CN204515188U - 一种带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器，包括光纤头、色散补偿片、透镜、反射镜，所述光纤头包括衰减器光信号输入光纤、衰减器光信号输出光纤，所述衰减器光信号输入光纤与所述衰减器光信号输出光纤平行且对称分布于该可调式光衰减器轴线的两侧，所述光纤头设置在所述色散补偿片的一侧，所述反射镜设置在所述色散补偿片的另一侧，所述透镜设置在所述色散补偿片与所述反射镜之间。本实用新型的可调式光衰减器的波长相关损耗得到了很好的补偿，该可调式光衰减器具有更低的波长相关损耗；本实用新型的结构更简单、紧凑，更容易装配并且有更好的性能。

Description

一种带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器

技术领域

本实用新型涉及光纤通信系统的光无源器件，尤其涉及一种带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器。

背景技术

图1、图2是通常的反射式VOA基本结构，图1是现有技术中IL最小时的情况，而图2是现有技术中衰减状态时的情况。如图1所示，通常的反射式VOA包括：输入光波导1、输出光波导2、透镜3、反射镜4，从输入光波导1出来的含不同波长成分的光束通过透镜3准直，再通过反射镜4发生反射后形成反射光束，反射光束再通过透镜3聚焦到输出光波2。当反射镜4偏置某个角度时，反射光束以最小插入损耗(Insert ion loss，IL)耦合进输出光波导2。如图2所示，当反射镜4增加或者减小偏置角度时，有部分反射光束偏出光波导，减小了光耦合效率，从而形成光能量的衰减输出。

然而，这种结构的光衰减器在某个波长范围内，当光衰减器反射镜偏置某个角度时，不同波长损耗值的差异称之为波长相关损耗(WavelengthDependen Loss，WDL)，波长相关损耗会影响器件的衰减精度，甚至光信号的信噪比等。

众所周知，插入损耗(IL)可以表示成波长的函数，如下列方程式(1)所示：

$\mathrm{IL}\left(\mathrm{\λ}\right)=-4.343\·{\left(\frac{x\left(\mathrm{\λ}\right)}{\mathrm{\ω}\left(\mathrm{\λ}\right)}\right)}^2---\left(1\right)$

其中，ω(λ)为耦合光模场半径，为MFD的一半，为波长λ的函数；x(λ)为耦合光光斑中心和光波导中心偏移量，它主要由反射镜角度来确定，同时也与波长λ相关。

在小波长范围内，如光通信系统常用的C和L波段，ω(λ)可以近似线性关系，表示为方程式(2)：

ω(λ)＝a+b·λ    (2)

其中，a、b为常系数。

WDL表示为：

$\mathrm{WDL}\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{d\left[\mathrm{IL}\left(\mathrm{\λ}\right)\right]}{\mathrm{d\λ}}-4.343\·2\·\frac{x\left(\mathrm{\λ}\right)}{{\mathrm{\ω}}^3\left(\mathrm{\λ}\right)}\·[\frac{d\left[x\left(\mathrm{\λ}\right)\right]}{\mathrm{d\λ}}\·\mathrm{\ω}\left(\mathrm{\λ}\right)-b\·x\left(\mathrm{\λ}\right)]---\left(3\right)$

而有：

$D\left(\mathrm{\λ}\right)=\frac{d\left[x\left(\mathrm{\λ}\right)\right]}{\mathrm{d\λ}}---\left(4\right)$

在一定波长范围内，如C Band和L Band，WDL可以表示为：

$\mathrm{WDL}=2\·\mathrm{IL}\·(\frac{D}{x}-\frac{b}{\mathrm{\ω}})\·\mathrm{\Δ\λ}---\left(5\right)$

其中，Δλ为波长差，D为所述光束两次通过所述透镜后的色散量，也是一定波段内所述偏移距离的差异。普通未做补偿的VOA，输入光通过透镜后的色散很小，器件在一定衰减值时，b常系数是WDL主要影响因子。

传统的基于微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS)的可调式光衰减器(Variable Optical Attenuator，VOA)通常是不带有波长相关损耗补偿功能的，在20dB衰减的情况下，其波长相关损耗补偿值就已经达到1.2dB，当对WDL有高要求的情况下，在设计上均需要考虑波长相关损耗的补偿功能对光进行衰减。

