專利名稱：帶有位移機(jī)構(gòu)的熱補(bǔ)償可變光學(xué)衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
機(jī)械傳動(dòng)，較可取的是在伺服控制下，調(diào)節(jié)連續(xù)區(qū)范圍內(nèi)的光信號(hào)衰減。一致的性能要求重視摩擦減小和熱補(bǔ)償。
背景技術(shù)：
可變光學(xué)衰減器(VOAs)是包括本地和長(zhǎng)距離電話網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)諸光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵元件。人們期望未來(lái)的高性能電信系統(tǒng)依靠VOAs來(lái)完成諸如過(guò)濾、分離、耦合和聯(lián)合之類的各種不同的功能，以及參與諸如多路調(diào)制和多路解調(diào)一類的其它功能。
光學(xué)信號(hào)衰減可以各種不同的方式通過(guò)從一原始光路中轉(zhuǎn)換光學(xué)信號(hào)的全部或一部分加以完成。被轉(zhuǎn)換的光學(xué)信號(hào)可以放棄用以完成諸如過(guò)濾一類的操作，或者可以傳輸給一個(gè)或更多個(gè)附加光路用以完成諸如開(kāi)關(guān)，分離和耦合之類的操作。此外，可將在不同原始光路中行進(jìn)的諸光學(xué)信號(hào)全部或部分地轉(zhuǎn)換成諸如在聯(lián)合操作中的公共光路。
VOAs的“可變”能力同較簡(jiǎn)單的分立式器件，諸如把所有或全部沒(méi)有的光學(xué)信號(hào)導(dǎo)向所選的光路一類的通-斷開(kāi)關(guān)是有區(qū)域的。在VOAs內(nèi)操作位置的范圍提供在各光路中間以不同的比例再分配或收集光學(xué)信號(hào)的能力。
授予Miller等人的美國(guó)專利5,146,519和授予Kech等人的美國(guó)專利5,353,363公開(kāi)了采用光纖耦合器來(lái)提供可變衰減功能的VOAs。光纖耦合器包括一個(gè)或多個(gè)在過(guò)包層以內(nèi)的光纖，它們?cè)谥虚g區(qū)段的直徑是被拉細(xì)的。彎曲或扭轉(zhuǎn)耦合器中間區(qū)段附近，使耦合器的光學(xué)特性(例如，傳播常數(shù))改變，以便漸進(jìn)地耦合或不耦合相鄰光纖之間的光或改變?cè)趩蝹€(gè)光纖以內(nèi)傳輸?shù)哪B(tài)。
由于光纖耦合器對(duì)彎曲的高度敏感，使所期望的衰減量與指令信號(hào)相關(guān)呈現(xiàn)困難的機(jī)械挑戰(zhàn)。此外，彎曲傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的活動(dòng)元件當(dāng)中的摩擦和齒隙游移以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和熔融耦合器安裝的熱尺寸變化削弱可重復(fù)性。
發(fā)明概述按照本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，可變光學(xué)衰減器(VOAs)包括一個(gè)電子-機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它在光學(xué)衰減器范圍內(nèi)提供精確的可重復(fù)控制，使所希望的光學(xué)衰減量與指令信號(hào)精密地相關(guān)。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)保持精確的對(duì)準(zhǔn)，清除齒隙游移，減小摩擦，并且補(bǔ)償其多個(gè)元件中間熱的膨脹和收縮特性。
一個(gè)這樣實(shí)施例包括框架和纖維光學(xué)耦合器，后者通過(guò)中間光纖區(qū)域連接第一和第二光纖區(qū)段。一個(gè)彎部具有安裝在框架上的固定部分和自彈性部分上懸空而脫離同框架摩擦嚙合的自由部分。光學(xué)耦合器的第一光纖區(qū)段附加在框架上。支承光學(xué)耦合器的第二光纖區(qū)段用以作彎部的自由部分的有限角度運(yùn)動(dòng)。
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈連接一運(yùn)動(dòng)源至彎部的自由部分，用以相對(duì)于彎部的固定部分位移彎部的自由部分。彎部自由部分可相對(duì)于彎部固定部分位移而基本上不改變角度取向。由彎部自由部分承載的軸承允許第二光纖區(qū)段相對(duì)于彎部自由部分的角度運(yùn)動(dòng)。光學(xué)耦合器的中間區(qū)段響應(yīng)于彎部自由部分的位移而彎曲，以調(diào)節(jié)光學(xué)耦合器的傳輸特性。
