專利名稱：可調(diào)式光衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型與光通信技術(shù)有關(guān)，特別是一種可調(diào)式光衰減器，是一種橫向位移型可調(diào)光衰減器。
背景技術(shù)：
光衰減器是隨著光通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種重要的光無源器件，廣泛應(yīng)用于光通信網(wǎng)絡(luò)中，是對光信號功率按要求進行衰減的光無源器件。它可依據(jù)用戶的要求，衰減系統(tǒng)的光信號功率，可用于光通信線路和系統(tǒng)的評估、研究、調(diào)整及校正等方面。
依據(jù)光衰減器的工作原理，光衰減器可分為位移型光衰減器、直接鍍膜型光衰減器、衰減片型光衰減器和液晶型光衰減器等幾類。
當兩段光纖進行連接時，必須達到相當高的對中精度，才能使光信號以較小的傳輸損耗傳輸過去；反過來，如果改變光纖的對中精度，就可以控制光信號的衰減量，位移型光衰減器就是根據(jù)這個原理，有意在光纖對接時，使其產(chǎn)生一定的錯位，使光能量損失一些，從而達到控制衰減量的目的。其中，橫向位移型光衰減器采用兩個對接光纖的橫向錯位來影響光纖對中精度，以達到控制衰減量的目的。
光衰減器還可分為固定式光衰減器和可調(diào)式光衰減器兩類，通常，可調(diào)式光衰減器是使高功率的光信號通過部分透光的濾光片，或者采用衰減片來阻擋部分光信號，或改變輸入光纖與輸出光纖之間的相對位置，或通過部分光吸收裝置，逐漸減弱光信號的強度，從而達到光信號衰減程度可控的目的。位移型光衰減器根據(jù)需要，也可制作成固定式和可調(diào)式光衰減器兩類，其中，橫向位移型是一種比較傳統(tǒng)的光衰減器，具有較大的市場，它的優(yōu)點在于回波損耗很高，通常大于60dB。但是其調(diào)整精度和性能尚不能滿足日益發(fā)展的光纖通信的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題在于進一步提高可調(diào)光纖衰減器的性能，提供一種調(diào)整精度高、性能穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便的橫向位移型可調(diào)式光纖衰減器。
本實用新型的技術(shù)解決方案如下一種可調(diào)式光衰減器，其特征是在一封閉殼體內(nèi)密封有
輸出光纖的端面位于第一光纖準直器的焦點，該光纖準直器通過固定裝置固定在固定底座上；輸入光纖位于第二光纖準直器的焦點，該光纖準直器通過固定裝置固定在一微位移驅(qū)動裝置上；該微位移驅(qū)動裝置和固定底座固定在一起；該微位移驅(qū)動裝置設(shè)有位移監(jiān)測傳感器、精密驅(qū)動電源和電壓調(diào)節(jié)器；還有一控制器在封閉殼體之外。
該微位移驅(qū)動裝置實際上是一個由壓電陶瓷直接驅(qū)動的柔性鉸鏈機構(gòu)，該微位移驅(qū)動裝置由導(dǎo)軌、柔性框架、電致伸縮器和導(dǎo)軌構(gòu)成，所述的柔性框架具有多個部分，每一部分設(shè)有一電致伸縮器。
該微位移驅(qū)動裝置的柔性框架由A、B、C三部分構(gòu)成，A、B、C三部分分別設(shè)有電致伸縮位移器。
所述的控制器由單片機、D/A、A/D變換器構(gòu)成，該單片機通過D/A變換器、精密驅(qū)動電源、微位移驅(qū)動裝置、位移監(jiān)測傳感器、電壓調(diào)節(jié)器啊、A/D變換器回到MCS51單片機，構(gòu)成微位移驅(qū)動裝置的閉環(huán)控制。
通常情況下，由于橫向位移型的參數(shù)數(shù)量級均在μm級(單模纖芯直徑為9μm±0.5μm，多模為50μm±1μm)，即使經(jīng)過光纖準直器擴束后，光束直徑也只有1mm(單模光纖)左右，這就對橫向位移型光衰減器的控制精度提出了很高的要求。因此，要實現(xiàn)對光信號功率衰減的高精度控制，同時還要滿足工作行程要求，需要一種能夠?qū)崿F(xiàn)精確位移控制的微位移機構(gòu)，采用壓電陶瓷直接驅(qū)動的柔性鉸鏈機構(gòu)就是這樣一種選擇。
柔性鉸鏈是一種彈性元件，它具有結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、重量輕，無摩擦，無噪聲，無空回，不需要潤滑等特點，常把它作為傳動、導(dǎo)向、定位元件來使用。
