專利名稱：光纖耦合光衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光衰減器，尤其涉及可變控制，光纖耦合并由微電機(jī)械驅(qū)動(dòng)的光學(xué)衰減器。
背景技術(shù)：
自從光通訊業(yè)發(fā)展以來(lái)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了多種類型的光衰減器。眾所周知，光衰減器涉及光開(kāi)關(guān)，其中衰減器步進(jìn)或完全可控地減弱入射光束的強(qiáng)度。
光纖耦合光衰減器可以通過(guò)對(duì)兩根以一定角度切開(kāi)的光纖進(jìn)行準(zhǔn)直和分開(kāi)間隔而制成，這樣，這兩根光纖定義了一條公共光軸，為了限制衍射損耗，這兩根光纖的端頭間隔剛好只能插入一個(gè)阻隔片。如美國(guó)第6,222,656號(hào)或6,275,320號(hào)專利中所示，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。
現(xiàn)有光衰減器中也有的包括旋轉(zhuǎn)可變透射率的衰減元件。衰減是通過(guò)在入射光路中放置該元件，使具有不同透射率的預(yù)定元件部分面向入射光束而得到的。
半導(dǎo)體和薄膜技術(shù)的進(jìn)步使得微電機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu)得到了發(fā)展。微電機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的尺寸從幾百微米到幾毫米，通常能夠移動(dòng)或施力。它們還應(yīng)用于包括光開(kāi)關(guān)和衰減器在內(nèi)的許多光學(xué)應(yīng)用中。而后者可以以最近授予杜勒(Dhuler)的第6,275,320號(hào)專利(微電機(jī)械系統(tǒng)可變光衰減器)為例。
在一個(gè)微電機(jī)械系統(tǒng)環(huán)境中，旋轉(zhuǎn)阻隔片的應(yīng)用不是很現(xiàn)實(shí)，線性可動(dòng)阻隔片是更普遍的選擇。在這種情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用吸收或反射阻隔片在衰減量高于5dB時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的偏振相關(guān)損耗(PDL)。例如，在一個(gè)裝有鍍金阻隔片的衰減器中，在調(diào)到20dB的衰減時(shí)，偏振相關(guān)損耗會(huì)超過(guò)1dB。在由David Bishop所著，發(fā)表于1999年2月21-26日的光纖通訊會(huì)議(OFC’99)中的“光波網(wǎng)絡(luò)中的硅微機(jī)械”指南中所述的衰減器就是這種設(shè)計(jì)的一個(gè)例子。產(chǎn)生這一損耗是因?yàn)槲蘸头瓷洳牧享憫?yīng)入射光會(huì)出現(xiàn)傳導(dǎo)電流，并且阻隔片的形狀會(huì)使平行于阻隔片方向的電流高于垂直于阻隔片方向的電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是消除或減小與上述討論的現(xiàn)有技術(shù)關(guān)聯(lián)的至少一些問(wèn)題，以及提供一個(gè)與現(xiàn)有模擬器件相比有至少較低偏振相關(guān)損耗的小型光纖耦合光衰減器。
一方面，本發(fā)明提供了一種光衰減器，用來(lái)衰減沿著光軸從一個(gè)光纖端頭傳播到另一個(gè)光纖端頭的光束，這些光纖端頭相互間有一定的間隔，該衰減器包括用來(lái)支撐光纖端頭的基座，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，和與上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相聯(lián)并由該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的透明或半透明分光元件，以使其在上述間隔中進(jìn)入或退出光束，當(dāng)該元件移動(dòng)進(jìn)入光路時(shí)，可以使至少一部分光束偏離光軸。
該元件可以有至少一個(gè)表面與光軸成非垂直角，用以衍射至少一部分光束以偏離光軸。
衍射角可以是一個(gè)銳角，因此光束功率的至少一部分被偏離，折射或分束但不被反射。
衰減器最好被實(shí)現(xiàn)在一個(gè)微電機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，即，光纖端頭，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和光分束元件(也叫做阻隔片)都在一個(gè)通常為平面的微電基座上。
阻隔片最好為非導(dǎo)電材料，如硅，因?yàn)樵谶吔缣幍母袘?yīng)電流較低。一個(gè)具有適中折射率的非導(dǎo)電材料是最好的，因?yàn)楦哒凵渎蕰?huì)導(dǎo)致更大的感應(yīng)電流，以至更高的偏振相關(guān)損耗。
硅在1550納米的折射率大約為3.4，這比期望的要高(硅在大于1400納米的波長(zhǎng)時(shí)基本上是透明的)?？狗瓷渫繉映藴p少回射外，還在邊界區(qū)產(chǎn)生低折射率，減小傳導(dǎo)電流和偏振相關(guān)損耗。
阻隔片應(yīng)當(dāng)在至少某種程度上是透明的而不是強(qiáng)烈吸收的，因?yàn)樵诟吖夤β蕳l件下，一個(gè)吸收材料可能會(huì)熔化或燒毀。即使阻隔片維持在低于熔點(diǎn)的一個(gè)很高溫度上，熱量也會(huì)影響熱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或使黑體放射進(jìn)入光纖。


結(jié)合下面的附圖和說(shuō)明，本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)將會(huì)變得一目了然，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一個(gè)帶有兩個(gè)衰減器的微電機(jī)械系統(tǒng)片的平面示意圖；圖2是衰減器的阻隔片的放大圖示，而圖3是另一個(gè)阻隔片的放大平面示意圖。
注意，在所有的圖示中，相同的部分用相同的數(shù)字來(lái)標(biāo)示。
