CN1267756C - 可变的光学衰减器 - Google Patents

Abstract

公开了一种可变的光学衰减器。该可变光学衰减器包括一个基片，此基片具有一个第一凹槽、一个第二凹槽和一个第三凹槽，一个弹性体，其与基片表面连接并在第一凹槽内形成，以便与第一凹槽的内表面分离，一个可移动单元，其与弹性体连接并在第二凹槽内形成，以便与第二凹槽的内表面分离，一个微镜，其与可移动单元连接并在第三凹槽内形成，以便其与第三凹槽的内表面分离，输入和输出光纤，其在第三凹槽内的微镜的每一侧上形成，并且根据微镜的位移输出和输入光线，和一个线圈，其在具有在其上形成弹性体的可移动单元上形成，并根据外部电信号在垂直方向上移动可移动单元和微镜，以便控制来自输出光纤的光的强度。

Description

可变的光学衰减器

相关申请的交叉引用

本申请要求2003年7月18日提交的的韩国申请No.P10-2003-0049193的优先权，并在此一并提出作为参考。

技术领域

本发明涉及一种在光通信网络中使用的光学开关，更具体而言，涉及一种具有微镜的可变的光学衰减器。

背景技术

波分复用(wavelength division multiplexed)光通信系统被广泛地发展和应用，以便有效地传输当前的大量产品中的各种形式的信息。

在这样的光通信系统中，多种类型的信息存储在多个具有各自不同的波长的光源中，然后这些信息被多路复用以便通过单个光纤进行传输。然后，一个接收终端解多路复用该多路复用的信号，并将该信号分开以便接收与每个波长相应的光信号。

同时，由于将光信号进行长距离传输时光信号趋于减弱，因此必须在多个传输中间使用多个光放大器。在这一点上，由于依赖于光放大器增益和解多路复用特性的波长的差别，各个波长产生一个不同的光输出。

当多个不同光输出被多路复用时，并当复用的输出被传输时，那么各个波长的光输出失去了一致性，从而信号特性恶化并最终不能传输信号。

据此，需要一种可变的光学衰减器来使得对应于各个波长的光信号的强度成为一致。

通常，光学衰减器将那些波长不同于具有最小波长光信号的信号减弱。

相关技术的光学衰减器的示例包括：一个通过使用监测器进行机械移动光纤的器件，一个使用微电机系统(MEMS)激励器的器件，一个具有一部分被研磨的光纤并在其表面涂上一种特殊材料的器件，和一个在硅基片上使用热光效应的Mach-Zehnder干涉仪调节器。

然而，如机械光学衰减器和通过研磨部分光纤而形成的光学衰减器这样的器件的缺点在于，该器件的尺寸较大，并且不能进行与其它光学器件的集成。

另外，MEMS器件和使用硅器件的光学衰减器具有需要高电压和电源的问题。

发明内容

因此，本发明提出一种可变的光学衰减器，其充分的消除了由于相关技术的局限和缺点产生的一个或多个问题。

本发明的一个目标是提供一种尺寸紧凑的轻型的可变光学衰减器。

本发明的另一个目标是提供一种更简单的和更易制造处理且成本低廉并能大量生产的可变光学衰减器。

本发明的另一目标是提供一种有更快响应速度并要求更低功率的可变衰减器。

本发明的其它优点、目标和特性将通过下来的描述被部分地阐明，并且对本领域的普通技术人员部分将在下面的检查中或是从本发明的实践中变成显而易见。本发明的目标和其他的优点可以通过所写的说明和所述的权利要求以及附图所指出的具体地结构来了解和获得。

为了实现这些目的和其他的优点并根据本发明的目的，如在这里具体且广泛的描述，一种可变光学衰减器，其包括一个基片，此基片具有一个第一凹槽、一个第二凹槽、一个第三凹槽，一个弹性体，其与基片表面连接并在第一凹槽中形成，使得其与第一凹槽的内表面分离，一个可移动单元，其与弹性体连接并在第二凹槽中形成，使得其与第二凹槽的内表面分离，一个微镜，其与可移动单元连接并在第三凹槽中形成，使得其与第三凹槽的内表面分离，输入和输出光纤，其在第三凹槽中的微镜每一侧上形成，并且依靠微镜的位移输出和输入光线，和一个线圈(coil)，其在具有弹性体的可移动单元上形成，并根据外部电信号在垂直方向上移动可移动单元和微镜，以便控制来自输出光纤的光的强度。