采用柔性支撐(壓電陶瓷驅(qū)動微位移機構(gòu))的微位移機構(gòu)是近年來發(fā)展起來的一種新型微位移機構(gòu)，它的特點是結(jié)構(gòu)緊湊，體積很小，可以做到無機械摩擦、無間隙，具有較高的位移分辨率。由于電致伸縮位移器具有體積小、分辨率高、控制簡單、響應(yīng)速度快，無發(fā)熱等特點，使用電致伸縮位移器可以很容易實現(xiàn)亞微米級的精度。
本實用新型可調(diào)式光衰減器操作簡便，穩(wěn)定性好，衰減精度高，具有良好的應(yīng)用前景。其突出特點是由于微位移驅(qū)動裝置7是以電致伸縮位移器作為驅(qū)動元件，采用柔性鉸鏈機構(gòu)傳遞運動，根據(jù)兩者自身的特點，可以很容易獲得高精度、高分辨率的衰減量控制，完全能夠?qū)崿F(xiàn)對光信號衰減的精確、穩(wěn)定控制。


圖1為本實用新型可調(diào)式光衰減器的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為微位移驅(qū)動裝置7的結(jié)構(gòu)示意圖圖3為閉環(huán)控制系統(tǒng)簡圖具體實施方式
先請參閱圖1，本實用新型可調(diào)式光衰減器，包括輸出光纖1固定在光纖準直器3中，光纖準直器3通過準直器固定裝置2固定在固定底座13上，輸入光纖4固定在光纖準直器5中，光纖準直器5通過準直器固定裝置6固定在微位移驅(qū)動裝置7上面，位移監(jiān)測傳感器8固定于導(dǎo)軌74上，用于監(jiān)測柔性框架72的位移量，精密驅(qū)動電源9提供給電致伸縮器73的輸入電壓，改變電致伸縮器73的伸縮量，從而控制柔性框架72的平移步距大小；工作時，輸出光纖1始終保持固定位置不變，輸入光纖4隨著微位移驅(qū)動裝置7作橫向平移，不斷改變與輸出光纖1的對中精度，影響輸入、輸出光纖之間的橫向耦合效率，從而實現(xiàn)對光信號衰減程度的精確控制。
微位移驅(qū)動裝置7實際上是一個由壓電陶瓷直接驅(qū)動的柔性鉸鏈機構(gòu)，作為理想的微位移驅(qū)動裝置，應(yīng)該有較高的位移分辨率，以保證較高的定位精度，還應(yīng)該具有較高的幾何精度和良好的動態(tài)特性；同時還應(yīng)滿足工作行程(＞1mm)的要求，以此為前提，所選用的微位移驅(qū)動裝置7的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它包括導(dǎo)軌71、由柔性鉸鏈構(gòu)成的柔性框架72、電致伸縮位移器73、導(dǎo)軌74；其中柔性框架72由A、B、C三部分構(gòu)成，電致伸縮位移器73共有三個，分別驅(qū)動移動平臺72的A、B、C三部分，使其沿著導(dǎo)軌平移。
微位移驅(qū)動裝置7的工作過程為假設(shè)鉸鏈平移機構(gòu)沿圖示方向移動，工作前電致伸縮位移器731、732、733均未通電，開始工作時，電致伸縮位移器731先通電伸長，使柔性框架A部與矩形導(dǎo)軌71、74夾緊；接著電致伸縮位移器732通電伸長，因A部與導(dǎo)軌夾緊固定，C部自由，沒有與導(dǎo)軌夾緊，所以電致伸縮位移器732驅(qū)動B部柔性鉸鏈，并帶動C部一起沿箭頭方向移動；接著電致伸縮位移器733通電伸長，使C部與導(dǎo)軌夾緊；接著電致伸縮位移器731斷電縮回，A部與導(dǎo)軌松開；接著電致伸縮位移器732斷電縮回，因C部與導(dǎo)軌固定加緊，A部與導(dǎo)軌松開，B部柔性鉸鏈靠彈性縮回，并帶動A部一起沿箭頭方向移動；接著電致伸縮位移器731通電伸長，A部與導(dǎo)軌夾緊；接著電致伸縮位移器733斷電，C部與導(dǎo)軌松開。重復(fù)上述步驟，該驅(qū)動裝置就像蚯蚓一樣沿圖示箭頭方向移動，從而可實現(xiàn)大行程位移。按照上述步驟，改變3個電致伸縮位移器的通電、斷電順序，就可使驅(qū)動裝置沿圖示箭頭方向反方向沿導(dǎo)軌移動。
本實用新型光衰減器開始工作時，首先由控制器12按順序分別給電致伸縮位移器73通電、斷電，從而控制微位移驅(qū)動裝置7，使其相對于固定底座13作橫向平移，帶動輸入光纖4與光纖準直器5平移，使兩束光纖之間產(chǎn)生橫向位移錯位，從而影響輸出光纖1與輸入光纖4之間的耦合效率，最終實現(xiàn)對光信號功率衰減量的精確控制。
微位移驅(qū)動裝置7的驅(qū)動力由電致伸縮位移器73的負載(承受的壓力)所決定，電致伸縮位移器的負載越大，驅(qū)動裝置的驅(qū)動力就越大，其最大步距(一次最大位移量)和最小步距(一次最小位移量)，分別由電致伸縮位移器的最大位移和分辨率決定，其最大行走速度由電致伸縮位移器的最大通電響應(yīng)速度決定，而且驅(qū)動裝置的平移速度在一定范圍內(nèi)可以由控制程序來調(diào)節(jié)。