耦合器較可取的為一熔融耦合器，其中中間區(qū)段弄成錐形以減小直徑。彎部最為取平行四邊形的形式，帶有由兩個(gè)彈性臂形成的彈性部分，在彎部的固定和自由部分之間延伸。幾乎平行延伸的彈性臂完成若干重要的功能。例如，彈性臂在第一正交方向上顯示出易彎性，而在第二正交方向而顯示出剛性，用以支撐來(lái)自框架的彎部的自由部分。彈性臂允許彎部的自由部分通過(guò)運(yùn)動(dòng)鏈進(jìn)行位移而同時(shí)從角度上保持同運(yùn)動(dòng)鏈的對(duì)準(zhǔn)。另外，彈性臂預(yù)先對(duì)運(yùn)動(dòng)鏈加載以避免齒隙游移。
一套筒最好圍繞著光學(xué)耦合器的第二光纖區(qū)段并支承允許第二光纖區(qū)段相對(duì)于彎部自由部分之角度運(yùn)動(dòng)的軸承。最好是球形的軸承，較佳地容納在彎部自由部分的圓柱形表面中，允許第二光纖區(qū)段的角度和軸向運(yùn)動(dòng)兩者。所允許的角度運(yùn)動(dòng)可使光纖耦合器中間區(qū)段在耦合器第二區(qū)段之位移的伴隨下平滑彎曲。所允許的第二光纖區(qū)段的軸向運(yùn)動(dòng)適應(yīng)彎部相對(duì)地進(jìn)行位移的固定和自由部分間位置的變化。
可變光學(xué)衰減器的另一實(shí)施例特征在于在熱補(bǔ)償上的改進(jìn)。一個(gè)框架支持具有相對(duì)地可位移的第一和第二區(qū)段的光學(xué)衰減器，用以衰減隨其相對(duì)位移而變化的光學(xué)信號(hào)。衰減器的第一區(qū)段附加在框架上。支承衰減器的第二區(qū)段用于相對(duì)于框架的運(yùn)動(dòng)。在框架上還附加有運(yùn)動(dòng)源。一個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈連接該運(yùn)動(dòng)源至衰減器的第二區(qū)段，用以通過(guò)相對(duì)移動(dòng)位置的范圍使第二區(qū)段相對(duì)于衰減器的第一區(qū)段進(jìn)行位移。
衰減器的第一區(qū)段通過(guò)一段隨溫度而變的第一距離而與運(yùn)動(dòng)源相隔開(kāi)。衰減器的第二區(qū)段通過(guò)一段隨溫度和相對(duì)位移兩者而變的第二距離而與運(yùn)動(dòng)源相隔開(kāi)。然而，由相對(duì)位移產(chǎn)生的第二距離的部分并不隨溫而明顯地變化。在移動(dòng)位置的整個(gè)范圍內(nèi)，衰減器第一和第二區(qū)段運(yùn)動(dòng)源之間的距離基本上隨溫度而變化相同的量，從而使相對(duì)的諸移動(dòng)位置保持基本上和溫度無(wú)關(guān)。
運(yùn)動(dòng)鏈最好在諸元件系列之間包括一凸輪，它具有隨位置而變的尺寸。包括尺寸變化的凸輪的第一部分由熱膨脹系數(shù)比運(yùn)動(dòng)鏈的其它元件材料(例如，鋁)低的材料(例如，不銹鋼)作成。凸輪的其余部分也可由同樣的材料作成。
凸輪其余部分熱膨脹特性上的任何變化均會(huì)影響到第一和第二距離之間相對(duì)的熱膨脹特性。凸輪其余部分熱膨脹的減少可通過(guò)以下加以補(bǔ)償，即沿著第一距離上一個(gè)或多個(gè)元件的熱膨脹特性的相應(yīng)增加或者沿著第二距離上一個(gè)或多個(gè)元件之熱膨脹特性的相應(yīng)減小。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是可變光學(xué)衰減器在第一最小偏轉(zhuǎn)位置上的示意性平面圖。
圖2是可變光學(xué)衰減器在第二最大偏轉(zhuǎn)位置上的示意性平面圖。
圖3是可變光學(xué)衰減器較為真實(shí)的透視圖，其基礎(chǔ)框架已被去掉以更好顯示出諸有源元件。
圖4是衰減器內(nèi)光纖耦合器及其中間支承的透視圖。
圖5是安裝在給予彎曲的彎部裝置的自由端內(nèi)的耦合器端面圖。
圖6是對(duì)彎部給予運(yùn)動(dòng)所用的凸輪的截面圖。
圖7是對(duì)框架安裝有源元件所用的熱和應(yīng)力補(bǔ)償裝置的截面圖。
詳細(xì)描述圖1～3以不同方式示出本發(fā)明的一典型可變光學(xué)放大器(VOA)10。將VOA10裝配在框架12上，后者最好由鋁或鋁合金(例如，6061)作成。輸入和輸出光纖(或光纖束)14和16通過(guò)熱和應(yīng)力補(bǔ)償裝置20和22進(jìn)出框架12的側(cè)壁18。
在框架12內(nèi)部，熔融的雙錐形石英玻璃耦合器24連接輸入和輸出光纖14和16。熔融耦合器24的第一區(qū)段26(見(jiàn)圖4)通過(guò)低模數(shù)材料之襯套28和夾緊單元30固定在框架12上。襯套28最好由對(duì)機(jī)械沖擊提供應(yīng)力降低緩沖的RTV硅酮材料制作。熔融耦合器24的第二區(qū)段32相對(duì)于框架12在對(duì)應(yīng)于圖1和2之繪圖平面的運(yùn)動(dòng)平面34中是可動(dòng)的。包括內(nèi)襯套38(見(jiàn)圖5)在內(nèi)的套筒36圍繞住熔融耦合器24的第二區(qū)段32。使熔融耦合器24的中間區(qū)段40變成錐形以減小直徑，后者可以彎曲，用以影響經(jīng)過(guò)熔融耦合器24的光學(xué)傳輸特性。
