光纤型热光可调光衰减器的设计及其衰减分析

可调光衰减器原理
嘿，朋友们！今天咱们来聊聊可调光衰减器原理。

这玩意儿啊，就像是一个超级厉害的光线调控大师！
你想想看啊，光线就像是一群调皮的小精灵，跑来跑去，有时候亮得刺眼，有时候又太暗了。

那可调光衰减器呢，就是能把这些小精灵管得服服帖帖的“老大”！比如说，在一个大舞台上，灯光师要根据不同的节目和场景来调整灯光的亮度，这时候可调光衰减器不就派上用场了嘛！
它的原理其实并不复杂啦，简单来说，就是通过一些巧妙的设计和技术，来控制光线的通过量。

哎呀，这就好像是你在马路上设置一个关卡，想让多少车通过，就由你说了算！
就拿我们家里的智能灯来说吧，你可以通过手机或者遥控器来调节灯光的亮度。

这里面说不定就藏着一个小小的可调光衰减器呢！你能想象到吗，坐在沙发上，轻轻一点，灯光就乖乖听话，变得或明或暗，多有意思啊！
再比如说在一些光学实验里，科学家们想要精确地控制光线的强度，这时候可调光衰减器可就是他们的得力助手了！它就像是一个精准的天平，能准确地衡量出光线的强弱。

总之啊，可调光衰减器原理虽然有些专业，但其实理解起来并不难。

它就像是一个隐藏在各种光学设备背后的魔法，默默地发挥着重要的作用。

我们每天的生活中说不定都有它的影子呢，只是我们没有察觉到罢了。

所以说，可调光衰减器真的是个神奇而又实用的东西啊，它让我们对光线的控制变得更加随心所欲，让我们的生活和各种工作都变得更加丰富多彩！大家说是不是呢？。

光纤型光可变衰减器的研究与设计
黄秋元;陈伟;周鹏;祁存荣
【期刊名称】《信息技术》
【年(卷),期】2003(027)008
【摘要】通过分析和利用光纤弯曲带来的辐射损耗,提出由此制作的光可变衰减器,结构简单,成本低廉,具有较强的适用价值.
【总页数】2页(P37-38)
【作者】黄秋元;陈伟;周鹏;祁存荣
【作者单位】武汉理工大学,武汉,430070;武汉理工大学,武汉,430070;武汉理工大学,武汉,430070;武汉理工大学,武汉,430070
【正文语种】中文
【中图分类】TN202;TN929.11
【相关文献】
1.熔锥型光纤声光可变衰减器 [J], 刘国祥;胡力;叶昆珍
2.全光纤热光型可变光衰减器的闭环控制 [J], 潘昊;陈哲;张云聪;张凌童
3.光纤型光可变衰减器的探索 [J], 薛春荣;汪洁;吴文娟
4.S弯曲聚合物热光型可变衰减器的特性 [J], 张昊;江晓清;李鹰;杨建义;李锡华;王明华
5.基于微电机械系统的反射式可变光衰减器的研究与设计 [J], 施向华;邱怡申;李高明;徐惠真
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光衰减器的原理1. 引言光衰减器是一种用于调节光信号强度的器件，它可以通过改变光信号的功率来实现衰减。

