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1、(10)申请公布号 CN 103353678 A(43)申请公布日 2013.10.16CN103353678A*CN103353678A*(21)申请号 201310288588.0(22)申请日 2013.07.10G02F 1/095(2006.01)(71)申请人天津大学地址 300072 天津市南开区卫津路92号(72)发明人韩群 陈耀飞 吕晓英 刘铁根(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所 12201代理人刘国威(54) 发明名称基于磁流体和无芯光纤的磁控可调光衰减器(57) 摘要本发明涉及光纤通信和光纤激光领域，提出一种非机械式可调光衰减器，其结构简单、易于制作，为。
2、此，本发明采用的技术方案是：一种基于磁流体和单模-多模-单模结构的磁控可调光衰减器，包括：输入光纤、多模无芯光纤、磁流体、输出光纤、毛细管、电磁铁和电流源，输入光纤和输出光纤均为标准单模光纤，光信号由输入光纤进入多模无芯光纤，多模无芯光纤部分被置于合适内径的石英毛细管中并充以磁流体，使多模无芯光纤完全浸没于磁流体中，石英毛细管两端用光学固化胶密封，通过多模无芯光纤的光信号最终耦合入输出光纤而输出，通过调节电流源的电流改变电磁铁的磁感应强度，从而最终导致光信号的衰减。本发明主要应用于激光、光纤通信场合。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局。
3、(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图2页(10)申请公布号 CN 103353678 ACN 103353678 A1/1页21.一种基于磁流体和单模-多模-单模结构的磁控可调光衰减器，其特征是，包括：输入光纤、多模无芯光纤、磁流体、输出光纤、毛细管、电磁铁和电流源，输入光纤和输出光纤均为标准单模光纤，光信号由输入光纤进入多模无芯光纤，多模无芯光纤部分被置于合适内径的石英毛细管中并充以磁流体，使多模无芯光纤完全浸没于磁流体中，石英毛细管两端用光学固化胶密封，以避免磁流体外溢和变质，通过多模无芯光纤的光信号最终耦合入输出光纤而输出，通过调节电流源的电流改变电磁铁的磁感应强度，从而。
4、对毛细管内的磁流体施加影响，最终导致光信号的衰减。2.如权利要求1所述的基于磁流体和单模-多模-单模结构的磁控可调光衰减器，其特征是，多模无芯光纤为对外界折射率敏感的多模光波导，是商品化的无芯光纤，或者将普通多模光纤去掉包层后来充当；磁流体是用分散剂包裹的纳米级磁性颗粒的水或油溶液。权 利 要 求 书CN 103353678 A1/3页3基于磁流体和无芯光纤的磁控可调光衰减器技术领域0001 本发明涉及光纤通信和光纤激光领域，具体讲，本发明涉及基于磁流体和无芯光纤的磁控可调光衰减器。背景技术0002 光衰减器是一种重要的光纤无源器件。根据衰减量是否调谐可分为固定式衰减器和可调衰减器，其中可调衰。
5、减器可以根据需要来灵活调节光纤中光信号的功率，是全光纤网络中非常重要的元件。现有的可调谐光衰减器大多采用机械调节的方式，例如移动渐变光吸收衰减片，或者用机械的方法控制光纤的弯曲程度等。但是机械调节方式对机械传动装置的精度和稳定度都有很高的要求，制作工艺复杂，成本较高，而且衰减片工作时的振动还会造成系统损耗的不稳定性和重复性较差。因此，研制一种结构简单、易于制作的非机械式可调光衰减器变得尤为重要。发明内容0003 为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种可以通过改变磁感应强度来控制光传输损耗的非机械式可调光衰减器。这种衰减器结构简单、易于制作，只需调节磁场的大小即可控制衰减量。0004 本发明采。
6、用的技术方案是：0005 一种基于磁流体和单模-多模-单模结构的磁控可调光衰减器，包括：输入光纤、多模无芯光纤、磁流体、输出光纤、毛细管、电磁铁和电流源，输入光纤和输出光纤均为标准单模光纤，光信号由输入光纤进入多模无芯光纤，多模无芯光纤部分被置于合适内径的石英毛细管中并充以磁流体，使多模无芯光纤完全浸没于磁流体中，石英毛细管两端用光学固化胶密封，以避免磁流体外溢和变质，通过多模无芯光纤的光信号最终耦合入输出光纤而输出，通过调节电流源的电流改变电磁铁的磁感应强度，从而对毛细管内的磁流体施加影响，最终导致光信号的衰减。0006 多模无芯光纤为对外界折射率敏感的多模光波导，是商品化的无芯光纤，或者将。
