一种具有高精度和准确度的可调光纤衰减器

摘要

一种可调光纤衰减器，包括连接在两根光纤之间的可调衰减光纤，可调衰减光纤的包层和芯层均是由可伸缩的弹性材料制造而成，可调衰减光纤的两端连接有固定装置，两个固定装置分别安装在可伸缩的驱动杆两端，固定装置的下部设置位于安装基座上的导轨上，通过控制驱动杆的伸缩，可带动固定装置移动，从而可改变两固定装置之间的间距，从而可以使得可调衰减光纤进行伸长或缩短，其中可调衰减光纤的包层内的包层与芯层的界面处掺杂有高折射物质，该掺杂物的折射率高于包层材料的折射率，并且满足如下要求：当可调衰减光纤被拉伸到最大程度的一半时可调衰减光纤会发生全反射，而当其由于拉伸而延长的长度缩短到最大延长长度的四分之一时，其光衰减达到最大。

权利要求

1.一种具有高精度和准确度可调光纤衰减器，其特征在于：包括连接在两根光纤之间的可调衰减光纤，所述可调衰减光纤包括包层和芯层，所述包层和芯层均是由可伸缩的弹性材料制造而成，所述可调衰减光纤的两端连接有固定装置，两个固定装置分别安装在可伸缩的驱动杆两端，固定装置的下部设置位于安装基座上的导轨上，通过控制驱动杆的伸缩，可带动固定装置移动，从而可改变两固定装置之间的间距，从而可以使得可调衰减光纤进行伸长或缩短，从而使得可调衰减光纤被拉伸到可以产生全反射的程度，其中可调衰减光纤的包层内的包层与芯层的界面处掺杂有高折射物质，该掺杂物的折射率高于包层材料的折射率，并且满足如下要求：当可调衰减光纤被拉伸到最大程度的一半时可调衰减光纤会发生全反射，而当其由于拉伸而延长的长度缩短到由于拉伸而延长的最大延长长度的四分之一时，其光衰减达到最大；

所述弹性材料为高弹性塑料；

驱动所述驱动杆伸缩的装置为步进电机。

2.根据权利要求1所述的可调光纤衰减器，其特征在于：所述固定装置为夹子。

3.一种使用如权利要求1-2中任一可调光纤衰减器进行光衰减的方法，其特征在于：驱动驱动杆伸长，从而使得可调衰减光纤被拉伸到可以产生全反射的程度，然后在需要进行光衰减时，缩短可调衰减光纤的长度，使得其中传输的光逐渐增大的由包层向外透射，也即不断加强光的衰减，随着伸长距离的变化得到不同的衰减强度，从而获得可调的光纤衰减器。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：通过改变掺杂物的浓度和厚度来达到所述要求。

说明书

一种具有高精度和准确度的可调光纤衰减器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种光纤衰减器，属于光电子技术领域。

背景技术

[0002] 可调光纤光衰减器在光通信中具有广泛的应用，其主要功能是用来减低或控制光信号。光网络的最基本的特性应该是可调，特别是随着DWDM传输系统和EDFA在光通信中的应用，在多个光信号传输通道上必须进行增益平坦化或信道功率均衡，在光接收器端要进行动态饱和的控制，光网络中也还需要对其它信号进行控制，这些都使得可调光纤衰减器成为其中不可或缺的关键器件。此外，可调光纤衰减器产品还具有与其它光通信组件结合并将其推往高阶模块的特性。

[0003] 现有技术中的可调光纤衰减器主要包括以下几种类型：

[0004] 1)机械式可调光纤衰减器

[0005] 该种类型的可调光衰减器也有多种具体的实现方式，驱动挡光元件拦在两个准直器之间，实现光功率的衰减。挡光元件可以是片状或者锥形，后者可通过旋转来推进，而前者需平推或者通过一定机械结构实现旋转至平推动作的转换。挡光型光衰减器可以制成光纤适配器结构，其缺点在于体积较大、组件多结构复杂、响应速度不高、难以自动化生产、不利于集成等。

[0006] 2)磁光可调光衰减器

[0007] 磁光可调光衰减器是利用一些物质在磁场作用下所表现出的光学性质的变化，例如磁致旋光效应(法拉第效应)等亦可实现光能量的衰减，从而达到调节光信号的目的，用材料的磁光效应并结合其它的技术，可以制作出高性能、小尺寸、高响应及结构相对简单的光衰减器，但是控制相对复杂。