在光纤通信系统中，由于光信号的强度可能会过大，需要通过衰减器对光信号进行调节以保证系统的正常运行。

本文将介绍光衰减器的原理和工作原理，并讨论一些常见的光衰减器的类型和应用。

2. 光衰减器的工作原理光衰减器的工作原理基于光信号的衰减机制。

当光信号通过光衰减器时，衰减器会减少光信号的功率，从而达到调节光信号强度的目的。

2.1 固定式光衰减器固定式光衰减器是一种固定在光纤通信线路中的光衰减器。

它通常由一段特殊的光纤组成，这种光纤的损耗特性可以使光信号的功率被减少到所需的水平。

固定式光衰减器可以通过选择合适的长度和损耗来实现所需的光衰减效果。

2.2 可变式光衰减器可变式光衰减器是一种可以调节光信号衰减程度的光衰减器。

它通常由一个机械或电子调节装置和一个可调节的光衰减器组成。

通过改变调节装置的参数，可以调节光衰减器的衰减程度。

可变式光衰减器的一种常见实现方法是使用电子控制器控制一个VOA（Variable Optical Attenuator）。

VOA通过改变光纤中的损耗来实现光信号的衰减。

电子控制器可以根据系统的需要，通过改变VOA的参数来实现对光信号强度的精确调节。

3. 光衰减器的类型与应用光衰减器可以根据其工作原理和使用方法的不同，分为多种类型。

下面将介绍一些常见的光衰减器类型及其应用。

3.1 固定式光衰减器固定式光衰减器广泛应用于光纤通信系统中，用于对光信号进行精确的衰减。

由于固定式光衰减器的衰减程度是固定的，因此可以在系统设计时根据实际需求选择合适的光衰减器，并将其固定在光纤线路中。

3.2 可变式光衰减器可变式光衰减器的衰减程度可以根据系统需求进行调节，因此在实际应用中更为灵活。

可变式光衰减器通常用于光纤通信系统中的调试和测试环节，可以根据需要实时调整光信号的强度，方便对系统进行调试和测试。

3.3 线性光衰减器线性光衰减器是一种特殊的光衰减器，它能够实现相对较为精确的衰减效果。

光纤通信系统中的光模式衰减与分析方法光纤通信系统作为现代通信领域中最重要的传输介质之一，具有高带宽、低损耗和抗电磁干扰等优势。

光模式衰减是指光信号在传输过程中由于各种原因而逐渐减弱或丢失的现象。

了解光模式衰减的原因以及分析方法对于确保光纤通信系统的稳定运行至关重要。

光模式衰减的原因可以分为两类：内在衰减和外在衰减。

内在衰减是指光纤本身由于材料特性或结构问题所引起的衰减，主要包括吸收、散射和弯曲等。

吸收是由于光与光纤材料之间的相互作用而导致能量损耗，主要发生在光波长与材料本身的吸收特性匹配时。

散射是指光波在光纤中被杂质、无序结构或不均匀性等散射因素所分散，使得光信号在传输过程中发生方向的改变，从而引起衰减。

弯曲是指光纤被弯折或形成弯曲时出现的能量损耗，这是由于光波在发生光纤弯曲时会发生折射和衍射导致的。

而外在衰减则是指光信号在光纤传输过程中由于外界环境的影响而发生的衰减，如温度变化、机械应力、湿度等。

为了分析光纤通信系统中的光模式衰减，需要采用一系列的实验和分析方法。

首先，可以利用光时域反射法（OTDR）对光纤中的衰减进行定量测量。

OTDR是一种能够通过光脉冲反射分析光纤的设备，可以定位光纤中的故障点、监测衰减和信号丢失的位置。

通过OTDR的测量结果，可以分析光纤中不同位置的衰减情况，找出衰减较大的地方并进行修复或优化。

其次，可以使用波长分离器和功率计等设备来测量光纤中不同波长光信号的功率衰减。

波长分离器可以将不同波长的光信号分开，然后使用功率计对每个波长光信号的功率进行测量。

通过比较不同波长光信号的功率衰减，可以得到光纤中不同光模式的衰减情况，从而判断系统中是否存在光模式衰减的问题。

进一步，还可以使用频域法来分析光纤中的衰减。

频域法利用光纤中不同频率光信号的衰减特性来进行分析。

通过发送不同频率的光信号，观察接收到的信号功率的变化情况，可以得到光纤中的频率响应曲线。

根据频率响应曲线，可以分析光纤中不同频率光信号的衰减情况，从而了解光模式衰减的原因和程度。

什么是光衰减器？光衰减器原理、应用和缺点在光通信网络中，光模块、光纤跳线、有源光缆等都是比较常见也是大家常听到的产品，但是，易飞扬通信给大家介绍的是另外一个光通信产品——光衰减器。

你知不知道这是什么？光衰减器是什么？光衰减器是按照用户的要求将光功率进行预定量的衰减，为了使光接收机不产生饱和失真，或为了满足光线路中某种测试的确需要（如系统的灵敏度测试），或为了平衡多路传输支路光功率的大小不等。

光衰减器有可调光衰减器与固定光衰减器。

光衰减器的指标：工作波长、回波损耗、衰减量及精度（衰减范围及分辨率）及工作温度，常用于评估系统的损耗及各种测试中。

光衰减器的原理是什么？光纤衰减器通常是通过吸收光来产生衰减，如太阳眼镜吸收额外的光能量，同样地，光纤衰减器有一个可以吸收光能的工作波长范围，在这个波长下，它不应该反射光，因为这可能会导致光纤系统中不必要的回波反射。

