CN109581650A - 一种连续可调的多模光纤衰减器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续可调的多模光纤衰减器，它由多模光纤输入准直器、多模光纤输出准直器、衰减光路和步进电机组成，衰减光路由第一反射镜、柱面镜、线性渐变的中性密度滤光片和第二反射镜组成。工作时，步进电机驱动第一反射镜旋转，从第一反射镜反射出的光束通过柱面镜后入射在中性密度滤光片上的不同位置，由于反射镜旋转的角度是连续可调的，使得入射在滤光片上的位置连续可调，从而产生连续可调的衰减量；从滤光片透射的光束被第二反射镜反射，再次通过中性密度滤光片和柱面镜，经第一反射镜反射后被多模光纤输出准直器接收并输出。本发明基于光学密度线性渐变的中性滤光片并采用旋转步进电机驱动反射镜，具有结构紧凑和调谐速度快的优点。

Description

一种连续可调的多模光纤衰减器

技术领域

本发明属于光纤通信领域，更具体地，涉及一种连续可调的多模光纤衰减器。

背景技术

可调光纤衰减器作为一种光无源器件，可用于光纤通信系统和模块中的光功率均衡、光纤仪表的定标校正等领域。

光纤衰减器根据其工作原理，主要可分为如下的几类。

纵向空气隔离技术：在两根光纤之间加入空气间隔，从输入光纤发射的光束因发散不能被输出光纤全部接收，对光信号产生衰减，衰减量可通过空气间隙的大小来控制。基于此原理可制成法兰式固定光纤衰减器，也可以通过机械旋转调节空气间隙，制成法兰式可调光衰减器。

横向位移错位技术：在光纤熔接机中，让两根光纤在横向位移错位的情况下进行熔接，光信号在熔接点因光纤偏心产生功率衰减，可制成连接器式固定衰减器。

中性密度滤光片：利用物质对光的吸收特性制成中性密度滤光片并置于光路中，可以实现对光功率的吸收衰减。单块滤光片可以制作固定衰减器，多块滤光片可以通过轮盘转换制成分档可调式衰减器，而光学密度线性渐变的条状滤光片，通过马达驱动可以制成连续可调衰减器。

其他光衰减技术：PLC(平面光波导)技术、MEMS(微电子机械系统)技术、液晶技术、磁光技术等。

单模光纤可调光衰减器，考虑器件尺寸和成本因素，目前主流技术方案是MEMS和PLC技术。然而对于多模光纤可调光衰减器，考虑光纤中的模式问题及衰减量的稳定性，中性密度滤光片技术更受欢迎。

然而现有基于中性密度滤光片的多模光纤可调光衰减器，一般以直线步进电机驱动光学密度线性渐变的条状滤光片来实现，需要大行程的步进电机，器件尺寸较大且调谐速度慢。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构紧凑且调谐速度快的连续可调的多模光纤衰减器，旨在解决现有技术中采用直线步进电机驱动光学密度线性渐变的条状滤光片来实现能量的衰减导致器件尺寸较大且调谐速度慢的问题。

本发明提供了一种新型的连续可调的多模光纤衰减器，包括：多模光纤输入准直器、多模光纤输出准直器、衰减光路和步进电机；衰减光路包括：依次设置的光路上的第一反射镜、柱面镜、中性密度滤光片和第二反射镜；第一反射镜用于反射多模光纤输入准直器输入的光束，反射光束通过柱面镜偏折后入射在中性密度滤光片上；中性密度滤光片用于提供线性变化的衰减量；步进电机用于驱动第一反射镜旋转，并提供连续可调的步进角；经过所述中性密度滤光片衰减后的光束被第二反射镜反射，再次通过中性密度滤光片并产生与之前相同的衰减量；再次衰减后的光束经柱面镜后发生偏折，偏折后的光束入射在第一反射镜的镜面上并被反射，反射的光束被输出准直器接收并从多模光纤输出，对多模光纤中光信号的能量实现了连续可调的衰减。

工作过程中，当光信号从多模光纤经输入准直器后入射在第一反射镜上，步进电机驱动第一反射镜旋转，第一反射镜反射出的光线也会随着第一反射镜做出相应的旋转，这使得反射光束经柱面镜后入射在中性密度滤光片的不同位置；因为中性密度滤光片产生线性变化的衰减量，并且光束在中性密度滤光片上的入射位置是连续可调的，从而对入射光束的能量产生连续可调的衰减量，衰减后的光束被第二反射镜反射，再次通过中性密度滤光片并产生与之前相同的衰减量；再次衰减后的光束经柱面镜后发生偏折，偏折后的光束入射在第一反射镜的镜面上并被反射，反射的光束被输出准直器接收并从多模光纤输出，这样就对多模光纤中光信号的能量实现了连续可调的衰减。

