可变光衰减器制造技术

公开一种多孔径型的可变光衰减器。该衰减器包括其中有多个孔径的薄膜单元。多个孔径是这样分布的，大多数孔径的尺寸是沿薄膜单元的距离而增大。特别是，多个孔径的分布是按照仔细设计的图案，其中透射光的百分比是从图案的一端变化到图案的另一端。该可变光衰减器基本上是与波长和偏振无关的。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可控地衰减光信号的可变光衰减器。本专利技术具体涉及缓变孔滤波器形式的可变光衰减器，它基本上是波长无关和偏振无关的。本领域专业人员知道多种形式的光衰减器。理想地，光衰减器提供一种控制光束强度而不明显地影响光束其它性质的装置。传统上，利用可变孔径或光阑调节光束的横截面，因此，调节光束的总能量。然而，大多数阻挡部分光信号的单孔径衰减器是波长有关和偏振有关的，因此，限制了这些器件在许多应用中的使用。我们还知道线栅型光衰减器，例如，在Arthur Ashkin的美国专利No.3,620,599中有描述，把它合并在此供参考。这些类型的光衰减器是在衍射原理下工作的。线栅型光衰减器包括多个均匀间隔的平行反射线，其中这些线直径和它们之间的间隔是这样选取的，大于被衰减的光波长约1至3个数量级。可变衰减是通过围绕平行于所述线的轴旋转线栅完成的。虽然这些光衰减器在高功率条件下工作得很好，因散射和/或背反射而引起许多问题，这些问题使透射质量下降并导致反馈噪声。当这些衰减器接近激光器时，这种反射光还造成激光器性能的下降。更普遍地，可变光衰减器是连续可变的中性密度滤波器，其中光密度是滤波器区域上位置的变化函数。这些滤波器一般是由带金属涂层的光玻璃衬底制成的，其密度随滤波器表面的距离而增大。当滤波器相对于光束运动时，通过光信号的吸收和反射实现衰减。一般地说，这种滤波器的运动是围绕被衰减光束轴的旋转。在Tamulevich的美国专利No.4,904,044中公开一种连续可变光纤衰减器，其中密度梯度的变化是沿着它的长度方向，把它合并在此供参考。该衰减器利用可变光密度的灵活滤波器，它朝向两条光纤之间的光耦合区。按照这样的方式放置衰减器，改变光耦合区中的衰减器密度，从而改变该器件的衰减度。耦合到衰减器的电阻器提供一种衰减器定标的手段，给出高精度和可重现的衰减度。虽然连续可变的中性密度滤波器工作得令人满意，它们的制造成本很高，且在光谱的吸收，反射和折射特性方面存在一些缺点。特别是，由于中性密度特征具有高的吸收特性，金属涂层的温度可以到达很高的量级，因而诱发某些随时间发生的疲劳现象(例如，分层，氧化，退火，等等)。所以，该滤波器的本征特性受到影响，例如，密度。此外，由于滤波器表面上不规则性导致反射光干涉造成的干扰是另一种限制，特别是在滤波器的温度增高时，例如在高的光强度应用中所发现的。此外，金属涂层的应用要求很高的精度，且经常随不同的分批而变化。而且，制造这样的中性密度滤波器是极其困难的，其中金属层的沉积是按照这样一种方式，滤波器的衰减度与位置之间的关系大致呈现线性关系。本专利技术的一个目的是，提供一种排除大部分或全部上述缺点的光衰减器，而且，它的制造工艺不太复杂且成本较低。本专利技术的另一个目的是，提供一种基本上波长无关和偏振无关的光衰减器，而且，它可在高功率应用中使用。本专利技术提供一种可变光衰减器，它基本上是波长无关和偏振无关的。类似于线栅型光衰减器，本专利技术的缓变孔滤波器是在衍射原理下工作的。具体地说，通过滤波器透射的零级衍射光提供与波长无关的衰减辐射。按照本专利技术提供一种可变光衰减器，用于衰减包含光信号的光束，光束直径约小于1mm，包括滤波器，包括有多个离散孔径的薄片，用于提供沿确定薄片梯度轴路径的透射梯度，多个孔径有预定的形状，尺寸和分布，且其长度和它们之间的距离远远小于光束直径；输入端口，使光束以预定的夹角射向滤波器；输出端口，接收来自滤波器的基本会聚的光；和运动装置，提供光束与滤波器之间的相对运动，实现光束的可变衰减度，取决于所述滤波器相对于所述光束的位置。