[0008] 3)液晶可调光衰减器

[0009] 液晶可调光衰减器利用了液晶折射率各向异性而显示出的双折射效应。当施加外电场时，液晶分子取向重新排列，将会导致其透光特性发生变化，缺点是电光效应通常需要数千伏乃至上万伏的强电场，所以应用在光通信的无源器件领域有一定限制，至今鲜有相关的信息。

[0010] 4)MEMS可调光衰减器

[0011] MEMS是此领域中较新的应用技术，经过近几年的发展，MEMS Chip的生产工艺已经趋于成熟，有力地推动了MEMS可调光衰减器的应用。在光网络中应用，以MEMS技术为基础的产品也具有明显的价格和性能上的优势。MEMS可调光衰减器有反射式可调光衰减器和衍射式可调光衰减器，缺点也是控制相对复杂。

[0012] 5)热光可调光衰减器

[0013] 热光可调光衰减器主要是利用一些材料在温度场中所具有的光学性质变化特性，如温度变化所导致的热光材料折射率的变化等。按照结构的不同，主要可以分为两大类，泄漏型和开光型可调光衰减器。热光可调光衰减器由于加热，冷却装置相对复杂，温度场一光导介质折射率之间的数理函数关系复杂而不易精确量化和控制，尤其是其较长的响应时间阻碍了其在现代光通信中的应用。

[0014] 6)声光可调光衰减器

[0015] 该种衰减器的基本原理是利用声光晶体在超声波的作用下产生的周期性的应变，从而导致折射率的周期性变化，等同于建立了一块位相光栅，于是即可利用该光栅对光束进行调制。已有一些公司宣称已开发出采用声光晶体的可调式衰减器。据了解，声光晶体材料的取得没有问题，不过现阶段占整体成本偏高，约占其中的4-5成。

发明内容

[0016] 本发明就是为解决上述问题而提出的，提供一种新型的光纤衰减器。

[0017] 本发明的思路是利用光纤的伸长或缩短来改变包层的有效折射率，从而改变包层和芯层之间的折射率差，从而改变了芯层和包层之间界面处反射条件，从而使得界面处的透射率产生连续的变化，从而可获得不同强度的透射光，也即能够获得不同的光衰减率。

[0018] 其中所使用的可调衰减光纤的包层和芯层均是由弹性可拉伸材料制作而成，并且在包层中在包层与芯层的界面处掺杂有一薄层的高折射率物质，当拉伸之后，界面处包层内的掺杂浓度就会相应降低，包层界面处的有效折射率因为掺杂浓度的降低而降低，从而改变了全反射条件。

[0019] 根据本发明的一实施例，提供了一种可调光纤衰减器，包括连接在两根光纤之间的可调衰减光纤，所述可调衰减光纤包括包层和芯层，所述包层和芯层均是由可伸缩的弹性材料制造而成，所述可调衰减光纤的两端连接有固定装置，两个固定装置分别安装在可伸缩的驱动杆两端，固定装置的下部设置位于安装基座上的导轨上，通过控制驱动杆的伸缩，可带动固定装置移动，从而可改变两固定装置之间的间距，从而可以使得可调衰减光纤进行伸长或缩短，其中可调衰减光纤的包层内的包层与芯层的界面处掺杂有高折射物质，该掺杂物的折射率高于包层材料的折射率，并且满足如下要求：当可调衰减光纤被拉伸到最大程度的一半时可调衰减光纤会发生全反射，而当其由于拉伸而延长的长度缩短到由于拉伸而延长的最大延长长度的四分之一时，其光衰减达到最大。

[0020] 根据本发明的另外一实施例，所述弹性材料为高弹性塑料。

[0021] 根据本发明的另外一实施例，所述固定装置夹子。

[0022] 根据本发明的另外一实施例，驱动所述驱动杆伸缩的装置为步进电机。

[0023] 根据本发明的另外一种实施例，提供一种使用可调光纤衰减器进行光衰减的方法，驱动驱动杆伸长，从而使得可调衰减光纤被拉伸到可以产生全反射的程度，然后在需要进行光衰减时，缩短可调衰减光纤的长度，使得其中传输的光逐渐增大的由包层向外透射，也即不断加强光的衰减，随着伸长距离的变化得到不同的衰减强度，从而获得可调的光纤衰减器。

