專利名稱：一種可調光衰減器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明專利涉及一種新穎的可調光衰減器結構及其工作原理，屬于光通信、光電 傳感和光信息處理器件的技術領域。
背景技術：
可調光衰減器是光通信系統(tǒng)中的重要無源器件之一，它廣泛應用于密集波分復用 (DffDM)各信道的光功率均衡和調整經(jīng)光纖放大器放大后的光信號等。也可用于模擬光纖長 距離傳輸、傳輸系統(tǒng)的動態(tài)檢測等。近年來利用微機械技術制造的微光機電系統(tǒng)可調光衰 減器具有體積小、重量輕、能耗小等優(yōu)點，開辟了光衰減器設計及生產(chǎn)的新方法。一般的可 調光衰減器不能實現(xiàn)衰減量精確調節(jié)并鎖定在特定值，而且通常為衰減片與步進電機聯(lián)合 型，通過微型步進電機控制連續(xù)漸變衰減片旋轉或平移來達到數(shù)字化可調光衰減量。但該 類設計受限于步進電機成本高，體積較大，難以集成于日益縮小的光通訊模塊中；而且其核 心部件之一的連續(xù)漸變衰減片，鍍膜工藝要求高，目前國內尚不能生產(chǎn)。而變焦液體透鏡可以改變光學系統(tǒng)的光通量和視場性能，具有良好的操控性和適 應性，作為取代傳統(tǒng)透鏡可應用于光學開關和光互連、靜態(tài)數(shù)碼相機等系統(tǒng)?，F(xiàn)有的研究和 應用集中于透鏡變焦成像技術，比較典型的如荷蘭Wiilips公司發(fā)布的FluidFocus和法國 Varioptic公司發(fā)布的小型液體變焦透鏡，這些透鏡的變焦是利用電潤濕效應通過改變液 體的界面曲率進而調節(jié)焦距。這種技術采用了流動的液體作為變焦的透鏡組件，相對目前 的機械變焦方式將有很多的優(yōu)勢之處。但現(xiàn)有的研究和應用集中于透鏡變焦成像技術，對 于應用于光通信領域的連接器件涉及很少。但該技術需要較高的電壓控制，而且電潤濕效 應裝置需要復雜的鍍膜工藝，國內很難加工成功。
發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明的目的在于提出一種新穎的可調光衰減器結構，將變焦液體透 鏡技術與現(xiàn)代光通信技術相結合，設計了一種新穎的壓控調的光衰減器件，解決光衰減器 的可控調問題。由于未使用電機等復雜器件，不需要復雜的鍍膜技術使得制作成本、生產(chǎn)工 藝大大降低，具有重要的技術價值和經(jīng)濟價值，將會在光通信和光信息處理領域得到廣泛 的應用。技術方案本發(fā)明的可調光衰減器以套管為主體，套管的兩端分別連接于左連接 器管腳和右連接器管腳，在套管中的空隙內設置柱狀透鏡腔并在此腔橫截面上設置透明彈 性膜以構成用于存儲液體透鏡材料的“鼓”狀液體透鏡腔，形成具有“左氣室+鼓狀壓控液 體透鏡+右氣室”的結構；輸入光纖從外部穿過左連接器管腳與左氣室相連，輸出光纖從外 部穿過右連接器管腳與右氣室相連；透鏡腔通過壓力控制孔與外置液體壓力調節(jié)控制裝置 相通，外置液體壓力調節(jié)控制裝置控制液體透鏡的形狀以實現(xiàn)透鏡焦距的調節(jié)，從而控制 從輸入光纖耦合到輸出光纖的光強耦合效率以實現(xiàn)光的衰減可控調節(jié)。所述的外置液體壓力調節(jié)控制裝置設有光衰減度數(shù)刻度。套管內側設置有吸收層以吸收雜散光。在“鼓”狀液體透鏡腔壁上設置有排氣、排液孔。有益效果根據(jù)以上敘述可知，本發(fā)明具有如下特點本發(fā)明將液體變焦透鏡技術與現(xiàn)代光通信技術相結合，設計了一種新穎的電控調 諧的光衰減器件，具有重要的技術價值。本發(fā)明設計的光衰減器件具有結構簡單、容易制 作、成本低廉等優(yōu)點。創(chuàng)新之處在于1)將液體變焦透鏡應用于光連接器件之中，實現(xiàn)了光衰減器的可控調諧。這種新 穎的光衰減器將會在光通信領域和光信息處理領域中得到廣泛的應用。
