專利名稱：通過調(diào)整光波導(dǎo)位置來補償wdl的可調(diào)式光衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于反射鏡的可調(diào)光衰減器(Variable OpticalAttenuator，VOA)系統(tǒng)，尤其涉及波長相關(guān)損耗補償可變光衰減器，它采取改變輸入光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)的位置，增加系統(tǒng)色散，由此補償波長相關(guān)損耗(WDL)。

背景技術(shù)：
圖1a，1b示出了通常的反射式VOA基本結(jié)構(gòu)。圖1a是現(xiàn)有技術(shù)中IL最小時的情況，而圖1b是現(xiàn)有技術(shù)中衰減狀態(tài)時的情況。如圖1a所示，通常的反射式VOA包括透鏡，反射鏡，輸入光波導(dǎo)，輸出光波導(dǎo)。從輸出光波導(dǎo)出來的含不同波長成分的光束通過透鏡準(zhǔn)直，再通過反射鏡發(fā)生反射后形成反射光束。反射光束再通過透鏡聚焦到輸出光波導(dǎo)。當(dāng)反射鏡偏置某個角度時，反射光束以最小插入損耗(Insertion loss IL)耦合進輸出光波導(dǎo)。如圖1b所示，當(dāng)反射鏡增加或者減小偏置角度時，有部分反射光束偏出光波導(dǎo)，減小了光耦合效率，從而形成光能量的衰減輸出。
然而，這種結(jié)構(gòu)的光衰減器帶有一種被稱作為波長相關(guān)損耗(Wavelengthdependent loss，WDL)的缺點，會影響器件的衰減精度，甚至光信號的信噪比等。
光能量耦合進光波導(dǎo)的效率跟以下幾個因素有關(guān)，包括光斑中心和光波導(dǎo)中心的偏移量、耦合光束的入射角度、光波導(dǎo)端面的角度、光波導(dǎo)的半徑以及入射光的模場直徑(Mode field diameter，MFD)等。反射光光衰減器屬于共結(jié)構(gòu)，耦合光束的入射角度、光波導(dǎo)端面的角度和光波導(dǎo)的半徑對衰減的衰減值只跟耦合光光斑中心與光波導(dǎo)中心的偏移距離和耦合光的模場直徑有關(guān)，同時偏移距離和模場直徑都跟耦合光的波長有關(guān)。在某個波長范圍內(nèi)，當(dāng)光衰減器反射鏡偏置某個角度時，不同波長損耗值的差異稱之為波長相關(guān)損耗，WDL。
眾所周知，插入損耗IL可以表示成波長的函數(shù)，如下列方程式(1)所示 其中ω(λ)為耦合光模場半徑，為MFD的一半，為波長λ的函數(shù)；x(λ)為耦合光光斑中心和光波導(dǎo)中心偏移量，它主要由反射鏡角度來確定，同時也與波長λ相關(guān)。
在小波長范圍內(nèi)，如光通信系統(tǒng)常用的C和L波段，ω(λ)可以近似線性關(guān)系，表示為方程式(2) ω(λ)＝a+b·λ(2) 其中，a，b為常系數(shù)。WDL表示為方程式(3) 在一定波長范圍內(nèi)，如C Band和L Band，WDL可以表示為 其中Δλ為波長差，D為所述光束兩次通過所述透鏡后的色散量，也是一定波段內(nèi)所述偏移距離的差異。普通未做補償?shù)腣OA，輸入光通過透鏡后的色散很小，器件在一定衰減值時，b常系數(shù)是WDL主要影響因子。
目前，已經(jīng)有一些解決反射式VOA系統(tǒng)WDL問題的技術(shù)方案，但是均存在各種各樣的缺陷。如美國公開專利(US2007/0031104A1)采用加色散光來補償WDL，需要添加組件，沒有考慮透鏡自身的色散特性。而美國公開專利(US2004/0008967A1)通過波導(dǎo)端面不平行于透鏡端面并調(diào)節(jié)波導(dǎo)相對于透鏡的軸向方位，以得到最小的WDL。這里沒有考慮位置調(diào)整來改變色散來補償MFD對WDL的影響。
有鑒于此，亟待提出一種通過調(diào)整光波導(dǎo)位置來補償波長相關(guān)損耗的可調(diào)式光衰減器。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的許多弊端，本實用新型提出了一種通過調(diào)整光波導(dǎo)位位置來補償波長相關(guān)損耗的可調(diào)式光衰減器。
本實用新型的目的是通過改變輸入光波導(dǎo)4在輸入面上的位置和輸出光波導(dǎo)5在輸出面上的位置，從而改變包含不同波長成分的光束在透鏡6里的傳輸路徑，增加由透鏡6自身產(chǎn)生的色散，來補償波長相關(guān)損耗(WDL)。