熔融耦合器24穿過(guò)一雙臂彎部42，彎部42具有固定在框架12上的固定部分44和通過(guò)一對(duì)彈性臂50和52自固定部分44懸空的自由部分46。耦合器24的第一區(qū)段26無(wú)阻擋地經(jīng)彎部42的固定部分44而通過(guò)，但耦合器24的第二區(qū)段32則通過(guò)彎部42的自由部分46內(nèi)的球形軸承54(參見(jiàn)圖4和5)加以支承。球形軸承54在套管36的外表面上形成。彎部42的自由部分46內(nèi)的圓柱形導(dǎo)板56允許套管36和耦合器24的第二區(qū)段32在球形軸承54上旋轉(zhuǎn)并沿著圓柱形導(dǎo)板56通常以耦合器24的軸向進(jìn)行平移。
彈性壁50和52通常彼此平行行延伸，以支持彎部42的自由部分46在運(yùn)動(dòng)平面34內(nèi)相對(duì)于彎部固定部分44的偏轉(zhuǎn)。而與此同時(shí)基本上保持在同一平面34上彎部自由部分46的固定角度取向。然而，彈性臂在垂直于運(yùn)動(dòng)平面34的延伸方向上具有比運(yùn)動(dòng)平面34上更大的尺寸以抑制自由部分46脫離框架12的運(yùn)動(dòng)。為此目的，較可取的是彈性臂50和52的截面形狀呈矩形，但是其他連續(xù)或不連續(xù)形狀和裝配也是可以的?？梢圆捎蒙栽S密集一點(diǎn)的彈性臂50和52，以補(bǔ)償其在負(fù)載下的拉伸和壓縮。
用以偏轉(zhuǎn)彎部42自由部分46的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)60以安裝在框架12的微型步進(jìn)馬達(dá)62(諸如可從瑞士的Arsape買到)開(kāi)始。馬達(dá)62的驅(qū)動(dòng)軸64使圍繞旋轉(zhuǎn)軸68偏心安裝的凸輪66旋轉(zhuǎn)起來(lái)，并連接一電位計(jì)70用以監(jiān)控驅(qū)動(dòng)軸64的旋轉(zhuǎn)位置。馬達(dá)控制器(未示出)調(diào)節(jié)流經(jīng)馬達(dá)62的電流，以基于電位計(jì)70所提供的反饋而完成凸輪66的所希旋轉(zhuǎn)位置。
凸輪66可具有偏心安裝在軸68上的簡(jiǎn)單圓柱形狀，或可具有不規(guī)則形狀，圍繞軸68在半徑上變化。彎部42自由部分46的延伸72支承來(lái)自銷釘76的旋轉(zhuǎn)軸承74(見(jiàn)圖5)。軸承74以滾動(dòng)接觸方式嚙合凸輪66，使凸輪66的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成彎部自由部分46的帶有最小摩擦的平移運(yùn)動(dòng)。
圖1和圖2描述對(duì)應(yīng)于凸輪66兩不同旋轉(zhuǎn)位置上彎部42的未偏轉(zhuǎn)和已偏轉(zhuǎn)的位置。耦合器24的第二區(qū)段32連同彎部42的自由部分46以相對(duì)于耦合器24的第一區(qū)段26而進(jìn)行位移，在耦合器24的中間區(qū)段40產(chǎn)生一角度隨耦合器偏轉(zhuǎn)量而變化的彎曲。耦合器24自由部分內(nèi)的球形軸承54允許在耦合器24的第一和第二區(qū)段26和32之間相對(duì)角運(yùn)動(dòng)，以集中彎曲運(yùn)動(dòng)在耦合器24的中間區(qū)段40內(nèi)。然而，彎部42的自由部分46相對(duì)于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸64基本上保持恒定的角度取向，從而使凸輪66和軸承74之間的嚙合并不遭受到超越其所預(yù)期旋轉(zhuǎn)的角度運(yùn)動(dòng)。
這樣，馬達(dá)軸64，凸輪66，軸承74，銷釘76，彎部42以及球形頸軸承54就在馬達(dá)62和耦合器24之間提供運(yùn)動(dòng)鏈，以轉(zhuǎn)換馬達(dá)62的旋轉(zhuǎn)運(yùn)行為耦合器24內(nèi)部的彎曲運(yùn)動(dòng)。沿運(yùn)動(dòng)鏈的摩擦嚙合減至最小。彎部42的自由部分46在彈性臂50和52上懸空而脫離同框架12的摩擦嚙合。凸輪66和彎部42的自由部分46彼此用通過(guò)軸承74的滾動(dòng)接觸進(jìn)行嚙合。在彎部42的自由部分46以內(nèi)，球形軸承54減輕超越狹窄的中間區(qū)段40以外耦合器24中任何不想要的角度應(yīng)力。
彈性臂50和52還起著產(chǎn)生恢復(fù)力的作用，后者預(yù)先加載運(yùn)動(dòng)鏈，去除齒間游移或松散度，這后兩者能在凸輪旋轉(zhuǎn)的諸相反方向之間產(chǎn)生不同的作用(例如，滯后作用)。由彎部42產(chǎn)生的預(yù)先加載以所有方式傳回至馬達(dá)，以便在遍及全部預(yù)期位移范圍內(nèi)以恒定的嚙合狀態(tài)保持運(yùn)動(dòng)鏈的所有接觸的表面。
較可取的石英玻璃耦合器24的衰減響應(yīng)是非線性的。在小偏轉(zhuǎn)下衰減顯然是不大的，但當(dāng)偏轉(zhuǎn)較大時(shí)，衰減就迅速增加。為了補(bǔ)償這一非線性的響應(yīng)，對(duì)凸輪66進(jìn)行取向，使半徑最大的變化速率發(fā)生在旋轉(zhuǎn)的起始位置，而慢許多的半徑變化速率到發(fā)生在其后相當(dāng)于較大偏轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)位置。