更进一步地，第一反射镜和第二反射镜分别位于柱面镜的前、后焦面处，第一反射镜反射的光束经柱面镜后发生偏折，偏折后的光束入射在第二反射镜的镜面上，被第二反射镜反射的光束的光路与入射光路完全重合。

更进一步地，步进电机驱动第一反射镜旋转的角度是连续可调的，进而使得反射光束在入射在中性密度滤光片上的位置是连续可调的。

更进一步地，所述中性密度滤光片产生线性变化的衰减量，并且中性密度滤光片需要有小角度的倾斜，该角度可设置在4度到8度之间，这样可以消除中性密度滤光片表面反射光对系统的影响。

更进一步地，中性密度滤光片为光学密度线性渐变的滤光片，可以通过前表面镀金属膜或镜片材料掺杂实现。镀膜的方式是利用金属反射入射光线从而使得光束能量得到衰减，该方式是在镜片前表面镀一层金属膜，且所镀金属膜的反射率是渐变的；掺杂的方式是在镜片材料中掺入吸收光的杂质从而使得光束的能量得到衰减，且掺杂的浓度是渐变的。

本发明提供的一种连续可调的多模光纤衰减器，通过步进电机驱动第一反射镜旋转，并且旋转的角度是连续可调的，这样使得第一反射镜反射的光束在中性密度滤光片上的位移是连续可调的，而中性密度滤光片产生线性变化的衰减量，这样就使得光信号的能量能够得到连续可调的衰减。这种多模光纤衰减器具有调谐速度快和结构紧凑的优点。

附图说明

图1是本发明提出的连续可调的多模光纤衰减器结构；

图2是光学密度线性变化的中性密度滤光片示意图；

图3是光束入射在滤光片光密度最小值处的情况；

图4是反射镜旋转一定角度后光束入射在滤光片上的情况；

图5是光路侧视展开图中各光学元件的位置关系。

附图标记说明：1为多模光纤输入准直器，2为第一反射镜，3为柱面镜，4为中性密度滤光片，5为第二反射镜，6为步进电机，7为多模光纤输出准直器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明基于光学密度线性渐变的中性滤光片并采用旋转步进电机驱动一片反射镜，提供了一种新型的连续可调的多模光纤光衰减器，具有结构紧凑和调谐速度快的特点。

本发明提供了一种连续可调的多模光纤衰减器，能够的对多模光纤中光信号的能量产生连续可调的衰减。如图1所示，它包括多模光纤输入准直器1、多模光纤输出准直器7、衰减光路和步进电机6；所述衰减光路由第一反射镜2、柱面镜3、线性渐变的中性密度滤光片4和第二反射镜5构成；多模光纤输入准直器1对多模光纤输入的光束进行准直；第一反射镜2反射从多模光纤输入准直器1输入的光束，使光束通过柱面镜3后入射在中性密度滤光片4上；柱面镜3对光束聚焦，并且前后焦点分别位于第一反射镜1和第二反射镜5上；中性密度滤光片4提供线性变化的衰减量；第二反射镜5反射光束使光束出射；步进电机6用于带动第一反射镜2旋转；多模光纤输出准直器7接收出射光束。

本发明装置的工作过程如下：当光信号从多模光纤经输入准直器1后入射在第一反射镜2上，步进电机6驱动第一反射镜2旋转，第一反射镜2反射出的光线也会随着第一反射镜2做出相应的旋转，这使得反射光束经柱面镜3后入射在中性密度滤光片4的不同位置；因为中性密度滤光片4产生线性变化的衰减量，并且光束在中性密度滤光片4上的入射位置是连续可调的，从而对入射光束的能量产生连续可调的衰减量，衰减后的光束被第二反射镜5反射，再次通过中性密度滤光片4并产生与之前相同的衰减量；再次衰减后的光束经柱面镜3后发生偏折，偏折后的光束入射在第一反射镜2的镜面上并被反射，反射的光束被输出准直器7接收并从多模光纤输出，这样就对多模光纤中光信号的能量实现了连续可调的衰减。

在本发明实施例中，步进电机6驱动第一反射镜2旋转，进而反射光束也会随之进行相应的旋转，这样使得光束入射在中性密度滤光片4上的位置发生位移，而中性密度滤光片4的光密度是线性渐变的，则光束入射在不同的位置就会产生不同的衰减量，因为步进电机6旋转的角度是连续可调的，所以使得光束入射在中性密度滤光片4的位置也是连续可调的，这样就能够产生连续可调的衰减值。这种利用步进电机驱动反射镜旋转的方式是本发明的一大创新点，利用这种方式光束能够快速的在中性密度滤光片上做出相应的位移，因此本发明具有调谐速度快的优点。而且这种方式利用反射镜对光束偏折，并且带动光束旋转，不需要对中性密度滤光片进行移动，这样使得本发明的结构更加紧凑。

