一種光信號衰減器及一種光信號傳輸系統(tǒng)

本實用新型涉及光通信領域，尤其涉及一種光信號衰減器及一種光信號傳輸系統(tǒng)。

光信號衰減器是光纖通信系統(tǒng)的重要器件之一，主要用來降低或控制光信號，實現(xiàn)不同通信信道之間的功率均衡。在光信號傳輸系統(tǒng)中各光學器件的光學特性會隨溫度的改變而發(fā)生變化，需要根據(jù)溫度的變化對光信號衰減器的衰減強度進行調節(jié)，其中，光信號衰減器的衰減強度是指，經(jīng)過光信號衰減器前的光信號的強度與經(jīng)過光信號衰減器后的光信號的強度之間的差值。

相關的光信號衰減器通過溫度傳感器和執(zhí)行機構實現(xiàn)對光信號衰減器的衰減強度的調節(jié)，這種光信號衰減器需要消耗外部能量。

本實用新型提供一種光信號衰減器及一種光信號傳輸系統(tǒng)，以解決如何在無需消耗外部能量的前提下，使光信號衰減器的衰減強度隨溫度的變化自動調節(jié)的技術問題。

本實用新型實施例提供一種光信號衰減器，該光信號衰減器包括：光信號通道，設置有容納空間；衰減元件，至少一部分位于所述容納空間中，以吸收所述光信號通道中的一部分光信號；形變元件，與所述衰減元件連接，所述形變元件能夠根據(jù)溫度發(fā)生形變，以使所述衰減元件發(fā)生位移；其中，所述衰減元件的位移方向與所述光信號通道的延伸方向呈預設的角度。

進一步地，所述光信號衰減器還包括固定件；沿所述形變元件的延伸方向，所述形變元件的一端與所述固定件固定連接，所述形變元件的另一端與所述衰減元件連接；所述形變元件的延伸方向與所述光信號通道的延伸方向呈所述的預設的角度。

進一步地，所述光信號衰減器還包括：固定件；第一連接件，與所述固定件連接，并與所述形變元件連接；第二連接件，與所述固定件連接，并與所述形變元件連接；所述第一連接件和所述第二連接件沿所述形變元件的延伸方向設置，所述形變元件與所述衰減元件連接的位置位于所述第一連接件和所述第二連接件之間。

進一步地，沿所述形變元件的延伸方向，所述第一連接件和所述第二連接件相距預設的距離。

進一步地，所述形變元件包括：第一金屬片，與所述衰減元件連接，并通過所述第一連接件和所述第二連接件與所述固定件連接；第二金屬片，與所述第一金屬片連接，且所述第二金屬片的熱膨脹系數(shù)與所述第一金屬片的熱膨脹系數(shù)不同。

進一步地，所述光信號衰減器還包括鎖止元件；所述第一連接件與所述固定件可滑動地連接，并與所述形變元件可滑動地連接，所述第一連接件與所述鎖止元件可拆卸地連接，以限制所述第一連接件和所述形變元件之間的相對運動，以及所述第一連接件和所述固定件之間的相對運動，和/或，所述第二連接件與所述固定件可滑動地連接，并與所述形變元件可滑動地連接，所述第一連接件與所述鎖止元件可拆卸地連接，以限制所述第一連接件和所述形變元件之間的相對運動，以及所述第一連接件和所述固定件之間的相對運動。

進一步地，所述光信號衰減器還包括：安裝座，所述安裝座與所述形變元件和所述衰減元件連接。

進一步地，所述光信號通道包括：第一準直器，位于所述衰減元件的一側；第二準直器位于所述衰減元件的另一側；所述第一準直器和所述第二準直器之間形成所述容納空間。

進一步地，所述第一準直器和所述第二準直器的端部均設置有增透膜。

本實用新型實施例還提供了一種光信號傳輸系統(tǒng)，該光信號傳輸系統(tǒng)包括：分光器，設置有第一信號輸出端和第二信號輸出端；第一光纖，與所述第一信號輸出端連接；第二光纖，與所述第二信號輸出端連接；如前文所述的光信號衰減器，所述光信號衰減器設置于所述第一光纖或所述第二光纖中。

本實用新型實施例提供一種光信號衰減器，包括設置有容納空間的光信號通道、部分位于光信號通道中的衰減元件和與衰減元件連接的形變元件，在溫度發(fā)生變化時形變元件帶動衰減元件產(chǎn)生位移，并使衰減元件占光信號通道的橫截面的面積發(fā)生改變，從而改變衰減光信號占總光信號中的比例，進而調節(jié)光信號衰減器的衰減強度。即，本實用新型實施例利用溫度變化時光信號衰減器的形變元件產(chǎn)生的動能，使光信號衰減器的衰減強度隨溫度的變化而自動調節(jié)，而無需消耗外部能量。