為了達到上述目的，本實用新型提供一種波長相關(guān)損耗補償可變光衰減器，包括輸入光波導(dǎo)4、輸出光波導(dǎo)5、透鏡和可調(diào)傾斜角的反射鏡7，輸入光波導(dǎo)4、輸出光波導(dǎo)5設(shè)置在透鏡6的一側(cè)，可調(diào)傾斜角的反射鏡7設(shè)置在透鏡6的另一側(cè)。
輸入光波導(dǎo)4，發(fā)射包含不同光波長成分的光束，具有中軸線1，可以沿中軸線1任意垂直方向移動； 輸出光波導(dǎo)5，接收所述包含不同光波長成分的光束，具有中軸線2，可以沿中軸線2任意垂直方向移動； 透鏡6，具有光軸3，用于準(zhǔn)直從所述輸入光波導(dǎo)4發(fā)射的光束，并將經(jīng)反射鏡反射后的光束聚焦到所述輸出光波導(dǎo)5，并根據(jù)所述輸入光波導(dǎo)4的位置和輸出光波導(dǎo)5的位置對所述光束產(chǎn)生不同程度的色散； 可調(diào)傾斜角度的反射鏡7，用于接收來自所述透鏡6的光束，并將所述光束穿過所述透鏡6到所述輸出光波導(dǎo)5，所述反射鏡7的不同傾斜角使衰減器產(chǎn)生不同大小的衰減值，并使一定衰減值時產(chǎn)生一定的波長相關(guān)損耗(WDL)。
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，其中調(diào)整輸入光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)位置，讓中軸線1、中軸線2和光軸3三條線平行，并使中軸線1離開光軸一定的距離(d1)，中軸線2離開光軸一定的距離(d2)，改變所述光束在所述透鏡里傳播路徑，增加由所述透鏡自身產(chǎn)生的色散，使得所述光束不同成分的光與所述輸出光波導(dǎo)耦合時光斑中心與光波導(dǎo)中心有不同的偏距離，來補償波長相關(guān)損耗(WDL)。
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，其中所述輸入光波導(dǎo)為可調(diào)整位置的輸入光纖。
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，其中所述輸出光波導(dǎo)為可調(diào)整位置的輸出光纖。
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，其中所述輸出光纖帶有纖芯和涂覆層。
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，其中所述反射鏡包括反射鏡式光開關(guān)。
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，其中所述反射鏡式光開關(guān)包括微機電系統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS)光開關(guān)或傳統(tǒng)機械式光開關(guān)。
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，其中所述反射鏡式光開關(guān)包括反射鏡式波長選擇開關(guān)(WSS)。
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，其中所述透鏡為C-lens透鏡。
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，其中所述透鏡為G-lens透鏡或其他準(zhǔn)直透鏡。
本實用新型能夠在反射式可調(diào)式光衰減器(VOA)系統(tǒng)中，通過調(diào)整輸入光波導(dǎo)在輸入面上的位置和輸出光波導(dǎo)在輸出面上的位置，從而改變包含不同波長成分的光束在透鏡里的傳輸路徑，增加由透鏡自身產(chǎn)生的色散，來補償波長相關(guān)的損耗(WDL)。
雖然在下文中將結(jié)合一些示例性實施及使用方法來描述本實用新型，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，并不旨在將本實用新型限制于這些實施例。反之，旨在覆蓋包含在所附的權(quán)利要求書所定義的本實用新型的精神與范圍內(nèi)的所有替代品、修正及等效物。