目前，带有波长相关损耗功能的可调式光衰减器也有很多，但均存在各种各样的缺陷。在2010年8月4日公开的公开号为201540404U的中国实用新型，涉及一种基于反射镜的可调光衰减器，尤其是通过调整光波导位置来补偿WDL的可调式光衰减器，在反射式可调式光衰减器系统中，通过调整输入光波导在输入面上的位置和输出光波导在输出面上的位置，从而改变包含不同波长成分的光束在透镜里的传输路径，增加由透镜自身产生的色散，来补偿波长相关的损耗。但是由于两光束不是关于光波导中心轴线对称，光斑畸变大，从而导致偏振相关损耗(PDL)大；同时，该结构对光波导的偏移量要求精确，使装配相当的困难。

在2007年3月28日公开的公开号为1936633的中国发明，涉及一种带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器，是通过采用在反射镜与透镜之间插入色散光楔来补偿波长相关损耗。但是由于光纤出射端面与通光轴线垂直，回损很小(18dB)，达不到高回损的要求(50dB)；同时，色散光楔相对于反射镜及透镜独立，结构不够紧凑，装配存在一定的困难。

在2013年5月29日公开的公开号为202956503U的中国实用新型，涉及一种带有波长相关损耗补偿的可调节光衰减器，包括：输入光纤、透镜、反射镜和输出光纤，所述透镜设置为无斜角透镜，用于校准来自所述输入光纤的光束，并将所述光束聚焦到所述输出光纤；第一波长组分的光以一定角度入射到无斜角透镜，产生与光纤方向相反的色散，来实现对光纤色散的补偿，从而实现减小各衰减WDL；增大入射与出射光纤的角度，使得回损达到50dB以上，由于本实用新型光衰减器采用无斜角透镜，增大入射与出射光纤角度，达到WDL改善目的，成本降低。但是由于该结构对光波导的倾角有较大的要求，从而导致偏振相关损(PDL)耗较大。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器，是基于微机电系统的带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器，克服了现有技术的带波长相关损耗补偿的可调式光衰减器的回损小及装配不易的问题。

本实用新型是这样实现的：

一种带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器，包括光纤头、色散补偿片、透镜、反射镜，所述光纤头包括衰减器光信号输入光纤、衰减器光信号输出光纤，所述衰减器光信号输入光纤与所述衰减器光信号输出光纤平行且对称分布于该可调式光衰减器轴线的两侧，所述光纤头设置在所述色散补偿片的一侧，所述反射镜设置在所述色散补偿片的另一侧，所述透镜设置在所述色散补偿片与所述反射镜之间；

所述光纤头靠近所述色散补偿片的端面与垂直于所述可调式光衰减器轴线的平面之间形成第一夹角α1；

所述透镜靠近所述色散补偿片的端面与垂直于所述可调式光衰减器轴线的平面之间形成第二夹角α2。

进一步地，还包括一玻璃套管，所述光纤头、所述色散补偿片、所述透镜均设置在所述玻璃套管内。

进一步地，所述第一夹角α1的范围为6°～10°且所述第二夹角α2的范围为0°～12°。

进一步地，所述色散补偿片具有两个通光面，所述两个通光面均与垂直于所述可调式光衰减器轴线的平面平行。

进一步地，所述透镜为球面透镜或非球面透镜或折射率渐变式透镜。

本实用新型的优点在于：本实用新型的可调式光衰减器的波长相关损耗得到了很好的补偿，该可调式光衰减器具有更低的波长相关损耗；本实用新型的结构更简单、紧凑，更容易装配并且有更好的性能。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为现有技术中IL最小时的反射式VOA基本结构图。

图2为现有技术中衰减状态时的反射式VOA基本结构图。

图3为本实用新型的结构示意图。

图4为本实用新型的VOA与无色散补偿的VOA比较的效果图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步的详细说明，但是本实用新型的结构不仅限于以下实施例。

如图3所示，本实用新型的一种带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器，包括光纤头5、色散补偿片6、透镜7、反射镜8、玻璃套管9，所述光纤头5包括衰减器光信号输入光纤51、衰减器光信号输出光纤52，所述衰减器光信号输入光纤51与所述衰减器光信号输出光纤52平行且对称分布于该可调式光衰减器轴线OA的两侧，所述光纤头5设置在所述色散补偿片6的一侧，所述反射镜8设置在所述色散补偿片6的另一侧，所述透镜7设置在所述色散补偿片6与所述反射镜8之间，所述光纤头5、所述色散补偿片6、所述透镜7均设置在所述玻璃套管9内；