圖1為本實用新型實施例提供的一種光信號衰減器的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的另一種光信號衰減器的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的另一種光信號衰減器的結構示意圖；

圖4為本實用新型實施例提供的另一種光信號衰減器的結構示意圖；

圖5為本實用新型實施例提供的光信號衰減器中的第一類型的鎖止元件的結構示意圖；

圖6為本實用新型實施例提供的光信號衰減器中的第二類型的鎖止元件的結構示意圖；

圖7為本實用新型實施例提供的光信號衰減器中的一種安裝座、形變元件和衰減元件的裝配示意圖；

圖8為本實用新型實施例提供的光信號衰減器中的一種第一準直器、第二準直器和衰減元件的裝配示意圖；

圖9為本實用新型實施例提供的一種光信號傳輸系統(tǒng)的結構示意圖；

圖10為本實用新型實施例提供的一種光信號傳輸系統(tǒng)中光信號衰減器的衰減強度與溫度的對應關系圖。

附圖標記說明

10-光信號通道，11-容納空間，12-第一準直器，13-第二準直器，20-衰減元件，30-形變元件，31-第一金屬片，32-第二金屬片，40-固定件，50-第一連接件，60-第二連接件，70-鎖止元件，70A-第一類型的鎖止元件，71A-套筒，72A-底座，73A-形變槽，74A-夾板，75A-鎖止孔，70B-第二類型的鎖止元件，71B-安裝套，72B-座板，73B-螺紋孔，80-安裝座，1-分光器，1a-第一信號輸出端，1b-第二信號輸出端，2-第一光纖，3-第二光纖，4-光信號衰減器。

在具體實施方式中所描述的各個實施例中的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以進行各種組合，例如通過不同的具體技術特征的組合可以形成不同的實施方式，為了避免不必要的重復，本實用新型中各個具體技術特征的各種可能的組合方式不再另行說明。

在以下具體實施方式中所述光信號衰減器可以用于任何通光纖傳輸系統(tǒng)，例如，該光信號衰減器可以用于網(wǎng)絡光信號傳輸系統(tǒng)，還可以用于近距離的控制系統(tǒng)的光信號傳輸。

如圖1所示，所述光信號衰減器包括：光信號通道10、衰減元件20和形變元件30。光信號通道10用于傳輸光信號，光信號通道10可以為任何可以傳輸光信號的元件，例如可以為光纖，光信號在光纖中傳輸；例如還可以為包括光信號發(fā)射器和光信號接收器的光信號通道，光信號從光信號發(fā)射器發(fā)出并由光信號接收器接收。光信號通道10中設置有容納空間11，容納空間11用于容納衰減元件20，即，衰減元件20穿過容納空間11進入光信號通道中。根據(jù)光信號通道10的形式不同，容納空間11的形式也不同，例如，光信號通道10為傳輸光纖，該傳輸光纖設置有插槽，從而在傳輸光纖中形成容納空間11；例如，光信號通道為包括光信號發(fā)射器和光信號接收器的光信號通道，光信號發(fā)射器和光信號接收器相距預設的距離，在光信號發(fā)射器和光信號接收器之間形成容納空間11。

衰減元件20為可以吸收光信號的元件，至少一部分的衰減元件20位于容納空間11中，即，至少一部分的衰減元件20位于光信號通道10中，從而吸收光信號通道10中的光信號，從而實現(xiàn)對光信號的衰減。具體的，衰減元件20占用至少一部分的容納空間11，光信號在穿過容納空間11時，至少有一部分的光信號穿過衰減元件20，在該部分的光信號穿過衰減元件20的過程中，該部分的光信號的一部分被衰減元件20吸收，從而降低了該部分的光信號的強度，進而降低了經(jīng)過衰減元件20后的光信號的強度。可選的，衰減元件20為經(jīng)光學拋光的中性吸收玻璃。

形變元件30為可以根據(jù)溫度發(fā)生形變的元件，即，形變元件30為溫度敏感元件，在形變元件30所在環(huán)境的溫度發(fā)生變化的狀態(tài)下，在形變元件30中產(chǎn)生內應力并在該內應力的作用下產(chǎn)生形變。形變元件30與衰減元件20連接，從而在形變元件30所在環(huán)境的溫度發(fā)生變化的狀態(tài)下，形變元件30帶動衰減元件20發(fā)生位移，其中，衰減元件30的位移方向與光信號通道10的延伸方向呈預設的角度，需要說明的是，預設的角度大于0度，即，衰減元件30的位移方向不與光信號通道10的延伸方向平行。下面對光信號衰減器的衰減強度進行調節(jié)的原理進行示例性說明。

