CN217689477U - 一种棱镜及可变光衰减器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及光通信领域，具体涉及一种棱镜及可变光衰减器；所述棱镜内含电控折射率可变的液体介质，还包括第一镜面和第二镜面，入射光经第一镜面折射至液体介质中，经液体介质改变其折射方向后射入第二镜面，经第二镜面反射聚焦后再次穿过液体介质射入第一镜面，并经第一镜面再次折射后输出；本实用新型通过设计一种棱镜，并在其内部注入电控折射率可变的液体介质，通过改变施加在液体介质上的电压达到改变光折射方向的作用，并通过与第一镜面以及第二镜面配合，使得回光光斑发生偏移以达到光衰减的目的。本方案不需要依赖于机械控制，既不存在机械失效的风险，也克服了机械控制所带来的响应速度慢、机械失效、驱动复杂且可靠性差等缺陷。

Description

一种棱镜及可变光衰减器

技术领域

本实用新型涉及光通信领域，具体涉及一种棱镜及可变光衰减器。

背景技术

现有可以调节光通量衰减程度的光学无源器件主要依赖于微机械电机控制反射镜偏转角使得回光光斑偏移达到光衰减，但是该方案存在响应速度慢，机械失效，驱动复杂，可靠性差等缺点。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种棱镜及可变光衰减器，克服了现有技术中的响应速度慢，机械失效，驱动复杂且可靠性差等缺陷。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种棱镜，其优选方案在于：所述棱镜具有相对的第一镜面和第二镜面，所述第一镜面与第二镜面之间填充有能够通过电压控制折射率变化的液体介质，使得光源发射出的入射光能够经所述第一镜面折射至所述液体介质中，再经所述液体介质改变其折射方向后射入所述第二镜面，而后经所述第二镜面反射聚焦并再次经所述液体介质射入所述第一镜面，通过所述第一镜面折射并进行输出。

其中，较佳方案为：所述第一镜面为凹面。

其中，较佳方案为：所述第二镜面为凸面，且所述凸面上镀有高反射膜。

其中，较佳方案为：所述凸面的一阶圆心在所述凹面对应的罗兰圆周上。

其中，较佳方案为：所述液体介质为液晶。

其中，较佳方案为：所述第一镜面为非球面、复曲面、自由曲面以及渐变式曲面中的一种；所述第二镜面为非球面、复曲面、自由曲面以及渐变式曲面中的一种。

为解决现有技术存在的问题，本实用新型还提供一种可变光衰减器，其优选方案在于：所述可变光衰减器包括如上所述的棱镜，还包括光输入端、光输出端以及控制器，所述控制器与所述棱镜连接以用于调节所述液体介质的折射率；其中，光束经光输入端输入至第一镜面，并经第一镜面准直折射至液体介质中，经液体介质改变其折射方向后射入第二镜面，经第二镜面反射聚焦后再次穿过液体介质射入第一镜面，并经第一镜面再次折射后射入光输出端输出。

其中，较佳方案为：所述光输入端的纤芯中心与所述凹面的圆心重合。

其中，较佳方案为：所述光输出端的纤芯中心与所述凸面的圆心重合。

其中，较佳方案为：所述可变光衰减器还包括设置在棱镜两端的电极，所述控制器通过所述电极与所述棱镜连接。

本实用新型的有益效果在于，与现有技术相比，本实用新型通过设计一种棱镜，并在其内部注入电控折射率可变的液体介质，只需要将棱镜连接至外部控制器，即可通过外部控制器调节施加在液体介质上的电压来改变液体介质的折射率，以达到改变光折射方向的作用，并通过与具有光折射功能的第一镜面以及具有光反射功能且对光折射不敏感的第二镜面配合，使得回光光斑发生偏移以达到光衰减的目的。相较于现有通过微机械电机控制反射镜偏转角使得回光光斑偏移的方案而言，本方案不需要依赖于机械控制，既不存在机械失效的风险，也克服了机械控制所带来的响应速度慢、机械失效、驱动复杂且可靠性差等缺陷。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型中的一种棱镜的结构示意图；

图2是本实用新型中的一种可变光衰减器的结构示意图；

图3是本实用新型中的一种可变光衰减器的光路示意图。

具体实施方式

现结合附图，对本实用新型的较佳实施例作详细说明。

如图1所示，本实用新型提供一种棱镜的最佳实施例。

一种棱镜，参考图1，所述棱镜具有相对的第一镜面11和第二镜面12，所述第一镜面11与第二镜面12之间填充有能够通过电压控制折射率变化的液体介质13，使得光源发射出的入射光能够经所述第一镜面11折射至所述液体介质13中，再经所述液体介质13改变其折射方向后射入所述第二镜面12，而后经所述第二镜面12反射聚焦并再次经所述液体介质13射入所述第一镜面11，通过所述第一镜面11折射并进行输出。

