專利名稱：通過調(diào)整光波導(dǎo)位置來補(bǔ)償wdl的可調(diào)式光衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于反射鏡的可調(diào)光衰減器(Variable Optical Attenuator, V0A)系統(tǒng)，尤其涉及波長(zhǎng)相關(guān)損耗補(bǔ)償可變光衰減器，它采取改變輸入光波導(dǎo)和輸出光波 導(dǎo)的位置，增加系統(tǒng)色散，由此補(bǔ)償波長(zhǎng)相關(guān)損耗(WDL)。
背景技術(shù)：
圖la，Ib示出了通常的反射式VOA基本結(jié)構(gòu)。圖Ia是現(xiàn)有技術(shù)中IL最小時(shí)的情 況，而圖Ib是現(xiàn)有技術(shù)中衰減狀態(tài)時(shí)的情況。如圖Ia所示，通常的反射式VOA包括透鏡， 反射鏡，輸入光波導(dǎo)，輸出光波導(dǎo)。從輸出光波導(dǎo)出來的含不同波長(zhǎng)成分的光束通過透鏡準(zhǔn) 直，再通過反射鏡發(fā)生反射后形成反射光束。反射光束再通過透鏡聚焦到輸出光波導(dǎo)。當(dāng) 反射鏡偏置某個(gè)角度時(shí)，反射光束以最小插入損耗(Insertion loss IL)耦合進(jìn)輸出光波 導(dǎo)。如圖Ib所示，當(dāng)反射鏡增加或者減小偏置角度時(shí)，有部分反射光束偏出光波導(dǎo)，減小了 光耦合效率，從而形成光能量的衰減輸出。然而，這種結(jié)構(gòu)的光衰減器帶有一種被稱作為波長(zhǎng)相關(guān)損耗 (ffavelengthdependent loss, WDL)的缺點(diǎn)，會(huì)影響器件的衰減精度，甚至光信號(hào)的信噪比寸。光能量耦合進(jìn)光波導(dǎo)的效率跟以下幾個(gè)因素有關(guān)，包括光斑中心和光波導(dǎo)中心 的偏移量、耦合光束的入射角度、光波導(dǎo)端面的角度、光波導(dǎo)的半徑以及入射光的模場(chǎng)直徑 (Mode field diameter,MFD)等。反射光光衰減器屬于共結(jié)構(gòu)，耦合光束的入射角度、光波 導(dǎo)端面的角度和光波導(dǎo)的半徑對(duì)衰減的衰減值只跟耦合光光斑中心與光波導(dǎo)中心的偏移 距離和耦合光的模場(chǎng)直徑有關(guān)，同時(shí)偏移距離和模場(chǎng)直徑都跟耦合光的波長(zhǎng)有關(guān)。在某個(gè) 波長(zhǎng)范圍內(nèi)，當(dāng)光衰減器反射鏡偏置某個(gè)角度時(shí)，不同波長(zhǎng)損耗值的差異稱之為波長(zhǎng)相關(guān) 損耗，WDL0眾所周知，插入損耗IL可以表示成波長(zhǎng)的函數(shù)，如下列方程式(1)所示
/ZW = -4.343-(^i)2(ι)其中ω (λ)為耦合光模場(chǎng)半徑，為MFD的一半，為波長(zhǎng)λ的函數(shù)；χ(λ)為耦合 光光斑中心和光波導(dǎo)中心偏移量，它主要由反射鏡角度來確定，同時(shí)也與波長(zhǎng)λ相關(guān)。在小波長(zhǎng)范圍內(nèi)，如光通信系統(tǒng)常用的C和L波段，ω (λ)可以近似線性關(guān)系，表 示為方程式⑵ω (λ ) = a+b · λ(2)其中，a，b為常系數(shù)。WDL表示為方程式(3)Μ著剛 λ
(3)
λω\λ)
λ在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)，如C Band和L Band，WDL可以表示為
WDL = 2IL-(—-—)AA(5)
