CN109946792A - 一种集成分光探测功能的可调光衰减装置以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学器件领域，具体涉及一种集成分光探测功能的可调光衰减装置以及系统，可调光衰减装置包括腔体、输入光纤、反射镜、分光镜、光电探测器以及输出光纤，输入光纤和输出光纤设在腔体内部，光信号经过输入光纤的传输后射向反射镜，反射镜将光信号反射到分光镜，分光镜将光信号分为两束光信号，其中一束光信号射向光电探测器，由光电探测器检测光功率，另外一束光信号射回反射镜，反射镜将光信号反射到输出光纤，由输出光纤输出光信号。在实现光衰减的同时能够实现光功率的检测，从而可对输入的光信号进行调节，提升对光功率衰减的精度控制水平；并且，各个器件能够集成设置，大大缩小了体积。

Description

一种集成分光探测功能的可调光衰减装置以及系统

技术领域

本发明涉及光学器件领域，具体涉及一种集成分光探测功能的可调光衰减装置以及系统。

背景技术

光衰减器是一种非常重要的纤维光学无源器件，它可按用户的要求将光信号能量进行预期地衰减，常用于吸收或反射掉光功率余量、评估系统的损耗及各种测试中。目前，系列化光衰减器已广泛应用于光通信领域，给用户带来了极大的方便。

但是，现有集成分光探测功能的光衰减器主要有两种，第一种为两个分离器件通过光纤串联在一起，可参考图1：光通过光纤1输入到跳线2的输入端后，透镜3表面镀有一层分光膜，一束光从透镜3中射出，再进入光电探测4，实现功率检测，另一束光从透镜3中反射到跳线2，再经过跳线2的输出端，并通过光纤1发射到下一跳线5的输入端，经过另一透镜6，并入射到MEMS 镜像芯片7中，MEMS镜像芯片7将光反射回透镜6，透镜6再经过跳线5的输出端，并通过光纤1进行光输出。但是，该种光衰减器是通过多个器件串联实现，整体体积较大，在应用环境上存在局限性。

第二种为挡光式光衰减器，可以参考图2，入射光纤10a输出的光线经过 MEMS挡光衰减芯片20，输出到透镜30，透镜30上镀有分光膜30a，光线经过 30a之后，分成了两束光，一部分光线反射回光纤10b，另外一束透射至光电转换器40上，其中衰减芯片20实现了光的衰减控制，光电探测器40实现了对入射光光功率的探测。但是，该种光衰减器通常采用热驱动，稳定性较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种集成分光探测功能的可调光衰减装置以及系统，解决现有光衰减器需要多个器件串联组成，集成性差并且体积较大的问题。

为解决该技术问题，本发明提供一种集成分光探测的可调光衰减装置，所述可调光衰减装置包括腔体、输入光纤、反射镜、分光镜、光电探测器以及输出光纤，所述输入光纤和输出光纤设在腔体内部，光信号经过输入光纤的传输后射向反射镜，所述反射镜将光信号反射到分光镜，所述分光镜将光信号分为两束光信号，其中一束光信号射向光电探测器，由光电探测器检测光功率，另外一束光信号射回反射镜，所述反射镜将光信号反射到输出光纤，由输出光纤输出光信号。

其中，较佳方案是：所述可调光衰减装置还包括MEMS芯片，所述反射镜设在MEMS芯片的表面。

其中，较佳方案是：所述可调光衰减装置还包括第一透镜，光信号经过输入光纤的传输后射向第一透镜，并经第一透镜射向反射镜；射回反射镜的光信号经过反射镜的反射后射向第一透镜，并经第一透镜射向输出光纤。

其中，较佳方案是：所述反射镜与第一透镜的轴线呈锐角。

其中，较佳方案是：所述腔体的表面与所述第一透镜的表面平行，所述输入光纤射出的光信号射入第一透镜。

其中，较佳方案是：所述可调光衰减装置还包括第二透镜，所述第二透镜与光电探测器邻近设置，通过分光镜的光信号先经过第二透镜再射向光电探测器。

其中，较佳方案是：所述分光镜设置在第二透镜的表面。

其中，较佳方案是：所述腔体为毛细管。

其中，较佳方案是：所述可调光衰减装置还包括壳体、第一基板和第二基板，所述第一基板和第二基板设在壳体内部，所述反射镜放置在第一基板上，所述分光镜和光电探测器放置在第二基板上。

本发明还提供一种集成分光探测功能的可调光衰减系统，所述可调光衰减系统包括光发射器、光接收器以及如上所述的可调光衰减装置，所述光发射器射出光信号，光信号经过输入光纤的传输后射向反射镜，所述反射镜将光信号反射到分光镜，所述分光镜将光信号分为两束光信号，其中一束光信号射向光电探测器，所述光电探测器检测光功率，另外一束光信号射回反射镜，所述反射镜将光信号反射到输出光纤，所述输出光纤输出光信号到光接收器。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明通过设计一种集成分光探测功能的可调光衰减装置以及系统，在实现光衰减的同时能够实现光功率的检测，从而可对输入的光信号进行调节，提升对光功率衰减的精度控制水平；并且，各个器件能够集成设置，构成单一的独立器件，而非通过光纤串联连接，能够大大缩小体积；以及，反射镜设在MEMS芯片的表面，MEMS芯片通常由静电驱动，能够提升装置的稳定性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有集成分光探测的光衰减装置的示意图；