另一种类型的光纤衰减器利用一定长度的高损耗光纤，降低其输入光信号功率，以这样的方式运行使其输出信号功率小于输入信号功率。

通过光信号的吸收、反射、扩散、散射、偏转、衍射和色散等来降低光功率。

（1）空气隔离技术:光在光纤中传输受到全反射定律的制约，无法散射出来，保持强度的相对稳定。

而一旦其脱离光纤，在光纤与光纤之间加入空气间隔，光就会散射出去，从而引起光的衰减。

（2）位移错位技术：此方法是将2根光纤的纤芯进行微量平移错位，从而达到功率损耗的效果。

（3）衰减光纤技术：根据金属离子对光有吸收作用，研制出参杂金属离子的衰减光纤将衰减光纤穿入陶瓷插芯，经过特殊工艺处理，可以制成阴阳式的固定衰减器。

（4）吸收玻璃法：经光学抛光的中性吸收玻璃片也可被应用于光衰减器的制作。

光纤衰减器的主要应用光纤通信网，光线数据网，光纤CATV网、大功率光器件测量、线路的评估、设备之间的连接、调节等等。

什么情况下用到光衰减器？随着光通信行业的发展和工艺制造水平的提高，光缆、连接器等光纤器件的损耗不断降低，小于设计的衰减量，这就可能导致光接收机接收到的光功率较大，超过了其承受范围，出现饱和失真的情况。

