CN1258102C - 光纤耦合光衰减器 - Google Patents

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Abstract

一种光衰减器，用来光学衰减沿着光轴从输入光纤的端头传播到输出光纤的端头的光束，其中该输入和输出光纤的所述端头彼此间隔一个间隙，并且该光纤中的每个均具有纤芯和包层，该衰减器包括：用来支撑输入和输出光纤的端头的基座，传动机构，和透明或半透明分光元件，其与上述传动机构相连并可由该传动机构驱动，以在上述间隙中进入或退出光束，其中该透明或半透明分光元件被构造成当该透明或半透明分光元件移动进入光束时，在该透明或半透明分光元件中通过其折射使至少一部分光束偏离光轴，使得所述至少一部分光束没有反射地偏移到输出光纤的纤芯之外，并且耦合到其包层模式中，从而使得光束产生衰减。

Description

光纤耦合光衰减器
技术领域
本发明涉及光衰减器，尤其涉及可变控制，光纤耦合并由微电机械驱动的光学衰减器。
背景技术
自从光通讯业发展以来已经开发了多种类型的光衰减器。众所周知，光衰减器涉及光开关，其中衰减器步进或完全可控地减弱入射光束的强度。
光纤耦合光衰减器可以通过对两根以一定角度切开的光纤进行准直和分开间隔而制成，这样，这两根光纤定义了一条公共光轴，为了限制衍射损耗，这两根光纤的端头间隔刚好只能插入一个阻隔片。如美国第6,222,656号或6,275,320号专利中所示，阻隔片可以是不透明的并起到部分或完全阻隔入射光束的作用。
现有光衰减器中也有的包括旋转可变透射率的衰减元件。衰减是通过在入射光路中放置该元件，使具有不同透射率的预定元件部分面向入射光束而得到的。
半导体和薄膜技术的进步使得微电机械系统(MEMS)结构得到了发展。微电机械系统结构的尺寸从几百微米到几毫米，通常能够移动或施力。它们还应用于包括光开关和衰减器在内的许多光学应用中。而后者可以以最近授予杜勒(Dhuler)的第6,275,320号专利(微电机械系统可变光衰减器)为例。
在一个微电机械系统环境中，旋转阻隔片的应用不是很现实，线性可动阻隔片是更普遍的选择。在这种情况下，已经发现使用吸收或反射阻隔片在衰减量高于5dB时会产生一个很高的偏振相关损耗(PDL)。例如，在一个装有镀金阻隔片的衰减器中，在调到20dB的衰减时，偏振相关损耗会超过1dB。在由David Bishop所著，发表于1999年2月21-26日的光纤通讯会议(OFC’99)中的“光波网络中的硅微机械”指南中所述的衰减器就是这种设计的一个例子。产生这一损耗是因为吸收和反射材料响应入射光会出现传导电流，并且阻隔片的形状会使平行于阻隔片方向的电流高于垂直于阻隔片方向的电流。
发明内容
本发明的目的是消除或减小与上述讨论的现有技术关联的至少一些问题，以及提供一个与现有模拟器件相比有至少较低偏振相关损耗的小型光纤耦合光衰减器。
一方面，本发明提供了一种光衰减器，用来光学衰减沿着光轴从输入光纤的端头传播到输出光纤的端头的光束，其中该输入和输出光纤的所述端头彼此间隔一个间隙，并且该光纤中的每个均具有纤芯和包层，该衰减器包括：
用来支撑输入和输出光纤的端头的基座，
传动机构，和
透明或半透明分光元件，其与上述传动机构相连并可由该传动机构驱动，以在上述间隙中进入或退出光束，其中该透明或半透明分光元件被构造成当该透明或半透明分光元件移动进入光束时，在该透明或半透明分光元件中通过其折射使至少一部分光束偏离光轴，使得所述至少一部分光束没有反射地偏移到输出光纤的纤芯之外，并且耦合到其包层模式中，从而使得光束产生衰减。
该元件可以有至少一个表面与光轴成非垂直角，用以衍射至少一部分光束以偏离光轴。
衍射角可以是一个锐角，因此光束功率的至少一部分被偏离，折射或分束但不被反射。
衰减器最好被实现在一个微电机械系统结构中，即，光纤端头，传动机构和光分束元件(也叫做阻隔片)都在一个通常为平面的微电基座上。
阻隔片最好为非导电材料，如硅，因为在边界处的感应电流较低。一个具有适中折射率的非导电材料是最好的，因为高折射率会导致更大的感应电流，以至更高的偏振相关损耗。