所述光纤头5靠近所述色散补偿片6的端面与垂直于所述可调式光衰减器轴线OA的平面之间形成第一夹角α1；

所述透镜7靠近所述色散补偿片6的端面与垂直于所述可调式光衰减器轴线OA的平面之间形成第二夹角α2。

其中有：

所述光纤头5包括衰减器光信号输入光纤51、衰减器光信号输出光纤52，所述衰减器光信号输入光纤51用于发射包含不同光波长成分的光束(如1525nm－1570nm带宽内所有波长)；所述衰减器光信号输出光纤52，用于接收所述包含不同光波长成分的光束；

所述色散补偿片6，用于使所述包含不同光波长成分的光束具有不同的偏移量，来部分地补偿固有的波长相关损耗；

所述透镜7，用于准直从所述衰减器光信号输入光纤51发射的光束，并将经反射镜8反射后的光束聚焦到所述衰减器光信号输出光纤52，并根据所述衰减器光信号输入光纤51的位置和所述衰减器光信号输出光纤52的位置对所述光束产生不同程度的色散；

所述反射镜8，用于接收来自所述透镜7的光束，并将所述光束穿过所述透镜7到所述衰减器光信号输出光纤52，所述反射镜8的不同倾斜角使衰减器产生不同大小的衰减值，并使一定衰减值时产生一定的波长相关损耗。

所述玻璃套管9，用于将所述光纤头5、所述色散补偿片6、所述透镜7固定在一起来作为一个整体的部件，相当于一个带有色散补偿的准直器，使得结构紧凑、装配容易。

具体地，所述透镜7为曲率半径为R＝1.419mm、材料为N－SF11的球面透镜；所述色散补偿片6具有两个平行通光面，材料为熔石英，所述两个通光面均垂直于所述可调式光衰减器轴线OA，此时有：所述第一夹角α为8°、所述第二夹角β为5°。

本实用新型的工作原理如下：

所述带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器的输入光线为1a、输出光线为1b；含有不同光波长成分的光束(如1525nm和1570nm)进入所述光纤头5后，由所述衰减器光信号输入光纤51发射，经过色散补偿片6后，不同光波长成分的光束将产生不用的偏移量，再经球面透镜准直到达反射镜8后反射，然后由球面透镜聚焦到色散补偿片6上，再到所述衰减器光信号输出光纤52耦合输出，反射镜8的角度微调节后，耦合光斑中心距离偏移输出光纤中心，使VOA产生一定的衰减值。

所述光束在传输过程中，在球面透镜里传输时会产生色散，造成波长相关损耗，通过所述色散补偿片6对波长相关损耗进行补偿。可得出本实用新型中VOA的WDL与IL之间的关系，本实用新型的VOA及无色散补偿的VOA的WDL测试结果如图4所示。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (5)

1.一种带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器，包括光纤头、色散补偿片、透镜、反射镜，所述光纤头包括衰减器光信号输入光纤、衰减器光信号输出光纤，所述衰减器光信号输入光纤与所述衰减器光信号输出光纤平行且对称分布于该可调式光衰减器轴线的两侧，其特征在于：所述光纤头设置在所述色散补偿片的一侧，所述反射镜设置在所述色散补偿片的另一侧，所述透镜设置在所述色散补偿片与所述反射镜之间；

所述光纤头靠近所述色散补偿片的端面与垂直于所述可调式光衰减器轴线的平面之间形成第一夹角α1；

所述透镜靠近所述色散补偿片的端面与垂直于所述可调式光衰减器轴线的平面之间形成第二夹角α2。

2.如权利要求1所述的一种带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器，其特征在于：还包括一玻璃套管，所述光纤头、所述色散补偿片、所述透镜均设置在所述玻璃套管内。

3.如权利要求1所述的一种带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器，其特征在于：所述第一夹角α1的范围为6°～10°且所述第二夹角α2的范围为0°～12°。

4.如权利要求1所述的一种带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器，其特征在于：所述色散补偿片具有两个通光面，所述两个通光面均与垂直于所述可调式光衰减器轴线的平面平行。

5.如权利要求1所述的一种带有波长相关损耗补偿的可调式光衰减器，其特征在于：所述透镜为球面透镜或非球面透镜或折射率渐变式透镜。