本實用新型的其他優(yōu)點、目標(biāo)，和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進行闡述，并且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本實用新型的實踐中得到教導(dǎo)。本實用新型的目標(biāo)和其他優(yōu)點可以通過下面的說明書，權(quán)利要求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述，其中 圖1a是現(xiàn)有技術(shù)中IL最小時的反射式VOA基本結(jié)構(gòu)圖； 圖1b是現(xiàn)有技術(shù)中衰減狀態(tài)時的反射式VOA基本結(jié)構(gòu)圖； 圖2a示出了根據(jù)本實用新型的帶有波導(dǎo)位置調(diào)整的VOA圖； 圖2b示出了當(dāng)根據(jù)本實用新型的帶有波導(dǎo)位置調(diào)整的VOA處于衰減狀態(tài)時的情形圖； 圖3a以c-lens為例說明本實用新型調(diào)整光波導(dǎo)位置后的色散補償圖； 圖3b示出了調(diào)整光纖位置后VOA衰減狀態(tài)時，輸出光纖端面處不同波長光斑的分布圖； 圖4示出了補償優(yōu)化后，與未優(yōu)化的VOA比較的效果圖； 圖5示出了所述透鏡采用G-lens的原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步的詳細描述。需要注意的是，根據(jù)本實用新型的通過調(diào)整光波導(dǎo)位位置來補償波長相關(guān)損耗的可調(diào)式光衰減器的實施方式僅僅作為例子，但本實用新型不限于該具體實施方式
。
在下文中，將詳細說明本實用新型中的VOA補償WDL的技術(shù)構(gòu)思具體實例方式。
如圖2a所示，根據(jù)本實用新型的VOA包括可調(diào)整位置的輸入光纖、具有光軸3的透鏡6、可傾斜的反射鏡7，以及可調(diào)整位置的帶有纖芯和涂覆層的輸出光纖。圖2b示出了根據(jù)本實用新型的帶有波導(dǎo)位置調(diào)整的VOA處于衰減狀態(tài)時的情形，此時反射鏡7的角度有所不同。通過將圖2a中反射鏡7改變一定的偏置角度，從而使輸入光衰減輸出。
如圖2a和2b所示，該波長相關(guān)損耗補償可變光衰減器包括輸入光波導(dǎo)4，發(fā)射包含不同光波長成分的光束，具有中軸線1，可以沿中軸線1任意垂直方向移動；輸出光波導(dǎo)5，接收所述包含不同光波長成分的光束，具有中軸線2，可以沿中軸線2任意垂直方向移動；透鏡6，具有光軸3，用于準(zhǔn)直從所述輸入光波導(dǎo)4發(fā)射的光束，并將經(jīng)反射鏡7反射后的光束聚焦到所述輸出光波導(dǎo)5，并根據(jù)所述輸入光波導(dǎo)4的位置和輸出光波導(dǎo)5的位置對所述光束產(chǎn)生不同程度的色散；可調(diào)傾斜角度的反射鏡7，用于接收來自所述透鏡6的光束，并將所述光束穿過所述透鏡6到所述輸出光波導(dǎo)5，所述反射鏡7的不同傾斜角使衰減器產(chǎn)生不同大小的衰減值，并使一定衰減值時產(chǎn)生一定的波長相關(guān)損耗(WDL)。
其中調(diào)整輸入光波導(dǎo)4和輸出光波導(dǎo)5位置，讓中軸線1、中軸線2和光軸3三條線平行，并使中軸線1到光軸的距離為d1，中軸線2到光軸的距離為d2，改變所述光束在所述透鏡里傳播路徑，增加由所述透鏡自身產(chǎn)生的色散，使得所述光束不同成分的光與所述輸出光波導(dǎo)5耦合時光斑中心與光波導(dǎo)中心有不同的偏距離，來補償WDL。
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，其中所述輸入光波導(dǎo)4為可調(diào)整位置的輸入光纖；所述輸出光波導(dǎo)5為可調(diào)整位置的輸出光纖，所述輸出光纖還可以帶有纖芯和涂覆層。
根據(jù)本實用新型的優(yōu)選實施例，所述反射鏡7還包括反射鏡式光開關(guān)，可以有微機電系統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS)或傳統(tǒng)機械式兩種。另外還可以是基于反射鏡式的波長選擇開關(guān)(wavelengthselective switch，WSS)。