硅在1550纳米的折射率大约为3.4，这比期望的要高(硅在大于1400纳米的波长时基本上是透明的)。抗反射涂层除了减少回射外，还在边界区产生低折射率，减小传导电流和偏振相关损耗。
阻隔片应当在至少某种程度上是透明的而不是强烈吸收的，因为在高光功率条件下，一个吸收材料可能会熔化或烧毁。即使阻隔片维持在低于熔点的一个很高温度上，热量也会影响热传动机构或使黑体放射进入光纤。
附图说明
结合下面的附图和说明，本发明的其它特点和优势将会变得一目了然，其中：
图1是根据本发明的实施例的一个带有两个衰减器的微电机械系统片的平面示意图；
图2是衰减器的阻隔片的放大图示，而
图3是另一个阻隔片的放大平面示意图。
注意，在所有的图示中，相同的部分用相同的数字来标示。
具体实施方式
图1以微电机械系统平面图的形式示出了可变光衰减器的第一个实施例。该结构有一个微电机械平面基座10，一个热拱梁传动机构12和通过阻热片16与传动机构相连的一片光学阻隔片14。阻隔片由透明或部分透明材料做成，例如，硅，石英，玻璃等等。两对光纤18，20，22，24被装入基座，以使其纵轴定义一个经过这些光纤的光束轴，并且它们在每对光纤(18，20和22，24)间分别定义两个间隔。当然，为了将耦合损耗减到最小，最好使间隔保持最小，但有足够大小以使阻隔片在间隔中可以移动。由于众所周知，所以微电机械系统基座及其制造过程的详细说明在此省略(如上述Dhuler等人的美国第6,275,320号专利)。基座可以由硅，玻璃，石英或聚合材料做成。阻热片也是共所周知。图1所示设计的优点是它是几乎平面的。
图2中，光纤18，20，22和24的端面抛成或切成一个小角度，以将回反减到最小，这为大家所知。限定间隔26的大小以容纳阻隔片14和当传动机构12被启动时，阻隔片14能够在间隔中的移动。在实际的实施例中，间隔大约为20微米，阻隔片在非拉锥的“瓶颈”部分28处大约为10微米。阻隔片有一个拉锥楔角部分30，拉锥的角度在12-25°之间，这样当TAB传动机构12被启动时，阻隔片就会进入被光纤18-24的纤芯发射的光束的光路。很重要的是，当阻隔片被启动时会至少延伸经过光纤对的部分纤芯。
在图2中可以看出，阻隔片14的拉锥部分的至少一个壁与光纤18，20的光轴L成一定的角度，与光轴不垂直。这会导致至少一部分从(输入)光纤18的光束入射到透明的阻隔材料上，经过折射再与光纤18的最初方向成一定的角度出射。阻隔片的形状(在这一实施例中为楔形)经过选择，使光束的折射部分的偏离达到足够大以便让折射光不再会被耦合进入光纤20的纤芯中，而是耦合进入(输出)光纤20的包层模式中并在一个短距离中被吸收。
可以注意到，阻隔片的透明度和适当的折射率减少了如上所述的现有技术中的反射或吸收型阻隔片引起的传导电流的出现。由于阻隔片较小的尺寸(为一百微米的数量级)，可能不容易在阻隔片形成一个光滑度极高的表面。尽管光纤的端面是倾斜的，也可能会使一些光功率被反射回来而进入光纤18。为了减少这一回反，众所周知的抗反射涂层可以镀在阻隔片一面或两面。抗反射涂层会在阻隔片和周围的空气之间的边界中产生较低的有效折射率，从而减少感应电流和偏振相关损耗。
在如图3所示的本发明的另一个实施例中，阻隔片有两个平行的表面32，34，其中的一个表面面向输入光纤18和入射光束，而另一个表面面向输出光纤20。可以看出，阻隔片被装入，使得两表面32和34不垂直于光纤18，20的光轴。这样一来，入射光束的至少一部分在阻隔片的透明材料中经历折射，并从光轴处分开形成一个大角度，由于光束的折射部分被偏离到输出光纤纤芯的外面，从而引起了入射光束的衰减。
本发明的一个优点是，由于间隔(约为可以放入单模光纤的20微米)的设计将光纤间因衍射而产生的不必要的光功率损耗减到最小，衰减器可以不用聚焦和准直透镜。同时，由于阻隔元件的透明度和合适的折射率，本发明可将偏振相关损耗大幅度地减小。
上述的本发明的实施例只是用来说明本发明。因此，本发明的范围只受所附的权利要求书限制。