[0024] 根据本发明的另外一实施例，通过改变掺杂物的浓度和厚度来达到所述要求。

附图说明

[0025] 附图1是本发明的可调光纤衰减器的结构示意图；

[0026] 附图2是本发明可调光纤衰减器中所使用的衰减光纤的结构示意图；

[0027] 在上述的附图中，11表示普通光纤，12表示连接在两根普通光纤之间的可调衰减光纤，13表示连接早可调衰减光纤两端的固定装置，14表示安装基座，15表示驱动两固定装置间距改变的导轨和驱动杆，21表示可调衰减光纤的外包层，22表示可调衰减光纤的芯层，23表示可调衰减光纤外包层内的折射率掺杂物。

具体实施方式

[0028] 下面以具体实施方式来详细说明本发明的可调谐光纤衰减器。

[0029] 如图1所示，本发明的光纤衰减器包括普通光纤11和连接在两普通光纤11之间的可调衰减光纤12，在可调衰减光纤12的两端由固定装置13分别固定，固定装置13可以为任意形式的固定装置，例如可为夹子，两个夹子分别夹住可调衰减光纤12的一端，固定装置13分别安装在可伸缩的驱动杆两端，固定装置13的下部设置位于安装基座14上的导轨上，这样，通过控制驱动杆的伸缩，可带动固定装置13的移动，从而可改变两固定装置13之间的间距，从而可以使得可调衰减光纤12进行伸长或缩短，通过这样的伸长和缩短即可实现可调的光衰减。其中驱动杆的伸缩可通过步进电机来实现，当然其他已知合适的机械或非机械装置均是可以实现的。

[0030] 对于可调衰减光纤的伸缩可实现可调光衰减的原理下面进行详细说明。可调衰减光纤由包层21和芯层22组成，其中包层和芯层的材料是高弹性材料制造而成，例如弹性塑料，这样，可调衰减光纤可以在一定范围内进行自由伸缩，其中可调衰减光纤的包层21内的包层与芯层的界面处掺杂有高折射物质，该掺杂物的折射率高于包层21材料的折射率，其中当可调衰减光纤处于自由未拉伸状态时，芯层22和包层21之间的折射率差不能使得光发生全反射，也即此时光在可调衰减光纤内传输时会发生强烈衰减。在使用时，伸缩杆驱动两固定装置将间距扩大，从而带动可调衰减光纤发生拉伸作用，由于拉伸作用的影响，包层内单位长度上的掺杂物浓度降低，从而导致包层的有效折射率变小，而芯层虽然也经历了拉伸作用，但是其折射率没有发生变化，当拉伸到一定程度时，芯层与包层的折射率差便使得全反射能够发生，从而光在此时的可调衰减光纤中传输时不会发生衰减。而当需要对光进行衰减时，则驱动杆驱动两固定装置的间距缩小，当间距缩小过程中，包层的有效折射率会不断变大，从而使得包层与芯层的折射率差逐渐变小，从而产生连续可调的光衰减。

[0031] 其中包层中高折射率物质的掺杂浓度和厚度满足如下要求，当可调衰减光纤被拉伸到最大程度一半时可调衰减光纤会发生全反射，而当其由于拉伸而延长的长度缩短到最大延长长度的四分之一时，其光衰减达到最大，通过这样的设置方式可使得调节简单而又精确。其中衰减程度的大小与掺杂物的掺杂浓度以及掺杂物的分布厚度均有关，具体应用中可通过简单的实验方式来实现上述要求，这对于本领域技术人员来说是非常易于实现的。而这样的设置方式可以保证调节精度和正确度的实现，因为其所使用的变化区间正好处于可伸缩长度的中间最佳区域。

[0032] 这种衰减光纤的使用方法正如上面所述，在使用时，驱动驱动杆伸长，从而使得可调衰减光纤被拉伸到可以产生全反射的程度，然后在需要进行光衰减时，缩短可调衰减光纤的长度，使得其中传输的光逐渐增大的由包层向外透射，也即不断加强光的衰减，随着伸长距离的变化得到不同的衰减强度，从而获得可调的光纤衰减器，该光纤衰减器采用全光纤结构，调谐结构简单，成本低，克服了现有技术中所存在的诸多问题。