專利名稱：光纖耦合光衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光衰減器，尤其涉及可變控制，光纖耦合并由微電機械驅(qū)動的光學(xué)衰減器。
背景技術(shù)：
自從光通訊業(yè)發(fā)展以來已經(jīng)開發(fā)了多種類型的光衰減器。眾所周知，光衰減器涉及光開關(guān)，其中衰減器步進或完全可控地減弱入射光束的強度。
光纖耦合光衰減器可以通過對兩根以一定角度切開的光纖進行準直和分開間隔而制成，這樣，這兩根光纖定義了一條公共光軸，為了限制衍射損耗，這兩根光纖的端頭間隔剛好只能插入一個阻隔片。如美國第6,222,656號或6,275,320號專利中所示，阻隔片可以是不透明的并起到部分或完全阻隔入射光束的作用。
現(xiàn)有光衰減器中也有的包括旋轉(zhuǎn)可變透射率的衰減元件。衰減是通過在入射光路中放置該元件，使具有不同透射率的預(yù)定元件部分面向入射光束而得到的。
半導(dǎo)體和薄膜技術(shù)的進步使得微電機械系統(tǒng)(MEMS)結(jié)構(gòu)得到了發(fā)展。微電機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的尺寸從幾百微米到幾毫米，通常能夠移動或施力。它們還應(yīng)用于包括光開關(guān)和衰減器在內(nèi)的許多光學(xué)應(yīng)用中。而后者可以以最近授予杜勒(Dhuler)的第6,275,320號專利(微電機械系統(tǒng)可變光衰減器)為例。
在一個微電機械系統(tǒng)環(huán)境中，旋轉(zhuǎn)阻隔片的應(yīng)用不是很現(xiàn)實，線性可動阻隔片是更普遍的選擇。在這種情況下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用吸收或反射阻隔片在衰減量高于5dB時會產(chǎn)生一個很高的偏振相關(guān)損耗(PDL)。例如，在一個裝有鍍金阻隔片的衰減器中，在調(diào)到20dB的衰減時，偏振相關(guān)損耗會超過1dB。在由David Bishop所著，發(fā)表于1999年2月21-26日的光纖通訊會議(OFC’99)中的“光波網(wǎng)絡(luò)中的硅微機械”指南中所述的衰減器就是這種設(shè)計的一個例子。產(chǎn)生這一損耗是因為吸收和反射材料響應(yīng)入射光會出現(xiàn)傳導(dǎo)電流，并且阻隔片的形狀會使平行于阻隔片方向的電流高于垂直于阻隔片方向的電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是消除或減小與上述討論的現(xiàn)有技術(shù)關(guān)聯(lián)的至少一些問題，以及提供一個與現(xiàn)有模擬器件相比有至少較低偏振相關(guān)損耗的小型光纖耦合光衰減器。
一方面，本發(fā)明提供了一種光衰減器，用來衰減沿著光軸從一個光纖端頭傳播到另一個光纖端頭的光束，這些光纖端頭相互間有一定的間隔，該衰減器包括用來支撐光纖端頭的基座，傳動機構(gòu)，和與上述傳動機構(gòu)相聯(lián)并由該傳動機構(gòu)驅(qū)動的透明或半透明分光元件，以使其在上述間隔中進入或退出光束，當(dāng)該元件移動進入光路時，可以使至少一部分光束偏離光軸。
該元件可以有至少一個表面與光軸成非垂直角，用以衍射至少一部分光束以偏離光軸。
衍射角可以是一個銳角，因此光束功率的至少一部分被偏離，折射或分束但不被反射。
衰減器最好被實現(xiàn)在一個微電機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，即，光纖端頭，傳動機構(gòu)和光分束元件(也叫做阻隔片)都在一個通常為平面的微電基座上。
阻隔片最好為非導(dǎo)電材料，如硅，因為在邊界處的感應(yīng)電流較低。一個具有適中折射率的非導(dǎo)電材料是最好的，因為高折射率會導(dǎo)致更大的感應(yīng)電流，以至更高的偏振相關(guān)損耗。
硅在1550納米的折射率大約為3.4，這比期望的要高(硅在大于1400納米的波長時基本上是透明的)?？狗瓷渫繉映藴p少回射外，還在邊界區(qū)產(chǎn)生低折射率，減小傳導(dǎo)電流和偏振相關(guān)損耗。
阻隔片應(yīng)當(dāng)在至少某種程度上是透明的而不是強烈吸收的，因為在高光功率條件下，一個吸收材料可能會熔化或燒毀。即使阻隔片維持在低于熔點的一個很高溫度上，熱量也會影響熱傳動機構(gòu)或使黑體放射進入光纖。


結(jié)合下面的附圖和說明，本發(fā)明的其它特點和優(yōu)勢將會變得一目了然，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的一個帶有兩個衰減器的微電機械系統(tǒng)片的平面示意圖；圖2是衰減器的阻隔片的放大圖示，而圖3是另一個阻隔片的放大平面示意圖。
注意，在所有的圖示中，相同的部分用相同的數(shù)字來標(biāo)示。