光纤衰减器原理光纤衰减器是一种用于控制光信号强度的设备，其原理是通过调节光信号的衰减程度，使其达到所需的强度。

光纤衰减器常用于光纤通信系统中，用于调节光信号的功率，以保证信号在传输过程中的稳定性和可靠性。

光纤衰减器的工作原理可简单分为两种类型：固定衰减器和可调衰减器。

固定衰减器是一种固定衰减值的光纤组件。

它是通过在光信号的传输路径中引入一定的衰减量，从而减弱光信号的强度。

固定衰减器通常采用衰减片或光纤耦合器来实现，其衰减量由衰减片的数量或耦合器的结构参数决定。

固定衰减器的衰减量通常以分贝（dB）为单位进行描述。

可调衰减器是一种可以根据需要调整衰减值的光纤组件。

它是通过控制光信号通过光纤的衰减程度来实现。

可调衰减器通常采用可变的光纤衰减材料或光纤光栅结构来实现衰减的调节。

通过调节衰减材料的光学特性或改变光纤光栅的折射率分布，可实现对光信号的衰减程度进行精确控制。

可调衰减器的衰减量通常以分贝（dB）为单位进行描述，可调范围一般为0~30dB。

光纤衰减器的衰减原理是基于光信号在光纤中的传输特性。

在光纤中，光信号的衰减主要包括两个方面：吸收衰减和散射衰减。

吸收衰减是指光信号在光纤中由于材料的吸收作用而衰减。

光纤通常采用高纯度的二氧化硅材料制成，其在可见光和近红外光波段的吸收非常低。

因此，吸收衰减在光纤衰减器中可以忽略不计。

散射衰减是指光信号在光纤中由于材料或结构的不均匀性而发生的衰减。

光纤衰减器通常通过控制散射衰减来实现光信号的衰减。

散射衰减主要包括弯曲散射和尾纤散射两种。

弯曲散射是指光信号在光纤中由于光纤的弯曲而发生的衰减。

当光信号通过光纤时，由于光纤的弯曲导致光信号的波导模式发生改变，从而引起光信号的能量损失。

光纤衰减器通常通过改变光纤的弯曲半径或采用特殊的弯曲结构来实现对光信号的衰减程度进行控制。

尾纤散射是指光信号在光纤中由于纤芯和包层的不均匀性而发生的衰减。

光纤衰减器通常通过控制光纤的纤芯和包层的直径差异或采用特殊的光纤结构来实现对光信号的衰减程度进行控制。

光衰减器原理光衰减器是光学系统中常见的一种器件，它的作用是通过调节光的强度，实现对光信号的衰减。

在光通信、光传感等领域中，光衰减器被广泛应用于光信号的控制和调节。

光衰减器的原理主要基于光的衍射和吸收效应。

当光经过光衰减器时，一部分光会被衍射到旁边的区域，而另一部分光会被吸收或散射。

通过调节光衰减器的结构或材料，可以控制衍射和吸收的程度，从而实现对光强度的调节。

光衰减器的结构多种多样，常见的有可调式光衰减器和固定式光衰减器两种。

可调式光衰减器通常采用液晶、电致伸缩等材料，通过改变材料的折射率或厚度，来调节通过光衰减器的光的强度。

固定式光衰减器则是通过设计特定的结构，使得特定波长或频率的光被衍射或吸收，从而实现对光的衰减。

在光通信系统中，光衰减器起到了重要的作用。

光通信系统中，发送端产生的光信号需要经过光纤传输到接收端，但光纤中存在损耗，会导致光信号的强度下降。

为了保证光信号在传输过程中的稳定性和可靠性，光衰减器被用来衰减光信号的强度，使其在光纤中的衰减量和系统设计要求相匹配。

在光传感系统中，光衰减器也扮演着重要的角色。

通过调节光衰减器的衰减量，可以实现对光传感器的灵敏度的调节。

在一些需要对光强度进行精确测量的应用中，光衰减器可以用来调节光信号的强度，以确保测量的准确性和可靠性。

除了光通信和光传感领域，光衰减器还被广泛应用于光学实验室和光学系统中。

在实验室中，光衰减器可以用来控制光强度，以满足实验的需求。

在光学系统中，光衰减器可以用来平衡光路中不同部分的光强度，以确保系统的正常运行。

光衰减器是光学系统中一种重要的器件，它通过调节光的强度，实现对光信号的衰减。

光衰减器的原理基于光的衍射和吸收效应，通过调节结构或材料的特性，可以实现对光的精确控制。

在光通信、光传感等领域中，光衰减器被广泛应用，并发挥着重要的作用。

通过合理使用光衰减器，可以实现光信号的稳定传输和精确测量，为光学系统的正常运行提供了保障。

课程设计课程名称光通信原理课程设计题目名称可调光衰减器的设计学院专业班级学号学生姓名指导教师2014年10月24日一、引言提出了一种基于热光调节的可调光衰减器结构。

该衰减器通过腐蚀光纤包层到一定厚度和长度后，在表面涂覆较大热光系数的聚合物材料得到。

从模场变化角度分析了传输光束的衰减与涂覆材料折射率的关系，并从实验上测试了使用不同涂覆材料时的衰减。

理论分析与实验结果均表明在涂覆材料折射率略大于原光纤包层材料折射率时，涂覆材料折射率微小的变化将引起传播光束衰减的大幅度变化，并且光纤被腐蚀的长度越长或包层材料剩余厚度越小，衰减越大。

因此，由热光系数大、折射率略大于光纤包层的聚合物材料所组成的可调光纤衰减器，具有衰减调节范围大且功耗小、插入损耗小、成本低、低偏振特性、易于与其它光纤器件祸合或集成等特点。

可调光衰减器(V OA)的用途是降低或控制光信号，按其工作原理大致可分为以下几类:机械型分立式微光学衰减器、液晶型可调光衰减器、光纤可调光衰减器、微机电系统(MEMS)光衰减器和平面波导型光衰减器等。

其中，光纤可调光衰减器具有结构简单、插入损耗小、成本低、可直接与光纤或作为尾纤与其它波导器件对接等突出的优点而具有广泛的应用前景，但有关光纤模场(热光)控制的可调光衰减器研究却很少。