7、普通多模光纤去掉包层后来充当；磁流体是用分散剂包裹的纳米级磁性颗粒的水或油溶液。0007 本发明可取得如下效果：0008 由输入光纤进入的光信号首先耦合入无芯光纤。无芯光纤对信号光而言是一多模光波导，信号光在无芯光纤中传输的过程中会激起多个模式并引发模式干涉，同时在无芯光纤的表面会产生倏逝场。模式干涉和倏逝场的损耗会随着无芯光纤的长度、芯径、特别是外部介质折射率变化而变化。外界磁场发生变化时，磁流体的折射率会发生变化，造成无芯光纤中模式干涉和倏逝场的变化，最终导致光信号损耗的变化。通过调节电流源供给电磁铁的电流可以方便的控制磁感应强度，从而可以控制光信号通过整个器件的衰减量。本发明是一种非机械。
8、式光衰减器，无任何机械调整部件，也不需要精确调整，器件制作完成后将说 明 书CN 103353678 A2/3页4之置于电磁铁的磁场之中，只需控制通过电磁铁的电流改变其产生的磁场就可以精确控制光衰减量。另外，该衰减器为全光纤结构，具有插入损耗低、结构简单、成本低、易于制作和使用等优点。附图说明0009 图1是本发明的结构示意图。0010 图2是衰减器在无芯光纤部分的横截面示意图。0011 图3是衰减器在不同的磁感应强度下典型的透射损耗谱。0012 图4是衰减器透射峰值损耗百分比随磁感应强度的变化。0013 图1中：0014 1.输入光纤，2.石英毛细管，3.无芯光纤，4.磁流体，5.光学固化胶。
9、，6.输出光纤，7.电磁铁，8.电流源。具体实施方式0015 为克服机械式可调光衰减器的缺点，本发明采用基于无芯光纤的单模-多模-单模结构并利用磁流体的磁场可控性质，提出了一种全光纤化的磁控可调光衰减器。0016 本发明主要由输入光纤、多模无芯光纤、磁流体、输出光纤、毛细管、电磁铁和电流源构成。0017 本发明解决其技术问题所采用的方案是：（1）将两段单模光纤（输入光纤和输出光纤）熔接于合适长度和芯径的无芯光纤两端，构成单模-多模-单模结构；（2）将无芯光纤部分置于一条石英毛细管中，在管中注满磁流体使其完全浸没无芯光纤，然后在毛细管两端用光学固化胶密封；（3）光信号从输入光纤进入，在无芯光纤中。
10、传输的过程中会发生多模干涉并在无芯光纤界面附近激发倏逝场，外界磁场的变化会引起包覆无芯光纤的磁流体的等效折射率变化，进而影响多模干涉和倏逝场的变化，最终影响耦合入输出光纤的光信号强度（或衰减量）的变化；（4）磁场通过电磁铁施加，通过电流源控制通过电磁铁的电流来改变磁场的大小，从而控制衰减量；（5）光衰减器的最佳工作波长与无芯光纤芯径和长度有关，可以根据需要进行设计；（6）无芯光纤既可以是商品化的无芯光纤，也可以将普通多模光纤去掉（比如腐蚀）包层后来充当；磁流体是用分散剂包裹的纳米级磁性颗粒的水或油溶液。0018 下面结合附图和实施例来对本发明做进一步的说明：0019 如图1为整个装置的原理示意。
11、图。本实例中所用的单模光纤（输入光纤1和输出光纤6）为标准单模光纤（Corning SMF-28）；无芯光纤3为台湾卓越公司生产的商品化无芯光纤（NCF61.5），为纯石英材料制成，直径61.5m，涂覆层（聚合物材料）直径160m；磁流体为美国FerroTec公司生产水基磁流体（EMG605），纳秒磁性颗粒为Fe3O4，浓度3.9%；毛细管长度为100mm，内径0.3mm。0020 首先，将一段无芯光纤3的涂覆层完全剥离，再将其两端分别与输入光纤1和输出光纤6熔接在一起形成一个单模-多模-单模的光纤结构；然后，将毛细管2套在无芯光纤3的外面，将磁流体4注入毛细管2中并将其两端用光学固化胶5密封。
12、；最后，将毛细管2置于电磁铁7产生的磁场之中，通过调节电流源8即可控制电磁铁7的磁场从而控制整个装说 明 书CN 103353678 A3/3页5置对信号光的衰减量。0021 图2所示的是被毛细管包裹的无芯光纤部分的横截面示意图。为了得到最佳实施效果，无芯光纤应避免与毛细管壁接触并完全浸没与磁流体中。0022 图3所示为不同磁感应强度（0Gs、50Gs、100Gs、150Gs和200Gs）下可调光衰减器的透射损耗谱。Gs为磁感应强度单位高斯。本实例所用的无芯光纤长度约为9.4cm，对应的透射峰值波长约为1560nm。可调光衰减器的工作波长应该选择在其透射峰值波长附近，以保证有较小的插入损耗。图4所示为工作波长（1560nm）处衰减器衰减量随磁感应强度的变化曲线。可以看出，通过调节磁感应强度的大小（0-220Gs）该衰减器的损耗可以在0-85%（0-8.3dB）之间连续变化。dB为衰减单位分贝。0023 综上可以看出，本发明可以通过改变磁场大小有效地实现对光纤中信号光的可调衰减。说 明 书CN 103353678 A1/2页6图1图2图3说 明 书 附 图CN 103353678 A2/2页7图4说 明 书 附 图CN 103353678 A。