χ ω其中Δ λ為波長(zhǎng)差，D為所述光束兩次通過所述透鏡后的色散量，也是一定波段 內(nèi)所述偏移距離的差異。普通未做補(bǔ)償?shù)腣0A，輸入光通過透鏡后的色散很小，器件在一定 衰減值時(shí)，b常系數(shù)是WDL主要影響因子。目前，已經(jīng)有一些解決反射式VOA系統(tǒng)WDL問題的技術(shù)方案，但是均存在各種各樣 的缺陷。如美國(guó)公開專利(US2007/0031104A1)采用加色散光來補(bǔ)償WDL，需要添加組件，沒 有考慮透鏡自身的色散特性。而美國(guó)公開專利(US2004/0008967A1)通過波導(dǎo)端面不平行 于透鏡端面并調(diào)節(jié)波導(dǎo)相對(duì)于透鏡的軸向方位，以得到最小的WDL。這里沒有考慮位置調(diào)整 來改變色散來補(bǔ)償MFD對(duì)WDL的影響。有鑒于此，亟待提出一種通過調(diào)整光波導(dǎo)位置來補(bǔ)償波長(zhǎng)相關(guān)損耗的可調(diào)式光衰 減器。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的許多弊端，本發(fā)明提出了一種通過調(diào)整光波導(dǎo)位位置來補(bǔ) 償波長(zhǎng)相關(guān)損耗的可調(diào)式光衰減器。本發(fā)明的目的是通過改變輸入光波導(dǎo)在輸入面上的位置和輸出光波導(dǎo)在輸出面 上的位置，從而改變包含不同波長(zhǎng)成分的光束在透鏡里的傳輸路徑，增加由透鏡自身產(chǎn)生 的色散，來補(bǔ)償波長(zhǎng)相關(guān)損耗(WDL)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種波長(zhǎng)相關(guān)損耗補(bǔ)償可變光衰減器，包括輸入光波導(dǎo)，發(fā)射包含不同光波長(zhǎng)成分的光束，具有中軸線1，可以沿中軸線1任 意垂直方向移動(dòng)；輸出光波導(dǎo)，接收所述包含不同光波長(zhǎng)成分的光束，具有中軸線2，可以沿中軸線 2任意垂直方向移動(dòng)；透鏡，具有光軸3，用于準(zhǔn)直從所述輸入光波導(dǎo)發(fā)射的光束，并將經(jīng)反射鏡反射后 的光束聚焦到所述輸出光波導(dǎo)，并根據(jù)所述輸入光波導(dǎo)的位置和輸出光波導(dǎo)的位置對(duì)所述 光束產(chǎn)生不同程度的色散；可調(diào)傾斜角度的反射鏡，用于接收來自所述透鏡的光束，并將所述光束穿過所述 透鏡到所述輸出光波導(dǎo)，所述反射鏡的不同傾斜角使衰減器產(chǎn)生不同大小的衰減值，并使 一定衰減值時(shí)產(chǎn)生一定的波長(zhǎng)相關(guān)損耗(WDL)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中調(diào)整輸入光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)位置，讓中軸線1、
中軸線2和光軸3三條線平行，并使中軸線1離開光軸一定的距離(dl)，中軸線2離開光
4軸一定的距離(d2)，改變所述光束在所述透鏡里傳播路徑，增加由所述透鏡自身產(chǎn)生的色 散，使得所述光束不同成分的光與所述輸出光波導(dǎo)耦合時(shí)光斑中心與光波導(dǎo)中心有不同的 偏距離，來補(bǔ)償波長(zhǎng)相關(guān)損耗(WDL)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中所述輸入光波導(dǎo)為可調(diào)整位置的輸入光纖。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中所述輸出光波導(dǎo)為可調(diào)整位置的輸出光纖。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中所述輸出光纖帶有纖芯和涂覆層。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中所述反射鏡包括反射鏡式光開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中所述反射鏡式光開關(guān)包括微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical Systems, MEMS)光開關(guān)或傳統(tǒng)機(jī)械式光開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中所述反射鏡式光開關(guān)包括反射鏡式波長(zhǎng)選擇開關(guān) (WSS)。