CN103293603B - 可调衰减系数的电控可变光衰减器 - Google Patents

Abstract

利用电湿润效应的衰减系数可调的可变光衰减器以圆锥状或者圆柱状通孔导电壁为主体，导电壁位于上盖板和下盖板之间，导电壁与上盖板之间设有盖板电极，入射光纤准直器和接收光纤准直器分别从上部和下部同轴穿过盖板置于导电壁内的空腔中，导电壁腔壁设置有绝缘疏水层，存放两种互不相溶的导电和绝缘流体，其中一种流体掺杂不透明，构成类可变液体透镜，使用一个归零电压控制电湿效应使液体接触面呈平面作为初始工作电压；通过改变外部电压来改变两种流体之间弯曲界面形状，进而调节入射或接收光纤准直器端面附近染料流体厚度,从而调节入射/接收光纤准直器的光强耦合效率以实现光的衰减可控调节；通过调节不透明掺杂流体浓度来调节的光衰减系数。

Description

可调衰减系数的电控可变光衰减器

技术领域

本发明属于光通信、光电传感和光信息处理器件的技术领域。

背景技术

可变光衰减器是光通信***中的重要无源器件之一，它广泛应用于密集波分复用DWDM各信道的光功率均衡和调整经光纤放大器放大后的光信号等。也可用于模拟光纤长距离传输、传输***的动态检测等。近年来利用微机械技术制造的微光机电***可调光衰减器具有体积小、重量轻、能耗小等优点，开辟了光衰减器设计及生产的新方法。一般的可变光衰减器不能实现衰减量精确调节并锁定在特定值，而且通常为衰减片与步进电机联合型，通过微型步进电机控制连续渐变衰减片旋转或平移来达到数字化可调光衰减量。但该类设计受限于步进电机成本高，体积较大，难以集成于日益缩小的光通讯模块中；而且其核心部件之一的连续渐变衰减片，镀膜工艺要求高，生产成本很高；且目前无衰减系数可调的可变光衰减器件。

而变焦液体透镜可以改变光学***的光通量和视场性能,具有良好的操控性和适应性，作为取代传统透镜可应用于光学开关和光互连、静态数码相机等***。现有的研究和应用集中于透镜变焦成像技术，比较典型的如荷兰Philips公司发布的FluidFocus和法国Varioptic公司发布的小型液体变焦透镜，这些透镜的变焦是利用电润湿效应通过改变两种透明液体的界面曲率进而调节焦距。这种技术采用了流动的液体作为变焦的透镜组件，相对目前的机械变焦方式将有很多的优势之处。但现有的研究和应用集中于透镜变焦成像技术，对于利用透明介质与非透明介质的组合来构造衰减系数可变的可变光衰减器件目前尚无文献报导。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出一种利用电湿润效应的可变光衰减器，将液体透镜变焦技术与现代光通信技术相结合，设计了一种新颖的压控调的光衰减器件，解决光衰减器的可控调问题。

技术方案：本发明的衰减系数可调的电控可变光衰减器是利用电湿润效应实施电控功能。

可调衰减系数的电控可变光衰减器，包括导电壁、上盖板、下盖板、盖板电极、入射光纤准直器、接收光纤准直器，中空的圆锥状或者圆柱状导电壁位于设有上盖板通孔的上盖板和设有下盖板通孔的下盖3之间，上盖板通孔与下盖板通孔有共同的中心轴，入射光纤准直器外直径正好吻合于上盖板通孔内直径，接收光纤准直器外直径正好吻合于下盖板通孔内直径，导电壁与上盖板之间设置盖板电极，入射光纤准直器的一端从外部通过上盖板通孔及盖板电极直达导电壁内的空腔中，接收光纤准直器的一端从外部穿过下盖板通孔直达导电壁内的空腔中，接收光纤准直器与入射光纤准直器同轴，导电壁内的空腔中构成类可变液体透镜的透镜腔，形成具有“入射光纤准直器+类可变液体棱镜+接收光纤准直器”的结构；类可变液体透镜内壁即导电壁内侧设有绝缘疏水层，绝缘疏水层材料为聚四氟乙烯聚合物。并灌注有两种互不相溶的流体，入射光纤准直器和接收光纤准直器分别连通互不相溶的流体，这两种流体构成类透镜介质，分别为不透明的染料导电流体和透明的绝缘流体，因为构成该“可变透镜”的一种流体已经不透明，故称为类透镜；通过电压控制的电湿润效应改变两种流体之间弯曲界面形状，进而调节入射光纤准直器端面附近染料流体厚度，从而调节入射光吸收率,最终调节从入射光纤准直器耦合到出射光纤准直器的光强耦合效率以实现光的衰减可控调节。