為了便于說明，將垂直于光信號通道10的延伸方向的截面稱為橫截面，衰減元件20占該橫截面的至少一部分，在光信號穿過該橫截面時，至少一部分的光信號穿過衰減元件20，為了便于說明，以下將該部分的光信號稱為衰減光信號。衰減光信號在穿過衰減元件20的過程中，衰減元件20吸收部分的衰減光信號，從而使衰減光信號的強度降低，進而使穿過光信號衰減器的光信號的強度降低，其中，衰減元件20占該橫截面的面積越大，衰減光信號占總光信號的比例越大，光信號衰減器的衰減強度越強。在光信號衰減器所在的環(huán)境溫度發(fā)生變化的狀態(tài)下，形變元件30發(fā)生形變，從而使衰減元件20發(fā)生非平行于光信號通道10的延伸方向的位移，使衰減元件20占橫截面的面積發(fā)生改變，改變衰減光信號占總光信號的比例，進而改變光信號衰減器的衰減強度，即，根據(jù)溫度調節(jié)光信號衰減器的衰減強度。

本實用新型實施例提供的光信號衰減器，包括設置有容納空間的光信號通道，部分位于光信號通道中的衰減元件和與衰減元件連接的形變元件，在溫度發(fā)生變化時形變元件帶動衰減元件產(chǎn)生位移，并使衰減元件占光信號通道的橫截面的面積發(fā)生改變，從而改變衰減光信號占總光信號中的比例，進而調節(jié)光信號衰減器的衰減強度，即，利用溫度變化時光信號衰減器的形變元件產(chǎn)生的動能，使光信號衰減器的衰減強度隨溫度的變化而自動調節(jié)，而無需消耗外部能量。

在一些實施例中，如圖2所示，光信號衰減器還包括固定件40。沿形變元件30的延伸方向(即形變元件30的尺寸最長的方向)，形變元件30的一端與固定件40固定連接，形變元件30的另一端與衰減元件20連接，在溫度發(fā)生變化時，形變元件30帶動衰減元件20沿形變元件20的延伸方向運動，其中，形變元件30的延伸方向與光信號通道10的延伸方向呈預設的角度，即，形變元件30的延伸方向不與光信號通道10的延伸方向垂直，從而使衰減元件20發(fā)生沿非垂直于光信號通道10的延伸方向山的位移，改變衰減元件20占光信號通道10的橫截面的面積，進而改變光信號衰減器的衰減強度，即，使光信號衰減器的衰減強度能夠隨溫度自動調節(jié)。

在另一些實施例中，如圖3所示，光信號衰減器還包括：固定件40，第一連接件50和第二連接件60。第一連接件50與固定件40連接，并與形變元件30連接，即，形變元件30的通過第一連接件50與固定件40連接；第二連接件60與固定件40連接，并與形變元件30連接，即，形變元件30還通過第二連接件60與固定件40連接。第一連接件50和第二連接件60沿形變元件30的延伸方向設置，形變元件30與衰減元件20連接的位置位于第一連接件50和第二連接件60之間，即，沿形變元件30的延伸方向，衰減元件20位于第一連接件50和第二連接件60之間。在溫度發(fā)生變化時，位于第一連接件50和第二連接件60之間的形變元件30發(fā)生彎曲，從而使衰減元件20產(chǎn)生位移，其中，在形變元件30彎曲時，形變元件30與衰減元件20連接的位置的位移不與光信號通道10的延伸方向平行，從而使衰減元件20產(chǎn)生非平行于光信號通道10的延伸方向的位移，并使衰減元件占光信號通道的橫截面的面積發(fā)生改變，從而改變衰減光信號占總光信號中的比例，進而調節(jié)光信號衰減器的衰減強度。

在一些實施例中，如圖3所示，沿形變元件30的延伸方向，第一連接件50和第二連接件60相距預設的距離，以使形變元件30能夠在壓應力的作用下發(fā)生失穩(wěn)彎曲，進而通過形變元件的彎曲使衰減元件20產(chǎn)生位移，從而調節(jié)光信號衰減器的衰減強度。第一連接件50和第二連接件相距的最小間距根據(jù)光信號衰減器的衰減強度的調節(jié)精度確定，具體的，根據(jù)光信號衰減器的衰減強度的調節(jié)精度確定最小壓應力Pmin，即，能夠使形變元件30發(fā)生彎曲的壓應力的最小值。然后下式計算得到臨界壓應力：

