技术领域
[0001] 本
发明涉及一种光学
电子器件，尤其涉及一种无损伤可调谐光纤功率衰减器。
背景技术
[0002] 随着光纤行业的快速发展，人们对光通信器件也提出了更高的要求。光衰减器是旨在降低
波导中传输光功率的一种器件。在光纤传输的通路中需要用衰减器将
信号强度降低到所需要的强度。譬如对于一般的
光谱仪来说，其输入光的功率不能超过几百毫瓦，否则将极易导致器件的损耗。在光接收机中过高的光功率将导致
电信号的失真和非线性的增加，进而降低器件的使用寿命。因此需要对某些
光源进行衰减后再进行相关测试与处理。但是，衰减的程度也并非越小越好，在光接收机中，如果其光功率小于其最佳接受光功率，则会引起信号幅度小以及
信噪比的劣化。因此，提供一种可实现衰减量大范围、高
精度、连续可调谐的光功率衰减器是十分必要的。
[0003] 目前常用的一种衰减器是接头插入的衰减器，这种衰减器存在以下问题：1、大量的热量进入衰减器，容易烧坏光纤连接器或衰减器的连接头；2、接头部分会有部分反射光沿光纤返回，可能会导致光源或前级系统的损坏；3、会有阶跃性衰减量，难以实现从零衰减；4、很多场合光纤链路是封闭的，无法插入其他的光器件，需要熔接与插入式衰减器相匹配的插头，这会增加熔点、破坏光纤链路的完整性，且操作复杂。
[0004] 目前还有一种用得较普遍的方法是在光纤通路中接入一段衰减光纤，用于在
信号传输中消耗或衰减掉部分输入功率，而剩余部分可以继续通过该系统。但这种衰减光纤在制造时需添加杂质元素，生产成本较高，可靠性和
稳定性较差。此外，这种方法也会增加熔点、操作复杂、破坏了光纤链路的完整性、且衰减值固定难以实现衰减量的连续的调谐。
发明内容
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种无损伤可调谐光纤功率衰减器，能够实现衰减量大范围、高精度的连续调谐，且可随意插入光路中任意
位置，不会对原有的光纤系统造成损伤或改变，结构简单，操作方便，稳定性好。
[0006] 本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种无损伤可调谐光纤功率衰减器，包括
螺纹立柱和底座，所述螺纹立柱固定在底座上，所述螺纹立柱上设有一对光纤夹具，所述光纤夹具上开设有容纳光纤的V形槽，所述一对光纤夹具和螺纹立柱通过螺纹相连且旋转方向相反。
[0007] 上述的无损伤可调谐光纤功率衰减器，其中，所述光纤夹具包括
磁性夹板，所述V形槽设于所述磁性夹板上，所述磁性夹板上设有可翻折的压片，所述压片上设有弹垫，所述弹垫位于V形槽的上方。
[0008] 上述的无损伤可调谐光纤功率衰减器，其中，所述一对光纤夹具上下相对设置，所述一对光纤夹具上压片的翻折方向相反。
[0009] 上述的无损伤可调谐光纤功率衰减器，其中，所述螺纹立柱的直径范围为4mm～10mm。
[0010] 上述的无损伤可调谐光纤功率衰减器，其中，对于单模光纤，所述螺纹立柱的直径根据所需调节的光纤弯曲损耗，按如下关系确定：
[0011]
[0012] 其中,ξ＝Δ3/21.137Δ-0.01，Rn＝n2R/λ0，Δ＝(n1-n2)/n2；R为光纤的弯曲半径，光纤弯曲直径2R为螺纹立柱的直径，λ0为工作
波长，n1和n2分别为光纤纤芯和包层的折射率，Δ为光纤的相对折射率，λ0和R的单位为μm。
[0013] 本发明对比
现有技术有如下的有益效果：本发明提供的无损伤可调谐光纤功率衰减器，利用光纤的弯曲损耗，通过调节缠绕在螺纹立柱上光纤的长度从而实现对光纤系统的无损伤、大范围、高精度的连续功率调谐，且可随意插入光路中任意位置，不会对原有的光纤系统造成损伤或改变，结构简单，操作方便，构件间连接可靠，稳定性好，价格低廉，使用寿命长。
附图说明
[0014] 图1为本发明无损伤可调谐光纤功率衰减器结构示意图。
[0015] 图2为本发明中光纤功率衰减器中光纤夹具的结构示意图；
[0016] 图3为本发明的光纤功率衰减器控制弯曲半径与弯曲损耗原理图；
[0017] 图4为本发明的光纤功率衰减器一个具体应用实例的结构示意图。
[0018] 图中：
[0019] 1 光纤夹具 2 螺纹立柱 3 底座
[0020] 11 高功率
半导体激光器 12 合束器 13 增益光纤[0021] 14 高反射率光纤光栅 15 低反射率光纤光栅 16 光纤功率衰减器
[0022] 17 传能光纤 18 光谱仪 101 磁性夹板[0023] 102 压片 103 弹垫 104 V形槽具体实施方式
[0024] 下面结合附图和
实施例对本发明作进一步的描述。
[0025] 图1为本发明无损伤可调谐光纤功率衰减器结构示意图；图2为本发明中光纤功率衰减器中光纤夹具的结构示意图。
