專利名稱：一種電調諧光衰減器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新穎的電調諧光衰減器結構，屬于光通信、光電傳感和光信息處理器件的技術領域。
背景技術：
電控可調光衰減器是光通信系統中的重要無源器件之一，它廣泛應用于密集波分復用(DWDM)各信道的光功率均衡和調整經光纖放大器放大后的光信號等。也可用于模擬光纖長距離傳輸、傳輸系統的動態檢測等。近年來利用微機械技術制造的微光機電系統可調光衰減器具有體積小、重量輕、能耗小等優點，開辟了光衰減器設計及生產的新方法。一般的可調光衰減器不能實現衰減量精確調節并鎖定在特定值，而且通常為衰減片與步進電機聯合型，通過微型步進電機控制連續漸變衰減片旋轉或平移來達到數字化可調光衰減量。但該類設計受限于歩進電機成本高，體積較大，難以集成于日益縮小的光通訊模塊中；而且其核心部件之一的連續漸變衰減片，鍍膜工藝要求高，目前國內尚不能生產。
而基于電潤濕效應的變焦微透鏡可以改變微光學系統的光通量和視場性能，具有良好的操控性和適應性，作為取代傳統透鏡可應用于光學開關和光互連、三維光存儲、靜態數碼相機和醫學內窺鏡等系統。現有的研究和應用集中于單透鏡變焦成像技術，比較典型的如荷蘭Philips公司發布的FluidFocus和法國Varioptic公司發布的小型液體變焦透鏡，這些透鏡的變焦是利用電控方法通過改變液體的界面曲率進而調節焦距。這種技術采用了流動的液體作為變焦的透鏡組件，相對目前的機械變焦方式將有很多的優勢之處。但現有的研究和應用集中于單透鏡變焦成像技術，對于應用于光通信領域的連接器件涉及很少。
發明內容
技術問題本發明的目的在于提出一種新穎的電調諧光衰減器結構，解決光衰減器的電控調諧問題。具有重要的技術價值。本發明設計的光衰減器件具有結構簡單、容易制作、成本低廉等優點。
技術方案本發明的電調諧光衰減器以具有圓柱狀通孔的精密套管為主體，精密套管位于左連接器管腳和右連接器管腳之間，上述三者之間的空隙形成透鏡腔，用于存儲液體透鏡材料；透鏡腔內放置三種互不相溶的液體即第一低折射率流體、高折射率絕緣流體和第二低折射率流體，這三種液體構成雙透鏡介質，第一低折射率流體、第二低折射率流體中的一種或兩種為導電流體；套管采用導電材料制作并作為一個電極，另一個或兩個電極則是用導電材料制作的左連接器管腳和右連接器管腳。
所述的套管的內側設有絕緣層，絕緣層與流體接觸的內側設有疏水層。.-
精密套管一側開有三個注液小孔分別用于三種流體的注入。左、右連接器管腳中空為輸入光纖、輸出光纖的插入口，插入口與流體接觸處用密封玻璃密封防止流體泄漏。所述的左連接器管腳和右連接器管腳的中孔中設有粘膠。
具體制作時，選定特定的折射率的絕緣流體和導電流體，計算好體積配比方案，使入射光纖的接觸端面中心位于第一液體透鏡的焦點附近，出射光纖的接觸端面中心位于第二液體透鏡的焦點附近。當套管與左連接器管腳或右連接器管腳之間加上電壓后，導電流體與側壁之間的界面張力因電潤濕效應的作用而降低，從而改變液體界面的形狀，實現透鏡焦距的調諧，進而實現光纖耦合光強的調控，達到光的衰減控制目的。
有益效果根據以上敘述可知，本發明具有如下特點
本發明將微透鏡變焦技術與現代光通信技術相結合，設計了一種新穎的電控調諧的光衰減器件，由于未使用電機等復雜器件使得制作成本、生產工藝大大降低，具有重要的技術價值和經濟價值，將會在光通信和光信息處理領域得到廣泛的應用。