圖2中，光纖18，20，22和24的端面拋成或切成一個小角度，以將回反減到最小，這為大家所知。限定間隔26的大小以容納阻隔片14和當(dāng)傳動機構(gòu)12被啟動時，阻隔片14能夠在間隔中的移動。在實際的實施例中，間隔大約為20微米，阻隔片在非拉錐的“瓶頸”部分28處大約為10微米。阻隔片有一個拉錐楔角部分30，拉錐的角度在12-25°之間，這樣當(dāng)TAB傳動機構(gòu)12被啟動時，阻隔片就會進入被光纖18-24的纖芯發(fā)射的光束的光路。很重要的是，當(dāng)阻隔片被啟動時會至少延伸經(jīng)過光纖對的部分纖芯。
在圖2中可以看出，阻隔片14的拉錐部分的至少一個壁與光纖18，20的光軸L成一定的角度，與光軸不垂直。這會導(dǎo)致至少一部分從(輸入)光纖18的光束入射到透明的阻隔材料上，經(jīng)過折射再與光纖18的最初方向成一定的角度出射。阻隔片的形狀(在這一實施例中為楔形)經(jīng)過選擇，使光束的折射部分的偏離達到足夠大以便讓折射光不再會被耦合進入光纖20的纖芯中，而是耦合進入(輸出)光纖20的包層模式中并在一個短距離中被吸收。
可以注意到，阻隔片的透明度和適當(dāng)?shù)恼凵渎蕼p少了如上所述的現(xiàn)有技術(shù)中的反射或吸收型阻隔片引起的傳導(dǎo)電流的出現(xiàn)。由于阻隔片較小的尺寸(為一百微米的數(shù)量級)，可能不容易在阻隔片形成一個光滑度極高的表面。盡管光纖的端面是傾斜的，也可能會使一些光功率被反射回來而進入光纖18。為了減少這一回反，眾所周知的抗反射涂層可以鍍在阻隔片一面或兩面。抗反射涂層會在阻隔片和周圍的空氣之間的邊界中產(chǎn)生較低的有效折射率，從而減少感應(yīng)電流和偏振相關(guān)損耗。
在如圖3所示的本發(fā)明的另一個實施例中，阻隔片有兩個平行的表面32，34，其中的一個表面面向輸入光纖18和入射光束，而另一個表面面向輸出光纖20。可以看出，阻隔片被裝入，使得兩表面32和34不垂直于光纖18，20的光軸。這樣一來，入射光束的至少一部分在阻隔片的透明材料中經(jīng)歷折射，并從光軸處分開形成一個大角度，由于光束的折射部分被偏離到輸出光纖纖芯的外面，從而引起了入射光束的衰減。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是，由于間隔(約為可以放入單模光纖的20微米)的設(shè)計將光纖間因衍射而產(chǎn)生的不必要的光功率損耗減到最小，衰減器可以不用聚焦和準直透鏡。同時，由于阻隔元件的透明度和合適的折射率，本發(fā)明可將偏振相關(guān)損耗大幅度地減小。
上述的本發(fā)明的實施例只是用來說明本發(fā)明。因此，本發(fā)明的范圍只受所附的權(quán)利要求書限制。
權(quán)利要求
1.一種光衰減器，用來衰減沿著光軸從一個光纖端頭傳播到另一個光纖端頭的光束，這些光纖端頭相互間有一定的間隔，該衰減器包括用來支撐光纖端頭的基座；傳動機構(gòu)，和與上述傳動機構(gòu)相聯(lián)并由該傳動機構(gòu)驅(qū)動的透明或半透明分光元件，以使其在上述間隔中進入或退出光束，當(dāng)該元件移動進入光路時，可以使至少一部分光束偏離光軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光衰減器，其中元件有至少一個與光軸成非垂直角的表面，這使得光束的至少一部分在元件中產(chǎn)生折射。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的光衰減器，其中光學(xué)元件為楔角形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的光衰減器，其中光學(xué)元件有兩個與光軸成非垂直角的平行表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的光衰減器，其中基座是基本上平面的微電機械系統(tǒng)基座。
6.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的光衰減器，其中傳動機構(gòu)是熱拱梁傳動機構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的光衰減器，其中光學(xué)元件由硅做成。
8.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的光衰減器，其中光學(xué)元件有抗反射涂層。
全文摘要
光衰減器有用來支撐兩根光纖的平面微電機械系統(tǒng)基座；傳動機構(gòu)；和可由上述傳動機構(gòu)驅(qū)動的硅阻隔片，用以移入和移出傳播于光纖之間的光束。當(dāng)該元件移進光路時，該阻隔片可以使至少一部分光束偏離光軸。阻隔片有至少一個表面與光束的光軸成非垂直角。阻隔片可以是楔角形的。
文檔編號G02B6/35GK1424603SQ02154578
公開日2003年6月18日 申請日期2002年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月10日
發(fā)明者布賴恩·李·赫夫納, 楊龍 申請人:Jds尤尼費斯公司