例如，可把凸輪作成具有恒定的直徑，但在，以例如9mm的偏移偏心地安裝，以便通過(guò)旋轉(zhuǎn)105～110度產(chǎn)生大約1mm的位移范圍。隨凸輪旋轉(zhuǎn)的位置速率隨著到達(dá)最大的位移位置而下降。
還提供熱和相關(guān)應(yīng)力補(bǔ)償，以便在整個(gè)環(huán)境溫度范圍內(nèi)提供一致的可靠性能。包含有若干個(gè)熱補(bǔ)償系統(tǒng)。
系統(tǒng)之一補(bǔ)償熔融石英耦合器24和框架12之間的不同熱膨脹特性。石英耦合器24及其連接端尾80和82具有比對(duì)其進(jìn)行安裝的鋁框架低很多的熱膨脹系數(shù)。為保持通過(guò)側(cè)壁18連接至框架12的兩端尾80和82之間恒定的距離不變，將端尾80和82通過(guò)熱和應(yīng)力補(bǔ)償裝置20和22連接至側(cè)壁18。
正如圖7所示，典型的熱和應(yīng)力補(bǔ)償裝置20為一包括光纖耦合器84在內(nèi)的雙材料迭層圓柱體，它在溫度的影響下可在附加于框架側(cè)壁18的外殼86內(nèi)軸向地運(yùn)動(dòng)。輸入光纖14粘結(jié)地鍵合于耦合器84的一端87，而耦合器24的端尾80粘結(jié)地鍵合于耦合器24的相反一端88。
由具有低彈性模量(150-500psi)和高熱膨脹系數(shù)(150-300×106/℃)的材料作成的墊圈90和92通過(guò)金屬墊圈94加以分開(kāi)，并粘結(jié)地鍵合或硬化在耦合器84、外殼86和墊圈94的諸介面96上。通過(guò)適當(dāng)選擇墊圈90、92和94的材料性質(zhì)和尺寸，熱和應(yīng)力補(bǔ)償裝置20和22可以顯減新因諸材料的不匹配而引起的耦合器24和框架12之間的熱應(yīng)變以及因使期間偏移耦合器而引起的應(yīng)變。
另一個(gè)熱補(bǔ)償系統(tǒng)處理耦合器24的第二區(qū)段及其安裝套筒36之間的應(yīng)力。包括以球形軸承54形式存在的接觸表面在內(nèi)的套筒36最后由諸如鋁一類剛性耐磨材料作成。在套筒36內(nèi)供耦合器24用的低應(yīng)力安裝通過(guò)用硅橡膠或具有相似特性之其它材料形成襯筒38加以提供，所以相似特性要匹配伴隨溫度變化而發(fā)生的套筒之尺寸變化以保持同耦合器24的第二區(qū)段32的恒定直徑配合。
再一個(gè)熱補(bǔ)償系統(tǒng)用來(lái)對(duì)馬達(dá)62和耦合器24之間運(yùn)動(dòng)鏈性能的熱效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償。一種要求是，鏈結(jié)馬達(dá)62至耦合器第一區(qū)段26諸材料的全部熱特性匹配于鏈結(jié)馬達(dá)26至耦合器24的第二區(qū)段32的運(yùn)動(dòng)鏈中諸材料的熱特性。不然的話，溫度的變化就會(huì)在彎部42的固定和自由部分44和46之間產(chǎn)生不需要的偏轉(zhuǎn)，從而改變耦合器24的操作特性。用相似材料(例如，鋁)形成這兩種鏈?zhǔn)箿囟葘?duì)等距離諸鏈的影響減小。
然而，運(yùn)動(dòng)鏈路是專門設(shè)計(jì)的，以改變兩鏈之間的距離，正如圖1和2具體所示那樣。在圖1的未偏轉(zhuǎn)狀態(tài)下，馬達(dá)軸68和耦合器24的第一區(qū)段26的軸102之間尺寸100恰好與馬達(dá)軸68和耦合器24的第二區(qū)段32的軸106之間尺寸104相匹配。然而，在圖2的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)下，尺寸104超過(guò)尺寸100。即使是同一材料，在不同的距離范圍內(nèi)也隨溫度變化產(chǎn)生不同的膨脹到收縮量。
在本實(shí)施例中，尺寸的變化直接歸于凸輪66圍繞軸68中半徑變化。圖6示出按本發(fā)明改進(jìn)過(guò)的凸輪66的側(cè)視圖，它使整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)由凸輪66所給予的熱影響減至最小。凸輪66的內(nèi)環(huán)110由諸如鋁一類第一材料作成，它具有對(duì)一種偏轉(zhuǎn)位置(例如，未偏轉(zhuǎn)狀態(tài))提供適當(dāng)?shù)臒嵫a(bǔ)償特性。凸輪68的外環(huán)112由諸如不銹鋼(加有36％鎳的鐵合金)一類低熱膨脹系數(shù)材料作成。外環(huán)112在尺寸上隨溫度變化不大，所以尺寸104的變化對(duì)馬達(dá)62和耦合器24的兩區(qū)段26和32之間固定和運(yùn)動(dòng)鏈相對(duì)熱尺寸的穩(wěn)定性具有的影響不大。
