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為了實現(xiàn)DWDM系統(tǒng)的長距離高速無誤碼傳輸，必須使各通道信號光功率一致，即需要對多通道光功率進行監(jiān)控和均衡。因此出現(xiàn)了動態(tài)信道均衡器(DCE)、可調(diào)功率光復用器(VMUX)、光分插復用器(OADM)等光器件，這些器件的核心部件都是陣列可變光衰減器(VOA)。靈活地調(diào)節(jié)VOA，可以使各個通道的功率處于理想的大小。
近年來，出現(xiàn)了多種制造可變光衰減器的新技術(shù)，包括可調(diào)衍射光柵技術(shù)、MEMS技術(shù)、液晶技術(shù)、磁光技術(shù)、平面光波導技術(shù)等。
高分子可調(diào)衍射光柵VOA
高分子可調(diào)衍射光柵的制作基于一種薄膜表面調(diào)制技術(shù)。起初，這種技術(shù)的開發(fā)是為了替代放映機和投影儀中的液晶顯示屏(LCD)和數(shù)字光處理器(DLP)。這種可調(diào)衍射光柵(圖1)的頂層是玻璃，下面一層是銦錫氧化物(ITO)，中間是空氣、聚合物和ITO陣列，底層是玻璃基底。在未加電信號時，空氣與聚合物層的交界面是與結(jié)構(gòu)表面平行的平面。當入射光進入該平面時，不發(fā)生衍射。在加電信號后，空氣和聚合物的界面隨電極陣列的分布而發(fā)生周期變化，形成了正弦光柵。當入射光入射至該表面時，形成衍射。施加不同的電信號可以形成不同相位調(diào)制度的正弦光柵。
高分子可調(diào)衍射光柵。
采用高分子可調(diào)衍射光柵的VOA的工作機制是：通過調(diào)制表面一層薄的聚合物，使其表面近似為正弦形狀，形成正弦光柵。利用這種技術(shù)，可以制作出一種周期為10微米，表面高度h隨施加的電信號變化并且最高可到300納米的正弦光柵。當光入射到被調(diào)制的表面上時，形成衍射。施加不同的電信號改變正弦光柵的振幅，即改變h時，可以得到不同的相位調(diào)制度，而不同相位調(diào)制度下的衍射光強的分布是不同的。當相位調(diào)制度由零逐漸變大時，衍射光強度從零級向更高衍射級的光轉(zhuǎn)移。這種調(diào)制可以使零級光的光強從100%連續(xù)的改變到0%，從而，實現(xiàn)對衰減量的控制。并且這種調(diào)制的響應時間非�？�，在微秒級。
磁光VOA
磁光VOA是利用一些物質(zhì)在磁場作用下所表現(xiàn)出的光學性質(zhì)的變化，例如利用磁致旋光效應(法拉第效應)實現(xiàn)光能量的衰減，從而達到調(diào)節(jié)光信號的目的。一種典型的偏振無關(guān)磁光VOA結(jié)構(gòu)如圖2左圖所示。
偏振無關(guān)磁光VOA結(jié)構(gòu)和光路。
圖2右圖將左圖中的鏡像光路畫在右側(cè)，以利于原理的分析解釋。當光從雙芯光纖的一端入射，經(jīng)透鏡準直后(略去光束的厚度)，進入到雙折射晶體(其光軸垂直于紙面)，被分成O光和E光兩束光，然后進入法拉第旋轉(zhuǎn)器，光從法拉第旋轉(zhuǎn)器出射后被全反射鏡反射，再依次通過法拉第旋轉(zhuǎn)器、雙折射晶體和透鏡，最后從雙芯光纖的另一端輸出。因此，通過調(diào)制電壓控制磁場，可以使進入法拉第旋轉(zhuǎn)器的偏振光的偏振態(tài)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。在法拉第旋轉(zhuǎn)角為0度的情況下，O光仍然是O光，E光仍然是E光，兩束光不平行，不能合在一起，如圖虛線所示，此時衰減程度最大;在法拉第旋轉(zhuǎn)角為45度的情況下，總的法拉第旋轉(zhuǎn)角為90度，O光變成E光，E光變成O光，兩束光平行，通過透鏡聚焦后合在一起，此時衰減程度最小。
液晶VOA
液晶VOA利用了液晶折射率各向異性而顯示出的雙折射效應。當施加外電場時，液晶分子取向重新排列，將會導致其透光特性發(fā)生變化(圖3)。
液晶加電前后透光性的變化。
如圖4所示，由入射光纖入射的光經(jīng)準直器準直后，進入雙折射晶體，被分成偏振態(tài)相互垂直的O光和E光，經(jīng)液晶后，O光變成E光，E光變成O光，再由另一塊雙折射晶體合束，最后從準直器輸出。當液晶材料加載電壓V時，O光和E光經(jīng)過液晶后都改變一定的角度，經(jīng)第二塊雙折射晶體，每束光又被分成O光和E光，形成了4束光，中間兩束最后合成一束從第二塊雙折射晶體出射，由準直器接收，另外兩束從第二塊雙折射晶體出射后未被準直器接收，從而實現(xiàn)衰減。因此，通過在液晶的兩個電極上施加不同的電壓控制光強的變化，可以實現(xiàn)不同的衰減。
液晶VOA原理。
MEMSVOA
MEMSVOA有反射式VOA和衍射式VOA(圖5)。
MEMSVOA的結(jié)構(gòu)。
