專利名稱：電磁驅(qū)動(dòng)位錯(cuò)型微機(jī)械可變光衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種光衰減器，特別是一種電磁驅(qū)動(dòng)位錯(cuò)型微機(jī)械可變光衰減器，屬于光纖通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著光纖通信中全光網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，可變光衰減器正在得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。全光網(wǎng)對(duì)可變光衰減器的體積、成本、功耗、調(diào)節(jié)性能等都提出了苛刻的綜合性能要求。傳統(tǒng)的機(jī)械式可變光衰減器由于體積大、成本高、響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn)，已不能滿足全光網(wǎng)對(duì)光纖通信器件的要求。而基于集成電路工藝發(fā)展而來(lái)的微機(jī)械加工技術(shù)制作的可變光衰減器具有高性能、低成本、可大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，引起了國(guó)內(nèi)外有關(guān)科研機(jī)構(gòu)的普遍關(guān)注，經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，B.Barber等人在《IEEE Photonics Technology Letters》(光電子技術(shù)快報(bào))Vol.10，No.9，1262～1264，Sep.1998，撰文“A fiber connectorized MEMSvariable optical attenuator(光纖耦合的微機(jī)械可變光衰減器)”，該文介紹的微機(jī)械可變光衰減器包括底座、定位槽、光纖、擋光片、彈性體、靜電驅(qū)動(dòng)器；定位槽固定在底座上不動(dòng)、兩段光纖分別固定在定位槽上精密對(duì)準(zhǔn)、中間有20微米的間隙，擋光片通過(guò)彈性體固定在底座上，插入兩段光纖之間的縫隙，當(dāng)在靜電驅(qū)動(dòng)器上施加電壓時(shí)，靜電力使彈性體發(fā)生變形從而帶動(dòng)擋光片運(yùn)動(dòng)。通過(guò)改變擋光片在光路中的位置來(lái)改變光束在兩段光纖之間被擋光片遮擋情況以連續(xù)調(diào)整衰減量。但文中所述的擋光片及其驅(qū)動(dòng)器制作工藝較為復(fù)雜、很容易損壞，對(duì)輸入輸出光纖之間的距離也有苛刻的要求、既不能太近挨在一起而碰壞擋光片、又不能大于20微米而產(chǎn)生較大的插入損耗，因此封裝和對(duì)準(zhǔn)光纖較為困難，器件生產(chǎn)的成品率很低。而且，為了避免擋光片在初始狀態(tài)擋住輸入、輸出光纖之間傳播的光束而引起較大的插入損耗，需要在驅(qū)動(dòng)器行程中對(duì)應(yīng)于擋光片的初始位置與開始擋住光束位置之間設(shè)置較大的調(diào)整余量，而在這部分調(diào)整余量上雖然需要消耗能量調(diào)整擋光片的位置，卻不能調(diào)整衰減量，因而導(dǎo)致所需要的驅(qū)動(dòng)器行程和功耗產(chǎn)生不必要的增加，同時(shí)靜電驅(qū)動(dòng)電壓高達(dá)30V，很難和集成電路工作電壓兼容，因而目前在實(shí)用化方面還存在很大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種高性能、易于加工、實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)的電磁驅(qū)動(dòng)位錯(cuò)型微機(jī)械可變光衰減器，使其有效地克服上述可變光衰減器的缺點(diǎn)。本發(fā)明是根據(jù)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，主要包括電磁驅(qū)動(dòng)線圈、底座、光纖、定位槽、可動(dòng)平臺(tái)、磁性體和彈性體，兩段光纖分別固定在底座和可動(dòng)平臺(tái)上的定位槽內(nèi)，可動(dòng)平臺(tái)與磁性體，例如坡莫合金片，固定在一起，可動(dòng)平臺(tái)通過(guò)彈性體與底座連接，可動(dòng)平臺(tái)可以相對(duì)于底座上下移動(dòng)或/和轉(zhuǎn)動(dòng)，底座與電磁驅(qū)動(dòng)線圈固定，依靠彈性體在外力作用下的變形，改變底座和可動(dòng)平臺(tái)的上下位置關(guān)系，改變兩段光纖的徑向間距或/和兩者軸線的夾角，實(shí)現(xiàn)兩段光纖的精密對(duì)準(zhǔn)，此時(shí)這兩段光纖的光學(xué)耦合損耗最小。
當(dāng)電磁驅(qū)動(dòng)線圈內(nèi)通過(guò)一定大小的電流后，在磁性體上產(chǎn)生與電流大小相對(duì)應(yīng)的電磁力，電磁力克服彈性結(jié)構(gòu)的變形應(yīng)力使可動(dòng)平臺(tái)相對(duì)與底座上下移動(dòng)或/和轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生與電磁力大小對(duì)應(yīng)的位移，從而帶動(dòng)固定在可動(dòng)平臺(tái)的定位槽中的光纖相對(duì)于底座上的光纖上下移動(dòng)或/和轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)位移達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，電磁力與彈性結(jié)構(gòu)的變形應(yīng)力平衡，使得可動(dòng)平臺(tái)與底座保持在新的上下位置上，這時(shí)兩段光纖的相對(duì)位置，包括垂直于光束傳播方向的徑向間距或/和兩者軸線之間的夾角發(fā)生改變，從而改變兩段光纖之間的耦合效率。增加兩段光纖之間的徑向間距或兩者軸線的夾角會(huì)降低耦合效率使衰減量變大，反之則衰減量變小。因此，通過(guò)改變電磁驅(qū)動(dòng)線圈中驅(qū)動(dòng)電流的大小，就可以改變作用在可動(dòng)平臺(tái)上的電磁力，從而改變兩段光纖的相對(duì)位置，以調(diào)整衰減量。