實(shí)際上，較可取的是由單一材料-不銹鋼制作凸輪66。然而，這可能使可變光學(xué)衰減器10在未偏轉(zhuǎn)狀態(tài)下固定和運(yùn)動(dòng)鏈的熱特性之間平衡遭到破壞。提出兩種解決辦法。首先，在馬達(dá)62和耦合器24的第一區(qū)段26之間沿尺寸100的相應(yīng)長(zhǎng)度上可結(jié)合進(jìn)相似的低熱膨脹材料。其次，在運(yùn)動(dòng)鏈中結(jié)合進(jìn)高熱膨脹的材料，從而合起來(lái)使高和低的熱膨脹材料顯示出所希的平均熱響應(yīng)。
這樣，可使用平衡的材料選擇以獲得在可變光學(xué)衰減器10的未偏轉(zhuǎn)狀態(tài)下所希的熱補(bǔ)償，并可使用低的熱膨脹材料用以保持在整個(gè)所預(yù)期操作的其余范圍內(nèi)所希望的熱補(bǔ)償。也可以使用材料選擇來(lái)獲得在諸如耦合器地偏轉(zhuǎn)最為靈敏的全偏轉(zhuǎn)狀態(tài)一類特定偏轉(zhuǎn)位置下所希的熱補(bǔ)償，以及可使用低的熱膨脹材料來(lái)使處于偏轉(zhuǎn)量較小位置處的不同熱效應(yīng)減至最少。
相對(duì)地減小運(yùn)動(dòng)鏈的熱膨脹特性以調(diào)節(jié)在更加偏轉(zhuǎn)位置的方向上熱補(bǔ)償?shù)奈恢?。例如，可以用諸如具有比鋁的熱膨脹特性低的鋼來(lái)制作軸承24，以提供在一偏轉(zhuǎn)位置上所希的熱補(bǔ)償。即使當(dāng)由凸輪給予的伴隨運(yùn)動(dòng)范圍而產(chǎn)生的熱效應(yīng)并未減至最小，但達(dá)到在一更加偏轉(zhuǎn)的位置上所希的熱補(bǔ)償也可滿足對(duì)某些可變光學(xué)衰減器所提出的性能目標(biāo)。
按本發(fā)明設(shè)計(jì)的可變光學(xué)衰減器的光學(xué)衰減可作用于單個(gè)波長(zhǎng)或跨過(guò)一個(gè)波長(zhǎng)帶。也可利用衰減作用來(lái)改變光纖之間的光?？勺児鈱W(xué)衰減器一般提供單一的功能，但在更為復(fù)雜的裝置也可完成第二種功能。。
也可采用其他的原始運(yùn)動(dòng)器來(lái)替代馬達(dá)62，包括手動(dòng)形式的衰減或調(diào)節(jié)。也可選擇成比例的螺線管和壓電或雙金屬裝置。也可使用其他線性運(yùn)動(dòng)傳輸元件(除凸輪外)，包括錐形螺母和螺絲驅(qū)動(dòng)在內(nèi)。任何對(duì)運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的加長(zhǎng)最好由低膨脹材料加以制作以保持在預(yù)期操作范圍內(nèi)的熱補(bǔ)償。除了此處所提供的例子之外，在本發(fā)明的講述及其所附權(quán)利要求書提出的范疇之內(nèi)，許多其它的變種對(duì)于那些對(duì)本領(lǐng)域熟練者而言將是不言自明的。
權(quán)利要求
1.一種可變光學(xué)衰減器，其特征在于包含框架；纖維光學(xué)耦合器，它具有第一光纖區(qū)段，第二光纖區(qū)段以及互連第一和第二光纖區(qū)段的中間光纖區(qū)段；彎部，它具有安裝在框架上的固定部分以及自彈性部分懸空而脫離同框架摩擦齒合的自由部分；被附加至框架的光學(xué)耦合器的第一光纖區(qū)段；被支承的光學(xué)耦合器的第二光纖區(qū)段，通過(guò)彎部自由部分作有限角運(yùn)行，連接運(yùn)動(dòng)源至彎部自由部分的運(yùn)動(dòng)鏈，用于彎部自由部分相對(duì)于彎部固定部分的位移；彎部的自由部分相對(duì)彎部固定部分發(fā)生位移而并不顯著改變相對(duì)于框架的角度取向；由彎部自由部分加以承載的軸承允許光學(xué)耦合器第二光纖區(qū)段相對(duì)于彎部自由部分發(fā)生角度運(yùn)行；光學(xué)耦合器的中間區(qū)段可響應(yīng)于彎部自由部分之位移而發(fā)生彎曲以調(diào)節(jié)光學(xué)耦合器的傳輸特性。
2.如權(quán)利要求1所述的衰減器，其特征在于，相對(duì)于光學(xué)耦合器的第一和第二光纖區(qū)段，中部光纖區(qū)段在直徑上是呈錐形的。
3.如權(quán)利要求2所述的衰減器，其特征在于，光學(xué)耦合器是熔融的耦合器。
4.如權(quán)利要求1所述的衰減器，其特征在于，彎部的可彎曲部分允許彎部的自由部分在第一運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)上運(yùn)動(dòng)，而且阻止彎部的自由部分在第二正交的相關(guān)平面上運(yùn)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求4所述的衰減器，其特征在于，彎部活動(dòng)部分具有兩支持彎部自由部分的彈性臂。
6.如權(quán)利要求5所述的衰減器，其特征在于，該兩彈性臂基本上平行延伸并且跨騎在光學(xué)耦合器的中間光纖區(qū)段上。
7.如權(quán)利要求1所述的衰減器，其特征在于還包含在框架上安裝光學(xué)耦合器第一光纖區(qū)域的第一套筒。
8.如權(quán)利要求7所述的衰減器，其特征在于還包含在彎部自由部分中安裝第二光纖區(qū)域的第二套簡(jiǎn)。