光波导的光场分布主要是由折射率的空间分布和波导的几何结构所决定，因此改变光纤包层折射率，将改变光纤中光束的传输特性。

据此本文提出一种结构简单的光纤型热光可调光衰减器的设计方案:通过腐蚀光纤包层，使包层剩余厚度少于一定值后，在其表面涂覆较大热光系数的聚合物材料得到。

二、方案论证1.工作原理将单模光纤中某一段的包层腐蚀到一定厚度以后，在其外部涂覆上折射率热光可调的材料。

当材料折射率受热光调节发生变化时，经过上述处理的光纤模场发生变化，从而引起模场失配甚至导模能量泄漏衰减。

下面从模场变化的角度分析涂覆材料折射率与衰减的关系。

通常用高斯模型来近似描述单模光纤中光能量的分布。

光衰减器的工作原理
光衰减器是一种用于控制光强度的光学器件，它可以通过降低入射光信号的强度来实现光的衰减。

光衰减器的工作原理基于光的吸收和散射效应。

光衰减器通常由光纤和一个可调节的机械结构组成。

通过改变光纤的位置，可调节光纤与光线之间的相对位置，进而改变光线通过光纤时所受到的衰减。

光纤中的光衰减主要通过两种方式实现：吸收和散射。

光束在光纤中传输时，会与光纤内部的材料相互作用。

其中一部分光能被材料吸收，转化为其他形式的能量，从而减少光束的强度。

而另一部分光能则通过散射作用离开光纤。

根据光纤内部的材料特性，光衰减器可以采用不同的工作原理。

例如，使用光纤材料的吸收特性可以实现固定衰减值的光衰减器。

通过选择不同的光纤材料，可以实现不同的吸收系数和衰减范围。

此外，还可以通过调节光纤的长度和直径来改变光线通过时的衰减程度。

另一种常见的工作原理是利用光纤的散射效应。

光线传播过程中，会发生不同类型的散射，例如光纤中的旋涡散射和瑞利散射。

这些散射效应导致光线从原始方向上偏离，一部分光能也从光纤中散出，从而起到衰减光线的作用。

通过调节光纤的材料和结构参数，可以实现不同程度的散射，并实现可调节的光衰减效果。

总之，光衰减器的工作原理主要基于光的吸收和散射效应。

通过控制光线在光纤中的传播方式，可以实现对光强度的精确控制和调节。

文章编号:0258 7025(2007)08 111005全光纤热光型可变光衰减器张云聪,陈 哲,江沛凡,刘林和,曾应新,白春河(暨南大学光电工程系,广东广州510632)摘要 根据光纤包层中的倏逝场机制,将具有热光效应的聚合物材料直接覆盖在侧边抛磨光纤上,进行了全光纤热光型可变光衰减器(V O A)的研究.根据理论分析,确定了在侧边抛磨光纤的抛磨区上覆盖材料的折射率与纤芯中光衰减量之间的关系,为选择适当折射率的热光材料提供依据.设计适当的侧边抛磨区,利用先进的轮式侧边抛磨技术,制备了侧边抛磨光纤,以达到最佳可变光衰减效果.采用螺绕电极和优化封装,制作出性能优良的全光纤热光型可变光衰减器.性能测试表明,器件插入损耗小于0.1dB,衰减范围为0~80dB,偏振相关损耗小于0.02dB,背向反射大于70dB.该方法制作的全光纤热光型可变光衰减器具有可用电驱动调控、可靠性高等优点.关键词 光学器件;可变光衰减器;侧边抛磨光纤;热光材料;全光纤器件;电极中图分类号 T N 253 文献标识码 AAll Fiber Thermooptical Variable Optical AttenuatorZHANG Yun cong,CH EN Zhe,JIANG Pei fan,LIU Lin he,ZEN G Ying xin,BA I Chun he(D ep ar tment of Op toelectr onic Engineer ing ,J inan Univer sity ,Guangz hou ,Guang dong 510632,China)Abstract Based on evanescent w ave theor y,t he all f iber thermo optical var iable o ptica l attenuator (VO A )made o f side polished fiber ov erla id w ith thermoo ptical polymer mater ial was studied.T he relation between the r efractiv e index of o verlaid po ly mer mater ial o n the polished sect ion of side polished fiber and optical loss in the core w as der ived to help select thermo optical mater ial w ith suitable refractive index f or V O A.Pro per side polished section was desig ned,and adv anced w heel side po lished technique w as used to fabr icate side po lished fibers and achieve an optimal variable lo ss effect o f V OA.An ex cellent all fiber thermo optical var iable o ptical attenuator w ith helical electro de and o ptimized packing w as fabricated.T he test result o f the all fiber thermoo ptical V OA show ed that it had insertio n loss less t han 0.1dB,lo ss range of 0~80dB,polarization dependent loss less than 0.02dB,and back reflection over 70dB.T he all fiber t her moo ptical V OA fabr icated by this means can be co nt rolled elect rically w ith high reliability.Key words optical dev ices;var iable optical attenuato r;side polished fiber;thermoo pt ical mater ial;all optical fiber device;electro de收稿日期:2006 10 26;收到修改稿日期:2007 03 29基金项目:广东省科技攻关重大专项(2004A10602001)和声场与声信息国家重点实验室(2004001)资助项目. 