專利名稱：一種利用變焦透鏡邊沿頂角可調的可變光衰減器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新穎的可變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：
可變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的新方法。一般的可變光衰減器不能實現(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。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利用變焦透鏡邊沿頂角可調的可變光衰減器，將液體透鏡變焦技術與現(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。技術方案本發(fā)明的利用變焦透鏡邊沿頂角可調的可變光衰減器以精密套管為主體，精密套管位于左連接器管腳和右連接器管腳之間并與左連接器管腳和右連接器管腳相連接，出射光纖準直器的一端從外部穿過左連接器管腳位于精密套管內的空腔中，接收光纖準直器的一端從外部穿過右連接器管腳位于精密套管內的空腔中，精密套管內的空腔中設有頂角可調的棱鏡，形成具有“出射光纖準直器+頂角可調的棱鏡+接收光纖準直器”的結構；頂角可調的棱鏡包括設在精密套管中的左連接器管腳和右連接器管腳之間的空隙內設置柱狀透鏡腔，并在柱狀透鏡腔的橫截面上設置透明彈性膜以構成“鼓”狀液體透鏡腔， 用于存儲液體透鏡材料；上述兩光纖準直器設置于柱狀透鏡腔邊沿兩側；柱狀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)透鏡頂角角度的調節(jié)來模擬頂角可調棱鏡，從而控制從出射光纖準直器耦合到出射光纖準直器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刻度。精密套管內側設置有吸收層以吸收雜散光。“鼓”狀液體透鏡腔上設置一排氣、排液孔。接收光纖準直器放置于出射光纖準直器出射光束束腰位置處，變焦透鏡放置于出射、接收準直器間任意位置。當“鼓”狀液體透鏡保持扁平狀態(tài)時，輸入輸出光纖準直器處于光強衰減量最小位置；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或抽取動作時使該“鼓” 狀液體透鏡呈凸透鏡或凹透鏡形狀，實現(xiàn)透鏡頂角角度的調節(jié)，此時形成頂角可調的棱鏡效應，使出射光纖準直器發(fā)出的光偏離接收光纖準直器最佳接收位置，進而實現(xiàn)光纖準直器耦合光強的調控，達到光的衰減控制目的。有益效果根據以上敘述可知，本發(fā)明具有如下特點本發(fā)明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。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、 生產工藝大大降低，具有重要的技術價值和經濟價值，將會在光通信和光信息處理領域得到廣泛的應用。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?；眠@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是利用變焦透鏡邊沿頂角可調的可變光衰減器結構示意圖。圖中有精密套管1、左連接器管腳2、液體透鏡材料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、出射光纖準直器9、接收光纖準直器10、粘膠11、右連接器管腳12、液體壓力控制調節(jié)孔13。圖2是可變光衰減器主體芯片結構示意圖。圖中有定位栓14。
具體實施例方式如圖1，該衰減器以精密套管1為主體，精密套管1位于左連接器管腳2和右連接器管腳12之間并與左連接器管腳2和右連接器管腳12相連接，出射光纖準直器9的一端從外部穿過左連接器管腳2位于精密套管1內的空腔中，接收光纖準直器10的一端從外部穿過右連接器管腳12位于精密套管1內的空腔中，精密套管1內的空腔中設有頂角可調的棱鏡，形成具有“出射光纖準直器9+頂角可調的棱鏡+接收光纖準直器10”的結構；頂角可調的棱鏡包括設在精密套管1中的左連接器管腳2和右連接器管腳12之間的空隙內設置柱狀透鏡腔7，并在柱狀透鏡腔7的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；上述兩光纖準直器設置于柱狀透鏡腔7邊沿兩側；柱狀透鏡腔 7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)透鏡頂角角度的調節(jié)來模擬頂角可調棱鏡，從而控制從出射光纖準直器9耦合到出射光纖準直器10的光強耦合效率以實現(xiàn)光的衰減可控調節(jié)。設置刻度指示兩光纖間光強耦合效率。