专利名称：通过调整光波导位置来补偿wdl的可调式光衰减器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于反射镜的可调光衰减器(Variable Optical Attenuator, V0A)系统，尤其涉及波长相关损耗补偿可变光衰减器，它采取改变输入光波导和输出光波 导的位置，增加系统色散，由此补偿波长相关损耗(WDL)。
背景技术：
图la，Ib示出了通常的反射式VOA基本结构。图Ia是现有技术中IL最小时的情 况，而图Ib是现有技术中衰减状态时的情况。如图Ia所示，通常的反射式VOA包括透镜， 反射镜，输入光波导，输出光波导。从输出光波导出来的含不同波长成分的光束通过透镜准 直，再通过反射镜发生反射后形成反射光束。反射光束再通过透镜聚焦到输出光波导。当 反射镜偏置某个角度时，反射光束以最小插入损耗(Insertion loss IL)耦合进输出光波 导。如图Ib所示，当反射镜增加或者减小偏置角度时，有部分反射光束偏出光波导，减小了 光耦合效率，从而形成光能量的衰减输出。然而，这种结构的光衰减器带有一种被称作为波长相关损耗 (ffavelengthdependent loss, WDL)的缺点，会影响器件的衰减精度，甚至光信号的信噪比寸。光能量耦合进光波导的效率跟以下几个因素有关，包括光斑中心和光波导中心 的偏移量、耦合光束的入射角度、光波导端面的角度、光波导的半径以及入射光的模场直径 (Mode field diameter,MFD)等。反射光光衰减器属于共结构，耦合光束的入射角度、光波 导端面的角度和光波导的半径对衰减的衰减值只跟耦合光光斑中心与光波导中心的偏移 距离和耦合光的模场直径有关，同时偏移距离和模场直径都跟耦合光的波长有关。在某个 波长范围内，当光衰减器反射镜偏置某个角度时，不同波长损耗值的差异称之为波长相关 损耗，WDL0众所周知，插入损耗IL可以表示成波长的函数，如下列方程式(1)所示
/ZW = -4.343-(^i)2(ι)其中ω (λ)为耦合光模场半径，为MFD的一半，为波长λ的函数；χ(λ)为耦合 光光斑中心和光波导中心偏移量，它主要由反射镜角度来确定，同时也与波长λ相关。在小波长范围内，如光通信系统常用的C和L波段，ω (λ)可以近似线性关系，表 示为方程式⑵ω (λ ) = a+b · λ(2)其中，a，b为常系数。WDL表示为方程式(3)Μ着剛 λ
(3)
λω\λ)
λ在一定波长范围内，如C Band和L Band，WDL可以表示为
WDL = 2IL-(—-—)AA(5)
χ ω其中Δ λ为波长差，D为所述光束两次通过所述透镜后的色散量，也是一定波段 内所述偏移距离的差异。普通未做补偿的V0A，输入光通过透镜后的色散很小，器件在一定 衰减值时，b常系数是WDL主要影响因子。目前，已经有一些解决反射式VOA系统WDL问题的技术方案，但是均存在各种各样 的缺陷。如美国公开专利(US2007/0031104A1)采用加色散光来补偿WDL，需要添加组件，没 有考虑透镜自身的色散特性。而美国公开专利(US2004/0008967A1)通过波导端面不平行 于透镜端面并调节波导相对于透镜的轴向方位，以得到最小的WDL。这里没有考虑位置调整 来改变色散来补偿MFD对WDL的影响。有鉴于此，亟待提出一种通过调整光波导位置来补偿波长相关损耗的可调式光衰 减器。
发明内容
针对现有技术中存在的许多弊端，本发明提出了一种通过调整光波导位位置来补 偿波长相关损耗的可调式光衰减器。本发明的目的是通过改变输入光波导在输入面上的位置和输出光波导在输出面 上的位置，从而改变包含不同波长成分的光束在透镜里的传输路径，增加由透镜自身产生 的色散，来补偿波长相关损耗(WDL)。为了达到上述目的，本发明提供一种波长相关损耗补偿可变光衰减器，包括输入光波导，发射包含不同光波长成分的光束，具有中轴线1，可以沿中轴线1任 意垂直方向移动；输出光波导，接收所述包含不同光波长成分的光束，具有中轴线2，可以沿中轴线 2任意垂直方向移动；透镜，具有光轴3，用于准直从所述输入光波导发射的光束，并将经反射镜反射后 的光束聚焦到所述输出光波导，并根据所述输入光波导的位置和输出光波导的位置对所述 光束产生不同程度的色散；可调倾斜角度的反射镜，用于接收来自所述透镜的光束，并将所述光束穿过所述 透镜到所述输出光波导，所述反射镜的不同倾斜角使衰减器产生不同大小的衰减值，并使 一定衰减值时产生一定的波长相关损耗(WDL)。根据本发明的优选实施例，其中调整输入光波导和输出光波导位置，让中轴线1、