导电壁、上盖板、下盖板和盖板电极为不透明材料。以避免外部杂散光干扰。导电壁、上盖板、下盖板材料为导电硅橡胶或金属铜。

接收光纤准直器同轴放置于入射光纤准直器出射光束束腰位置处，在初始状态时，染料流体要完全覆盖入射光纤准直器端面。导电流体也要完全覆盖入射光纤准直器端面。

染料导电流体为透明导电流体，绝缘流体为不透明流体。透明导电流体为参杂有黑墨水的导电盐水，不透明流体为混合的苯基甲基硅氧烷。

染料导电流体为不透明导电流体，绝缘透明流体为透明流体。不透明导电流体为透明盐水，透明流体为染料油。

不透明流体对入射光的吸收系数因不透明参杂染料浓度调节而调节。

器件使用前先归零，施加一个初始电压V₀控制电湿效应使液体接触面呈平面，入射光纤准直器端面应设置于该平面上，接收光纤准直器设置于出射光通过液体后束腰位置处。减小控制电压后，入射准直器端面于不透明盐水中，随着浸没深度增加，入射光逐渐被吸收，进入接收光纤准直器的光强减弱，实现了光强衰减控制。该衰减系数由不透明的染料导电流体的染料浓度决定，从而通过该浓度的调整达到衰减系数可调目的。

有益效果：

1、本发明将变焦液体透镜技术与现代光通信技术相结合，设计了一种新颖的电控调谐的光衰减器件，具有重要的技术价值。

2、本发明设计的光衰减器件具有结构简单、容易制作、成本低廉等优点。

3、由于未使用电机等复杂器件，不需要复杂的镀膜技术使得制作成本、生产工艺大大降低，具有重要的技术价值和经济价值，将会在光通信和光信息处理领域得到广泛的应用。

4、将传统的液体可变透镜的部分透明介质改为不透明介质以拓展其应用范围。

5、将改造后的液体可变透镜应用于光路可调器件之中，实现了光衰减器的可控调谐。

附图说明

图1是可调衰减系数的电控可变光衰减器结构示意图。

图2是可调衰减系数的电控可变光衰减器工作原理示意图，图中不透明流体为导电流体。

图3是可调衰减系数的电控可变光衰减器另一种工作原理示意图。图中不透明流体为绝缘流体。

图中标号：1、导电壁2、上盖板3、下盖板4、绝缘疏水层5、盖板电极6、染料导电流体7、透明绝缘流体8、上盖板通孔9、下盖板通孔10、入射光纤准直器11、接收光纤准直器。

具体实施方式

如图1，可调衰减系数的电控可变光衰减器，包括导电壁、上盖板、下盖板、盖板电极5、入射光纤准直器10、接收光纤准直器11，中空的圆锥状或者圆柱状导电壁1位于设有上盖板通孔8的上盖板2和设有下盖板通孔9的下盖板3之间，上盖板通孔8与下盖板通孔9有共同的中心轴，入射光纤准直器10外直径正好吻合于上盖板通孔8内直径，接收光纤准直器11外直径正好吻合于下盖板通孔9内直径，导电壁1与上盖板2之间设置盖板电极5，入射光纤准直器10的一端从外部通过上盖板通孔8及盖板电极5直达导电壁1内的空腔中，接收光纤准直器11的一端从外部穿过下盖板通孔9直达导电壁1内的空腔中，接收光纤准直器与入射光纤准直器同轴，导电壁1内的空腔中设有类可变液体透镜，形成具有“入射光纤准直器10+类可变液体透镜+接收光纤准直器11”的结构；类可变液体透镜包括设在导电壁1中的上盖板2和下盖板3之间的空隙形成的透镜腔，导电壁1的内壁有绝缘疏水层4，入射光纤准直器10和接收光纤准直器11分别连通互不相溶的流体，这两种流体构成透镜介质，分别为染料导电流体6和透明绝缘流体7，通过改变外部电压来改变两种流体之间弯曲界面形状，进而调节入射光纤准直器10端面附近染料流体厚度,从而调节从入射光纤准直器10耦合到出射光纤准直器11的光强耦合效率以实现光的衰减可控调节。不透明流体对入射光的吸收系数因不透明参杂染料浓度调节而调节。

接收光纤准直器放置于入射光纤准直器出射光束束腰位置处，器件使用前先归零，给一个初始电压V₀控制电湿效应使液体接触面呈平面，入射光纤准直器端面应设置于该平面上，接收光纤准直器设置于出射光通过液体后束腰位置处，如图2a所示。

具体实施例1：

导电壁1制备采用导电硅橡胶。这是由于硅橡胶易于挤压成型，能通过模具注塑加工方法实现大规模生产，其硬度易于控制；上、下盖板2和3采用导电橡胶精密铸造而成，中心预留圆柱状孔；孔的大小和光纤准直器10、11外径相匹配。导电壁1的内侧绝缘疏水层4采用聚四氟乙烯聚合物材料英文缩写为PTFE，商标名特，TeflonAF涂层来实现，这种材料即绝缘又疏水。不透明的导电液体6采用参杂有黑墨水的导电盐水。透明绝缘液体7采用混合的苯基甲基硅氧烷。溶解几个百分点碳四溴化合物的绝缘液体的密度与盐溶液的密度相匹配。

