数字化电磁驱动可调光衰减器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种数字化电磁驱动可调光衰减器，包括经耦合光路对准的两个输入输出光纤准直器固定于基板上，其中间设置与弹性片连接的挡光片，其尾端与偏心轮成点接触，挡光片所在平面穿过转轴的轴心，齿轮和偏心轮同轴安装绕转轴转动，与齿轮相啮合的齿条装在横向弹性片上，横向弹性片连接有纵向弹性片，横向弹性片和纵向弹性片分别与装在基板上各自的位移驱动器连接。本实用新型专利技术用位移驱动器驱动齿轮／齿条啮合机构，带动偏心轮，从而移动挡光片调节光衰减量，使其光衰减系数实现了数字化电控调节。本实用新型专利技术的各个部件加工方便，便于实现低成本的大批量的自动化生产。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及可调光衰减器，尤其是一种数字化电磁驱动可调光衰减器。
技术介绍
光衰减器(0ptical Attenuator)是现代光传输网络中重要的光无源器件之一，其主要功能是衰减通过器件的光信号功率，获得用户指定的光功率输出。在光传输过程中，传输的光功率由于光纤的传输距离、光纤连接次数、所用的光学部件的数量以及性能的不同而各不相同。对于各种不同的光传输系统，当它们之间发生光交换时因为各自特性不同输入和输出的光功率要求也各不相同。因此当传输系统光接收/输出的光功率过量时，则需要光衰减器来调节。随着光传输技术的发展，尤其是波分复用(Wave Division Multiplexing)光网络的发展，光衰减器具有广泛的应用性。这些应用包括光传输线路、系统的评估、研究及调整、校正等方面，例如EDFA控制、DWDM系统发送器或接收器信号水准调制、OADM水准调制或通道阻断。光衰减器可根据其功能分为固定光衰减器(Fixed Optical Attenuator)和可调光衰减器(Variable Optical Attenuator)。其中，可调光衰减器(VOA)又可以分为，手动可调光衰减器和电控可调光衰减器两类。其中，手动可调光衰减器虽然具有容易实现并且成本较低的优点，但是操作困难，而且不易达到高衰减精度。与之相反，电控可调光衰减器精度较高，操作方便，并且可作为相对独立功能模块嵌入到设备当中使用，适合光传输设备的测试和维护，从而受到市场的广泛欢迎，具有很大的发展前景。一种现有电控可调光衰减器采用电磁线圈和弹簧来造成两光纤的横向位错(参考图11(b))，调节光信号衰减。但是由于光纤直径一般约为125μm，在通常情况下横向位移参数的数量级均在微米级，光纤的移动将难以精确控制，两段光纤较难对准，给操作带来很大的不便；光纤纤芯容易受到污染，造成衰减精度降低；用这种方法移动光纤无法实现器件稳定在不同的衰减量处的功能；用这种方法移动光纤，器件的光衰减量和光纤之间位错量二者存在一个非线性的关系(参考图10)，并且在该设计中这种非线性关系无法进行线性的校正。另一种现有的电控可调光衰减器采用步进电机带动“蜗杆-齿轮-螺杆”结构(参考图11(a))，来调节两个光纤准直器之间的横向位错，实现对光信号的衰减。在这种结构中，两个光纤准直器产生位错的步长由丝杆的螺距来决定。这种结构也存在缺点，首先是其衰减变化的步长(分辨率)受到丝杆的限制，无法得到较高的衰减精度。其次是用这种方法移动光纤，依然无法校正光衰减量与位错量之间的非线性关系。同时由于使用了步进电机，使得结构庞大，造价较高。总的来说，这两种光纤(光纤准直器)位错型的光衰减器，都存在光衰减精度不高，同时光衰减量的非线性效应无法校正的缺点。又一种现有电控可调光衰减器如图11(c)所示，该设计采用两个平行放置的光纤准直器31、32，两个准直器的前端各放一片与准直器光轴成45°角的小镜子30、33，用步进电机和丝杆装置29驱动一个渐变光吸收密度滤光片34在两个小镜子之间光路的垂直方向上移动，改变系统的光衰减量。虽然使用了渐变光吸收密度滤光片，有助于校正滤光片位移与光衰减量之间的非线性关系。然而，一般的渐变光吸收密度滤光片大多是镀膜型的，其良好的性能对镀膜技术的要求较高，目前国内尚无法做到。又由于渐变光吸收密度滤光片对光信号的依赖性，使得衰减器工作波段窄、偏振模式色散大，并且采用该结构的滤光片可能造成较大的回波损耗。该设计的驱动结构采用了步进电机，不但使得整个装置结构庞大，而且造价较高。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种数字化电磁驱动可调光衰减器，能够对挡光片行程与光衰减量的非线性进行线性校正，能够对光衰减量进行数字化调节，实现批量生产的电磁驱动微机械式可变光衰减器。