按照本专利技术提供另一种可变光衰减器，用于衰减包含光信号的光束，光束直径约小于1mm，包括滤波器，包括有多个基本不透明区域和多个基本透明区域的薄片，这些区域是这样离散地分布的，每单位面积透明区域的百分比随滤波器的尺度而增大，单位面积的直径等同于光束直径，多个基本透明区域有预定的形状，尺寸和分布，且至少部分的基本透明区域的长度和它们之间的距离远远小于光束直径；输入端口，使光束以预定的夹角射向滤波器；输出端口，接收来自滤波器的基本会聚的光；和运动装置，提供光束与滤波器之间的相对运动，实现光束的可变衰减度，取决于所述滤波器相对于所述光束的位置。按照本专利技术提供一种可变衰减光束的方法，该光束包含光信号，光束直径约小于1mm，包括以下的步骤(a)照射滤波器，该滤波器包括有多个基本不透明区域和多个基本透明区域的薄片，这些区域是这样离散地分布的，每单位面积透明区域的百分比随滤波器的尺度而增大，单位面积的直径等同于光束直径，多个基本透明区域有预定的形状，尺寸和分布，且至少部分的基本透明区域的长度和它们之间的距离远远小于光束直径；(b)相对地运动滤波器和光束，实现光束的可变衰减度，取决于所要求的衰减度。现在结合附图描述本专利技术几个典型的实施例，其中附图说明图1是按照本专利技术一个实施例的缓变孔滤波器的正视图；图2是缓变孔滤波器的侧剖面图；图3是放置在两个光波导之间缓变孔滤波器的侧剖面图；图4a是有六个近邻的中央孔径示意图4b是有四个近邻的中央孔径示意图；图5a是在10dB下衰减度与波长关系的曲线图；图5b是在20dB下衰减度与波长关系的曲线图；图6是偏振依赖损耗与衰减度关系的曲线图；和图7是衰减度与滤波器位置关系的曲线图。参照图1，它表示按照本专利技术一个实施例用于可变光衰减器的滤波器。滤波器10包括有多个“孔径”的薄片单元40。这些孔径是没有衰减材料的透明‘孔’或‘窗口’，孔径的尺寸沿滤波器10的长度方向变化。在滤波器的高衰减端20，这些孔很小且是孤立的。在滤波器的低衰减端30，较大的孔互相重叠，以获得最大的透明度。其结果是一种缓变孔滤波器，其中缓变孔提供沿一条路径的透射梯度，该路径确定滤波器的梯度轴，例如，图1所示滤波器的纵轴。此处所用到的术语‘透射梯度’是指，沿预定尺度每单位面积的百分比透射梯度或步长，例如，确定梯度轴的尺度。在这个典型的实施例中，单位面积定义为一个圆，其直径等同于被衰减的光束直径。理想地，薄片单元是尽可能地薄以避免与光传播通过窄‘管子’相关的现象。因此，最好是这样的薄片单元40，它是被支持在衬底50(例如，玻璃)上的薄膜。对于所关心的波长区，形成薄膜40和衬底50的材料分别是不透明和透明的。在理想的情况下，不透明部分不透射光，而透明部分不影响透射光的相位。例如，透明部分的透射光相位是受有恒定厚度衬底50的影响，这些厚度在光束的截面上是均匀的，对波长没有影响。若光能够传播通过不透明部分，则光波开始出现不同的相位，不透明部分和透明部分透射的光波出现与波长有关的相对相差。因此，重要的是减少不透明部分的透射光量和保持不透明部分的厚度均匀，特别是在孔径的边缘部分。最好是，薄膜40是高反射的，虽然吸收材料可能适合于某些应用。薄膜是采用合适的材料制成的。尤其是，在应用于非常薄层的情况下，金是特别适合的，因为它具有高的反射率，耐用性，和容易加工。根据应用的目的预先确定孔的形状，尺寸和分布。一般地说，各个孔形状的设计是考虑减小偏振问题，而各个孔之间间隔的设计是为了控制衍射光和/或反射光。关于前一个问题，如同长的狭缝一样，对称的周期性形状一般不会产生相同的偏振问题。关于后一个问题，这些孔通常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变光衰减器，用于衰减包含光信号的光束，该光束具有的直径约小于１ｍｍ，包括： 滤波器，包括有多个离散孔径的薄片，用于提供沿确定薄片梯度轴的路径的透射梯度，该多个孔径有预定的形状，尺寸和分布，且其长度和它们之间的距离远远小于光束直径； 输入端口，使光束以预定的夹角射向滤波器； 输出端口，接收来自滤波器的基本会聚的光；和 控制器，提供光束与滤波器之间的相对运动，实现光束的可变衰减，取决于所述滤波器相对于所述光束的位置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：戴维格兰斯登，菲利普郎永，
申请(专利权)人：JDS尤尼费斯公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]