作者简介:张云聪(1982 ),男,辽宁人,硕士研究生,主要从事全光纤热光型可变光衰减器方面的研究.E mail:yunco ng 417@导师简介:陈 哲(1957 ),男,广东人,教授,主要从事光纤无源器件、光纤通信、光纤传感技术、光电检测方面的研究.E mail:thzhechen@1 引 言可变光衰减器(VOA)是光纤通信中基本的无源器件之一,广泛用于波分复用(WDM )光纤网络中,主要是实现系统中各信道间光功率的均衡,例如用平面波导制作的热光型可变光衰减器[1,2].可电控的可变光衰减器对智能化光网络的运行管理维护具有很重要的应用价值.随着通信技术的发展,追求低成本高性能的可变光衰减器成为研究的重点.全光纤器件为这种需要提供了一种优良的技术方案.制作全光纤器件的基础之一就是侧边抛磨光纤.侧边抛磨光纤是在普通通信光纤上,利用光学微加工第34卷 第8期2007年8月中 国 激 光CHIN ESE JOU RNA L OF LA SERSVo l.34,N o.8Aug ust,2007技术,在一段长度上将圆柱形的光纤包层抛磨掉一部分所制成的光纤[3].传统的制备侧边抛磨光纤方法主要是带弧型槽基底的光纤侧边抛磨法[4~9].这种方法由于需要用环氧树脂胶将光纤固定在V 型槽中,因而工艺较复杂,而且抛磨工艺过程较长,不利于批量生产.先进的轮式侧边抛磨技术[3,10,11]工艺简单,可按要求设计和制备所需的光纤侧边抛磨区,可以满足多种全光纤器件的需要[10,11].本文将热光材料与侧边抛磨光纤结合,即将具有热光效应的聚合物材料直接覆盖在侧边抛磨光纤上,构成可控制光纤芯中传输光泄漏的复合波导结构,制成了全光纤热光型可变光衰减器[1].2 基本原理通常,足够厚度的光纤包层保证了在纤芯中传播的光场,以及在光纤包层中倏逝波场的能量不会泄漏到光纤外部.当用抛磨的方法使光纤的包层厚度减小到倏逝波场存在的区域,也就是距纤芯仅几个微米的区域时,就形成了一个纤芯中传输光的倏逝波场的 泄漏窗口".在此 窗口"处,人们就有可能利用倏逝场来激发、控制、探测光纤纤芯中的传输光波的无损传播或泄漏.因为是利用侧边抛磨光纤包层中的倏逝场原理做成器件或传感器,所以制成的器件也称为光纤倏逝场器件[3,6~9].图1全光纤可变光衰减器原理示意图F ig.1Schematic of all fiber ther moo ptica l var iableoptical attenuator在侧边抛磨光纤的抛磨区域,用聚合物热光材料包裹住,并在其中埋入电极,通过电极加热改变温度可以引起器件中热光材料温场的改变,并由有机聚合物的热光特性引起波导的有效折射率随温度变化而变化,从而导致由光纤纤芯、光纤包层以及热光材料等共同构成的热光复合波导的传输特性的改变.依靠这种方法可以控制光纤芯模的传播和泄漏.其器件的工作原理如图1所示,图中在光纤的侧边抛磨区覆盖有热光材料,其折射率的改变,使纤芯中传输的光能泄漏到光纤外部.全光纤热光型可变光衰减器的器件结构如图2所示,图中在覆盖有热光材料的区域上缠绕着加热用的电阻丝.图2全光纤可变光衰减器结构示意图Fig.2Structur e sketch of all fiber ther moo ptica lv ariable o pt ical attenuator3 理论分析及实验3.1 侧边抛磨光纤波导的理论分析针对侧边抛磨光纤的D 形边界条件,建立了全光纤热光型可变光衰减器的器件模型,用三维有限差分光束传输法计算了侧边抛磨光纤波导的光功率传输特性,分析了抛磨区域覆盖材料的折射率与通光衰减量之间的关系,理论计算曲线如图3所示[12](抛磨长度为9mm ,剩余包层厚度为3 m,根据设计要求选择剩余包层厚度,不同的剩余包层厚度决定着器件的衰减范围).图3抛磨长度为9mm 时,光功率衰减随聚合物层折射率变化的理论计算曲线Fig.3Calculated curv e of optical pow er loss as a funct ionof refr act ive index of ov erla id po ly mer,as the polished fiber leng th is 9mm图3中,当聚合物折射率小于1.465时,光功率的衰减近似为零,而当聚合物折射率逐渐增大至1.475时,曲线逐渐上升至最高点,光功率衰减开始增大至最大值,当聚合物折射率大于1.475时,曲线下降,衰减逐渐减小.图3的理论曲线表明,选择折11118期 张云聪等:全光纤热光型可变光衰减器射率在1.45~1.48范围内变化的材料覆盖在光纤的侧边抛磨区,纤芯中会产生变化衰减量的效应.因此,可利用具有可变化折射率的材料以及侧边抛磨光纤制备光纤可变光衰减器.3.2 抛磨区域折射率变化实验为选定在抛磨区覆盖适当的热光材料,采用在由轮式侧边抛磨法[10]制备的侧边抛磨光纤的抛磨区域覆盖折射率液体的方法,进行折射率变化对光能量影响的实验(抛磨长度为22mm,剩余包层厚度为3 m),所得曲线如图4所示.图4侧边抛磨光纤覆盖折射率液滴的实验曲线F ig.4Ex per imental r esult of the o ptical pow er loss ofthe fiber as a functio n o f refr active index with r efractiv e index liquids o ver laid o n the side po lished fiber图4中,当覆盖材料的折射率在n =1.45时,衰减量到达峰值,可达50dB 以上.当折射率自n =1.45减小时,衰减量迅速下降,在n =1.43时衰减量几乎变为0,即几乎完全通光.当折射率自n =1.45增大时,衰减量下降较缓,在n = 1.59时衰减量仍有9dB.该实验曲线与图3的光纤中光功率衰减趋势相吻合,二者在具体数值上的不同是所取器件的参数不同引起的,但这并不影响二者趋势的比较(由于理论工作和实验工作分别由不同工作者完成,理论工作在先,实验工作在后,理论工作所采用的参数在实验中难以实现,所以只能将其变化趋势作为理论依据).因此,选取折射率在n = 1.45附近的热光材料来制作全光纤可变光衰减器.经过大量筛选,选取了热光系数为d n/d T =- 3.3 10-4-1(当工作波长为1554nm,温度为22 时折射率为1.4600)的固体聚合物材料制作可变光衰减器[13,14].3.3 器件的制作及测试为达到最佳可变光衰减效果,设计适当的侧边抛磨区,利用先进的轮式侧边抛磨技术,制备了侧边抛磨光纤.选用V 型槽作为光纤的固定和支撑架,在其中放入侧边抛磨光纤,并用具有热光特性的聚合材料覆盖.将电极螺绕在V 型槽外部,作为聚合物固化热源及引起热光效应的温度控制装置.固化后的器件如图5所示,器件长30m m,直径3mm.对固化后的器件进行光纤中传输光功率的衰减测试.首先,利用恒温箱控制器件温度,测量衰减量,获得了器件温度与衰减量之间的关系.