[发明专利]一种基于电磁控制的可调光衰减器

说明书

技术领域

 本发明专利涉及一种新颖的可变光衰减器结构及工作原理，属于光通信、光电传感和光信息处理器件的技术领域。

背景技术

可调光衰减器（Variable Optical Attenuator，简称VOA）是智能化光网络中的一种重要的光纤无源器件，是组成光放大器的关键部件，在光纤通信系统中起到功率平衡的作用，并广泛应用于波分复用系统（WDM/DWDM）的信道增益平衡和器件保护。可调光衰减器的制作方法包括机械型、波导型、液晶型、微机械（MEMS）型等。其中，波导形和液晶型可调光衰减器技术尚不成熟，商用产品极少。机械形可调光衰减器发展最成熟，然而其体积大，结构复杂。近年来利用微机械技术制造的微光机电系统可调光衰减器具有体积小、重量轻、能耗小等优点，开辟了光衰减器设计及生产的新方法，但其在抗击械摩擦、磨损或震动等方面存在不足之处，所以研制非机械式电磁控制可调光衰减器具有重要的技术价值和应用前景。

经对现有技术的文献检索发现，专利公开号为CN1402052的上海交通大学专利《电磁驱动位错型微机械可变光衰减器》提出一种利用电磁驱动力和弹性体控制光纤错位位移，从而实现可控光衰减量的方法。基于这种装置结构需要可动平台、定位槽和弹性体等机械部件，所以结构复杂，且弹性体容易产生机械疲劳，影响装置性能，缩短器件寿命。

而本发明是一种基于电磁控制的可调光衰减器，可以改变光学系统的光通量，具有良好的操控性和适应性。采用可流动的液体，通过电磁驱动装置可以连续改变气液腔中液体的位置，从而调控光纤准直器间的光强耦合效率，且光衰减的可调节量大。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出一种新颖的可调光衰减器结构，将电磁控制应用于现代光通信技术中，设计了一种新颖的电磁驱动可调光衰减器件，解决光衰减器的可调控问题。

 技术方案：本发明的基于电磁控制的可调光衰减器采用三层的结构，第一层为盖板，盖板上留有与气液腔上的小孔对应的注液孔；第二层为波导层，包含有中心在同一水平线上的出射光纤准直器、方形波导、接收光纤准直器、电磁驱动装置和接线孔；第三层为平板基底；方形波导上有沿其对角线方向的窄气液腔，气液腔上端密封，留有小孔，下端通过管子与电磁驱动装置密封连接，方形波导一侧涂覆黑色吸光材料，以吸收发生全反射时反射到该面的光；盖板、波导层和基底通过等离子辅助键合方式连接；通过调节气液腔中折射率匹配液高度来控制光纤准直器间光强耦合效率，实现光的可控衰减调节。

电磁驱动装置由留有小孔的盖板、储液腔、位于储液腔下部的永磁铁片、位于永磁铁片下部的电磁铁芯、电源线构成；其中，电源线两接线头通过孔引出，与外电源相接，储液腔内部有一层透明弹性薄膜将液体包裹，并在储液槽顶端边缘与盖子固定密封；永磁铁圆片面积较储液腔略小，边缘涂有润滑材料，以减小在与储液腔接触时产生的摩擦力；电磁线圈的缠绕方式要求在通电时会使电磁铁产生与永磁铁圆片相反的磁力，永磁铁圆片会推动储液槽中的匹配液进入液腔槽；由加载电磁铁上的电压大小来控制液腔中的匹配液高度，实现光纤准直器之间光强调控，达到光衰减的目的。

装置封装后，储液槽中的匹配液恰好未进入气液腔，未发生光束的全透射现象。电磁驱动装置采用电磁铁和永磁铁圆片的结构，由于通电时磁性相反，断电时相吸，以此推动液体上升下降，控制气液腔中液体高度。

有益效果：根据以上叙述可知，本发明具有如下特点：

本发明将电磁驱动技术与微流控光学技术应用于现代光通信技术中，设计了一种新颖的可调光衰减器件，本专利设计的光衰减器具有容易制作、成本较低，光衰减可调节范围大的优点，具有重要的技术价值。

创新之处在于：

1.将微流控光学技术应用于光衰减器之中，通过折射率匹配液体在气液腔中的高度控制来实现光衰减器件衰减量的可控调节。

2.通过电磁驱动装置来控制折射率适配液体在气液腔中的高度，电磁驱动装置采用了电磁铁和永磁铁圆片的结构。

3．性能上，光的可衰减调节范围大。

附图说明

 图1是一种基于电磁控制的可调光衰减器结构示意图。图中有方形波导1、窄气液腔2、小孔3、波导层4、接收光纤准直器5、出射光纤准直器6、吸光材料层7、盖板8、注液孔9、管子10、电磁铁11、接线孔12、平板基底20

 图2是电磁驱动装置结构示意图。图中有电磁铁13、永磁铁圆片14、盖子15、透明弹性薄膜16、储液腔17、电磁线圈18、电源线19