普通未做補償?shù)腣OA，輸入光纖和輸出光纖大致沿光軸3對稱放置，光路大致為共軛結(jié)構(gòu)，所以包含不同波長成分的光束經(jīng)過透鏡6后的色散量很小，即耦合光斑偏出輸出光纖中心的距離隨波長變化率也很小。根據(jù)方程式(5) 為了補償WDL，在本實用新型中，使輸入光纖離光軸3的距離為d1，輸出光纖離光軸3的距離為d2，改變所述光束在透鏡6里的傳播路徑，來增加透鏡6自身的色散D。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，普通未作補償?shù)腣OA，輸入光波導(dǎo)4和輸出光波導(dǎo)5大致沿光軸3對稱分布，中心光線與透鏡球面的交點也大致沿光軸3對稱分布，導(dǎo)致球面對光束色散幾乎沒有貢獻，而偏移d1和d2后，所述交點非對稱分布，球面增加對色散補償?shù)呢暙I。
說明色散的來源
依據(jù)本實用新型，圖3a描述了所述透鏡6為一種曲率半徑為R的C-lens的實施例。圖示中輸入光纖中心離光軸3長度為d1，輸入光纖中心離光軸3長度為d2，反射鏡7偏置一定角度后，包含不同波長成分的入射光束，例如1525nm和1570nm，從輸入光纖射出后經(jīng)C-lens準(zhǔn)直，到達反射鏡7后反射，再由C-lens聚焦到輸出光纖耦合輸出，反射鏡7角度微調(diào)節(jié)后，耦合光斑中心距離偏移輸出光纖中心，使VOA產(chǎn)生一定的衰減值。所述光束在C-lens里傳播時會產(chǎn)生色散，圖3a中所示的色散補償塊8可以作為等效體來計算色散量D，當(dāng)d1和d2相差較小時，色散補償塊8近似為角度為α的稧形片，可以表示為 其中f是c-lens的焦距，n是透鏡6的折射率。
色散造成的結(jié)果
圖3b描述了帶有纖芯的輸出光纖截面圖，以及反射鏡7傾斜角度輕微變化后由圖3a所描述的等效色散補償模塊8分別對1525nm光斑和1570nm光斑產(chǎn)生的效果。其中X1為短波長成分光斑(如1525nm)，X2為長波長成分光斑(如1570nm)。等效色散補償模塊8根據(jù)波長分離輸入光束中的長波長(如1525nm)成分和短波長(如1570nm)成分，使所述兩種光成分耦合光斑中心偏移光纖的距離不相等。其中短波長(如1525nm)光斑靠輸出光纖中心距離近些，而長波長(如1570nm)光斑靠輸出光纖中心距離遠些；同時短波長(如1525nm)光MFD小于長波長(如1570nm)光MFD。根據(jù)方程式(1)，所述偏移距離和MFD相比，對WDL的影響相反。這樣，由等效色散塊造成的所述偏移距離的差異，至少部分地補償了由MFD差異造成的WDL。
改變所述兩種光纖的偏移光軸3的位置后，即補償后的WDL可以表示為 其中Δλ是選定波長范圍的波長差，Δn是選定波長范圍內(nèi)的光在c-lens傳播時的折射率差。當(dāng)選擇合適的光纖偏移距離d1和d2時，可以使大范圍衰減范圍內(nèi)的WDL降至很小。
要使WDL更小，令WDL＝0，可以得到 只要滿足(9)式的d1和d2，都可以補償WDL。由于不同IL情況下的偏移距離x不同，不可能把所有IL的WDL都減到0，但選擇合適的d1和d2，可以使大衰減范圍內(nèi)的WDL降至很小。
圖4示出了本實用新型所述光纖位置調(diào)整的VOA的WDL，以及與未加補償?shù)腣OA的WDL比較，可以看出本實用新型增加透鏡6自身色散的補償效果是顯著的。
G-lens實現(xiàn)的方式
如圖5所示，本實用新型還可以用G-lens或者其他準(zhǔn)直透鏡來取代C-lens的方式來實現(xiàn)。漸變折射率的G-lens能等效為均勻折射率的透鏡，如附圖5，當(dāng)輸入光纖和輸出光纖偏離各光軸一定距離時，光束在G-lens路徑改變后也增加透鏡6自身的色散來補償WDL。
以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種通過調(diào)整光波導(dǎo)位置來補償WDL的可調(diào)式光衰減器，包括輸入光波導(dǎo)(4)、輸出光波導(dǎo)(5)、透鏡和可調(diào)傾斜角的反射鏡(7)，其特征在于所述輸入光波導(dǎo)(4)、輸出光波導(dǎo)(5)設(shè)置在透鏡(6)的一側(cè)，所述可調(diào)傾斜角的反射鏡(7)設(shè)置在透鏡(6)的另一側(cè)；
所述輸入光波導(dǎo)(4)，發(fā)射包含不同光波長成分的光束，具有中軸線(1)，可以沿中軸線(1)任意垂直方向移動；
所述輸出光波導(dǎo)(5)，接收所述包含不同光波長成分的光束，具有中軸線(2)，可以沿中軸線(2)任意垂直方向移動；