式(1)中Pcr為臨界壓應力，E為形變元件30的彈性模量，I為形變元件30的慣性矩，L為第一連接件50和第二連接件60之間的形變元件的長度，即，沿形變元件30的延伸方向上，第一連接件50和第二連接件60的間距。使臨界壓應力Pcr小于最小壓應力Pmin可以使形變元件30在最小的壓應力Pmin的作用下能夠彎曲，即

Pcr

將式(1)帶入式(2)中：

根據(jù)式(3)可以得到第一連接件50和第二連接件相距的最小間距Lmin：

在一些實施例中，如圖4所示，形變元件30包括第一金屬片31和第二金屬片32，第一金屬片31與衰減元件20連接，并通過第一連接件50和第二連接件60與固定件40連接，第二金屬片32與第一金屬片31連接，且第二金屬片32的熱膨脹系數(shù)與第一金屬片31的熱膨脹系數(shù)不同，在溫度發(fā)生變化時，第一金屬片31和第二金屬片32的產(chǎn)生形變的量不同，從而使形變元件30彎曲，具體的，以第一金屬片31的熱膨脹系數(shù)大于第二金屬片32的熱膨脹系數(shù)為例對形變元件30的形變與溫度變化的關系進行示例性說明，在溫度上升的狀態(tài)下，第一金屬片31的伸長量大于第二金屬片32的伸長量，形變元件30向第一金屬片31的一側彎曲；在溫度下降的狀態(tài)下，第一金屬片31的縮短量大于第二金屬片32的縮短量，形變元件30向第二金屬片32的一側彎曲。

在一些實施例中，光信號衰減器還包括鎖止元件，第一連接件50和第二連接件60中的至少一個為活動件，即，可以沿形變元件的延伸方向滑動的連接件，鎖止元件70與活動件可拆卸地連接，以限制活動件與形變元件之間的相對運動，并限制活動件與固定件之間的相對運功。以第一連接件50為例進行以下說明。

如圖4所示，第一連接件50與固定件40可滑動地連接，并與形變元件30可滑動地連接，第一連接件50與鎖止元件70可拆卸地連接，在將鎖止元件70與第一連接件50連接的狀態(tài)下，鎖止元件70限制第一連接件50與形變元件30之間的相對運動，并限制第一連接件50與固定件40之間的相對運動。將鎖止元件70從第一連接件50卸下，第一連接件50可沿形變元件40的延伸方向滑動，從而調節(jié)第一連接件50和第二連接件60的間距，從而調節(jié)位于第一連接件50和第二連接件60之間的形變元件60的長度，以調節(jié)形變元件60的形變量，進而調節(jié)光信號衰減器的衰減程度，將第一連接件50沿形變元件30的延伸方向滑動至預設位置后，將鎖止元件70與第一連接件50連接，從而限制第一連接件50與形變元件30之間的相對運動，并限制第一連接件50與固定件40之間的相對運動，從而將形變元件30通過第一連接件50與固定件40固定，進而使形變元件30能夠產(chǎn)生彎曲形變。鎖止元件70為任何可以與第一連接件50可拆卸連接、可以限制第一連接件50與形變元件的相對運動、并可以限制第一連接件50與固定件40的相對運動的結構，下面結合圖5和圖6對鎖止元件70的結構進行示例性說明，應當理解，鎖止元件70的結構不限于以下所述的兩種結構。

如圖5所示，第一類型的鎖止元件70A包括：套筒71A和底座72A，底座72A與套筒71A外表面連接。套筒71A上設置有形變槽73A，形變槽73A的兩側設置有夾板74A，在夾板74A上設置有鎖止孔75A。套筒71A套設在形變元件上，底座72A的底面與固定件40接觸，套筒71A的內緣尺寸大于形變元件30的外緣尺寸從而使第一類型的鎖止元件70A能夠沿形變元件的延伸方向滑動；在將鎖止元件移動到所需的位置后，將螺栓穿過夾板的鎖止孔，并在螺栓的另一側安裝螺母，通過擰緊螺母向夾板74A施加壓緊力，從而使形變槽73A發(fā)生形變，并使套筒71A的內緣尺寸縮小，此時，套筒71A與形變元件30之間產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力能夠限制第一類型的鎖止元件70A與形變元件30之間的相對運動，同時，由于套筒71A的形變，底座72A被壓向固定件40A，底座72A與固定件40之間也產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力能夠限制第一類型的鎖止元件70A與固定件40之間的相對運動。