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中所述透鏡為C-Iens透鏡。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中所述透鏡為G-Iens透鏡或其他準(zhǔn)直透鏡。本發(fā)明能夠在反射式可調(diào)式光衰減器(VOA)系統(tǒng)中，通過調(diào)整輸入光波導(dǎo)在輸入 面上的位置和輸出光波導(dǎo)在輸出面上的位置，從而改變包含不同波長(zhǎng)成分的光束在透鏡里 的傳輸路徑，增加由透鏡自身產(chǎn)生的色散，來補(bǔ)償波長(zhǎng)相關(guān)的損耗(WDL)。雖然在下文中將結(jié)合一些示例性實(shí)施及使用方法來描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解，并不旨在將本發(fā)明限制于這些實(shí)施例。反之，旨在覆蓋包含在所附的權(quán)利要求 書所定義的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的所有替代品、修正及等效物。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)，和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并 且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可 以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書，權(quán)利要 求書，以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)描述，其中圖Ia是現(xiàn)有技術(shù)中IL最小時(shí)的反射式VOA基本結(jié)構(gòu)圖；圖Ib是現(xiàn)有技術(shù)中衰減狀態(tài)時(shí)的反射式VOA基本結(jié)構(gòu)圖；圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明的帶有波導(dǎo)位置調(diào)整的VOA圖；圖2b示出了當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的帶有波導(dǎo)位置調(diào)整的VOA處于衰減狀態(tài)時(shí)的情形 圖；圖3a以c-lens為例說明本發(fā)明調(diào)整光波導(dǎo)位置后的色散補(bǔ)償圖；圖3b示出了調(diào)整光纖位置后VOA衰減狀態(tài)時(shí)，輸出光纖端面處不同波長(zhǎng)光斑的分 布圖；圖4示出了補(bǔ)償優(yōu)化后，與未優(yōu)化的VOA比較的效果圖；圖5示出了所述透鏡采用G-Iens的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要注意的是，根 據(jù)本發(fā)明的通過調(diào)整光波導(dǎo)位位置來補(bǔ)償波長(zhǎng)相關(guān)損耗的可調(diào)式光衰減器的實(shí)施方式僅 僅作為例子，但本發(fā)明不限于該具體實(shí)施方式
。在下文中，將詳細(xì)說明本發(fā)明中的VOA補(bǔ)償WDL的技術(shù)構(gòu)思具體實(shí)例方式。如圖2a所示，根據(jù)本發(fā)明的VOA包括可調(diào)整位置的輸入光纖、具有光軸3的透 鏡、可傾斜的反射鏡，以及可調(diào)整位置的帶有纖芯和涂覆層的輸出光纖。圖2b示出了根據(jù) 本發(fā)明的帶有波導(dǎo)位置調(diào)整的VOA處于衰減狀態(tài)時(shí)的情形，此時(shí)反射鏡的角度有所不同。 通過將圖2a中反射鏡改變一定的偏置角度，從而使輸入光衰減輸出。