器件使用前先归零，给一个初始电压V₀控制电湿效应使液体接触面呈平面，入射光纤准直器端面应设置于该平面上，接收光纤准直器设置于出射光通过液体后束腰位置处。如图2，减小控制电压后，入射准直器端面浸没于不透明盐水中，随着浸没深度增加，入射光逐渐被吸收，进入接收光纤准直器的光强减弱，实现了光强衰减控制。该衰减系数由墨水的浓度决定。

具体实施例2：

导电壁制备采用金属铜铜柱精密机械加工成管套并抛光而成，准直器位置应满足光束束腰要求。类透镜液体材料的导电流体采用透明盐水，绝缘流体采用不透明的染料油。

器件使用前的归零，给一个初始电压V₀控制电湿效应使液体接触面呈平面，入射光纤准直器端面浸没于透明的盐水溶液中，接收光纤准直器设置于出射光通过液体后束腰位置处。如图3，增加控制电压后，接收光纤准直器端面浸没于不透明染料油中，随着浸没深度增加，入射光逐渐被吸收，进入接收光纤准直器的光强减弱，实现了光强衰减控制。该衰减系数由油的染料参杂浓度决定。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书其等效物界定。

Claims (10)

1.一种可调衰减系数的电控可变光衰减器，包括导电壁(1)、上盖板(2)、下盖板(3)、盖板电极(5)、入射光纤准直器(10)、接收光纤准直器(11)，中空的圆锥状或者圆柱状导电壁(1)位于设有上盖板通孔(8)的上盖板(2)和设有下盖板通孔(9)的下盖板(3)之间，上盖板通孔(8)与下盖板通孔(9)有共同的中心轴，入射光纤准直器(10)外直径正好吻合于上盖板通孔(8)内直径，接收光纤准直器(11)外直径正好吻合于下盖板通孔(9)内直径，导电壁(1)与上盖板(2)之间设置盖板电极(5)，入射光纤准直器(10)的一端从外部通过上盖板通孔(8)及盖板电极(5)直达导电壁(1)内的空腔中，接收光纤准直器(11)的一端从外部穿过下盖板通孔(9)直达导电壁(1)内的空腔中，其特征在于，导电壁(1)内壁附着的绝缘疏水层(4)、导电壁(1)围成的空腔内及其内灌注的互不相溶染料导电流体(6)和绝缘流体(7)构成类可变液体透镜，入射光纤准直器(10)、类可变液体透镜、接收光纤准直器(11)组成可调衰减系数的电控可变光衰减器核心结构，其中两种流体中有一种为不透明材料且浓度可调；所述染料导电流体(6)与所述绝缘流体(7)形成的接触面将所述导电壁(1)的空腔分为上下两部分，所述染料导电流体(6)设于所述接触面与所述盖板电极(5)之间，所述绝缘流体(7)设于所述接触面与所述下盖板(3)之间。

2.根据权利要求1所述的可调衰减系数的电控可变光衰减器，其特征在于，导电壁(1)、上盖板(2)、下盖板(3)和盖板电极(5)为不透明材料。

3.根据权利要求1或2所述的可调衰减系数的电控可变光衰减器，其特征在于，导电壁(1)、上盖板(2)、下盖板(3)材料为导电硅橡胶或金属铜。

4.根据权利要求1或2所述的可调衰减系数的电控可变光衰减器，其特征在于，绝缘疏水层(4)材料为聚四氟乙烯聚合物。

5.根据权利要求1或2所述的可调衰减系数的电控可变光衰减器，其特征在于，接收光纤准直器(11)同轴放置于入射光纤准直器(10)出射光束束腰位置处，在自然状态时，染料导电流体(6)要完全覆盖入射光纤准直器端面。

6.根据权利要求1或2所述的可调衰减系数的电控可变光衰减器，其特征在于，染料导电流体为不透明导电流体，绝缘流体为透明流体。

7.根据权利要求6所述的可调衰减系数的电控可变光衰减器，其特征在于，不透明导电流体为掺杂有黑墨水的导电盐水，透明流体为混合的苯基甲基硅氧烷。

8.根据权利要求1或2所述的可调衰减系数的电控可变光衰减器，其特征在于，染料导电流体为透明导电流体，绝缘透明流体为不透明流体。

9.根据权利要求8所述的可调衰减系数的电控可变光衰减器，其特征在于，透明导电流体为透明盐水，不透明流体为染料油。

10.根据权利要求8所述的可调衰减系数的电控可变光衰减器，其特征在于，不透明流体对入射光的吸收系数因不透明掺杂染料浓度调节而调节。