在这里，第一凹槽和第三凹槽彼此平行形成，而第二凹槽位于第一和第三凹槽之间并垂直于第一和第三凹槽形成。

根据本发明的可变光学衰减器进一步包括一个在基片的上表面和下表面上和在基片的每侧的至少一个上形成的磁体，并提供了一个到线圈的磁场。

在这里，磁体是永久性磁体和一种在其上缠绕了细导线的电磁体。

另外，在弹性体的中间部位形成有一个通孔，以及该弹性体由悬臂和扭转梁中的一个构成。

微镜垂直于基片的表面形成，而该线圈以螺旋状形成。

在根据本发明的可变光学衰减器中，该线圈包括一个第一电极焊盘和一个第二电极焊盘，一个与第一电极焊盘连接的下导线，一个与第二电极焊盘连接的上导线，和一个与下导线和上导线进行电连接的芯线。

在本发明中，许多通孔也形成在基片上，以便与第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽中的每一个相互对应。

应该理解前面的概述和下面对本发明的详细描述都是说明性的和示例性的，并意在提供如权利要求中的对本发明的进一步的解释。

附图说明

所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，并合并和构成了这个申请的一部分，解释说明了本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中；

图1A和图1B示例了根据本发明的使用电磁微镜的可变光学衰减器的透视图；

图2示例了根据本发明的使用电磁微镜的可变光学衰减器的平面图；

图3示例了根据本发明的在可变光学衰减器的可移动单元上形成的线圈(coil)的结构和操作原理；

图4A和图4B示例了根据本发明的用于操作可变光学衰减器的微镜的电磁驱动；

图5A和图5B示例了根据本发明的具有安装的永磁体的可变光学衰减器的透视图；和

图6A至图6C示例了根据本发明的依赖于微镜在可变光学衰减器上的位移的光的透射。

具体实施方式

现在将详细的参考本发明的优选实施例，该实施例的示例将在附图中进行说明。相同的附图标记尽可能地贯在整个附图中表示同一或类似部分。

图1A和图1B示例了根据本发明的使用电磁微镜的可变光学衰减器的透视图。以及图2示例了根据本发明的使用电磁微镜的可变光学衰减器的平面图。

更具体的，图1A示例了在其上安装光纤之前的可变光学衰减器。而图1B示例了在其上安装有光纤之后的可变光学衰减器。

参考图1A、图1B和图2，该可变光学衰减器包括：一个基片100，其具有第一、第二和第三凹槽110、130和150，一个弹性体111，一个可移动单元131，一个微镜170，输入和输出光纤211和212，和线圈(coil)132。

在这里，基片100的第一凹槽110和第三凹槽150以同方向形成并彼此平行。并且，第二凹槽130在第一和第三凹槽110和150之间以垂直方向形成。

而且，弹性体111也在第一凹槽110中形成并与其内表面分离，并且具有连接到基片100的下表面。在这里，通孔112形成于弹性体111的中心部位，并且弹性体111可由悬臂或扭转梁来构成。

另外，可移动单元131以与第二凹槽内表面分离的形式在第二凹槽130中形成并与弹性体111连接。微镜170被连接到可移动单元131的末端，并在第二凹槽130中形成且与第二凹槽的内表面分离。在这里，微镜170垂直于基片100的上表面形成。

此外，输入和输出光纤211和212在微镜170的每一侧上并在第三凹槽150中形成。每一个输入和输出光纤211和212根据微镜170的位移来输入或输出光线。

随后，在包含弹性体111的可移动单元131上形成线圈132。线圈132根据外部的电信号垂直地驱动可移动单元131和微镜170，以便能控制通过输入光纤211到输出光纤212的光线强度。在这里，以螺旋状形成的线圈132包括第一和第二电极焊盘161和162，一个连接于第一电极焊盘161的下导线132c，一个连接于第二电极焊盘162的上导线132a，和与下导线132c和上导线132a进行电连接的芯线132b。

有时候，可以在基片100上而不是在第一、第二和第三凹槽110、130和150上形成许多通孔。作为选择，许多通孔可以在基片100的下表面上形成以便与第一、第二和第三凹槽110、130和150中的每个对应。而且该第一、第二和第三凹槽也可以形成为一沟槽。