電致伸縮位移器731、732、733雖然具有許多優(yōu)點，但是也存在一些缺點，如存在蠕變和滯后，以及非線性問題，因此，在實際工作過程中，為了提高控制精度，可以采用閉環(huán)控制方式，具體的控制系統(tǒng)框圖如圖3所示，系統(tǒng)主要由微機控制驅(qū)動電源、微位移驅(qū)動機構(gòu)和微位移反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成，其中控制器12由MCS51單片機、D/A、A/D轉(zhuǎn)換裝置構(gòu)成。
控制系統(tǒng)的工作原理是預(yù)先將位移給定值輸入到單片機中，單片機每隔若干毫秒，便通過A/D轉(zhuǎn)換接口采集位移監(jiān)測傳感器8所測得的實際位移輸出值，并與給定值比較判斷；然后通過D/A轉(zhuǎn)換器提供給精密驅(qū)動電源0-5V的輸入電壓，因為精密驅(qū)動電源的放大倍數(shù)是一定的，故輸入電壓值的不同將引起精密驅(qū)動電源電壓的變化，從而控制電致伸縮位移器的伸縮量，直到機構(gòu)位移的輸出值與給定值相等為止，從而使精度不受蠕變、滯后、非線性的影響，而只受檢測精度和A/D轉(zhuǎn)化量化誤差以及控制精度的影響，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。
權(quán)利要求1.一種可調(diào)式光衰減器，其特征是在一封閉殼體(11)內(nèi)密封有輸出光纖(1)的端面位于第一光纖準直器(3)的焦點中，該光纖準直器(3)通過固定裝置(2)固定在固定底座(13)上；輸入光纖(4)位于第二光纖準直器(5)的焦點，該光纖準直器(5)通過固定裝置(6)固定在微位移驅(qū)動裝置(7)上；該微位移驅(qū)動裝置(7)和固定底座(13)固定在一起；該微位移驅(qū)動裝置(7)設(shè)有位移監(jiān)測傳感器(8)、精密驅(qū)動電源(9)和電壓調(diào)節(jié)器(10)；還有一控制器(12)在封閉殼體(11)之外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式光衰減器，其特征在于該微位移驅(qū)動裝置(7)實際上是一個由壓電陶瓷直接驅(qū)動的柔性鉸鏈機構(gòu)，該微位移驅(qū)動裝置(7)由導(dǎo)軌(71)、柔性框架(72)、電致伸縮器(73)和導(dǎo)軌(74)構(gòu)成，所述的柔性框架(72)具有多個部分，每一部分設(shè)有一電致伸縮器(73)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)式光衰減器，其特征在于該微位移驅(qū)動裝置(7)的柔性框架(72)由A、B、C三部分構(gòu)成，A、B、C三部分分別設(shè)有電致伸縮位移器(731、732、733)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可調(diào)式光衰減器，其特征在于所述的控制器(12)由單片機、D/A、A/D變換器構(gòu)成，單片機通過D/A變換器、精密驅(qū)動電源(9)、微位移驅(qū)動裝置(7)、位移監(jiān)測傳感器(8)、電壓調(diào)節(jié)器(10)、A/D變換器回到單片機，構(gòu)成微位移驅(qū)動裝置(7)閉環(huán)控制。
專利摘要一種可調(diào)式光衰減器，其特點是在一封閉殼體內(nèi)密封有輸出光纖的端面位于第一光纖準直器的焦點中，該光纖準直器通過固定裝置固定在固定底座上；輸入光纖位于第二光纖準直器的焦點，該光纖準直器通過固定裝置固定在微位移驅(qū)動裝置上；該微位移驅(qū)動裝置和固定底座固定在一起；為該微位移驅(qū)動裝置設(shè)有位移監(jiān)測傳感器、精密驅(qū)動電源和電壓調(diào)節(jié)器；還有一控制器在封閉殼體之外。本實用新型可調(diào)光衰減器具有操作簡便，穩(wěn)定性好，衰減精度高的優(yōu)點。
文檔編號G02F1/01GK2655280SQ03209959
公開日2004年11月10日 申請日期2003年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者師樹恒, 王勇, 薄鋒, 朱鍵強 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所