創新之處在于將液體變焦透鏡應用于光連接器件之中，實現了光衰減器的電控調諧。這種新穎的光衰減器將會在光通信領域和光信息處理領域中得到廣泛的應用。
圖1是電調諧光衰減器結構示意圖。圖中有精密套管1、左連接器管腳2、第一低折射率流體3、高折射率絕緣流體4、第二低折射率導電流體5、密封玻璃6、絕緣層7、疏水層8、輸入光纖9、輸出光纖IO、粘膠ll、右連接器管腳12、流體注入孔13。
圖2是電調諧光衰減器工作原理示意圖。
圖3是一種套管的設計圖。
具體實施例方式
一種新穎的電調諧光衰減器，其特征在于以具有圓柱狀通孔的精密套管1為主體，套管位于左連接器管腳2和右連接器管腳12之間。上述三者之間的空隙形成透鏡腔，用于存儲液體透鏡材料；透鏡腔內放置三種互不相溶的液體即第一低折射率流體(導電或不導電)3、高折射率絕緣流體4和第二低折射率流體(導電)5，這三種液體構成雙透鏡介質，第一低折射率流體3、第二低折射率流體5中的一種或兩種為導電流體；套管采用導電材料制作并作為一個電極，另一個或兩個電極則是用導電材料制作的左連接器管腳2和右連接器管腳12。所述的套管I的內側設有絕緣層7，絕緣層7與流體接觸的內側設有疏水層8.。套管一側開有三個注液小孔13分別用于三流體的注入。左、右連接器管腳中空為輸入光纖9、輸出光纖10的插入口，插入口與流體接觸處用玻璃片6密封防止流體泄漏。
實施例1:
精密套管1制備采用導電硅橡膠。這是由于導電硅橡膠易于擠壓成型，能通過模具注塑加工方法實現大規模生產，且可以作為一個電極；套管的一側預留三個注液小孔13。另一電極連接器管腳2或12采用金屬銅柱精密機械打孔并拋光而成，這是由于金屬銅是常見金屬且易于加工；孔的大小和輸入光纖9、輸出光纖10外徑相匹配。導電流體3或5在低溫使用時可能會有冰凍問題。可以用高濃度的鹽溶液來降低冰點。為了保持鹽水的低密度和折射率，采用低原子量的鹽氯化鋰。20%濃度的氯化鋰導致冰點低于-40〔，密度P為1. 12kg/m3，折射率為1.38。絕緣流體4采用混合的苯基甲基硅氧烷，它具有高折射率和良好的電濕性能。溶解幾個百分點碳四溴化合物(P=2.96kg/m3)的絕緣液體的密度與鹽溶液的密度相匹配。由此得到的折射率為1.55。這兩種液體的溫度相關折射率大體相
5同(dn/dT=-0.0003/K)。因此，在所需的溫度范圍內，對透鏡焦距的作用是很 小的，剩下的焦距小改變可以通過稍微調整電壓。密封玻璃6采用高性能的薄玻 璃片(如WR Scientific公司生產的一種生化實驗專用的蓋玻片。型號WEST Chester, PA19380),該玻片初性很好，透光率高；絕緣層7采用生長法在套管 內層上生成一層500nm的Si02，疏水層8可通過浸蘸疏水劑FOTs來實現。密封 膠ll采用環氧樹脂。
注液時，按照計算好的液體體積依次在三個主頁小孔內緩緩注入第一低折 射率流體(導電)、高折射率絕緣流體、第二低折射率流體(導電)。本方案采用 雙電源控制。由于左連接器管腳與第一導電流體直接接觸，第一電源的電壓施加 在第一導電流體和套管之間的介電絕緣層上,其界面張力因電潤濕效應的作用而 降低，從而改變第一導電液體和絕緣液體界面的形狀，實現第一透鏡焦距的控制。 上述原理同樣適用于第二透鏡的焦距控制。通過透鏡的焦點在光纖端面前后移動 來調節光纖的耦合光強從而實現光的衰減的控制。也可使用單電源控制第二透鏡 焦距來實現光的衰減控制。其電壓與輸出光強的關系由設計方案計算求得或通過 實驗測得，而后在顯示模塊上直接顯示光功率的衰減比值。