微電磁驅(qū)動(dòng)工作電壓小于5伏、與現(xiàn)有集成電路兼容、行程可達(dá)50微米以上、分辨率可達(dá)亞微米量級(jí)，響應(yīng)時(shí)間在毫秒量級(jí)，完全可以滿足衰減器對(duì)低功耗、大動(dòng)態(tài)范圍、高分辨率和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的要求。
本發(fā)明具有的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明結(jié)構(gòu)和光路簡(jiǎn)潔，封裝時(shí)只要把光纖固定在定位槽內(nèi)即可，不需要復(fù)雜的對(duì)準(zhǔn)過(guò)程，易于實(shí)現(xiàn)陣列化封裝；插入損耗低于1分貝，回波損耗高于60分貝、動(dòng)態(tài)范圍大于50分貝；對(duì)波長(zhǎng)透明，波長(zhǎng)相關(guān)性損耗小于0.2分貝，對(duì)偏振態(tài)不敏感，偏振相關(guān)性損耗小于0.2分貝，工作電壓低于5伏，與現(xiàn)有集成電路的工作電壓兼容；各部件都可以采用基本的集成電路工藝制作，實(shí)現(xiàn)類似于集成電路芯片的低成本，大批量，自動(dòng)化生產(chǎn)。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明主要包括電磁驅(qū)動(dòng)線圈1、底座2、光纖3和6、定位槽4和5、可動(dòng)平臺(tái)7、磁性體8和彈性體9，光纖3、6分別固定在底座2和可動(dòng)平臺(tái)7上的定位槽4、5中，可動(dòng)平臺(tái)7與磁性體8固定在一起，底座2與可動(dòng)平臺(tái)7通過(guò)彈性體9連接，可動(dòng)平臺(tái)7相對(duì)于底座2上下移動(dòng)或/和轉(zhuǎn)動(dòng)，底座2與電磁驅(qū)動(dòng)線圈1固定。
通過(guò)彈性體9在電磁驅(qū)動(dòng)力作用下變形，調(diào)整底座2和可動(dòng)平臺(tái)7的上下位置，改變光纖3、6的徑向間距或/和兩者軸線的夾角，改變光纖3、6的光學(xué)耦合損耗。
增加光纖3、6之間的徑向間距或/和兩者軸線的夾角會(huì)降低耦合效率使衰減量變大，反之則衰減量變小。
權(quán)利要求
1.一種電磁驅(qū)動(dòng)位錯(cuò)型微機(jī)械可變光衰減器，主要包括電磁驅(qū)動(dòng)線圈(1)、底座(2)、光纖(3)和(6)、定位槽(4)和(5)、可動(dòng)平臺(tái)(7)、磁性體(8)和彈性體(9)，其特征在于光纖(3)和(6)分別固定在底座(2)和可動(dòng)平臺(tái)(7)上的定位槽(4)和(5)中，可動(dòng)平臺(tái)(7)與磁性體(8)固定在一起，底座(2)與可動(dòng)平臺(tái)(7)通過(guò)彈性體(9)連接，可動(dòng)平臺(tái)(7)可相對(duì)于底座(2)上下移動(dòng)或/和轉(zhuǎn)動(dòng)，底座(2)與電磁驅(qū)動(dòng)線圈(1)固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種電磁驅(qū)動(dòng)位錯(cuò)型微機(jī)械可變光衰減器，其特征是改變底座(2)和可動(dòng)平臺(tái)(7)的上下位置，調(diào)整光纖(3)、(6)的徑向間距或/和軸線夾角通過(guò)彈性體(9)在電磁驅(qū)動(dòng)力作用下變形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的這種電磁驅(qū)動(dòng)位錯(cuò)型微機(jī)械可變光衰減器，其特征是降低耦合效率、衰減量變大通過(guò)增加光纖(3)和(6)之間的徑向間距或/和兩者軸線的夾角。
全文摘要
電磁驅(qū)動(dòng)位錯(cuò)型微機(jī)械可變光衰減器屬于光纖通信領(lǐng)域。主要包括電磁驅(qū)動(dòng)線圈、底座、兩段光纖、定位槽和、可動(dòng)平臺(tái)、磁性體和彈性體，光纖和分別固定在底座和可動(dòng)平臺(tái)上的定位槽中，可動(dòng)平臺(tái)與磁性體固定在一起，可動(dòng)平臺(tái)相對(duì)于底座上下或/和左右移動(dòng)，底座與可動(dòng)平臺(tái)通過(guò)彈性體連接并調(diào)整上下位置，底座與電磁驅(qū)動(dòng)線圈固定。本發(fā)明結(jié)構(gòu)和光路簡(jiǎn)潔，易于實(shí)現(xiàn)陣列化封裝；插入損耗低于1分貝，回波損耗高于60分貝、動(dòng)態(tài)范圍大于50分貝；波長(zhǎng)相關(guān)性損耗小于0.2分貝，偏振相關(guān)性損耗小于0.2分貝，工作電壓低于5伏，與現(xiàn)有集成電路的工作電壓兼容；各部件都可用基本的集成電路工藝制作，實(shí)現(xiàn)低成本，大批量，自動(dòng)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)G02B26/02GK1402052SQ02136828
公開日2003年3月12日 申請(qǐng)日期2002年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月5日
發(fā)明者戴旭涵, 趙小林, 蔡炳初 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)