[发明专利]可变光衰减器

说明书

本发明涉及可控地衰减光信号的可变光衰减器。本发明具体涉及缓变孔滤波器形式的可变光衰减器，它基本上是波长无关和偏振无关的。

本领域专业人员知道多种形式的光衰减器。理想地，光衰减器提供一种控制光束强度而不明显地影响光束其它性质的装置。

传统上，利用可变孔径或光阑调节光束的横截面，因此，调节光束的总能量。然而，大多数阻挡部分光信号的单孔径衰减器是波长有关和偏振有关的，因此，限制了这些器件在许多应用中的使用。

我们还知道线栅型光衰减器，例如，在Arthur Ashkin的美国专利No.3,620,599中有描述，把它合并在此供参考。这些类型的光衰减器是在衍射原理下工作的。线栅型光衰减器包括多个均匀间隔的平行反射线，其中这些线直径和它们之间的间隔是这样选取的，大于被衰减的光波长约1至3个数量级。可变衰减是通过围绕平行于所述线的轴旋转线栅完成的。虽然这些光衰减器在高功率条件下工作得很好，因散射和/或背反射而引起许多问题，这些问题使透射质量下降并导致反馈噪声。当这些衰减器接近激光器时，这种反射光还造成激光器性能的下降。

更普遍地，可变光衰减器是连续可变的中性密度滤波器，其中光密度是滤波器区域上位置的变化函数。这些滤波器一般是由带金属涂层的光玻璃衬底制成的，其密度随滤波器表面的距离而增大。当滤波器相对于光束运动时，通过光信号的吸收和反射实现衰减。一般地说，这种滤波器的运动是围绕被衰减光束轴的旋转。

在Tamulevich的美国专利No.4,904,044中公开一种连续可变光纤衰减器，其中密度梯度的变化是沿着它的长度方向，把它合并在此供参考。该衰减器利用可变光密度的灵活滤波器，它朝向两条光纤之间的光耦合区。按照这样的方式放置衰减器，改变光耦合区中的衰减器密度，从而改变该器件的衰减度。耦合到衰减器的电阻器提供一种衰减器定标的手段，给出高精度和可重现的衰减度。

虽然连续可变的中性密度滤波器工作得令人满意，它们的制造成本很高，且在光谱的吸收，反射和折射特性方面存在一些缺点。

特别是，由于中性密度特征具有高的吸收特性，金属涂层的温度可以到达很高的量级，因而诱发某些随时间发生的疲劳现象(例如，分层，氧化，退火，等等)。所以，该滤波器的本征特性受到影响，例如，密度。此外，由于滤波器表面上不规则性导致反射光干涉造成的干扰是另一种限制，特别是在滤波器的温度增高时，例如在高的光强度应用中所发现的。

此外，金属涂层的应用要求很高的精度，且经常随不同的分批而变化。而且，制造这样的中性密度滤波器是极其困难的，其中金属层的沉积是按照这样一种方式，滤波器的衰减度与位置之间的关系大致呈现线性关系。

本发明的一个目的是，提供一种排除大部分或全部上述缺点的光衰减器，而且，它的制造工艺不太复杂且成本较低。

本发明的另一个目的是，提供一种基本上波长无关和偏振无关的光衰减器，而且，它可在高功率应用中使用。

本发明提供一种可变光衰减器，它基本上是波长无关和偏振无关的。类似于线栅型光衰减器，本发明的缓变孔滤波器是在衍射原理下工作的。具体地说，通过滤波器透射的零级衍射光提供与波长无关的衰减辐射。

按照本发明提供一种可变光衰减器，用于衰减包含光信号的光束，光束直径约小于1mm，包括：

滤波器，包括有多个离散孔径的薄片，用于提供沿确定薄片梯度轴路径的透射梯度，多个孔径有预定的形状，尺寸和分布，且其长度和它们之间的距离远远小于光束直径；

输入端口，使光束以预定的夹角射向滤波器；

输出端口，接收来自滤波器的基本会聚的光；和

运动装置，提供光束与滤波器之间的相对运动，实现光束的可变衰减度，取决于所述滤波器相对于所述光束的位置。

按照本发明提供另一种可变光衰减器，用于衰减包含光信号的光束，光束直径约小于1mm，包括：

滤波器，包括有多个基本不透明区域和多个基本透明区域的薄片，这些区域是这样离散地分布的，每单位面积透明区域的百分比随滤波器的尺度而增大，单位面积的直径等同于光束直径，多个基本透明区域有预定的形状，尺寸和分布，且至少部分的基本透明区域的长度和它们之间的距离远远小于光束直径；

输入端口，使光束以预定的夹角射向滤波器；

输出端口，接收来自滤波器的基本会聚的光；和

运动装置，提供光束与滤波器之间的相对运动，实现光束的可变衰减度，取决于所述滤波器相对于所述光束的位置。

按照本发明提供一种可变衰减光束的方法，该光束包含光信号，光束直径约小于1mm，包括以下的步骤：