可调光衰减器的分类原理及使用

  可调度光衰减器（VOA）在光通讯中具有广泛的运用，其首要功用是用来减低或控制光。光网络的最根柢的特性应当是可调，格外是跟着DWDM传输系统和EDFA在光通讯中的运用，在多个光信号传输通道上有必要进行增益平坦化或信道功率均衡，在光接收器端要进做法态丰满的控制，光网络中也还需要对其它信号进行控制，这些都使得VOA变成其间不可或缺的要害器件。此外，VOA

  该种类型的VOA也有多种具体的结束方法。图1是挡光型光衰减器的原理图，驱动挡光元件拦在两个准直器之间，结束光功率的衰减。挡光元件可所以片状或许锥形，后者可经过旋转来推进，而前者需平推或许经过必定机械结构结束旋转至平推进作的转换。挡光型光衰减器能够制成光纤适配器结构，也能够制成图1所示的在线式结构。

  与上面提到的挡光型VOA类似，也有一种机械一电位器方法的EVOA方案。其原理是用步进电机拖动中性梯度滤光片，当光束经过滤光片不一样的方位时其输出光功率将按预定的衰减规则改动，然后抵达调度衰减量的目的。还有一种机械偏光式光衰减器。其根柢原理是从入端出的光束被反射片反射到出端口，两端口之间的反射耦合功率由反射片的倾斜角度来控制，然后结束光衰减的调度。而反射片的倾斜则由多种不一样的机理来控制。

  机械型光衰减器是较为传统的处理方案，到现在连续，已在系统中运用的VOA大多是用机械的方法来抵达衰减。该类型的光衰减用具有技能老到、光学特性好、低插损、偏振有关损耗小、无需控温等利益；而其缺陷在于体积较大、组件多结构凌乱、照顾速度不高、难以自动化出产、倒霉于集成等。

  磁光VOA是运用一些物质在磁场作用下所表现出的光学性质的改动，例如磁致旋光效应（法拉第效应）等亦可结束光能量的衰减，然后抵达调度光信号的目的。一种典型的偏振无关磁光VOA结构如图2所示。

  图2中，其间的（a）是实习的光路，为了非常好地说明其原理，我们选用（b）中的镜像光路。当光从双芯光纤的一端入射，经透镜准直后（省掉光束的厚度），进入到双折射晶体（其光轴垂直于纸面），被分红O光和E光两束光，然后进入法拉第旋转器，光从法拉第旋转器出射后被全反射镜反射，再依次经过法拉第旋转器、双折射晶体和透镜，毕竟从双芯光纤的另一端输出。因此，经过调制电压控制磁场，能够使进入法拉第旋转器的偏振光的偏振态发生旋转。在法拉第旋转角为0度的情况下，O光依然是O光，E光依然是E光，两束光不平行，不能合在一起，如虚线所示，此时衰减程度最大；在法拉第旋转角为45度的情况下，总的法拉第旋转角为90度，O光变成E光，E光变成O光，两束光平行，经过透镜集结后合在一起，此时衰减程度最小。当控制法拉第旋转角在0度和45度之直连续改动时，就能够结束衰减量的连续调度。

  运用材料的磁光效应并联络其它的技能，能够制作出高功用、小标准、高照顾及结构相对简略的光衰减器。这是运用分立微光器件技能制作光衰减器的一个有待进一步开发的领域。

  液晶VOA运用了液晶折射率各向异性而闪现出的双折射效应。当施加外电场时，液晶分子取向从头摆放，将会致使其透光特性发生改动，其作业原理如图3所示。

  液晶VOA具体的结束方法如图4所示。由入射光纤入射的光经准直器准直后，进入双折射晶体，被分红偏振态相互垂直的O光和E光，经液晶后，O光变成E光，E光变成O光，再由另一块双折射晶体合束，毕竟从准直器输出。当液晶材料两端的透明电极上加载电压V时，O光和E光经过液晶后都改动必定的角度，经第二块双折射晶体，每束光又被分红O光和E光，构成了4束光，基地两束毕竟构成一束从第二块双折射晶体出射，由准直器接收，其他两束从第二块双折射晶体出射后未被准直器接收，然后结束衰减。因此，经过在液晶的两个电极上施加不一样的电压控制光强的改动，能够结束不一样的衰减。

  液晶VOA能够结束光衰减器的小型化、高照顾化。但一起液晶材料刺进损耗较大，制作技能相对也较凌乱，格外是受环境要素的影响较大，它的利益是本钱低，已有批量商用。其它还有些功用材料在强电场作用下光学特性也会发生改动，例如铌酸锂（LiNbO3）晶体的电光效应，因此这也是有或许运用的一个途径。但由于类似这么的电光效应一般要数千伏乃至上万伏的强电场，所以运用在光通讯的无源器件领域有必定绑缚，至今鲜有有关的信息。