中轴线2和光轴3三条线平行，并使中轴线1离开光轴一定的距离(dl)，中轴线2离开光
4轴一定的距离(d2)，改变所述光束在所述透镜里传播路径，增加由所述透镜自身产生的色 散，使得所述光束不同成分的光与所述输出光波导耦合时光斑中心与光波导中心有不同的 偏距离，来补偿波长相关损耗(WDL)。根据本发明的优选实施例，其中所述输入光波导为可调整位置的输入光纤。根据本发明的优选实施例，其中所述输出光波导为可调整位置的输出光纤。根据本发明的优选实施例，其中所述输出光纤带有纤芯和涂覆层。根据本发明的优选实施例，其中所述反射镜包括反射镜式光开关。根据本发明的优选实施例，其中所述反射镜式光开关包括微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems, MEMS)光开关或传统机械式光开关。根据本发明的优选实施例，其中所述反射镜式光开关包括反射镜式波长选择开关 (WSS)。根据本发明的优选实施例，其中所述透镜为C-Iens透镜。根据本发明的优选实施例，其中所述透镜为G-Iens透镜或其他准直透镜。本发明能够在反射式可调式光衰减器(VOA)系统中，通过调整输入光波导在输入 面上的位置和输出光波导在输出面上的位置，从而改变包含不同波长成分的光束在透镜里 的传输路径，增加由透镜自身产生的色散，来补偿波长相关的损耗(WDL)。虽然在下文中将结合一些示例性实施及使用方法来描述本发明，但本领域技术人 员应当理解，并不旨在将本发明限制于这些实施例。反之，旨在覆盖包含在所附的权利要求 书所定义的本发明的精神与范围内的所有替代品、修正及等效物。本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要 求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中图Ia是现有技术中IL最小时的反射式VOA基本结构图；图Ib是现有技术中衰减状态时的反射式VOA基本结构图；图2a示出了根据本发明的带有波导位置调整的VOA图；图2b示出了当根据本发明的带有波导位置调整的VOA处于衰减状态时的情形 图；图3a以c-lens为例说明本发明调整光波导位置后的色散补偿图；图3b示出了调整光纤位置后VOA衰减状态时，输出光纤端面处不同波长光斑的分 布图；图4示出了补偿优化后，与未优化的VOA比较的效果图；图5示出了所述透镜采用G-Iens的原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步的详细描述。需要注意的是，根 据本发明的通过调整光波导位位置来补偿波长相关损耗的可调式光衰减器的实施方式仅 仅作为例子，但本发明不限于该具体实施方式
。在下文中，将详细说明本发明中的VOA补偿WDL的技术构思具体实例方式。如图2a所示，根据本发明的VOA包括可调整位置的输入光纤、具有光轴3的透 镜、可倾斜的反射镜，以及可调整位置的带有纤芯和涂覆层的输出光纤。图2b示出了根据 本发明的带有波导位置调整的VOA处于衰减状态时的情形，此时反射镜的角度有所不同。 通过将图2a中反射镜改变一定的偏置角度，从而使输入光衰减输出。如图2a和2b所示，该波长相关损耗补偿可变光衰减器包括输入光波导，发射包 含不同光波长成分的光束，具有中轴线1，可以沿中轴线1任意垂直方向移动；输出光波导， 接收所述包含不同光波长成分的光束，具有中轴线2，可以沿中轴线2任意垂直方向移动； 透镜，具有光轴3，用于准直从所述输入光波导发射的光束，并将经反射镜反射后的光束聚 焦到所述输出光波导，并根据所述输入光波导的位置和输出光波导的位置对所述光束产生 不同程度的色散；可调倾斜角度的反射镜，用于接收来自所述透镜的光束，并将所述光束 穿过所述透镜到所述输出光波导，所述反射镜的不同倾斜角使衰减器产生不同大小的衰减 值，并使一定衰减值时产生一定的波长相关损耗(WDL)。其中调整输入光波导和输出光波导位置，让中轴线1、中轴线2和光轴3三条线平 行，并使中轴线1到光轴的距离为dl，中轴线2到光轴的距离为d2，改变所述光束在所述透 镜里传播路径，增加由所述透镜自身产生的色散，使得所述光束不同成分的光与所述输出 光波导耦合时光斑中心与光波导中心有不同的偏距离，来补偿WDL。根据本发明的优选实施例，其中所述输入光波导为可调整位置的输入光纤；所述 输出光波导为可调整位置的输出光纤，所述输出光纤还可以带有纤芯和涂覆层。根据本发明的优选实施例，所述反射镜还包括反射镜式光开关，可以有微机电系 统(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)或传统机械式两种。另外还可以是基于反 射镜式的波长选择开关(wavelength selective switch, WSS)。普通未做补偿的V0A，输入光纤和输出光纤大致沿光轴3对称放置，光路大致为共 轭结构，所以包含不同波长成分的光束经过透镜后的色散量很小，即耦合光斑偏出输出光 纤中心的距离随波长变化率也很小。根据方程式(5)WDL = 2-IL-(—-—)-AA