具体的，并参考图1，所述棱镜主要用于改变光束的传输方向，其具体包括对光束进行折射以改变其传输方向以及对光束进行反射以改变其传输方向；所述棱镜具体包括相对的第一镜面11和第二镜面12，所述第一镜面11主要用于光的准直和折射，所述第二镜面12主要用于光的反射和聚焦，所述第一镜面11能够将光束折射至液体介质13中，以及将经第二镜面12反射的光束折射输出。所述第二镜面12能够将经第一镜面11折射至液体介质13中的光束反射回第一镜面11，光束再次经第一镜面11折射输出。

进一步地，所述棱镜内部为中空结构，且内含电控折射率可变的液体介质13，所述液体介质13能够受电压控制以改变自身折射率，所述棱镜能够通过与外部控制器4连接，并通过外部控制器4调节施加在液体介质13中的电压，以调节液体介质13的折射率，进而改变经第一镜面11折射后的入射光的折射方向。

需要说明的是，当棱镜应用于不同的系统中时，可以根据系统的工作波长选用合适的折射率可变液体介质13，优选地，所述液体介质13为液晶。

其中，在现有可以调节光通量衰减程度的光学无源器件中，一般都是采用通过微机械电机控制反射镜偏转角使得回光光斑偏移以达到光衰减目的的方案，该方案依赖于机械控制，其存在响应速度慢、机械失效、驱动复杂且可靠性差等缺点。

在本实施例中，通过设计一种棱镜，并在其内部注入电控折射率可变的液体介质13，只需要将棱镜连接至外部控制器4，即可通过施加不同电压来改变液体介质13的折射率，以达到改变光折射方向的作用，并通过与具有光折射功能的第一镜面11以及具有光反射功能且对光折射不敏感的第二镜面12配合，使得回光光斑发生偏移以达到光衰减的目的。其不需要依赖于机械控制，既不存在机械失效的风险，也克服了机械控制所带来的响应速度慢、机械失效、驱动复杂且可靠性差等缺陷。

如图1所示，本实用新型提供第一镜面和第二镜面的最佳实施例。

参考图1，所述第一镜面11为凹面11。

具体的，所述第一镜面11是基于罗兰圆原理所设计的曲面，罗兰圆原理具体是指：在凹球面反射镜面上刻划一系列等间距的平行线条构成的反射光栅，它具有分光能力和聚光能力，若将缝光源和凹面光栅放置在直径等于凹面光栅曲率半径的圆周上，且该圆与光栅中点G相切，则由凹面光栅形成的光谱呈在这个圆周上，该圆称为罗兰圆。

在本实施例中，所述第一镜面11为凹面11，其将存在一个对应的罗兰圆14，所述凹面11的半径等于罗兰圆14的直径，并且所述凹面11的顶点与罗兰圆14的直径相切，所述凹面11的一阶圆心a在罗兰圆周上。

其中，所述凹面11即具有光束准直功能，又具有光折射功能。这样一来，当所述棱镜运用至外部系统中时，外部系统不需要额外制作准直器。

进一步地，并参考图1，所述第二镜面12为凸面12，且所述凸面12上镀有高反射膜。

具体的，所述第二镜面12为凸面12，所述凸面12上镀有高反射膜以用于反射光束，所述凸面12的一阶圆心b在所述凹面11所对应的罗兰圆周上，并且，所述凸面12的一阶圆心a与所述凹面11的一阶圆心b始终不重合。

需要说明的是，当棱镜应用于不同的系统中时，可以根据系统的工作波长来选择所述凹面11和所述凸面12具体的曲率半径和曲面之间的夹角，也就是可以根据系统的工作波长来选择所述凹面11和所述凸面12的一阶圆心在罗兰圆14上的相对位置。

另外，为了提高输出时的最大耦合效率，所述第一镜面11和所述第二镜面12的面型可以进行适当的优化，包括使用非球面，复曲面，自由曲面，渐变式曲面等高阶曲面来控制出射光束的慧差，场曲和像散等轴外像差。

如图1和图3所示，本实用新型还提供一种可变光衰减器的最佳实施例。

一种可变光衰减器，参考图1和图2，所述可变光衰减器包括如上所述的棱镜1，还包括光输入端2、光输出端3以及控制器4，所述控制器4与所述棱镜连接以用于调节所述液体介质13的折射率；其中，光束经光输入端2输入至第一镜面11，并经第一镜面11准直折射至液体介质13中，经液体介质13改变其折射方向后射入第二镜面12，经第二镜面12反射聚焦后再次穿过液体介质13射入第一镜面11，并经第一镜面11再次折射后射入光输出端3输出。

具体的，所述光输入端2和光输出端3均用于光束传输，所述光输入端2能够将光束输入至棱镜1中，所述光输出端3能够接收经棱镜1射出的光束并进行输出；所述控制器4与棱镜连接，主要用于为液体介质13提供不同的电压，以调节液体介质13的折射率，进而改变光束的折射方向，并配合棱镜以调节光输出端3的耦出光功率。