图2为中性密度滤光片4的示意图，中性密度滤光片的光学密度是线性渐变的，用OD表示光学密度，用T表示透过率，则两者的关系为：第二反射镜5反射入射光束，光束会再次通过中性密度滤光片4，使得光束能量再一次衰减，该衰减量与入射光束通过中性密度滤光片4时产生的衰减量相等，除此之外光学系统本身也存在损耗，用分贝值表示为α，用β表示总的衰减分贝值，根据(1)式可得：β＝α+20·OD……(2)。

图3是光束入射在中性密度滤光片4的光密度最小值处的情况，记此处第一反射镜2旋转的角度为零，光束与图中虚线的夹角记为i，此位置有光密度最小值b，因为中性密度滤光片4的光密度是线性渐变的，则可以将光密度OD表示为：OD＝k·l+b……(3)；其中k表示光密度的变化率，l表示光束相对于光密度最小值处位移的值。

图4是第一反射镜2旋转一定角度后光束入射在中性密度滤光片4上的情况，现假设第一反射镜2旋转的角度为δ，则光线会相应的偏转2δ，可以得到光线位移的值l：l＝f·[tani-tan(i-2δ)]……(4)；其中f为柱面镜3的焦距，将公式(2)、(3)和(4)联立可得到总衰减值β与第一反射镜2旋转角度δ的关系式：β＝α+20·f·k·[tani-tan(i-2δ)]+20·b……(5)。

图5表示光路侧视展开图中各光学元件的位置关系，我们可以根据光路的长度L和光束之间的夹角θ弧度，计算出多模光纤输入准直器1与多模光纤输出准直器7之间的距离d：d＝L·θ……(6)

因此在光路侧视展开图中，多模光纤输入准直器1与多模光纤输出准直器7排列间距为d，并成夹角θ。在俯视图中，二者完全重合，如图1所示。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种连续可调的多模光纤衰减器，其特征在于，包括：多模光纤输入准直器(1)、多模光纤输出准直器(7)、衰减光路和步进电机(6)；

所述衰减光路包括：依次设置的光路上的第一反射镜(2)、柱面镜(3)、中性密度滤光片(4)和第二反射镜(5)；

所述第一反射镜(2)用于反射所述多模光纤输入准直器(1)输入的光束，反射光束通过柱面镜(3)偏折后入射在中性密度滤光片(4)上；

所述中性密度滤光片(4)用于提供线性变化的衰减量；

所述步进电机(6)用于驱动所述第一反射镜(2)旋转；

经过所述中性密度滤光片(4)衰减后的光束被第二反射镜(5)反射，再次通过中性密度滤光片(4)并产生与之前相同的衰减量；再次衰减后的光束经柱面镜(3)后发生偏折，偏折后的光束入射在第一反射镜(2)的镜面上并被反射，反射的光束被输出准直器(7)接收并从多模光纤输出，对多模光纤中光信号的能量实现了连续可调的衰减。

2.如权利要求1所述的连续可调的多模光纤衰减器，其特性在于，所述第一反射镜(2)和所述第二反射镜(5)分别位于所述柱面镜(3)的前、后焦面处，所述第一反射镜(2)反射的光束经所述柱面镜(3)后发生偏折，偏折后的光束入射在所述第二反射镜(5)的镜面上，被第二反射镜(5)反射的光束的光路与入射光路完全重合。

3.如权利要求1或2所述的连续可调的多模光纤衰减器，其特性在于，所述步进电机(6)驱动第一反射镜(2)旋转的角度是连续可调的，进而使得反射光束在入射在中性密度滤光片(4)上的位置是连续可调的。

4.如权利要求1-3任一项所述的连续可调的多模光纤衰减器，其特性在于，所述中性密度滤光片(4)与光轴的垂直方向之间具有一定的倾角，用于消除中性密度滤光片(4)表面反射光对该多模光纤衰减器的衰减值的影响。

5.如权利要求4所述的连续可调的多模光纤衰减器，其特性在于，所述中性密度滤光片(4)与光轴的垂直方向之间的角度为4度到8度之间。

6.如权利要求1-5任一项所述的连续可调的多模光纤衰减器，其特性在于，所述中性密度滤光片(4)为光学密度线性渐变的滤光片，可以通过前表面镀金属膜或镜片材料掺杂实现。