9.如權(quán)利要求8所述的衰減器，其特征在于，第二套筒包括允許光學(xué)耦合器件第二光纖區(qū)段相對(duì)于彎部自由部分發(fā)生角度運(yùn)動(dòng)的軸承。
10.如權(quán)利要求9所述的衰減器，其特征在于，軸承具有球形表面。
11.如權(quán)利要求10所述的衰減器，其特征在于，將軸承容納在彎部自由部分中形成的圓柱形表面之內(nèi)，以允許第二光纖區(qū)域的角度運(yùn)動(dòng)和第二光纖區(qū)段的軸向運(yùn)動(dòng)兩者來(lái)適應(yīng)彎部固定部分和自由部分之間距離上的變化。
12.如權(quán)利要求1所述的衰減器，其特征在于，彎部自由部分相對(duì)于彎部固定部分的位移對(duì)運(yùn)動(dòng)鏈預(yù)先加載。
13.如權(quán)利要求12所述的衰減器，其特征在于，預(yù)先加載從彎部活動(dòng)部分的彈性獲得。
14.如權(quán)利要求1所述的衰減器，其特征在于，運(yùn)動(dòng)鏈包括凸輪，它具有隨位置而變的尺寸，用于使彎部自由部分相對(duì)于彎部固定部分的位移。
15.如權(quán)利要求14所述的衰減器，其特征在于，凸輪尺寸為隨旋轉(zhuǎn)位置而變的半徑。
16.如權(quán)利要求15所述的衰減器，其特征在于，凸輪嚙合支承在彎部自由部分上的軸承。
17.一種用以可變地衰減通過(guò)其傳輸?shù)墓鈱W(xué)信號(hào)的裝置，其特征在于，包含框架；彎部，它在第一正交方向上顯示出可彎曲性，而在第二正交方向上則顯示出剛性，被附加至框架的彎部固定部分和自彎部彈性部分加以懸空的彎部自由部分，纖維光學(xué)耦合器，它具有通過(guò)中間區(qū)段加以連接在一起的第一和第二光纖區(qū)段；附加至框架的第一光纖區(qū)段；由彎部自由部分加以支承的第二光纖區(qū)段；可操作地嚙合于彎部自由部分的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用以在第一正交方向上通過(guò)位移位置的范圍使彎部的自由部分發(fā)生相對(duì)于彎部固定部分的位移；以及連同彎部自由部分一起可位移的耦合器的第二光纖區(qū)段，用以彎曲耦合器的中間光纖區(qū)段，并衰減彎部中間光纖區(qū)段中作為彎曲總量之連續(xù)函數(shù)的光學(xué)信號(hào)。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括附加至框架的運(yùn)動(dòng)源和連接運(yùn)動(dòng)源至彎部自由部分的運(yùn)動(dòng)鏈，用于彎部自由部分相對(duì)于框架的位移。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，彎部自由部分相對(duì)于框架是可以位移的，而并不顯著改變相對(duì)于框架的角度取向。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，第一光纖區(qū)段以隨溫度而變的第一距離同運(yùn)動(dòng)源相隔開(kāi)，而第二光纖區(qū)段則以隨溫度和位移兩者而變的第二距離同運(yùn)動(dòng)源相隔開(kāi)。
21.如權(quán)利要求20所述的裝置，其特征在于，在位移位置之一，第一和第二光纖區(qū)域同運(yùn)動(dòng)源間的距離基本上以相同的速率隨溫而變化。
22.如權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，衰減隨位移位置而非線性地變化，在經(jīng)過(guò)第一地帶時(shí)衰減是漸變，而在經(jīng)過(guò)第二地帶射衰減則是較為突變的。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其特征在于，第一和第二光纖同運(yùn)動(dòng)源間的距離基本上的相同速度隨溫度而變的一個(gè)位置是在第二地帶之內(nèi)。
24.如權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，彎部自由部分的位移產(chǎn)生反應(yīng)力，后者預(yù)先加載運(yùn)動(dòng)鏈至運(yùn)動(dòng)源。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，運(yùn)動(dòng)鏈包括凸輪，而彎部自由部分則包括隨動(dòng)機(jī)構(gòu)，后者轉(zhuǎn)換凸輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為彎部自由部分的位移。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其特征在于，隨動(dòng)機(jī)構(gòu)為同凸輪一起旋轉(zhuǎn)的軸承。
27.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，彎部彈性部分包括一對(duì)互連彎部固定和自由部分的橫梁。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，其特征在于，橫梁跨騎在耦合器的中間區(qū)區(qū)段上。