器件的衰减量随覆盖材料的温度变化的实验结果如图6所示,在室温时,器件已经具有35dB 的衰减量,随着温度的逐渐增加,器件的衰减量也增加,但增加值小于10dB.当温度大于30 以后,衰减迅速增加,到40 达到最高值(约70dB),其后,温度继续增加,衰减量又迅速减小,温度大于50 以后,衰减降到几乎为零,成为通光状态.图5固化后的器件实物图F ig.5P icture of the attenuat or aft er solidification图6可变光衰减器件衰减量随器件温度变化实验(测试器件编号为VOA06051001ZY)F ig.6Exper imental result o f attenuation of a V OA asa funct ion of temperatur e(th e serial num ber of attenuator is VOA06051001ZY)其次,通过控制电阻丝中的电流来控制覆盖的聚合物热光材料的折射率,从而获得控制电流与衰减量之间的关系.对其中一个器件的电流控制实验如图7所示.采样间隔为0.04A.由于该材料为负热光系数材料,因此随着电流的增大,器件温度上升,覆盖材料的折射率下降,即图中横轴正方向为折射率减小的方向.由于采用的光功率计最大读数为-80dB,所以实际器件的衰减可以达到80dB 以上.该实验结果与3.1节的计算和3.2节中的折射率液实验结果的趋势相吻合,三者在具体数值上的不同是所取器件的参数不同引起的.实验表明,不同的电1112中 国 激 光 34卷图7可变光衰减器件衰减量随电阻丝中的电流变化实验(测试器件编号为VOA06062301ZY)F ig.7Ex perimental r esult of attenuation of a VO A as a funct ion of elect rical cur rents in resistance w ir e(the s erial number of attenu ator is VOA06062301ZY)极尺寸,产生热光效应的效率是不同的.实验结果表明,由此方法制作的全光纤热光型可变光衰减器可以达到的指标是,器件插入损耗小于0.1dB,衰减范围大于0~80dB,偏振相关损耗小于0.02dB,背向反射大于70dB(器件的性能经信息产业部通信产品防护性能质量监督检验中心鉴定).3.4 器件封装及测试为提高器件的可靠性和稳定性,对器件进行了特殊的外封装设计.将图5中完成聚合物材料固化的器件封装在充满导热胶的金属外壳内,并引出光纤两端和电极引脚,器件的外形尺寸根据具体的使用要求确定.图8封装后的器件性能测试曲线(测试器件编号为VOA06051001ZY)F ig.8T est r esults o f V OA dev ice after packag ing(the s erial number of attenu ator is VOA06051001ZY)对进行了特殊外封装后的器件之一进行测试,测试结果如图8所示,与封装前的器件相比,封装后器件受外界的影响显著减小,衰减量变化稳定.当器件中所加的电流超过0.33A 时,衰减量稳步下降,通光功率逐步上升,最终达到插入损耗为0.1dB 的通光状态.由于采用的电源精度为0.01A,下降沿的采样点有限.如果选用更高精度的电源,将会使光功率衰减得到很好的控制.4 结 论用侧边抛磨光纤替代了集成光学方法的晶体、硅基或聚合物波导材料,对光纤纤芯无破坏、光路中无插入元件,可与光纤系统直接融接,制成的全光纤热光型可变光衰减器既具有集成光学热光型可变光衰减器件可电控的优点,又没有机械型可变光衰减器对光纤纤芯的切断和机械驱动机构,提高了器件的可靠性,降低了成本,减小了器件的封装体积.致谢 感谢张小康、叶晓靖对本实验工作的帮助.参考文献1 Li Ying,Jiang Xiaoqing,Li Xihu a et al..Polymer basedvar iable optical attenuator [J ].Ch inese J.S emicond uctors ,2004,25(5):557~561李 鹰,江晓清,李锡华等.聚合物热光可变光衰减器[J ].半导体学报,2004,25(5):557~5612 Xie Xiaoqiang,Dai Xuhan,Zhao Xiaolin e t a l..Research on anoffset type micro mechanical variable optical attenuator [J ].Acta Op tica Sinic a,2005,25(5):717~718谢晓强,戴旭涵,赵小林等.位错型微机械可变光衰减器的研究[J].光学学报,2005,25(5):717~7183 Chen Zhe,Li Fen gli,Zh on g Jingang et al..Side polis hed fiberand its applications [C ].Pr ocee ding s of N ational 12th Conf erence of Op tical Fibe r Communication and 13th I ntegr ate d Op tics ,2005.407~412陈 哲,李丰丽,钟金钢等.侧边抛磨光纤及其应用[C].全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集,2005.407~4124 Ni M ing,H u Yongming,C hen Zhe et al..A model and analysisof five layer optical w aveguide of polariz ation maintaining fiber polarizer w ith metallic coatings [J].Acta Op tica Sinica ,2001,21(2):142~146倪 明,胡永明,陈 哲等.金属覆层保偏光纤偏振器的五层波导模型及理论分析[J].光学学报,2001,21(2):142~1465 H u Yongming,Liao Yanbiao,Ch en Zh e e t al ..M anu facture ofa double polarization structure of polariz ation maintaining fiber polarizer [J ].Ac ta Op tica S inica 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光纤通信光衰减器的工作原理
光纤通信是一种利用光纤作为传输介质的通信方式，具有传输速度快、带宽大、抗干扰能力强等优点，已经成为现代通信技术的主流。