實施例2:
精密套管制備采用金屬銅銅柱精密機械加工成管套并拋光而成，銅套管壁預 留三小孔供流體注入。連接器管腳采用導電硅橡膠鑄模而成，中空為光纖預萆位 置，由于硅橡膠的柔韌性使得光纖的插入與拔出更方便。透明基片仍然采用高性 能的蓋玻片。絕緣層采用真空鍍膜法生成3微米厚的派瑞林。疏水層采用聚四氟 乙烯聚合物材料(英文縮寫為PTFE，商標名特富龍 ， Tefl0n@AF)涂層來實現。
為簡化制作過程，第一低折射率流體可以采用紫外或可見光固化粘膠制作成固化 透鏡。絕緣流體采用溴代十二烷(密度1.0399，折射率1.4583)，導電流體采用 配置為密度與之相等的食鹽水溶液，以去除重力的影響。電壓控制絕緣流體和導 電流體界面的形狀來調整焦點位置，從而調整透鏡-光纖的光強耦合。為了進一 歩保證透鏡的中心與光纖中心一致，套管的電芯可以設計成圖3所示，每一個 瓣膜作為電極，其電壓通過IC電路控制。
權利要求
1、一種電調諧光衰減器，其特征在于以具有圓柱狀通孔的精密套管(1)為主體，精密套管(1)位于左連接器管腳(2)和右連接器管腳(12)之間，上述三者之間的空隙形成透鏡腔，用于存儲液體透鏡材料；透鏡腔內放置三種互不相溶的液體即第一低折射率流體(3)、高折射率絕緣流體(4)和第二低折射率流體(5)，這三種液體構成雙透鏡介質，第一低折射率流體(3)、第二低折射率流體(5)中的一種或兩種為導電流體；套管采用導電材料制作并作為一個電極，另一個或兩個電極則是用導電材料制作的左連接器管腳(2)和右連接器管腳(12)。
2. 根據權利要求l所述的電調諧光衰減器，其特征在于所述的套管(1)的 內側設有絕緣層(7)，絕緣層(7)與流體接觸的內側設有疏水層(8)。
3. 根據權利要求1所述的電調諧光衰減器，其特征在于精密套管(1) 一側 開有三個注液小孔(13)分別用于三種流體的注入。
4. 根據權利要求l所述的電調諧光衰減器，其特征在于左、右連接器管腳 中空為輸入光纖(9)、輸出光纖(10)的插入口，插入口與流體接觸處用密封玻 璃(6)密封防止流體泄漏。
5. 根據權利要求l所述的電調諧光衰減器，其特征在于所述的左連接器管 腳(2)和右連接器管腳(12)的中孔中設有粘膠(11)。
全文摘要
一種電調諧光衰減器涉及基于電潤濕效應的由變焦透鏡構成的光衰減器結構該光衰減器以具有圓柱狀通孔的精密套管(1)為主體，套管位于左連接器管腳(2)和右連接器管腳(12)之間。上述三者之間的空隙形成透鏡腔，用于存儲液體透鏡材料；透鏡腔內放置三種互不相溶的液體即第一低折射率流體(3)、高折射率絕緣流體(4)和第二低折射率流體(5)，這三種液體構成雙透鏡介質，第一低折射率流體(3)、第二低折射率流體(5)中的一種或兩種為導電流體；套管采用導電材料制作并作為一個電極，另一個或兩個電極則是用導電材料制作的左連接器管腳(2)和右連接器管腳(12)。
文檔編號G02B26/02GK101464558SQ20091002831
公開日2009年6月24日 申請日期2009年1月13日 優先權日2009年1月13日
發明者信恒杰, 寧 徐, 菁 李, 鵬 楊, 梁忠誠, 晨 錢, 陶 陳 申請人:南京郵電大學