29.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，耦合器自由部分至少包圍耦合器第二光纖區(qū)段的一半周邊。
30.如權(quán)利要求29所述的裝置，其特征在于，框架包圍第二光纖區(qū)段的其余周邊，以限制第二光纖區(qū)段在第二正交方向上的運(yùn)動(dòng)。
31.一種用以可變地衰減通過(guò)其傳輸?shù)墓鈱W(xué)信號(hào)的熱補(bǔ)償裝置，其特征在于，包含框架；光學(xué)衰減器，它具有第一和第二相對(duì)可位移的區(qū)段，用以衰減隨相對(duì)位移而變的光學(xué)信號(hào)；附加至框架的衰減器的第一區(qū)段；為相對(duì)于框架的位移而加以支承的衰減器的第二區(qū)段；附加至框架的運(yùn)動(dòng)源；連接運(yùn)動(dòng)源至衰減器第二區(qū)段的運(yùn)動(dòng)鏈，用以通過(guò)相對(duì)位移位置的范圍使第二區(qū)段相對(duì)于衰減器第一區(qū)段發(fā)生位移；衰減器第一區(qū)段通過(guò)隨溫度而變的第一距離而與運(yùn)動(dòng)源相隔開(kāi)；衰減器第二區(qū)段通過(guò)隨溫度和相對(duì)位移兩者而變的第二距離而與運(yùn)動(dòng)源相隔開(kāi)；由相對(duì)位移賦予的第二距離的部分并不隨溫度而明顯變化；以及在位移位置的全部范圍內(nèi)，衰減器第一第二區(qū)段同運(yùn)動(dòng)源間的距離以基本上相同的量隨溫度而變，從而使諸相對(duì)位移位置基本上保持與溫度無(wú)關(guān)。
32.如權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于，運(yùn)動(dòng)鏈在一系列元件之中包括一凸輪，其尺寸隨位置而變。
33.如權(quán)利要求32所述的裝置，其特征在于，包括尺寸變化的凸輪的第一部分由熱膨脹系數(shù)比運(yùn)動(dòng)鏈的其他諸元件低的材料做成。
34.如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，框架和運(yùn)動(dòng)鏈的其他諸元件顯示出相似的熱膨脹特性。
35.如權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于，凸輪的第二部分也由熱膨脹系數(shù)比運(yùn)動(dòng)鏈其他諸元件低的材料做成。
36.如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，運(yùn)動(dòng)鏈的另一種元件具有比運(yùn)動(dòng)鏈其他諸元件高的熱膨脹系數(shù)，以抵銷凸輪第二部分較低的熱膨脹系數(shù)。
37.如權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于，衰減器第一區(qū)段同運(yùn)動(dòng)源間通過(guò)第一距離的連接包括熱膨脹系數(shù)比該連接的其他諸部分低的部分，以抵銷凸輪第二部分之較低的熱膨脹系數(shù)，從而使第一和第二距離均相似地隨溫度而變化。
38.如權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于，光學(xué)衰減器為光纖耦合器，衰減器的第一區(qū)段對(duì)應(yīng)于耦合器的第一末端，而衰減器的第二區(qū)段則對(duì)應(yīng)于耦合器的第二末端。
39.如權(quán)利要求38所述的裝置，其特征在于，耦合器的中間區(qū)段為一連接耦合器第一和第二末端的光纖。
40.如權(quán)利要求39所述的裝置，其特征在于，耦合器第二末端相對(duì)于耦合器第一末端的位移使耦合器中間區(qū)段發(fā)生彎曲而漸進(jìn)式地衰減光學(xué)信號(hào)。
41.如權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于還包含一彎部，它具有安裝在框架上的固定部分和從彈性部分加以懸空而脫離同框架摩擦嚙合的自由部分。
42.如權(quán)利要求41所述的裝置，其特征在于，衰減器的第一區(qū)段附加至框架，衰減器的第二區(qū)段為彎部自由部分的有限角運(yùn)動(dòng)而加以支承，以及運(yùn)動(dòng)鏈連接運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)源至彎部的自由部分，使彎部的自由部分相對(duì)于彎部固定部分發(fā)生位移。
43.如權(quán)利要求42所述的裝置，其特征在于，彎部的自由部分相對(duì)于彎部的固定部分是可位移的而并不顯著改變相對(duì)于框架的角度取向。
44.如權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于還包含在彎部的自由部分內(nèi)的軸承，它允許衰減器的第二區(qū)段相對(duì)于彎部自由部分的角度運(yùn)動(dòng)。
