衰减组件的MEMS光纤衰减器，其沿光的传播方向依序包括单光纤准直器31、反射镜33或反射棱镜33、MEMS32、衰减组件34和单光纤准直器35，所述MEMS32上设有由MEMS32驱动旋转的反射镜，所述衰减组件34包括一对双折射晶体片341和344，以及设于该对双折射晶体片341和342之间的一对双折射晶体波片342和343。双折射晶体片341与344的光轴在O光与E光构成的平面内，并与传播方向呈一定夹角。双折射晶体波片342与343的光轴方向在垂直与光线传播的面内，与传播光线的偏振方向呈45度角。双折射晶体波片342为Ti02晶体，双折射晶体波片343为YVO4晶体，它们的位置可以互换，它们配对可以做温度补偿，即光束通过双折射晶体波片342和343后，O光和E光的相位差不随温度变化，从而使得光衰减不随温度变化，这样便起到了温度补偿的作用。
单光纤准直器31接收光束后将光束出射到反射镜33或反射棱镜33上，光束再经该反射镜33或反射棱镜33反射到MEMS32的反射镜上，经过MEMS32的反射镜反射后的光束进入衰减组件34，光束通过衰减组件34后最终从单光纤准直器35输出。本实施例中，光纤衰减器的衰减原理是部分光束在出射双折射晶体片344内产生位移，从而这部分光不能与输出单光纤准直器35耦合产生衰减（图2是部分光束在楔角片244内产生角度偏向产生衰减）。
本实施例，光衰减量计算公式与实施例1相同。
本发明，实施例1与实施例2的衰减组件24和34可以互换，采用两个单光纤准直器或采用双光纤准直器可以根据需要进行选择，不局限于图2或图3所示的结构。
Claims (6)
1.一种基于衰减组件的MEMS光纤衰减器，其特征在于：其沿光的传播方向依序包括第一光纤准直器、反射镜或反射棱镜、MEMS、衰减组件和第二光纤准直器，所述MEMS上设有由MEMS驱动旋转的反射镜，所述衰减组件包括一对双折射楔角片或一对双折射晶体片，以及设于该对双折射楔角片或双折射晶体片之间的一对双折射晶体波片；
所述第一光纤准直器接收光束后将光束出射到反射镜或反射棱镜上，光束再经该反射镜或反射棱镜反射到MEMS的反射镜上，经过MEMS的反射镜反射后的光束进入衰减组件，光束通过衰减组件后最终从第二光纤准直器输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于衰减组件的MEMS光纤衰减器，其特征在于： 所述第一光纤准直器和第二光纤准直器为两个单光纤准直器。
3.根据权利要求1所述的一种基于衰减组件的MEMS光纤衰减器，其特征在于： 所述第一光纤准直器和第二光纤准直器为同一个准直器，该准直器为双光纤准直器，光束经双光纤准直器的其中一根光纤进入双光纤准直器，然后依次经过反射镜或反射棱镜、MEMS的反射镜、衰减组件，最后光束从双光纤准直器的另一根光纤输出。
4.根据权利要求1所述的一种基于衰减组件的MEMS光纤衰减器，其特征在于：当所述衰减组件为一对双折射楔角片以及设于该对双折射楔角片之间的一对双折射晶体波片时，所述一对双折射楔角片的光轴在垂直于光线传播方向的平面内，两个双折射楔角片的光轴呈一定的夹角；
所述一对双折射晶体波片的光轴在垂直于光线传播方向的平面内，两个双折射晶体波片的光轴角度相同并且光轴方向是在两个双折射楔角片的光轴夹角的中心线上。
5.根据权利要求1所述的一种基于衰减组件的MEMS光纤衰减器，其特征在于：当所述衰减组件为一对双折射晶体片以及设于该对双折射晶体片之间的一对双折射晶体波片时，所述一对双折射晶体片的光轴在O光和E光构成的平面内，并与光线传播方向呈一定夹角；
所述一对双折射晶体波片的光轴在垂直于光线传播方向的平面内，与传播光线的偏振方向呈45°角。
6.根据权利要求1所述的一种基于衰减组件的MEMS光纤衰减器，其特征在于：所述一对双折射晶体波片分别为Ti02晶体和YVO4晶体。
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