图2是现有另一集成分光探测的光衰减装置的示意图；

图3本发明集成分光探测的可调光衰减装置实施例一的示意图；

图4是本发明集成分光探测的可调光衰减装置实施例二的示意图；

图5是本发明设有壳体的可调光衰减装置的示意图；

图6是本发明直角棱镜替代第二棱镜的可调光衰减装置的示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图3至图6所示，本发明提供一种集成分光探测功能的可调光衰减装置的优选实施例。

具体地，参考图3，一种集成分光探测功能的可调光衰减装置，所述可调光衰减装置包括腔体13、输入光纤11、反射镜31、分光镜41、光电探测器 43以及输出光纤12，所述输入光纤11和输出光纤12设在腔体13内部，所述反射镜31与分光镜41邻近设置，所述分光镜41与光电探测器43邻近设置。其中，参考图3，外部产生的光信号经过输入光纤11的传输后射向反射镜31，所述反射镜31将光信号反射到分光镜41；所述分光镜41将光信号分为两束光信号，其中一束光信号用于光电检测，从分光镜41继续传输并射向光电探测器43，所述光电探测器43将光信号转换为电信号，实现光功率的检测；另外一束光信号用于光衰减，从分光镜41反射回反射镜31，所述反射镜31再次对光信号进行反射，将光信号反射到输出光纤12的位置，所述输出光纤12 输出光信号。随后，参考图4，在所述反射镜31的位置发生角度偏转，最终射向输出光纤12的光信号偏离了输出光纤12，从而产生了耦合损耗，实现了光衰减，所述输出光纤12再将光衰减后的光信号输出。光衰减以及光电检测都是光通讯网络的基础元器件，特别是在掺铒光纤放大器中，因此，上述器件都极其易得。所述可调光衰减装置通过转镜原理在实现光衰减的同时能够实现光功率的检测，从而可对输入的光信号进行调节，提升对光功率衰减的精度控制水平；并且，各个器件能够集成设置，构成单一的独立器件，而非通过光纤串联连接，能够大大缩小体积；另外，光信号实际上两次经过了反射镜31，在反射镜31角度和位置不变的情况下，光信号实际发生的偏转角度为原来的一倍，即是说，在光信号的同等驱动电压下，最终接收光信号的器件能够获得更大的衰减量，也就可以降低对最大驱动电压的要求。

在本实施例中，参考图3，所述可调光衰减装置还包括MEMS芯片32，MEMS (英文全称为Micro-Electro-Mechanical System)为微机电系统，尺寸在几毫米乃至更小，是集微传感器、微执行器、微机械结构、微电源微能源、信号处理和控制电路、高性能电子集成器件、接口、通信等于一体的智能微型器件，所述反射镜31设在MEMS芯片32的表面，也可以说，所述反射镜31就是MEMS 芯片32的一部分。通常地，所述MEMS芯片32是由静电驱动，因此，容易控制精度，也能够大大提高稳定性。

进一步地，参考图3，所述可调光衰减装置还包括第一透镜21，所述第一透镜21可为自聚焦透镜、球透镜或者非球面透镜，所述第一透镜21设置在腔体13与反射镜31之间，外部产生的光信号经过输入光纤11的传输后射向第一透镜21，所述第一透镜21折射光信号，再射向反射镜31，所述反射镜31 将光信号反射到分光镜41，所述分光镜41将光信号分为两束光信号，其中一束光反射回反射镜31，所述反射镜31再将光信号反射后射向第一透镜21，并经过第一透镜21的准直后射向输出光纤12，所述输出光纤12再输出光信号。其中，所述反射镜31与第一透镜21的轴线呈预设角度，即是说，所述反射镜 31与入射到输入光纤11的光信号呈预设角度，所述预设角度呈锐角，详细来说，所述预设角度在5°至85°范围内。优选地，所述腔体13的表面与所述第一透镜21的表面相互平行，并且，上述两者的表面为相邻表面，所述输入光纤11射出的光信号沿着同一直线射入第一透镜21，再通过第一透镜21的折射后射向反射镜31。

再进一步地，参考图3，所述可调光衰减装置还包括第二透镜42，所述第二透镜42与光电探测器43邻近设置，具体设置在反射镜31与光电探测器43 之间，所述分光镜41分出的其中一束光信号经过第二透镜42之后再射向光电探测器43，所述光电探测器43实现光电检测。优选地，所述分光镜41设置在第二透镜42的表面。当然，所述第二透镜42表面也可以直接镀有第一层分光膜，从而替代分光镜41。所述第二透镜42可为自聚焦透镜、球透镜或者非球面透镜。甚至地，若是光电探测器43的光敏面足够大，所述第二透镜42 也可以被曲率半径无限大的平面镜所替代。