如上所描述的，在根据本发明的可变光学衰减器中，永久性磁体不是在上和下表面上形成就是在基片100的每一侧表面上形成，以便施加一外部磁场。当在第一电极焊盘161和第二电极焊盘162之间施加电流时，该电流经由电极线113a和113b到达芯线132。由于在永久性磁体的外部磁场和通过芯线132的电流之间的交互作用，将扭矩施加到具有在其形成线圈132的可移动单元131上。

在这里，施加到可移动单元131的电磁力的大小和方向控制施加到芯线132上的电流的方向和强度。而且，施加到芯线132上的电流的方向和强度也由永久性磁体的外部磁场的方向和大小来控制。

而且，当可移动单元131的位移由于电磁力的推动而产生时，电磁力的大小与位移成正比。并且，相反的，电磁力的方向与弹性体111的恢复力成反比。

因此，如图2所示，由于可移动单元131的位移，在可移动单元131的上边缘上形成的微镜170反射从输入光纤211输入的光线，或者使光线穿过输出光纤212。因此，根据微镜170的位置，根据本发明的在可变光学衰减器中从输入光纤211发送到输出光纤212的激光射线的量能被控制。

图3示例了根据本发明的在可变光学衰减器的可移动单元上形成的线圈的结构和操作原理，其中在可移动单元131的上部形成的线圈132包括一个由导电材料形成的芯线132b，一个以螺旋状连接于芯线132b的一侧的上导线132a，和一个连接于芯线132b的另一端的下导线132c。

上导线132a和下导线132c分别通过每个电极线113b和113a独自地与第一电极焊盘和第二电极焊盘连接。在这里，芯线132b的每一个上导线132a和下导线132c都用绝缘层隔离。

现在将详细地描述线圈(coil)的操作原理。当电流流动时，下导线132c从电极线113b传送施加的电流(I)到是线圈131的中心部分的芯线132b。并且，电流通过上导线132a流回到另一个电极线113a，其用作为一个实际的线圈。相反，当电流的方向与上述的方向相反时，该电流通过与上面描述的运行过程相反的方向的路径流回。

因此，如图3所示，当由外磁场引起的磁通量(B)形成时，在磁通量(B)和由电流(I)在线圈内流动而引起的磁偶极矩(m)之间的交互作用在线圈中产生，从而形成了mvB的扭矩。因此，可控制由线圈电流(I)引起的磁偶极矩(m)的方向和大小，或者通过控制外磁场(B)的大小和方向，作用于可移动单元和微镜上的扭矩的方向和大小能被控制。

图4A和图4B示例了根据本发明的用于操作可变光学衰减器的微镜的电磁推动。

参考图4A，在该状态中，这里电流没有被施加到线圈132，微镜170的反射表面阻挡了从输入光纤输入的光线，从而把光线反射回到输入光纤。相反地，参考图4B，将一个预定的电流量施加到线圈132，以致引起位移(也就是，从状态‘A’到如图4B所示的状态‘B’)。因而，微镜170的位置从光学路径上偏离，从而允许光线从输入光纤输入到通过输出光纤。

在这点上，当施加到线圈132的电流量被控制时，可移动单元131和微镜170的位移也能被控制，从而控制了经过输入光纤到输出光纤的光的强度。更具体地，由于可移动单元131和微镜170的位移，从输入光纤发送的部分光线或全部光线被发送到了输出光纤。

因此，根据本发明的可变光学衰减器能线性地控制转换的光线的量。

在这里，如图4B所示，根据施加到线圈132的电流的方向，可移动单元131能旋转到+qx方向或-qx方向。根据本发明的可变光学衰减器也能被使用于这两个驱动方向。

图5A和图5B示例了根据本发明的具有在其上安装的永磁体的可变光学衰减器的透视图。

参考图5A，在可变光学衰减器中，为了给在可移动单元的上部形成的在其上具有微镜的线圈(coil)提供一个磁场，将永久性磁体310安放在基片100的下表面上。在这里，永久性磁体310也可以被形成在基片100的上表面上或是基片100的任一侧。