如圖2a和2b所示，該波長(zhǎng)相關(guān)損耗補(bǔ)償可變光衰減器包括輸入光波導(dǎo)，發(fā)射包 含不同光波長(zhǎng)成分的光束，具有中軸線1，可以沿中軸線1任意垂直方向移動(dòng)；輸出光波導(dǎo)， 接收所述包含不同光波長(zhǎng)成分的光束，具有中軸線2，可以沿中軸線2任意垂直方向移動(dòng)； 透鏡，具有光軸3，用于準(zhǔn)直從所述輸入光波導(dǎo)發(fā)射的光束，并將經(jīng)反射鏡反射后的光束聚 焦到所述輸出光波導(dǎo)，并根據(jù)所述輸入光波導(dǎo)的位置和輸出光波導(dǎo)的位置對(duì)所述光束產(chǎn)生 不同程度的色散；可調(diào)傾斜角度的反射鏡，用于接收來自所述透鏡的光束，并將所述光束 穿過所述透鏡到所述輸出光波導(dǎo)，所述反射鏡的不同傾斜角使衰減器產(chǎn)生不同大小的衰減 值，并使一定衰減值時(shí)產(chǎn)生一定的波長(zhǎng)相關(guān)損耗(WDL)。其中調(diào)整輸入光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)位置，讓中軸線1、中軸線2和光軸3三條線平 行，并使中軸線1到光軸的距離為dl，中軸線2到光軸的距離為d2，改變所述光束在所述透 鏡里傳播路徑，增加由所述透鏡自身產(chǎn)生的色散，使得所述光束不同成分的光與所述輸出 光波導(dǎo)耦合時(shí)光斑中心與光波導(dǎo)中心有不同的偏距離，來補(bǔ)償WDL。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中所述輸入光波導(dǎo)為可調(diào)整位置的輸入光纖；所述 輸出光波導(dǎo)為可調(diào)整位置的輸出光纖，所述輸出光纖還可以帶有纖芯和涂覆層。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述反射鏡還包括反射鏡式光開關(guān)，可以有微機(jī)電系 統(tǒng)(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)或傳統(tǒng)機(jī)械式兩種。另外還可以是基于反 射鏡式的波長(zhǎng)選擇開關(guān)(wavelength selective switch, WSS)。普通未做補(bǔ)償?shù)腣0A，輸入光纖和輸出光纖大致沿光軸3對(duì)稱放置，光路大致為共 軛結(jié)構(gòu)，所以包含不同波長(zhǎng)成分的光束經(jīng)過透鏡后的色散量很小，即耦合光斑偏出輸出光 纖中心的距離隨波長(zhǎng)變化率也很小。根據(jù)方程式(5)WDL = 2-IL-(—-—)-AA
χ ω為了補(bǔ)償WDL，在本發(fā)明中，使輸入光纖離光軸3的距離為dl，輸出光纖離光軸3 的距離為d2，改變所述光束在透鏡里的傳播路徑，來增加透鏡自身的色散D。與現(xiàn)有技術(shù)相比，普通未作補(bǔ)償?shù)腣0A，輸入和輸出光波導(dǎo)大致沿光軸3對(duì)稱分 布，中心光線與透鏡球面的交點(diǎn)也大致沿光軸3對(duì)稱分布，導(dǎo)致球面對(duì)光束色散幾乎沒有 貢獻(xiàn)，而偏移dl和d2后，所述交點(diǎn)非對(duì)稱分布，球面增加對(duì)色散補(bǔ)償?shù)呢暙I(xiàn)。說明色散的來源依據(jù)本發(fā)明，圖3a描述了所述透鏡為一種曲率半徑為R的C-Iens的實(shí)施例。圖示 中輸入光纖中心離光軸3長(zhǎng)度為dl，輸入光纖中心離光軸3長(zhǎng)度為d2，反射鏡偏置一定角度后，包含不同波長(zhǎng)成分的入射光束，例如1525nm和1570nm，從輸入光纖射出后經(jīng)C-Iens 準(zhǔn)直，到達(dá)反射鏡后反射，再由C-Iens聚焦到輸出光纖耦合輸出，反射鏡角度微調(diào)節(jié)后，耦 合光斑中心距離偏移輸出光纖中心，使VOA產(chǎn)生一定的衰減值。所述光束在C-Iens里傳播 時(shí)會(huì)產(chǎn)生色散，圖3a中所示的色散補(bǔ)償塊可以作為等效體來計(jì)算色散量D，當(dāng)dl和d2相差 較小時(shí)，色散補(bǔ)償塊近似為角度為α的禊形片，可以表示為
權(quán)利要求