参考图3，当光束通过光输入端2射入棱镜1时，光束通过第一镜面11准直后折射至液体介质13中，光束通过液体介质13改变折射方向后射入第二镜面12，经第二镜面12反射聚焦后再次穿过液体介质13射入第一镜面11，并经第一镜面11再次折射后射入光输出端3输出。

当需要改变光输出端3的耦出光功率时，可以通过控制器4调节所述液体介质13的折射率，由Snell折射定律可知，入射光束经过所述凹面11后折射方向发生改变，而所述凸面12涂覆的高反膜对折射率不敏感，但是对入射角度敏感，因此，所述凸面12反射后的汇聚光斑在进入光输出端3时，将发生偏移，导致光输出端3的耦合效率降低，从而实现光输出端3的耦出光功率的调节。

进一步地，如果所述光输入端2入射的中心光线与所述凹面11的法线重合，那么，当所述液体介质13的折射率改变时，中心光线在棱镜内部的折射和反射方向将不变，但是当该中心光线从棱镜内部出射时，中心光线与所述凹面11的法线不再重合，所以，当所述液体介质13的折射率改变时，中心光线出射方向也会发生改变，也会导致所述凸面12反射后的汇聚光斑在进入光输出端3时发生偏移。

参考图2，在本实施例中，所述光输入端2的纤芯中心与所述凹面11的圆心a重合；所述光输出端3的纤芯中心与所述凸面12的圆心b重合。

进一步地，并参考图2和图3，所述可变光衰减器还包括设置在棱镜两端的电极，所述控制器4通过所述电极与所述棱镜连接。

具体的，并参考图2和图3，所述棱镜两端的电机分别为正电极和负电极，且分别与控制器4连接，所述控制器4能够调节施加在所述液体介质13上的电压，所述液体介质13能够受电压影响改变自身折射率，进而调节光束的折射方向。

可变光衰减器作为一种可以调节光通量衰减程度的光学无源器件，被广泛应用到光通信各个应用领域。目前主要使用微机械电机控制反射镜偏转角使得回光光斑偏移达到光衰减，但是该方案存在响应速度慢，机械失效，驱动复杂，可靠性差等缺点。同时主要性能部件不含有机械结构，不存在机械失效的风险。

在本实施例中，通过设计一种可变光衰减器，利用控制器4调节施加在电控折射率可变的液体介质13上的电压，来改变液体介质13的折射率，以达到改变光折射方向的作用，并通过与具有光折射功能的第一镜面11以及具有光反射功能且对光折射不敏感的第二镜面12配合，使得回光光斑发生偏移以达到光衰减的目的。其不需要依赖于机械控制，即不存在机械失效的风险，也克服了机械控制所带来的响应速度慢、机械失效、驱动复杂且可靠性差等缺陷。

以上所述者，仅为本实用新型最佳实施例而已，并非用于限制本实用新型的范围，凡依本实用新型申请专利范围所作的等效变化或修饰，皆为本实用新型所涵盖。

Claims (10)

1.一种棱镜，其特征在于：所述棱镜具有相对的第一镜面和第二镜面，所述第一镜面与第二镜面之间填充有能够通过电压控制折射率变化的液体介质，使得光源发射出的入射光能够经所述第一镜面折射至所述液体介质中，再经所述液体介质改变其折射方向后射入所述第二镜面，而后经所述第二镜面反射聚焦并再次经所述液体介质射入所述第一镜面，通过所述第一镜面折射并进行输出。

2.根据权利要求1所述的棱镜，其特征在于：所述第一镜面为凹面。

3.根据权利要求2所述的棱镜，其特征在于：所述第二镜面为凸面，且所述凸面上镀有高反射膜。

4.根据权利要求3所述的棱镜，其特征在于：所述凸面的一阶圆心在所述凹面对应的罗兰圆周上。

5.根据权利要求4所述的棱镜，其特征在于：所述液体介质为液晶。

6.根据权利要求1所述的棱镜，其特征在于：所述第一镜面为非球面、复曲面、自由曲面以及渐变式曲面中的一种；所述第二镜面为非球面、复曲面、自由曲面以及渐变式曲面中的一种。

7.一种可变光衰减器，其特征在于：所述可变光衰减器包括如权利要求3-5任一所述的棱镜，还包括光输入端、光输出端以及控制器，所述控制器与所述棱镜连接以用于调节所述液体介质的折射率；其中，光束经光输入端输入至第一镜面，并经第一镜面准直折射至液体介质中，经液体介质改变其折射方向后射入第二镜面，经第二镜面反射聚焦后再次穿过液体介质射入第一镜面，并经第一镜面再次折射后射入光输出端输出。

8.根据权利要求7所述的可变光衰减器，其特征在于：所述光输入端的纤芯中心与所述凹面的圆心重合。

9.根据权利要求7所述的可变光衰减器，其特征在于：所述光输出端的纤芯中心与所述凸面的圆心重合。

10.根据权利要求7所述的可变光衰减器，其特征在于：所述可变光衰减器还包括设置在棱镜两端的电极，所述控制器通过所述电极与所述棱镜连接。

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