[发明专利]一种自由空间可变光衰减器

说明书

本发明涉及光通讯领域，公开了一种自由空间可变光衰减器，包括一个基于微机电系统(MEMS)的方位可调的旋转反射镜，用于提供自由空间的输入光束到输出光束的转向，光束转向角度由所述旋转反射镜的调节方位决定，一个光分束器，将所述光束分开，使较多的那部分透过所述光分束器，而较少的那部分沿着一个正交的监控路径传输，所述光分束器需要与所述旋转反射镜在光路上调节对齐，一个监控结构，通过监控所述较少的那部分的光束来测量输入和输出的功率水平，以确定所述旋转反射镜所产生的衰减量。本发明的有益效果为既能保留监控和衰减功能，也能够满足小型化结构的封装要求。

技术领域

本发明涉及光通讯领域，尤其涉及一种自由空间可变光衰减器。

背景技术

可变光衰减器是光通信网络中常用的器件。例如一个光信号的功率水平可能需要降低以满足某些运行要求，特别是在通信系统中希望不同的波分复用(WDM)通道保持一致的功率水平。在光学放大器中可能需要在一定的波长范围内保持一致的增益分布。在某些情况下，可能需要控制（限制）输出信号的功率水平使其保持在一个预先确定的光探测器的动态范围内。在这些情况 (或其它许多情况) 下，都需要对一个光信号的输出功率水平进行“主动”调节，可变光衰减器就是为这个目的服务的。

一种常见的可变光衰减器技术是基于使用微机电系统 (MEMS) 器件来执行光束转向的，这种方式是控制输出端口的耦合光功率(例如控制输入和输出路径之间的衰减)。典型的可变光衰减器器件包括一根输入光纤、透镜、MEMS旋转反射镜和一根输出光纤。透镜将输入光束会聚到MEMS旋转反射镜上，并由反射镜将光束反射到输出光纤。将电压加到MEMS旋转反射镜上并通过电压的大小控制反射镜的转向角。通过改变电压 (即MEMS旋转角)，在输出光纤上反射光点的位置随即发生改变。将输出光点调节到与输出光纤纤芯中心对齐，这时衰减最小 (只有插入损耗，通常约为0.5 dB)。当反射光束的输出光点与输出光纤纤芯产生错位失配(即当MEMS反射镜旋转角变化) 时，耦合到输出光纤纤芯中光线减少使得衰减增大。最大衰减量可达30dB或更高，主要受反射镜的旋转范围限制。

可变光衰减器的衰减控制通常是使用外部系统的分立器件来监控输入和输出可变光衰减器的光功率来实现的。这个外部监控系统通常包括输入和输出功率监控器，每个单独的功率监控器又包括一个外部的、基于光纤分路的耦合器和一个对应的光电二极管。测量出的输入和输出的相对差分的功率结果反馈给一个控制器，该控制器施加相应电压给MEMS反射镜使其旋转一个对应的角度以达到可变光衰减器所需的损耗(衰减)。

在强调 “小型化”光学器件的趋势下，希望能将监控功能与可变光衰减器本身结合起来。然而，将传统监控系统的独立和分立器件结合到一个有限尺寸的可变光衰减器封装中是有问题的。

图1所示是一个基于分立器件的传统原有技术的可变光衰减器组件。在这里，一个输入的光信号沿着输入光纤传播，通过输入光分路器2分去一部分信号并将其作为“监控”输入信号输入到光电探测器3。光分路器通常包括一种以光纤为基础的结构，它是由输入光纤和输出光纤熔接而成。输入光信号的其余部分被耦合进一个光信号路径4 (可以是光纤、自由空间或任何其它合适的波导)并输入到基于MEMS的可变光衰减器 5。可变光衰减器的细节没有在图1中体现，但包括有透镜和MEMS旋转反射镜。

如图1所示，可变光衰减器的衰减光输出信号被耦合到光纤6中。在光纤6 (用于监控目的) 中使用一个输出光分路器7(类似于输入光分路器2结构) 来分去一部分衰减信号，其中被分出的那部分光信号被输入到一个监控光电探测器8中。剩余部分的衰减光信号耦合到输出光纤9中，即从可变光衰减器组件的输出端口输出。图1中还展示了一个控制器C，它连接到基于MEMS的可变光衰减器5上，用于控制反射镜的旋转角度，以提供所需衰减量对应的光束转向角。

如上所述，这种分立、外部的器件的组合需要控制可变光衰减器的制作(例如，多根光纤需要熔接和对齐)，结果形成一个相对较大的系统，制造和维护成本很高。此外，各种不同分立的监控器件的数量和大小使得可变光衰减器以及监控子组件不能轻易的满足小型化要求。