本发明专利技术公开了一种可变光衰减器，其衰减光束同时保持其偏振而大致与波长不相关。光束通过滤波器衰减，该滤波器用具有阻断带和锯齿边缘的光栅来组成图案，所述阻断带和锯齿边缘分别将光束部分阻断和部分传输。锯齿边缘可获得低偏振相关损耗。阻断带和光孔宽度的标记占空比沿着滤波器的长度方向增加。通过沿滤波器的长度方向线性平移滤波器，可以改变衰减值以使其达到所需的值。具有导螺杆的步进马达可以提供合适的线性平移，以使滤波器具有锁存特性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用于衰减光束强度的可变光衰减器，特别涉及在较宽的衰减量和衰减波长的范围内保持光束偏振的光衰减器。
技术介绍
可变光衰减器被广泛用于光通信和其它应用场合中，来调整光信号的光功率水平以达到均衡目的或控制光接收器中的光电探测器的动态范围和敏感度。实现光衰减的手段包括利用线性中性密度滤波器、衰减棱镜、光束阻断器、转镜和用于弯曲或偏移光纤的机械装置。 在现有技术的解决办法中，Smiley等(美国专利6,167,185)公开了一种保持光束偏振分量的可调光衰减器。光束衰减器的横截面与准直光束传播方向垂直且其形状为楔形。采用用于移动光束衰减器的控制器来改变衰减量，以改变所述楔形在准直光束内的部分的大小。 图1示出了可调光衰减器100，它包括不透明光锥101，该光锥101部分阻断以截面图示出的准直光束102。通过沿运动方向103将不透明锥体101线性移入或移出准直光束102来实现衰减调节。这种配置的缺点是，运动方向103必须保持和准直光束102的中心精确对准，从而使一个偏振110的衰减和另一个偏振120的衰减匹配。E和H表示各个偏振的电场和磁场方向。 Payne等公开了现有技术的另外一个例子(美国专利6,801,354)，如图2所示。可调光衰减器200包括光膜202上的圆形光阑孔203的对称阵列，所述圆形光阑孔203形成二维衍射光栅，当衰减入射光201时，二维衍射光栅可消除偏振相关损耗(PDL)。图3是可调光衰减器300的俯视图。圆形光阑孔302的对称阵列在反射氮化硅膜301中形成二维衍射光栅。反射柱(post)303被设置在每个圆形光阑孔302里面。利用静电将反射氮化硅膜301相对于反射柱303提高或降低，可以实现从可调光衰减器300反射的入射光的衰减。将光阑孔302设计为圆形的目的是为了减小输出反射光束衰减的PDL。 在反射中采用上述的装置会使获取衰减器输出光束变得复杂。可调光衰减器300的制造必须经历多次沉积、光刻和蚀刻步骤，因此提高了制造的成本。由于没有固有的锁存特性，当将电驱动电压去除，会释放移动光膜的静电力，而导致衰减回复到某一静态值。 通常，衰减对控制信号作线性响应一般是优选的。所期望的可控衰减范围可达30dB。在0 dB到20 dB的衰减范围内，偏振相关损耗(PDL)优选低于0.2dB。对于光纤通信的C带，波长相关损耗(WDL)优选0.3dB或更小。对于一些应用，优选可变衰减器，即使其电源被关闭也保持其衰减设置，即具有锁存特性。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是，提供一种具有30dB宽可控衰减范围的可变光衰减器，同时保持低PDL和WDL。 本专利技术的进一步目的是，提供一种具有锁定特性的可变光衰减器。 最后，本专利技术的另一个目的是，提供一种具有响应于驱动信号的线性衰减的可变光衰减器。 因此，本专利技术涉及的可变光衰减器包括具有多个交替阻断带和线性光孔的滤波器，其中，阻断带被设计成Z字型。对Z字型的尺寸进行选定以使滤波器的偏振相关损耗达到最小。 本专利技术的另一个特征是，带宽和光孔宽度的比例随着离滤波器末端的距离的变化而逐步变化，从而使滤波器沿运动方向通过输入光束的线性平移引起衰减输出光束的衰减量的变化。 本专利技术的另一个方面涉及一种将滤波器线性平移经过输入光束的致动器(actuator)，以使在致动器失去驱动功率时并不改变衰减量，从而提供了锁存特征。 附图说明 下面将根据代表优选实施例的参考附图，对本专利技术进行更详细的描述，其中 图1是现有技术楔型可调光衰减器的示意图； 图2是现有技术中具有二维低偏振相关损耗光栅的光膜的等轴测视图； 图3是现有技术中二维低偏振相关损耗光栅的俯视图； 图4是根据本专利技术的可变光衰减器的原理图； 图5是可变光衰减器的一个具体实施例的详细原理图； 图6是线性可变光栅滤波器的一个具体实施例的俯视图(不按比例)； 图7是三个不同衰减设置的波长相关损耗光谱图； 图8是偏振相关损耗的衰减函数图。 