圖1是可調光衰減器結構示意圖。圖中有精密套管1、左連接器管腳2、液體透鏡 3、透明彈性膜4、壓力調節(jié)控制裝置5、緊固環(huán)6、柱狀透鏡腔7、吸收層8、輸入光纖9、輸出 光纖10、粘膠11、右連接器管腳12、液體壓力控制調節(jié)孔13。圖2是可調諧光衰減器主體芯片結構示意圖。圖中有定位栓14。
具體實施例方式本發(fā)明的基于液壓效應的可調光衰減器以具有圓柱狀通孔的精密套管為主體，套 管位于左連接器管腳和右連接器管腳之間。左連接器管腳和右連接器管腳與圓柱狀或其他 形狀通孔之間的空隙設置透明彈性膜構成透鏡腔，用于存儲液體透鏡材料；透鏡腔內放置 易流動的透明液體；透鏡腔設有壓力控制孔與外置液體壓力調節(jié)控制裝置相通，外置液體 壓力調節(jié)控制裝置通過擠壓或抽取動作控制液體透鏡的形狀以實現(xiàn)透鏡焦距的調節(jié)，在左 /右管腳上設有輸入/輸出光纖并以粘膠固定。所述的透明彈性膜設有增透膜以減少光強 的其他損失。套管內側設置有吸收層以吸收雜散光及其它未被耦合入輸出光纖的光。當外置液體壓力調節(jié)控制裝置通過壓力控制孔往透鏡腔內擠壓增加液體時，液體 透鏡形成凸透鏡形狀以保證輸入輸出光強的良好耦合。通過抽取動作同時借助彈性膜彈力 使該凸透鏡形狀變扁，焦距增大直至無窮，繼續(xù)抽取液體可使透鏡形狀變?yōu)榘纪哥R，焦距變 為負值，實現(xiàn)透鏡焦距的調節(jié)，進而實現(xiàn)光纖耦合光強的調控，達到光的衰減控制目的。如圖1，該衰減器以套管1為主體，套管1的兩端分別連接于左連接器管腳2和右 連接器管腳12，在套管1中的空隙內設置柱狀透鏡腔7并在此腔橫截面上設置透明彈性膜 4以構成用于存儲液體透鏡材料的“鼓”狀液體透鏡腔，形成具有“左氣室+鼓狀壓控液體 透鏡+右氣室”的結構；輸入光纖9從外部穿過左連接器管腳2與左氣室相連，輸出光纖10 從外部穿過右連接器管腳12與右氣室相連；透鏡腔通過壓力控制孔13與外置液體壓力調 節(jié)控制裝置5相通，外置液體壓力調節(jié)控制裝置控制液體透鏡的形狀以實現(xiàn)透鏡焦距的調 節(jié)，從而控制從輸入光纖9耦合到輸出光纖10的光強耦合效率以實現(xiàn)光的衰減可控調節(jié)。所述的外置液體壓力調節(jié)控制裝置5設有光衰減度數(shù)刻度。套管1內側設置有吸收層8以吸收雜散光。在“鼓”狀液體透鏡腔壁上設置有排氣、排液孔。所述的透明彈性膜4可設有增透膜以減少光強的其他損失。左右管腳內側表面設 置有吸收層8以吸收雜散光。
具體實施例1 精密套管1制備采用硅橡膠。這是由于硅橡膠易于擠壓成型，能通過模具注塑加 工方法實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，其硬度易于控制；套管的側面中間位置預留一個注液小孔13同時 充當液體壓力控制調節(jié)孔。主體芯片的形成左、右連接器管腳2或12采用塑料或橡膠精 密鑄造而成，中心預留圓柱狀孔；孔的大小和光纖9、10外徑相匹配。透鏡腔的形成如圖3 所示，先用金屬或其他硬質材料按液體透鏡要求制作柱狀透鏡腔7，使用緊固環(huán)6在透鏡腔 柱7的側面蒙上用PDMS材料制作的透鏡彈性膜4，形成“鼓”狀結構。為了消除重力影響， 膜的厚度和硬度可恰當選擇厚一些和硬一些。透鏡腔側壁的恰當位置設有與注液小孔13 相通的小孔，為使液體灌注/排出方便同時也可以在透鏡腔側壁的另一合適位置設置排氣 /液孔。液體透鏡材料3在低溫使用時可能會有冰凍問題?？梢杂酶邼舛鹊柠}溶液來降低 冰點。為了保持鹽水的低密度和折射率，采用低原子量的鹽氯化鋰，20%濃度的氯化鋰導致 冰點低于-40°C。