接收光纖準直器應放于出射光纖準直器出射光束束腰位置處，變焦透鏡可放于出射/接收準直器間任意位置。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。在左/右管腳上設有出射/接收光纖準直器并以粘膠11固定。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，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；套管內壁預留一小槽便于光纖準直器的放置與定位。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；孔的大小和光纖準直器9、10外徑相匹配。透鏡腔的形成為了消除重力影響，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。可以用高濃度的鹽溶液來降低冰點。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，高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，液體也可選擇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；光纖準直器放于套管內壁小槽內并固定，兩準直器間的相對位置通過計算，按以下要求確定嚴格對準和光束束腰位置液體透鏡放置于兩準直器之間任意位置，保證其邊沿位于兩準直器中心連線上即可。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。上述的壓力可調裝置均可通過電控實現(xiàn)，故本發(fā)明也可視為電控可調光衰減器。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，預留一小槽用于光纖準直器的放置，準直器位置應滿足光束束腰要求。連接器管腳采用硅橡膠鑄模而成，中空為光纖準直器預留位置，由于硅橡膠的柔韌性使得光纖準直器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
1.一種利用變焦透鏡邊沿頂角可調的可變光衰減器，其特征在于以精密套管(1)為主體，精密套管(1)位于左連接器管腳( 和右連接器管腳(1 之間并與左連接器管腳(2) 和右連接器管腳(1 相連接，出射光纖準直器(9)的一端從外部穿過左連接器管腳(2)位于精密套管(1)內的空腔中，接收光纖準直器(10)的一端從外部穿過右連接器管腳(12) 位于精密套管(1)內的空腔中，精密套管(1)內的空腔中設有頂角可調的棱鏡，形成具有 “出射光纖準直器(9) +頂角可調的棱鏡+接收光纖準直器(10)”的結構；頂角可調的棱鏡包括設在精密套管(1)中的左連接器管腳( 和右連接器管腳(1 之間的空隙內設置柱狀透鏡腔(7)，并在柱狀透鏡腔(7)的橫截面上設置透明彈性膜以構成“鼓”狀液體透鏡腔，用于存儲液體透鏡材料；上述兩光纖準直器設置于柱狀透鏡腔(7)邊沿兩側；柱狀透鏡腔(7)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)透鏡頂角角度的調節(jié)來模擬頂角可調棱鏡，從而控制從出射光纖準直器(9)耦合到出射光纖準直器(10)的光強耦合效率以實現(xiàn)光的衰減可控調節(jié)。
2.根據權利要求1所述的利用變焦透鏡邊沿頂角可調的可變光衰減器，其特征在于所述的外置液體壓力調節(jié)控制裝置( 設有光衰減度數刻度。
3.根據權利要求1所述的利用變焦透鏡邊沿頂角可調的可變光衰減器，其特征在于精密套管(1)內側設置有吸收層(8)以吸收雜散光。
4.根據權利要求1所述的利用變焦透鏡邊沿頂角可調的可變光衰減器，其特征在于 “鼓”狀液體透鏡腔上設置一排氣、排液孔。
5.根據權利要求1所述的利用變焦透鏡邊沿頂角可調的可變光衰減器，其特征在于接收光纖準直器放置于出射光纖準直器出射光束束腰位置處，變焦透鏡放置于出射、接收準直器間任意位置。
全文摘要
利用變焦透鏡邊沿頂角可調的可變光衰減器以精密套管(1)為主體，精密套管(1)位于左連接器管腳(2)和右連接器管腳(12)之間并與左連接器管腳(2)和右連接器管腳(12)相連接，出射光纖準直器(9)的一端從外部穿過左連接器管腳(2)位于精密套管(1)內的空腔中，接收光纖準直器(10)的一端從外部穿過右連接器管腳(12)位于精密套管(1)內的空腔中，精密套管(1)內的空腔中設有頂角可調的棱鏡，形成具有“出射光纖準直器(9)+頂角可調的棱鏡+接收光纖準直器(10)”的結構；此時形成頂角可調的棱鏡效應，使出射光纖準直器發(fā)出的光偏離接收光纖準直器最佳接收位置，進而實現(xiàn)光纖準直器耦合光強的調控，達到光的衰減控制目的。
文檔編號G02B26/08GK102193148SQ201110049070
公開日2011年9月21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