具体实施例方式 举例来说，图4示出了可变光衰减器400的光学设计原理图。输入光通过输入光纤401进入可变光衰减器400，然后经准直透镜421准直而产生准直光束420。可沿大致垂直于准直光束420的运动方向440移动的可变光栅滤波器430，将准直光束420的一部分传输到准直透镜422，以将其聚焦到输出光纤402的端部。通过沿运动方向440线性定位可变光栅滤波器430可改变所述被传输的部分准直光束420。输入光纤401和输出光纤402可以用平板波导、自由空间光束或类似的连接到外部光学系统的光学连接器代替。 图5示出了可变光衰减器500的一个具体实施例的较详细的图。输入光通过输入光纤501进入可变光衰减器500，输入光纤501的末端用光管511固定。从光纤501末端输出的输入光经准直透镜521准直，然后第一转向棱镜541将其重定向为准直光束551。准直光束551大致垂直入射到可变光栅滤波器530，可变光栅滤波器530将包含一部分准直光束551的衰减光束552传输到第二转向棱镜542，以从处进入准直透镜522，该准直透镜522将光聚焦到由第二光管512支撑的输出光纤502的末端。输出光纤502接收聚焦衰减光束552，从而将其传输到外部光学系统的其它部分。 设计可变光栅滤波器530的性能，使得根据准直光束551在可变光栅滤波器530上的沿滤波器运动方向540的入射距离，来改变作为衰减光束552而被传输的准直光束551部分。因此沿滤波器运动方向540的可变光栅滤波器530的线性平移，会引起准直光束551衰减量的变化，准直光束551根据可变光栅滤波器530的移动距离和方向变化。 为了获得可变光栅滤波器530的线性或近似线性的平移，可以采用几种方法。在上面的例子中，采用步进马达560旋转导螺杆，滤波器支架562与相应的螺线部分和导螺杆561啮合，从而导螺杆561的转动会使滤波器支架562沿着运动方向540线性平移。滤波器支架562用一个或多个定位销(guide pin)563(只显示出一个)来防止导螺杆的旋转。当步进马达560的驱动电流被切断，支撑可变光栅滤波器530的滤波器支架562保持在导螺杆561的位置，因此获得所期望的锁定功能。 在实际应用中，准直光束551不需被完全准直，也不需准确垂直入射到可变光栅滤波器530上。甚至可以希望有一些角度，以减少从可变光栅滤波器530回到输入光纤501的后向反射引起的负面影响，最终提高可变光衰减器500的回波损耗。输入光纤501和输出光纤502也可以包括平板波导、自由空间光束或其它连接到外部光学系统的适合的光学连接器。 可以用其它类型的致动器(例如微电机系统(MEMS)致动器)代替步进马达560，该致动器根据所需的衰减量(由反馈控制机构预设或控制)使可变光衰减器做往复运动、滑行或移动到不同的位置。利用合理选择的致动器，当致动器的电源被切断，可变光栅滤波器530保持在适当的位置。其他类型的机械锁定也是可行的。 转向棱镜541和542可以是三棱镜，其具有镀有反射膜的长面或具有足够高折射率以提供全内反射。作为选择，可以使用多个小反射镜。 可变光栅滤波器530的具体实施例的详细结构如图6所示。它基于应用半导体兼容工艺制本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可变光衰减器，包括： 输入端口，其用于接收光输入和传输光束； 滤波器，其包括透明衬底，在所述透明衬底第一末端和第二末端之间，分布有多个交替的阻断带和线性光孔，所述滤波器被置于所述光束内，以使至少一个阻断带阻断所述光束的一部分且至少一个线性光孔传输具有衰减值的衰减光束； 其中，所述多个阻断带被设计成Ｚ字型，每一个阻断带具有带宽并与相邻的阻断带以光孔宽度隔开； 其中，所述滤波器的运动方向从所述第一末端指向所述第二末端；以及 其中，沿所述运动方向，所述带宽和光孔宽度的比率随着距所述第一末端的距离的增加而逐步增加。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：王苗庆，杨亚涛，薛挺，孙运辉，
申请(专利权)人：JDS尤尼弗思公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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