一種通過調(diào)整光波導(dǎo)位置來補(bǔ)償波長(zhǎng)相關(guān)損耗的可調(diào)式光衰減器，包括輸入光波導(dǎo)，發(fā)射包含不同光波長(zhǎng)成分的光束，具有中軸線1，可以沿中軸線1任意垂直方向移動(dòng)；輸出光波導(dǎo)，接收所述包含不同光波長(zhǎng)成分的光束，具有中軸線2，可以沿中軸線2任意垂直方向移動(dòng)；透鏡，具有光軸3，用于準(zhǔn)直從所述輸入光波導(dǎo)發(fā)射的光束，并將經(jīng)反射鏡反射后的光束聚焦到所述輸出光波導(dǎo)，并根據(jù)所述輸入光波導(dǎo)的位置和輸出光波導(dǎo)的位置對(duì)所述光束產(chǎn)生不同程度的色散；以及可調(diào)傾斜角度的反射鏡，用于接收來自所述透鏡的光束，并將所述光束穿過所述透鏡到所述輸出光波導(dǎo)，所述反射鏡的不同傾斜角使衰減器產(chǎn)生不同大小的衰減值，并使一定衰減值時(shí)產(chǎn)生一定的波長(zhǎng)相關(guān)損耗(WDL)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式光衰減器，其中調(diào)整輸入光波導(dǎo)和輸出光波導(dǎo)位置， 讓中軸線1、中軸線2和光軸3三條線平行，并使中軸線1離開光軸一定的距離(dl)，中軸 線2離開光軸一定的距離(d2)，從而改變所述光束在所述透鏡里的傳播路徑，增加由所述 透鏡自身產(chǎn)生的色散，使得所述光束不同成分的光與所述輸出光波導(dǎo)耦合時(shí)光斑中心與光 波導(dǎo)中心有不同的偏距離，來補(bǔ)償WDL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)式光衰減器，其特征在于所述輸入光波導(dǎo)為可調(diào)整 位置的輸入光纖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)式光衰減器，其特征在于所述輸出光波導(dǎo)為可調(diào)整 位置的輸出光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可調(diào)式光衰減器，其特征在于所述輸出光纖帶有纖芯和涂覆層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)式光衰減器，其特征在于所述反射鏡包括反射鏡式光開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可調(diào)式光衰減器，其特征在于所述反射鏡式光開關(guān)包括微機(jī) 電系統(tǒng)(MEMS)光開關(guān)或傳統(tǒng)機(jī)械式光開關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可調(diào)式光衰減器，其特征在于所述反射鏡式光開關(guān)包括反射 鏡式波長(zhǎng)選擇開關(guān)(WSS)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)式光衰減器，其中所述透鏡為C-Iens透鏡。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可調(diào)式光衰減器，其中所述透鏡為G-Iens透鏡或其他 準(zhǔn)直透鏡。全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于反射鏡的可調(diào)光衰減器，尤其是通過調(diào)整光波導(dǎo)位置來補(bǔ)償波長(zhǎng)相關(guān)損耗的波長(zhǎng)相關(guān)損耗補(bǔ)償可變光衰減器。在反射式可調(diào)式光衰減器(VOA)系統(tǒng)中，通過調(diào)整輸入光波導(dǎo)在輸入面上的位置和輸出光波導(dǎo)在輸出面上的位置，從而改變包含不同波長(zhǎng)成分的光束在透鏡里的傳輸路徑，增加由透鏡自身產(chǎn)生的色散，來補(bǔ)償波長(zhǎng)相關(guān)的損耗(WDL)。
文檔編號(hào)G02B6/26GK101963685SQ20091008951
公開日2011年2月2日 申請(qǐng)日期2009年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者丁必鋒, 涂化 申請(qǐng)人:北京波聯(lián)匯成科技有限公司