圖2中，光纖18，20，22和24的端面拋成或切成一個(gè)小角度，以將回反減到最小，這為大家所知。限定間隔26的大小以容納阻隔片14和當(dāng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)12被啟動(dòng)時(shí)，阻隔片14能夠在間隔中的移動(dòng)。在實(shí)際的實(shí)施例中，間隔大約為20微米，阻隔片在非拉錐的“瓶頸”部分28處大約為10微米。阻隔片有一個(gè)拉錐楔角部分30，拉錐的角度在12-25°之間，這樣當(dāng)TAB傳動(dòng)機(jī)構(gòu)12被啟動(dòng)時(shí)，阻隔片就會(huì)進(jìn)入被光纖18-24的纖芯發(fā)射的光束的光路。很重要的是，當(dāng)阻隔片被啟動(dòng)時(shí)會(huì)至少延伸經(jīng)過(guò)光纖對(duì)的部分纖芯。
在圖2中可以看出，阻隔片14的拉錐部分的至少一個(gè)壁與光纖18，20的光軸L成一定的角度，與光軸不垂直。這會(huì)導(dǎo)致至少一部分從(輸入)光纖18的光束入射到透明的阻隔材料上，經(jīng)過(guò)折射再與光纖18的最初方向成一定的角度出射。阻隔片的形狀(在這一實(shí)施例中為楔形)經(jīng)過(guò)選擇，使光束的折射部分的偏離達(dá)到足夠大以便讓折射光不再會(huì)被耦合進(jìn)入光纖20的纖芯中，而是耦合進(jìn)入(輸出)光纖20的包層模式中并在一個(gè)短距離中被吸收。
可以注意到，阻隔片的透明度和適當(dāng)?shù)恼凵渎蕼p少了如上所述的現(xiàn)有技術(shù)中的反射或吸收型阻隔片引起的傳導(dǎo)電流的出現(xiàn)。由于阻隔片較小的尺寸(為一百微米的數(shù)量級(jí))，可能不容易在阻隔片形成一個(gè)光滑度極高的表面。盡管光纖的端面是傾斜的，也可能會(huì)使一些光功率被反射回來(lái)而進(jìn)入光纖18。為了減少這一回反，眾所周知的抗反射涂層可以鍍?cè)谧韪羝幻婊騼擅?。抗反射涂層?huì)在阻隔片和周圍的空氣之間的邊界中產(chǎn)生較低的有效折射率，從而減少感應(yīng)電流和偏振相關(guān)損耗。
在如圖3所示的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，阻隔片有兩個(gè)平行的表面32，34，其中的一個(gè)表面面向輸入光纖18和入射光束，而另一個(gè)表面面向輸出光纖20。可以看出，阻隔片被裝入，使得兩表面32和34不垂直于光纖18，20的光軸。這樣一來(lái)，入射光束的至少一部分在阻隔片的透明材料中經(jīng)歷折射，并從光軸處分開(kāi)形成一個(gè)大角度，由于光束的折射部分被偏離到輸出光纖纖芯的外面，從而引起了入射光束的衰減。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，由于間隔(約為可以放入單模光纖的20微米)的設(shè)計(jì)將光纖間因衍射而產(chǎn)生的不必要的光功率損耗減到最小，衰減器可以不用聚焦和準(zhǔn)直透鏡。同時(shí)，由于阻隔元件的透明度和合適的折射率，本發(fā)明可將偏振相關(guān)損耗大幅度地減小。
上述的本發(fā)明的實(shí)施例只是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍只受所附的權(quán)利要求書(shū)限制。
權(quán)利要求
1.一種光衰減器，用來(lái)衰減沿著光軸從一個(gè)光纖端頭傳播到另一個(gè)光纖端頭的光束，這些光纖端頭相互間有一定的間隔，該衰減器包括用來(lái)支撐光纖端頭的基座；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，和與上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相聯(lián)并由該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的透明或半透明分光元件，以使其在上述間隔中進(jìn)入或退出光束，當(dāng)該元件移動(dòng)進(jìn)入光路時(shí)，可以使至少一部分光束偏離光軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光衰減器，其中元件有至少一個(gè)與光軸成非垂直角的表面，這使得光束的至少一部分在元件中產(chǎn)生折射。
3.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的光衰減器，其中光學(xué)元件為楔角形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的光衰減器，其中光學(xué)元件有兩個(gè)與光軸成非垂直角的平行表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的光衰減器，其中基座是基本上平面的微電機(jī)械系統(tǒng)基座。
6.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的光衰減器，其中傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是熱拱梁傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的光衰減器，其中光學(xué)元件由硅做成。
8.根據(jù)權(quán)利要求書(shū)1所述的光衰減器，其中光學(xué)元件有抗反射涂層。
全文摘要
光衰減器有用來(lái)支撐兩根光纖的平面微電機(jī)械系統(tǒng)基座；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；和可由上述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)的硅阻隔片，用以移入和移出傳播于光纖之間的光束。當(dāng)該元件移進(jìn)光路時(shí)，該阻隔片可以使至少一部分光束偏離光軸。阻隔片有至少一個(gè)表面與光束的光軸成非垂直角。阻隔片可以是楔角形的。
文檔編號(hào)G02B6/35GK1424603SQ02154578
公開(kāi)日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月10日
發(fā)明者布賴恩·李·赫夫納, 楊龍 申請(qǐng)人:Jds尤尼費(fèi)斯公司