在光纤通信中，光衰减器是一种重要的光学器件，用于调节光信号的强度，保证信号在光纤中的传输质量。

光衰减器的工作原理是利用其内部的光学元件对光信号进行衰减。

光衰减器的主要结构包括光学元件、机械结构和电路控制部分。

其中，光学元件是光衰减器的核心部分，它通常由一段光纤和一个可调节的衰减器组成。

光纤是一种能够将光信号传输到远距离的介质，其内部的光学特性决定了光信号的传输质量。

在光衰减器中，光信号通过光纤进入衰减器内部，经过衰减器内部的光学元件后，信号的强度会发生变化。

衰减器的调节通常通过机械结构实现，调节衰减器的位置和角度，从而改变光学元件对光信号的衰减程度。

同时，衰减器还需要有电路控制部分，用于控制衰减器的位置和角度，实现对光信号强度的精确调节。

衰减器的衰减程度通常用分贝（dB）来表示，衰减器的调节范围一般在0~30dB 之间。

在实际应用中，光衰减器通常用于调节光信号的强度，以保证信号在光纤中的传输质量。

例如，在光纤通信中，光衰减器可以用于调节光信号的强度，使其能够在不同距离的光纤中传输，同时可以避免信号过强或过弱导致的传输质量
问题。

总之，光衰减器是一种重要的光学器件，其工作原理是利用光学元件对光信号进行衰减，以保证信号在光纤中的传输质量。