Claims (8)

1.一种光衰减器，用来光学衰减沿着光轴从输入光纤的端头传播到输出光纤的端头的光束，其中该输入和输出光纤的所述端头彼此间隔一个间隙，并且该光纤中的每个均具有纤芯和包层，该衰减器包括：
用来支撑输入和输出光纤的端头的基座，
传动机构，和
透明或半透明分光元件，其与上述传动机构相连并可由该传动机构驱动，以在上述间隙中进入或退出光束，其中该透明或半透明分光元件被构造成当该透明或半透明分光元件移动进入光束时，在该透明或半透明分光元件中通过其折射使至少一部分光束偏离光轴，使得所述至少一部分光束没有反射地偏移到输出光纤的纤芯之外，并且耦合到其包层模式中，从而使得光束产生衰减。
2.根据权利要求1所述的光衰减器，其中该透明或半透明分光元件具有至少一个与光轴成非垂直角的表面，使得该至少一部分光束在该透明或半透明分光元件中经历折射。
3.根据权利要求1所述的光衰减器，其中该透明或半透明分光元件为楔角形状。
4.根据权利要求1所述的光衰减器，其中该透明或半透明分光元件具有两个与光轴成非垂直角的平行表面。
5.根据权利要求1所述的光衰减器，其中该基座是基本上平面的微电机械系统基座。
6.根据权利要求1所述的光衰减器，其中该传动机构是热拱梁传动机构。
7.根据权利要求1所述的光衰减器，其中该透明或半透明分光元件由硅做成。
8.根据权利要求1所述的光衰减器，其中该透明或半透明分光元件具有抗反射涂层。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101452115B (zh) * 2007-11-30 2010-07-21 深圳市大族激光科技股份有限公司 时间分光系统驱动装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3804822C1 (zh) * 1988-02-12 1989-01-05 Krone Ag, 1000 Berlin, De
US6021247A (en) * 1997-05-09 2000-02-01 Helble; Robert Adjustable tap for light-pipe
US6195478B1 (en) * 1998-02-04 2001-02-27 Agilent Technologies, Inc. Planar lightwave circuit-based optical switches using micromirrors in trenches
US6137103A (en) * 1998-07-31 2000-10-24 Lucent Technologies Opto-mechanical components
US6389189B1 (en) * 1998-10-23 2002-05-14 Corning Incorporated Fluid-encapsulated MEMS optical switch
US6404942B1 (en) * 1998-10-23 2002-06-11 Corning Incorporated Fluid-encapsulated MEMS optical switch
US6173105B1 (en) * 1998-11-20 2001-01-09 Lucent Technologies Optical attenuator
US6385364B1 (en) * 1999-06-17 2002-05-07 Mustafa A. G. Abushagur Optical switch
US6275320B1 (en) * 1999-09-27 2001-08-14 Jds Uniphase, Inc. MEMS variable optical attenuator
US6351580B1 (en) * 2000-03-27 2002-02-26 Jds Uniphase Corporation Microelectromechanical devices having brake assemblies therein to control movement of optical shutters and other movable elements
US6504968B1 (en) * 2000-08-30 2003-01-07 Jds Uniphase Inc. Optical switches including reflectors having associated actuators and latches located adjacent to a surface thereof and methods of operating same
GB0103124D0 (en) * 2001-02-08 2001-03-28 Kymata Ltd A variable optical attenuator
US6583031B2 (en) * 2001-07-25 2003-06-24 Onix Microsystems, Inc. Method of making a MEMS element having perpendicular portion formed from substrate

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GB0228385D0 (en) 2003-01-08

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