为了达到上述目的，本技术采用的技术方案如下包括经耦合光路对准的两个输入输出光纤准直器固定于基板上，两个输入输出光纤准直器中间设置与弹性片连接的挡光片，挡光片尾端的弹性片与装在转轴上的偏心轮成点接触，并且挡光片所在平面穿过转轴的轴心，齿轮和偏心轮同轴安装并固定在一起，绕垂直固定在基板上的转轴转动，与齿轮相啮合的齿条装在横向弹性片上，横向弹性片连接有纵向弹性片，横向弹性片和纵向弹性片分别与装在基板上各自的位移驱动器连接。所说的位移驱动器包括与横向弹性片和纵向弹性片连接的第一、第二铁镍薄片分别由第一、第二弯曲弹性体连接到各自的U型铁芯的一端，U型铁芯的另一端上绕有线圈，铁镍薄片分别与U型铁芯两端保持有一个微小间隙构成磁回路。所说的位移驱动器包括分别与横向弹性片和纵向弹性片连接的数片机械上串联、电路上并联的压电陶瓷片粘迭起来的压电陶瓷迭堆。所说的位移驱动器包括分别与横向弹性片和纵向弹性片连接的左右两端分别有两排交错排列的梳持平板结构，通过弹性片作悬臂梁，使整个活动梳齿平板悬空于基板上的静电梳。所说的位移驱动器包括分别与横向弹性片和纵向弹性片连接的是利用两种热膨胀系数相差悬殊的金属或合金构成的复合材料制成的热双金属片。所说的偏心轮是偏心凸轮或采用多项式拟合曲线形状的偏心轮。两个光纤准直器之间设置了一个挡光片刀口形状采用方形或圆形或梯形或三角形或采用多项式拟合曲线的形状，该挡光片切入光路的角度α在0°～90°之间。本技术与
技术介绍
相比，具有以下优点1、它可以通过改变偏心轮的形状，使得挡光片行程与光衰减量的之间的存在的非线性关系得到线性的校正；2、在光衰减量连续可调的基础上还实现了数字化控制，根据输入脉冲的个数，可以精确调节光衰减量；3、线圈电磁驱动光衰减器不仅驱动电压低，而且驱动采用电脉冲驱动，无须稳恒电压维持其工作状态，由此可降低器件功率，避免因功率过高产生热量在器件内部积蓄，提高工作稳定性；4、具有自锁功能，只需利用电脉冲既可实现工作状态的转换，无须稳恒电压维持其工作状态，由此可降低器件功率，提高工作稳定性；5、挡光片由电脉冲驱动，步进速度快，响应时间小于0.8毫秒，插入损耗低于0.5分贝，回波损耗高于50分贝，波长相关性损耗小于0.1分贝，偏振相关性损耗小于0.1分贝，动态范围为50分贝，工作电压小于12伏；6、它所采用的结构可复制性好，并可精确定位，与在先技术的光衰减器相比，利用机械微加工技术，可实现齿轮、齿条、转轴和基板一体化加工，工艺简单，有利于大批量生产。附图说明图1是本技术的数字化电磁驱动可调光衰减器结构示意图。图2是挡光片行程放大结构图。图3是所述光衰减器的光路示意图。图4是数字化微进驱动机构一个运动周期的4个实施状态。图5是压电陶瓷位移驱动器的示意图。图6是静电梳位移驱动器的示意图。图7是热双金属片位移驱动器的示意图。图8是偏心轮形状示意图。图9是几种关系曲线图。图10是线性校正前的光衰减量曲线图。图11是三种现有电控可调光衰减器示意图。具体实施方式如图1所示，经耦合光路对准的两个输入输出光纤准直器2、3固定于基板1上，两个输入输出光纤准直器2、3中间设置与弹性片4连接的挡光片19，挡光片19尾端在弹性片4作用下，与装在转轴7上的偏心轮5成点接触，并且挡光片19所在平面穿过偏心轮5转轴7的轴心，齿轮6和偏心轮5同轴安装并固定在一起，绕垂直固定在基板上的转轴7转动，与齿轮6相啮合的齿条1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字化电磁驱动可调光衰减器，其特征在于：经耦合光路对准的两个输入输出光纤准直器（２、３）固定于基板（１）上，两个输入输出光纤准直器（２、３）中间设置与弹性片（４）连接的挡光片（１９），挡光片（１９）尾端的弹性片（４）与装在转轴（７）上的偏心轮（５）成点接触，并且挡光片（１９）所在平面穿过转轴（７）的轴心，齿轮（６）和偏心轮（５）同轴安装并固定在一起，能绕垂直固定在基板上的转轴（７）转动，与齿轮（６）相啮合的齿条（１３）装在横向弹性片（１２）上，横向弹性片（１２）连接有纵向弹性片（１８），横向弹性片（１２）和纵向弹性片（１８）分别与装在基板（１）上各自的位移驱动器（２０、２１）连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兴坤，曹钟慧，邹勇卓，鲍俊峰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：86[中国|杭州]