所述透鏡(6)，具有光軸(3)，用于準(zhǔn)直從所述輸入光波導(dǎo)(4)發(fā)射的光束，并將經(jīng)反射鏡(7)反射后的光束聚焦到所述輸出光波導(dǎo)(5)，并根據(jù)所述輸入光波導(dǎo)(4)的位置和輸出光波導(dǎo)(5)的位置對所述光束產(chǎn)生不同程度的色散；
所述可調(diào)傾斜角度的反射鏡(7)，用于接收來自所述透鏡(6)的光束，并將所述光束穿過所述透鏡(6)到所述輸出光波導(dǎo)(5)，所述反射鏡(7)的不同傾斜角使衰減器產(chǎn)生不同大小的衰減值，并使一定衰減值時產(chǎn)生一定的波長相關(guān)損耗(WDL)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過調(diào)整光波導(dǎo)位置來補償WDL的可調(diào)式光衰減器，其特征在于調(diào)整輸入光波導(dǎo)(4)和輸出光波導(dǎo)(5)位置，讓中軸線(1)、中軸線(2)和光軸(3)三條線平行，并使中軸線(1)離開光軸一定的距離(d1)，中軸線(2)離開光軸一定的距離(d2)，從而改變所述光束在所述透鏡(6)里的傳播路徑，增加由所述透鏡(6)自身產(chǎn)生的色散，使得所述光束不同成分的光與所述輸出光波導(dǎo)(5)耦合時光斑中心與光波導(dǎo)中心有不同的偏距離，來補償WDL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通過調(diào)整光波導(dǎo)位置來補償WDL的可調(diào)式光衰減器，其特征在于所述輸入光波導(dǎo)(4)為可調(diào)整位置的輸入光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通過調(diào)整光波導(dǎo)位置來補償WDL的可調(diào)式光衰減器，其特征在于所述輸出光波導(dǎo)(5)為可調(diào)整位置的輸出光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可調(diào)式光衰減器，其特征在于所述輸出光纖帶有纖芯和涂覆層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過調(diào)整光波導(dǎo)位置來補償WDL的可調(diào)式光衰減器，其特征在于所述可調(diào)傾斜角的反射鏡(7)包括反射鏡式光開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可調(diào)式光衰減器，其特征在于所述反射鏡式光開關(guān)包括微機電系統(tǒng)(MEMS)光開關(guān)或傳統(tǒng)機械式光開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可調(diào)式光衰減器，其特征在于所述反射鏡式光開關(guān)包括反射鏡式波長選擇開關(guān)(WSS)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)式光衰減器，其中所述透鏡(6)為C-lens透鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)式光衰減器，其中所述透鏡(6)為G-lens透鏡或其他準(zhǔn)直透鏡。
專利摘要本實用新型涉及一種基于反射鏡的可調(diào)光衰減器，尤其是通過調(diào)整光波導(dǎo)位置來補償波長相關(guān)損耗的波長相關(guān)損耗補償可變光衰減器，包括輸入光波導(dǎo)、輸出光波導(dǎo)、透鏡和可調(diào)傾斜角的反射鏡，輸入光波導(dǎo)、輸出光波導(dǎo)設(shè)置在透鏡的一側(cè)，可調(diào)傾斜角的反射鏡設(shè)置在透鏡的另一側(cè)。在反射式可調(diào)式光衰減器(VOA)系統(tǒng)中，通過調(diào)整輸入光波導(dǎo)在輸入面上的位置和輸出光波導(dǎo)在輸出面上的位置，從而改變包含不同波長成分的光束在透鏡里的傳輸路徑，增加由透鏡自身產(chǎn)生的色散，來補償波長相關(guān)的損耗(WDL)。
文檔編號G02B26/00GK201540404SQ200920110160
公開日2010年8月4日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
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