  MEMS是此领域中较新的运用技能，经过近几年的翻开，MEMS Chip的出产技能现已趋于老到，有力地推进了MEMS VOA的运用。在光网络中运用，以MEMS技能为基础的产品也具有明显的报价和功用上的优势。MEMS VOA有反射式VOA和衍射式VOA，如图5所示。

  反射式VOA的作业原理如图5（a）所示，它是在硅基上制作一块微反射镜。以unblocking型VOA为例。光经过双光纤准直器的一端进入，以必定角度入射到微反射镜上，当施加电压时，微反射镜在静电作用下被改动，倾角改动，入射光的入射角度发生改动，光反射后能量不能完全耦合进双芯准直器的另一端，抵达调度光强的目的；而未加电压时，微反射镜呈水平情况，光反射后能量完全耦合进双芯准直器的另一端。

  衍射式VOA是根据动态衍射光栅技能，如图5（b）所示。这种动态衍射光栅由平行微栅条阵列构成，微栅条上表面镀以200~300 nm厚的铝膜，起电极和反射光的两层作用，下表面是格外方案的由Si3N4和SiO2膜构成的双簧结构以供给弹性力，其下刻蚀的空气隙厚度与所欲运用的光谱波段有关。当施加电压信号时，在静电力的作用下相距离的动栅条方位向下移动以发生衍射光栅效应，作业情况如图5（b）所示。经过调度电压来控制一级衍射光然后抵达对光信号衰减量进行调度的目的。这种动态衍射光栅首要在成像及闪现技能中得到运用，它在功用上具有照顾速度快、衰减控制精度高、消光系数大、抗疲倦磨损等特征，能被用来制作许多其它光通讯器件的基地部件，如光开关阵列等。

  MEMS VOA现已很老到，并已许多出产和方案运用。一起由于制品率的疑问，在报价方面也面临着应战，其他由所以微机电部件，可靠性相对来说有时不可志向。前期的MEMS VOA都选用激光焊接的方法，设备投入较大，而且出产功率低、设备本钱高。现在，商场也推出了全胶技能的MEMS VOA，极好地处理了这一疑问。

  现在，现已能够大批量出产MEMS VOA的国外厂家首要有：Lightconnect（已被Neophotonics收购）、JDSU、Oplink、Avanex、Santec、Lightwave2020、AFOP等。在国内，高意通讯有限公司现已具有批量出产MEMS VOA的才调，而且具有激光焊接和全胶的技能途径。首要的产品包括单个VOA器件、4通道和8通道VOA模块，如图6所示。

  热光VOA首要是运用一些材料在温度场中所具有的光学性质改动特性，如温度改动所构成的使的热光材料折射率的改动等。按照结构的不一样，首要可大致分为两大类，泄露型和开光型VOA。

  泄露型热光VOA的原理如图7（a）所示，其原理是首要将有些光纤原有的外皮包层剥除，用热光材料代以构成外皮层。当对该热光材料外皮层施以温度改动时，由于其折射率的改动而致使原有光传输特性即模场直径（MFD）的改动，有有些的光信号能量将从该处逸出（辐射光），然后抵达经过控制温度来调度光衰减量的目的。

  关于开光型的热光VOA最典型的便是一种根据Mach-Zehnder干与仪（MZI）的原理，其具体结构如图7（b）所示。首要作业方法是在Mach-Zehnder干与仪的其间一个干与臂上面加上热光材料，并将热光材料置于薄膜加热器上。运用热光效应，使材料的折射率发生改动，然后改动MZI的干与臂的长度，使两臂发生不一样的光程差，进一步使得双光束的干与光强发生改动，结束对光衰减量的控制。MZI型平面光波导VOA体积小，利于高度集成，但是现在其技能还处于翻开和完善中。这种方法有必要对光束进行分束和耦合，这就会引入较大的插损，因此这种VOA功用还较差，封装难度大。

  热光VOA由于加热，冷却设备相对凌乱，温度场一光导介质折射率之间的数理函数联络凌乱而不易精确量化和控制，格外是其较长的照顾时间阻挡了其在现代光通讯中的运用。

  该种衰减器的根柢原理是运用声光晶体在超声波的作用下发生的周期性的应变，然后致使折射率的周期性改动，对等于建立了一块位相光栅，所以即可运用该光栅对光束进行调制。

  已有一些公司宣称已开宣告选用声光晶体的可调式衰减器（称之为AVOA）。据了解，声光晶体材料的获得没有疑问，不过现时期占全体本钱偏高，约占其间的4-5成。