也可使用透明油來充當液體透鏡材料，因為油的折射率一般較高，例如苯 基甲基硅氧烷，它具有高折射率和良好的透光率。為了減少不必要的光強損失，液體也可材 料折射率匹配液體使其折射率與透光膜盡可能接近。組裝時，將“鼓”狀透鏡腔灌注滿液體。將之放置于如圖2所示的主體芯片內，通 過定位栓14將液體透鏡與主體芯片組合在一起。液體透鏡通過壓力調節(jié)孔與外置的壓力 調節(jié)控制裝置5相通，壓力調節(jié)控制裝置5向“鼓”狀液體透鏡裝置充/放液體來控制透鏡 的形狀實現(xiàn)透鏡焦距的控制。通過透鏡的焦點在光纖端面前后移動來調節(jié)光纖的耦合光強 從而實現(xiàn)光的衰減的控制。其控制液體體積與輸出光強的關系由設計方案計算求得或通過 實驗測得，而后在外置的壓力調節(jié)控制裝置5上直接顯示光功率的衰減比值。具體實施例2 精密套管制備采用金屬銅銅柱精密機械加工成管套并拋光而成，銅套管壁預留二 小孔供流體注入排出。連接器管腳采用硅橡膠鑄模而成，中空為光纖預留位置，由于硅橡 膠的柔韌性使得光纖的插入與拔出更方便。為了便于“鼓”狀透鏡腔的放入主體芯片內，加 工時可將金屬精密套管先從側面剖開，最后再合攏用扎帶固定。透鏡液體材料可以采用室 溫離子液體，因為室溫離子液體是一種重要的綠色新型“軟”材料，具有許多優(yōu)點，如非揮 發(fā)性，高熱穩(wěn)定性，低熔點，良好的導電與導熱性，良好的透光性與折射率等，而且品種非常 多，可供選擇的余地很大。
權利要求
1.一種可調光衰減器，其特征在于該衰減器以套管(1)為主體，套管(1)的兩端分別連 接于左連接器管腳( 和右連接器管腳(12)，在套管(1)中的空隙內設置柱狀透鏡腔(7) 并在此腔橫截面上設置透明彈性膜以構成用于存儲液體透鏡材料的“鼓”狀液體透鏡 腔，形成具有“左氣室+鼓狀壓控液體透鏡+右氣室”的結構；輸入光纖(9)從外部穿過左 連接器管腳( 與左氣室相連，輸出光纖(10)從外部穿過右連接器管腳(1 與右氣室相 連；透鏡腔通過壓力控制孔(1 與外置液體壓力調節(jié)控制裝置( 相通，外置液體壓力調 節(jié)控制裝置控制液體透鏡的形狀以實現(xiàn)透鏡焦距的調節(jié)，從而控制從輸入光纖(9)耦合到 輸出光纖(10)的光強耦合效率以實現(xiàn)光的衰減可控調節(jié)。
2.根據(jù)權利要求1所述的可調光衰減器，其特征在于所述的外置液體壓力調節(jié)控制裝 置( 設有光衰減度數(shù)刻度。
3.根據(jù)權利要求1所述的可調光衰減器，其特征在于套管(1)內側設置有吸收層(8) 以吸收雜散光。
4.根據(jù)權利要求1所述的可調光衰減器，其特征在于在“鼓”狀液體透鏡腔壁上設置有 排氣、排液孔。
全文摘要
一種可調光衰減器涉及一種基于壓控形變效應的由變焦液體透鏡構成的光衰減器結構，以具有圓柱狀或其他形狀通孔的精密套管(1)為主體，套管位于左連接器管腳(2)和右連接器管腳(12)之間，形成具有“左氣室+鼓狀壓控液體透鏡+右氣室”的結構。上述三者之間的空隙內設置柱狀透鏡腔(7)并在此腔橫截面上設置透明彈性膜(4)以構成“鼓”狀液體透鏡腔，用于存儲液體透鏡材料；透鏡腔通過壓力控制孔(13)與外置液體壓力調節(jié)控制裝置(5)相通，外置液體壓力調節(jié)控制裝置控制液體透鏡的形狀以實現(xiàn)透鏡焦距的調節(jié)，從而控制從輸入光纖(9)耦合到輸出光纖(10)的光強耦合效率以實現(xiàn)光的衰減可控調節(jié)。
文檔編號G02B26/02GK102135642SQ201110049059
公開日2011年7月27日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權日2011年2月28日
發(fā)明者徐寧, 徐榮青, 梁忠誠, 錢晨, 陳陶 申請人:南京郵電大學