作为选择，如图5B所示，永久性磁体311和312也可以形成在基片100的每一侧上。同样地，两个或多个永久性磁体也能同时在基片的上和下表面上形成和/或在基片100的两侧形成。

另外，也能使用由缠绕细导线形成的电磁体以代替永久性磁体，以便提供磁场。

图6A至图6C说明了根据本发明的根据在可变光学衰减器上的微镜的位移的光的穿透性水平。

参考图6A，当电流没有应用于线圈时，可变光学衰减器变成处于反射模式装置，以使从输入光纤211输出的全部激光束都被微镜170反射，从而完全阻碍了来自输出光纤212的光束。

参考图6B和6C，当将电流施加到线圈时，该微镜被移至一个偏离光线路径的位置。在图6B中，从输入光纤211输出的部分激光束被微镜170反射，而剩余的部分激光束继续被直线输出通过，以便被发送到输出光纤212。

在这里，被传送到输出光纤212的激光束的光能量能根据微镜170的位移进行控制。

另外，在图6C中，微镜170完全偏离了从输入光纤211输出的激光束的光线路径，从而允许将输出的激光束完全地发送至输出光纤212。

如上所述，根据本发明的可变光学衰减器可通过对一个阵列的扩展、在基片上形成多个凹槽或通孔，并然后在凹槽或通孔内安放弹性体、可移动单元、微镜和多个光纤来形成。

具有上述结构的可变光学衰减器可被用于一个n信道的光学分出/插入复用器的分出模块，该光学分出/插入复用器选择性地与任意n个输入终端和输出终端连接。

如上所述，在本发明中，通过电磁力进行操作的微镜利用装配线加工方法和显微机械加工方法进行制造，从而生产出了尺寸小重量轻的接口元件。结果，元件的单位成本降低了，而响应速度得到改善，驱动功率被降低，并且此器件能将光纤和其他部分结合在一起形成单个主体。

此外，在本发明中，可变光学衰减器可被扩展为一个阵列，从而被生产成一个n信道的光学分出/插入复用器的分出模块。

很明显对于本领域的普通技术人员来说可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种更改和变化。因此，在本发明以及附加的权利要求和它们的等价物的范围内作的更改和变化都包含在本发明的范围之中。

Claims (9)

1.一种可变的光学衰减器，包括：

一个基片，其具有第一凹槽，第二凹槽，和第三凹槽，其中该第一凹槽和第三凹槽彼此平行形成，该第二凹槽形成于第一和第三凹槽之间，并垂直于第一和第三凹槽形成；

一个弹性体，其与基片的表面连接并在第一凹槽中形成，使得其与第一凹槽的内表面分离；

一个可移动单元，其与弹性体连接并在第二凹槽中形成，使得其与第二凹槽的内表面分离；

一个微镜，其与可移动单元连接并在第三凹槽中形成，使得其与第三凹槽的内表面分离；

输入和输出光纤，其在第三凹槽内的微镜的每一侧上形成，并且根据微镜的位移输入和输出光线；和

一个线圈，其在具有形成在其上的弹性体的可移动单元上形成，并根据外部电信号在垂直方向上移动可移动单元和微镜，以便控制来自输出光纤的光的强度。

2.根据权利要求1所述的衰减器，进一步包括在基片的上表面和下表面以及在基片的每一侧的至少一个上形成的磁体，并给线圈提供一磁场。

3.根据权利要求2所述的衰减器，其中该磁体是永久性磁体和在其上缠绕了细导线的电磁体中的一种。

4.根据权利要求1所述的衰减器，其中在弹性体的中心部份形成一个通孔。

5.根据权利要求1所述的衰减器，其中该弹性体由悬臂和扭转梁中的一个构成。

6.根据权利要求1所述的衰减器，其中该微镜垂直于基片的表面形成。

7.根据权利要求1所述的衰减器，其中该线圈以螺旋状形成。

8.根据权利要求1所述的衰减器，其中该线圈包括：

一个第一电极焊盘和一个第二电极焊盘；

一个与第一电极焊盘连接的下导线；

一个与第二电极焊盘连接的上导线；和

一个与下导线和上导线进行电连接的芯线。

9.根据权利要求1所述的衰减器，其中多个通孔也形成在基片上，以便与第一凹槽、第二凹槽和第三凹槽中的每一个相互对应。

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