45.一種用以可變地衰減通過(guò)其傳輸?shù)墓鈱W(xué)信號(hào)的熱補(bǔ)償裝置，其特征在于，包含框架；光學(xué)耦合器，它具有第一光纖區(qū)段，第二光纖區(qū)段，以及互連第一和第二光纖區(qū)段的中間光纖區(qū)段；附加至框架的第一光纖區(qū)段；為相對(duì)于框架的位移而加以支承的第二光纖區(qū)段；附加至框架的運(yùn)動(dòng)源；連接運(yùn)動(dòng)源至第二光纖區(qū)段的運(yùn)動(dòng)鏈；運(yùn)動(dòng)鏈在一系列元件之中包括一凸輪，它具有隨區(qū)段位置而變的尺寸，用以通過(guò)位移位置的范圍使第二光纖區(qū)段發(fā)生相對(duì)于第一光纖區(qū)段的位移；以及實(shí)施尺寸變化的凸輪的部分，由熱膨脹系數(shù)比運(yùn)動(dòng)鏈其他諸元件低的材料作成。
46.如權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，第一光纖區(qū)段和運(yùn)動(dòng)源之間連續(xù)物理連接在長(zhǎng)度上隨溫度而變，而第二光纖區(qū)段和運(yùn)動(dòng)源之間的運(yùn)動(dòng)鏈在長(zhǎng)度上則隨溫度和位移兩者而變。
47.如權(quán)利要求46所述的裝置，其特征在于，凸輪包括一基礎(chǔ)部分，它并不以相同的尺寸變化，且也由較低熱膨脹系數(shù)的材料做成。
48.如權(quán)利要求47所述的裝置，其特征在于，連續(xù)物理連接包括一個(gè)具有較低熱膨脹系數(shù)的部分，以補(bǔ)償凸輪基礎(chǔ)部分的較低熱膨脹系數(shù)，從而使在位移方向上所測(cè)得的連續(xù)物理連接與運(yùn)動(dòng)鏈的長(zhǎng)度均以接近相等的量隨溫度而變化。
49.如權(quán)利要求47所述的裝置，其特征在于，一部分運(yùn)動(dòng)鏈包括較高熱膨脹系數(shù)，以抵消基礎(chǔ)部分的較低熱膨脹系數(shù)，從而使在位移方向上所測(cè)得的連續(xù)物理連接與運(yùn)動(dòng)鏈的長(zhǎng)度均以接近相等的量隨溫度而變化。
50.如權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于，凸輪由于圍繞軸旋轉(zhuǎn)的結(jié)果在徑向尺寸上變化。
51.如權(quán)利要求50所述的裝置，其特征在于，徑向尺寸變化使運(yùn)動(dòng)鏈長(zhǎng)度的變化基本上與溫度無(wú)關(guān)。
52.如權(quán)利要求45所述的裝置，其特征在于還包含彎部，它具有安裝在框架上的固定部分和從彈性部分加以懸空而脫離同框架摩擦嚙合的自由部分。
53.如權(quán)利要求52所述的裝置，其特征在于，彈性部分是可位移的，用以通過(guò)凸輪預(yù)先加載運(yùn)動(dòng)鏈。
54.如權(quán)利要求53所述的裝置，其特征在于，光學(xué)耦合器的第二光纖區(qū)段為由彎部自由部分的有限角度運(yùn)動(dòng)而加以支承。
55.如權(quán)利要求54所述的裝置，其特征在于，彎部自由部分相對(duì)于彎部的固定部分是可位移的而并不顯著改變相對(duì)于框架的角度取向。
56.如權(quán)利要求54所述的裝置，其特征在于還包括由彎部自由部分加以承載的軸承，允許光學(xué)耦合器的第二光纖區(qū)段相對(duì)于彎部自由部分的角度運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
可變光學(xué)放大器(10)安裝光纖耦合器(24)于彎部(42)之內(nèi)，它在呈錐形的中間區(qū)段附近提供使耦合器的一個(gè)區(qū)段相對(duì)于另一個(gè)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，用以控制通過(guò)該耦合器(24)的傳輸。彎部具有經(jīng)由一對(duì)彈性臂(50，52)加以懸空的自由部分，用以相對(duì)地偏轉(zhuǎn)耦合器(24)的各區(qū)段，同時(shí)使摩擦減至最小，并保持同傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的固定角度取向。不僅在給定的偏轉(zhuǎn)位置，而且遍及整個(gè)預(yù)期的操作范圍，彎部和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)鏈均得以熱的補(bǔ)償。
文檔編號(hào)G02B6/26GK1415079SQ00817925
公開(kāi)日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2000年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月30日
發(fā)明者W·L·德保因頓, J·F·菲爾哈伯爾, J·P·康迪斯, B·A·斯科特 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司