或者，参考图6，所述可调光衰减装置还包括直角棱镜45，所述直角棱镜 45与光电探测器43邻近设置，具体设置在反射镜31与光电探测器43之间，所述分光镜41分出的其中一束光信号经过直角棱镜45之后，所述直角棱镜 45将光信号偏转90°，再射向光电探测器43，所述光电探测器43依然能够实现光电检测。优选地，所述分光镜41设置在直角棱镜45的表面。从上述可得知，在此无需限制反射镜31与光电探测器43之间的具体器件，只要最终经过分光镜41分光的光信号能够射向光电探测器43，保证实现光电检测功能即可。

在本实施例中，所述腔体13优选为毛细管，毛细管指的是内径等于或小于1毫米的细管，体积非常小，用于穿入光纤。

再具体地，参考图5，所述可调光衰减装置还包括壳体51、第一基板33 和第二基板44，所述第一基板33和第二基板44设在壳体51内部，所述第一透镜21卡设在壳体51上，所述反射镜31和MEMS芯片32放置在第一基板33 上，所述分光镜41、第二透镜42和光电探测器43放置在第二基板44上。所述壳体51内部形成密封腔，可为放置在密封腔中的反射镜31、MEMS芯片32、分光镜41、第二透镜42和光电探测器43提供保护作用，所述第一基板33可为反射镜31和MEMS芯片32提供支撑作用，所述第二基板44可为分光镜41、第二透镜42和光电探测器43提供支撑作用。

本发明还提供一种集成分光探测功能的可调光衰减系统的较佳实施例。

具体地，一种集成分光探测功能的可调光衰减系统，所述可调光衰减系统包括光发射器、光接收器以及如上所述的可调光衰减装置，所述光发射器射出光信号，光信号经过输入光纤11的传输后射向反射镜31，所述反射镜31将光信号反射到分光镜41，所述分光镜41将光信号分为两束光信号，其中一束光信号射向光电探测器43，所述光电探测器43检测光功率，另外一束光信号射回反射镜31，所述反射镜31将光信号反射到输出光纤12，所述输出光纤 12输出光信号到光接收器。所述光发射器的驱动电压可改变，即是输入到输入光纤11的光信号的功率发生变化，光信号继续按照上述流向进行传输，并且，在所述反射镜31的位置发生角度偏转，最终射向输出光纤12的光信号偏离了输出光纤12，从而产生了耦合损耗，实现了光衰减，所述输出光纤12再将光衰减后的光信号输出到光接收器。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种集成分光探测功能的可调光衰减装置，其特征在于：所述可调光衰减装置包括腔体、输入光纤、反射镜、分光镜、光电探测器以及输出光纤，所述输入光纤和输出光纤设在腔体内部，光信号经过输入光纤的传输后射向反射镜，所述反射镜将光信号反射到分光镜，所述分光镜将光信号分为两束光信号，其中一束光信号射向光电探测器，由光电探测器检测光功率，另外一束光信号射回反射镜，所述反射镜将光信号反射到输出光纤，由输出光纤输出光信号。

2.根据权利要求1所述的可调光衰减装置，其特征在于：所述可调光衰减装置还包括MEMS芯片，所述反射镜设在MEMS芯片的表面。

3.根据权利要求2所述的可调光衰减装置，其特征在于：所述可调光衰减装置还包括第一透镜，光信号经过输入光纤的传输后射向第一透镜，并经第一透镜射向反射镜；射回反射镜的光信号经过反射镜的反射后射向第一透镜，并经第一透镜射向输出光纤。

4.根据权利要求3所述的可调光衰减装置，其特征在于：所述反射镜与第一透镜的轴线呈锐角。

5.根据权利要求4所述的可调光衰减装置，其特征在于：所述腔体的表面与所述第一透镜的表面平行，所述输入光纤射出的光信号射入第一透镜。

6.根据权利要求1所述的可调光衰减装置，其特征在于：所述可调光衰减装置还包括第二透镜，所述第二透镜与光电探测器邻近设置，通过分光镜的光信号先经过第二透镜再射向光电探测器。

7.根据权利要求6所述的可调光衰减装置，其特征在于：所述分光镜设置在第二透镜的表面。

8.根据权利要求1所述的可调光衰减装置，其特征在于：所述腔体为毛细管。

9.根据权利要求1至8任一所述的可调光衰减装置，其特征在于：所述可调光衰减装置还包括壳体、第一基板和第二基板，所述第一基板和第二基板设在壳体内部，所述反射镜放置在第一基板上，所述分光镜和光电探测器放置在第二基板上。

10.一种集成分光探测功能的可调光衰减系统，其特征在于：所述可调光衰减系统包括光发射器、光接收器以及如权利要求1至9任一所述的可调光衰减装置，所述光发射器射出光信号，光信号经过输入光纤的传输后射向反射镜，所述反射镜将光信号反射到分光镜，所述分光镜将光信号分为两束光信号，其中一束光信号射向光电探测器，所述光电探测器检测光功率，另外一束光信号射回反射镜，所述反射镜将光信号反射到输出光纤，所述输出光纤输出光信号到光接收器。