如圖6所示，第二類型的鎖止元件70B包括：安裝套71B和座板72B，安裝套71B與座板72B的外表面連接。安裝套71B上設置有螺紋孔73B。安裝套71B，座板72B的底面與固定件40接觸，安裝套71B的內緣尺寸大于形變元件30的外緣尺寸，從而使鎖止元件70B能夠沿形變元件的延伸方向滑動；在將鎖止元件移動到所需的位置后，將螺栓穿過螺紋孔73B，并在螺栓的另一端抵接于形變元件30，從而使螺栓與形變元件30之間產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力能夠限制第二類型的鎖止元件70B與形變元件30之間的相對運動，同時，在螺栓與形變元件30之間的正壓力的作用下，座板72B被壓向固定件40，座板72B與固定件40之間也產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力能夠限制第二類型的鎖止元件70B與固定件40之間的相對運動。

在一些實施例中，如圖7所示，光信號衰減器還包括安裝座80，安裝座80與形變元件30和衰減元件20連接，即，衰減元件20通過安裝座80與形變元件30連接。形變元件30的為細長型元件，不便與衰減元件30直接連接，通過設置具有較大尺寸的安裝座80，并通過安裝座80連接衰減元件20和形變元件30，能夠將衰減元件20和形變元件30可靠連接，并減低形變元件20的安裝難度。

在一些實施例中，如圖8所示，光信號通道10包括：第一準直器12和第二準直器13。第一準直器12位于衰減元件20的一側，第二準直器13位于衰減元件20的另一側，在第一準直器12和第二準直器13準直器之間形成用于容納衰減元件的容納空間11。通過設置第一準直器12和第二準直器13，可以將非平行的輸入光信號轉化為平行的輸入光信號，從而可以在無需設置光纖的狀態(tài)下防止光信號泄露，降低了光信號通道10的光信號損失。可選的，第一準直器12和第二準直器13的端部均設置有增透膜，從而提高第一準直器12和第二準直器13的透光率，進而進一步降低了光信號通道10的光信號損失。

如圖9所示，本使用新型實施例還提供了一種光信號傳輸系統(tǒng)，該光信號傳輸系統(tǒng)包括：分光器1、第一光纖2、第二光纖3和如上文所述的光信號衰減器4。

分光器1設置有第一信號輸出端1a和第二信號輸出端1b,能夠將輸入的光信號分別由第一信號輸出端1a和第二信號輸出端1b輸出，且由第一信號輸出端1a輸出的光信號的強度與第二信號輸出端1b輸出的光信號的強度相等。

第一光纖2與第一信號輸出端1a連接，第二光纖3與第二信號輸出端1b連接，光信號衰減器4設置于第一光纖2或第二光纖3中，為了方便說明，以光纖衰減器4設置于第一光纖中為例進行以下說明。

通過對光信號衰減器4進行標定，能夠獲取光信號衰減器4的衰減強度與溫度之間的對應關系，示例性的，光信號衰減4的衰減強度與溫度之間的對應關系如圖10所示，衰減強度與溫度之間呈大致的正比例關系。

在一些實施例中，在環(huán)境溫度已知的狀態(tài)下，可以獲知光信號衰減器4的理論衰減強度，將第一光纖2中未經(jīng)過光信號衰減器4衰減的光信號的強度與第二光纖3中經(jīng)過光信號衰減器4衰減的光信號的強度相減，能夠得到光信號衰減器4的實際衰減強度，通過比較理論衰減強度和實際衰減強度能夠確定光信號傳輸系統(tǒng)中是否存在故障，具體的，在理論衰減強度和實際衰減強度之間的差值的絕對值小于預設閾值的狀態(tài)下，確認光信號傳輸系統(tǒng)中不存在故障；在理論衰減強度和實際衰減強度之間的差值的絕對值大于預設閾值的狀態(tài)下，確認光信號傳輸系統(tǒng)中存在故障。

在一些實施例中，在確認光信號傳輸系統(tǒng)中不存在故障的狀態(tài)下，還可以通過光信號衰減器4的衰減強度測量環(huán)境的溫度，具體的，將第一光纖2中未經(jīng)過光信號衰減器4衰減的光信號的強度與第二光纖3中經(jīng)過光信號衰減器4衰減的光信號的強度相減，得到光信號衰減器4的衰減強度，并通過光信號衰減4的衰減強度與溫度之間的對應關系，得到環(huán)境的溫度。

以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護范圍。