[0026] 请参见图1和图2，本发明提供的无损伤可调谐光纤功率衰减器包括螺纹立柱2和底座3，所述螺纹立柱2固定在底座3上，所述螺纹立柱2上设有一对光纤夹具1，所述光纤夹具1上开设有容纳光纤的V形槽104，所述一对光纤夹具1和螺纹立柱2通过螺纹相连且旋转方向相反。
[0027] 本发明提供的无损伤可调谐光纤功率衰减器，其中，所述光纤夹具1包括磁性夹板101，所述V形槽104设于所述磁性夹板101上，所述磁性夹板101上设有可翻折的压片102，所述压片102上设有弹垫103，所述弹垫103位于V形槽104的上方，光纤在夹具中可轻微滑动。所述的螺纹立柱2上布满同等直径的螺纹；所述的磁性夹板101上有螺纹，且直径与螺纹立柱的螺纹相匹配，可螺旋旋转于螺纹立柱2上。所述一对光纤夹具1优选上下相对设置放置于螺纹立柱上，所述一对光纤夹具1上压片102的翻折方向相反，使得目标进行功率衰减的光纤可平滑的缠绕在螺纹立柱2上。
[0028] 图3为本发明的光纤功率衰减器控制弯曲半径与弯曲损耗原理图。
[0029] 请继续参见图3，本发明的原理在于，除了光纤的熔接损耗和光纤的连接损耗，光纤的损耗还来源于光纤的弯曲。这是因为在光纤弯曲时，光纤中传导的模会由于
辐射而损耗光功率。弯曲损耗的大小与光纤的缠绕半径成反比例关系。当光纤弯曲时，单位长度光纤的损耗由其缠绕半径决定，当
曲率半径大于一个临界值Rc时，弯曲损耗很小可以忽略不计；但在
曲率半径小于临界值Rc时，附加的损耗将按指数的规律迅速增加。本发明就是基于光纤的宏弯损耗规律而设计的：在单位长度光纤损耗一定时，通过改变缠绕光纤的长度从而使得光纤的损耗可调。
[0030] 以单模光纤为例，对于单位长度的光纤来说，其弯曲损耗和其弯曲半径之间的关系可以简化为下式：
[0031]
[0032] 其中ξ＝Δ3/21.137Δ-0.01，Rn＝n2R/λ0，Δ＝(n1-n2)/n2；R为光纤的弯曲半径，λ0为工作波长，n1和n2分别为光纤纤芯和包层的折射率，Δ为光纤的相对折射率。λ0和R的单位为μm。用Matlab对上式进行模拟仿真，可得出弯曲损耗和弯曲半径的变化图，由图3可见，弯曲半径越小单位长度光纤引入的损耗越大，当弯曲半径在5mm以下时，弯曲损耗将快速增长。因此，本发明的立柱直径一般控制在4mm～10mm之间，这样光纤既会引入可观的损耗量，又不会对光纤造成损伤。在实际应用中，可将本发明中的衰减器对光路中任何一段光纤进行操作，首先将光纤夹持在两个夹具中，光纤可在夹具中轻微滑动，轻轻旋转夹具，使得光纤沿着螺纹均匀缠绕在立柱上。通过改变两个光纤夹具在螺纹立柱上旋转的位置进而改变光纤的缠绕长度，从而实现了光纤功率的连续衰减。由于缠绕光纤的长度可控范围大，可实现零起点衰减量的、大范围、连续可调谐的衰减。通过微小转动光纤夹具可实现高精度的衰减调谐，比如在磁性夹板的
螺纹孔处可设置一个
锁紧螺钉，在夹具位置确定后，旋紧螺钉以顶紧
螺柱从而实现夹具的固定。这种装置结构简单，操作方便，构件间连接可靠，稳定性好，价格低廉，使用寿命长，且不会对原有的光纤系统造成损伤或改变。
[0033] 图4为本发明的光纤功率衰减器一个具体应用实例的结构示意图。
[0034] 请继续参见图4，本实例的目的在于测量一个高功率光纤光栅激光器的激光光谱。这个高功率光纤光栅激光器的构成为高功率半导体激光器11经合束器12耦合进增益光纤
13，激光腔的两端为高反射率光纤光栅14和低反射率光纤光栅15。为了防止高功率激光的输出对光谱仪18造成损伤，本发明将低反射率光纤光栅15后的一段外包层直径为125μm的传能光纤17缠绕于本发明提供的光纤功率衰减器16上，通过调节光纤功率衰减器16中两夹具的在螺纹上的相对位置，从而改变传能光纤17的缠绕长度和弯曲损耗大小，进而将激光功率衰减至合适大小之后再入射至光谱仪18。为防止激光器中的寄生振荡，传能光纤
17的另一端切斜面。这种斜面输出的激光难以使用接头插入的衰减器，因为会有很大的对接损耗，不能实现小范围的功率衰减调谐。而本发明可实现零起点衰减量的、大范围、连续可调谐的衰减。其次
泵源入射功率的大小会引起光纤光栅
温度的变化，导致光纤光栅反射峰随温度而漂移，激光器的工作波长也会变化，因此通过调节泵源大小调谐激光功率的同时会引起激光波长的改变，影响波长测量的准确性。但通过本发明提供光纤功率衰减器16，就可避免，因为本发明仅会对光纤功率进行衰减而不会改变激光的波长。
[0035] 虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的
修改和完善，因此本发明的保护范围当以
权利要求书所界定的为准。