χ ω为了补偿WDL，在本发明中，使输入光纤离光轴3的距离为dl，输出光纤离光轴3 的距离为d2，改变所述光束在透镜里的传播路径，来增加透镜自身的色散D。与现有技术相比，普通未作补偿的V0A，输入和输出光波导大致沿光轴3对称分 布，中心光线与透镜球面的交点也大致沿光轴3对称分布，导致球面对光束色散几乎没有 贡献，而偏移dl和d2后，所述交点非对称分布，球面增加对色散补偿的贡献。说明色散的来源依据本发明，图3a描述了所述透镜为一种曲率半径为R的C-Iens的实施例。图示 中输入光纤中心离光轴3长度为dl，输入光纤中心离光轴3长度为d2，反射镜偏置一定角度后，包含不同波长成分的入射光束，例如1525nm和1570nm，从输入光纤射出后经C-Iens 准直，到达反射镜后反射，再由C-Iens聚焦到输出光纤耦合输出，反射镜角度微调节后，耦 合光斑中心距离偏移输出光纤中心，使VOA产生一定的衰减值。所述光束在C-Iens里传播 时会产生色散，图3a中所示的色散补偿块可以作为等效体来计算色散量D，当dl和d2相差 较小时，色散补偿块近似为角度为α的禊形片，可以表示为
权利要求
一种通过调整光波导位置来补偿波长相关损耗的可调式光衰减器，包括输入光波导，发射包含不同光波长成分的光束，具有中轴线1，可以沿中轴线1任意垂直方向移动；输出光波导，接收所述包含不同光波长成分的光束，具有中轴线2，可以沿中轴线2任意垂直方向移动；透镜，具有光轴3，用于准直从所述输入光波导发射的光束，并将经反射镜反射后的光束聚焦到所述输出光波导，并根据所述输入光波导的位置和输出光波导的位置对所述光束产生不同程度的色散；以及可调倾斜角度的反射镜，用于接收来自所述透镜的光束，并将所述光束穿过所述透镜到所述输出光波导，所述反射镜的不同倾斜角使衰减器产生不同大小的衰减值，并使一定衰减值时产生一定的波长相关损耗(WDL)。
2.根据权利要求1所述的可调式光衰减器，其中调整输入光波导和输出光波导位置， 让中轴线1、中轴线2和光轴3三条线平行，并使中轴线1离开光轴一定的距离(dl)，中轴 线2离开光轴一定的距离(d2)，从而改变所述光束在所述透镜里的传播路径，增加由所述 透镜自身产生的色散，使得所述光束不同成分的光与所述输出光波导耦合时光斑中心与光 波导中心有不同的偏距离，来补偿WDL。
3.根据权利要求1或2所述的可调式光衰减器，其特征在于所述输入光波导为可调整 位置的输入光纤。
4.根据权利要求1或2所述的可调式光衰减器，其特征在于所述输出光波导为可调整 位置的输出光纤。
5.根据权利要求4所述的可调式光衰减器，其特征在于所述输出光纤带有纤芯和涂覆层。
6.根据权利要求1所述的可调式光衰减器，其特征在于所述反射镜包括反射镜式光开关。
7.根据权利要求6所述的可调式光衰减器，其特征在于所述反射镜式光开关包括微机 电系统(MEMS)光开关或传统机械式光开关。
8.根据权利要求6所述的可调式光衰减器，其特征在于所述反射镜式光开关包括反射 镜式波长选择开关(WSS)。
9.根据权利要求1或2所述的可调式光衰减器，其中所述透镜为C-Iens透镜。
10.根据权利要求1或2所述的可调式光衰减器，其中所述透镜为G-Iens透镜或其他 准直透镜。全文摘要
本发明涉及一种基于反射镜的可调光衰减器，尤其是通过调整光波导位置来补偿波长相关损耗的波长相关损耗补偿可变光衰减器。在反射式可调式光衰减器(VOA)系统中，通过调整输入光波导在输入面上的位置和输出光波导在输出面上的位置，从而改变包含不同波长成分的光束在透镜里的传输路径，增加由透镜自身产生的色散，来补偿波长相关的损耗(WDL)。
文档编号G02B6/26GK101963685SQ20091008951
公开日2011年2月2日 申请日期2009年7月22日 优先权日2009年7月22日
发明者丁必锋, 涂化 申请人:北京波联汇成科技有限公司