一种光信号衰减器及一种光信号传输系统

本实用新型涉及光通信领域，尤其涉及一种光信号衰减器及一种光信号传输系统。

光信号衰减器是光纤通信系统的重要器件之一，主要用来降低或控制光信号，实现不同通信信道之间的功率均衡。在光信号传输系统中各光学器件的光学特性会随温度的改变而发生变化，需要根据温度的变化对光信号衰减器的衰减强度进行调节，其中，光信号衰减器的衰减强度是指，经过光信号衰减器前的光信号的强度与经过光信号衰减器后的光信号的强度之间的差值。

相关的光信号衰减器通过温度传感器和执行机构实现对光信号衰减器的衰减强度的调节，这种光信号衰减器需要消耗外部能量。

本实用新型提供一种光信号衰减器及一种光信号传输系统，以解决如何在无需消耗外部能量的前提下，使光信号衰减器的衰减强度随温度的变化自动调节的技术问题。

本实用新型实施例提供一种光信号衰减器，该光信号衰减器包括：光信号通道，设置有容纳空间；衰减元件，至少一部分位于所述容纳空间中，以吸收所述光信号通道中的一部分光信号；形变元件，与所述衰减元件连接，所述形变元件能够根据温度发生形变，以使所述衰减元件发生位移；其中，所述衰减元件的位移方向与所述光信号通道的延伸方向呈预设的角度。

进一步地，所述光信号衰减器还包括固定件；沿所述形变元件的延伸方向，所述形变元件的一端与所述固定件固定连接，所述形变元件的另一端与所述衰减元件连接；所述形变元件的延伸方向与所述光信号通道的延伸方向呈所述的预设的角度。

进一步地，所述光信号衰减器还包括：固定件；第一连接件，与所述固定件连接，并与所述形变元件连接；第二连接件，与所述固定件连接，并与所述形变元件连接；所述第一连接件和所述第二连接件沿所述形变元件的延伸方向设置，所述形变元件与所述衰减元件连接的位置位于所述第一连接件和所述第二连接件之间。

进一步地，沿所述形变元件的延伸方向，所述第一连接件和所述第二连接件相距预设的距离。

进一步地，所述形变元件包括：第一金属片，与所述衰减元件连接，并通过所述第一连接件和所述第二连接件与所述固定件连接；第二金属片，与所述第一金属片连接，且所述第二金属片的热膨胀系数与所述第一金属片的热膨胀系数不同。

进一步地，所述光信号衰减器还包括锁止元件；所述第一连接件与所述固定件可滑动地连接，并与所述形变元件可滑动地连接，所述第一连接件与所述锁止元件可拆卸地连接，以限制所述第一连接件和所述形变元件之间的相对运动，以及所述第一连接件和所述固定件之间的相对运动，和/或，所述第二连接件与所述固定件可滑动地连接，并与所述形变元件可滑动地连接，所述第一连接件与所述锁止元件可拆卸地连接，以限制所述第一连接件和所述形变元件之间的相对运动，以及所述第一连接件和所述固定件之间的相对运动。

进一步地，所述光信号衰减器还包括：安装座，所述安装座与所述形变元件和所述衰减元件连接。

进一步地，所述光信号通道包括：第一准直器，位于所述衰减元件的一侧；第二准直器位于所述衰减元件的另一侧；所述第一准直器和所述第二准直器之间形成所述容纳空间。

进一步地，所述第一准直器和所述第二准直器的端部均设置有增透膜。

本实用新型实施例还提供了一种光信号传输系统，该光信号传输系统包括：分光器，设置有第一信号输出端和第二信号输出端；第一光纤，与所述第一信号输出端连接；第二光纤，与所述第二信号输出端连接；如前文所述的光信号衰减器，所述光信号衰减器设置于所述第一光纤或所述第二光纤中。

本实用新型实施例提供一种光信号衰减器，包括设置有容纳空间的光信号通道、部分位于光信号通道中的衰减元件和与衰减元件连接的形变元件，在温度发生变化时形变元件带动衰减元件产生位移，并使衰减元件占光信号通道的横截面的面积发生改变，从而改变衰减光信号占总光信号中的比例，进而调节光信号衰减器的衰减强度。即，本实用新型实施例利用温度变化时光信号衰减器的形变元件产生的动能，使光信号衰减器的衰减强度随温度的变化而自动调节，而无需消耗外部能量。

图1为本实用新型实施例提供的一种光信号衰减器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种光信号衰减器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的另一种光信号衰减器的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的另一种光信号衰减器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的光信号衰减器中的第一类型的锁止元件的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的光信号衰减器中的第二类型的锁止元件的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的光信号衰减器中的一种安装座、形变元件和衰减元件的装配示意图；

图8为本实用新型实施例提供的光信号衰减器中的一种第一准直器、第二准直器和衰减元件的装配示意图；

图9为本实用新型实施例提供的一种光信号传输系统的结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的一种光信号传输系统中光信号衰减器的衰减强度与温度的对应关系图。

附图标记说明

10-光信号通道，11-容纳空间，12-第一准直器，13-第二准直器，20-衰减元件，30-形变元件，31-第一金属片，32-第二金属片，40-固定件，50-第一连接件，60-第二连接件，70-锁止元件，70A-第一类型的锁止元件，71A-套筒，72A-底座，73A-形变槽，74A-夹板，75A-锁止孔，70B-第二类型的锁止元件，71B-安装套，72B-座板，73B-螺纹孔，80-安装座，1-分光器，1a-第一信号输出端，1b-第二信号输出端，2-第一光纤，3-第二光纤，4-光信号衰减器。

在具体实施方式中所描述的各个实施例中的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以进行各种组合，例如通过不同的具体技术特征的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本实用新型中各个具体技术特征的各种可能的组合方式不再另行说明。

在以下具体实施方式中所述光信号衰减器可以用于任何通光纤传输系统，例如，该光信号衰减器可以用于网络光信号传输系统，还可以用于近距离的控制系统的光信号传输。

如图1所示，所述光信号衰减器包括：光信号通道10、衰减元件20和形变元件30。光信号通道10用于传输光信号，光信号通道10可以为任何可以传输光信号的元件，例如可以为光纤，光信号在光纤中传输；例如还可以为包括光信号发射器和光信号接收器的光信号通道，光信号从光信号发射器发出并由光信号接收器接收。光信号通道10中设置有容纳空间11，容纳空间11用于容纳衰减元件20，即，衰减元件20穿过容纳空间11进入光信号通道中。根据光信号通道10的形式不同，容纳空间11的形式也不同，例如，光信号通道10为传输光纤，该传输光纤设置有插槽，从而在传输光纤中形成容纳空间11；例如，光信号通道为包括光信号发射器和光信号接收器的光信号通道，光信号发射器和光信号接收器相距预设的距离，在光信号发射器和光信号接收器之间形成容纳空间11。

衰减元件20为可以吸收光信号的元件，至少一部分的衰减元件20位于容纳空间11中，即，至少一部分的衰减元件20位于光信号通道10中，从而吸收光信号通道10中的光信号，从而实现对光信号的衰减。具体的，衰减元件20占用至少一部分的容纳空间11，光信号在穿过容纳空间11时，至少有一部分的光信号穿过衰减元件20，在该部分的光信号穿过衰减元件20的过程中，该部分的光信号的一部分被衰减元件20吸收，从而降低了该部分的光信号的强度，进而降低了经过衰减元件20后的光信号的强度。可选的，衰减元件20为经光学抛光的中性吸收玻璃。

形变元件30为可以根据温度发生形变的元件，即，形变元件30为温度敏感元件，在形变元件30所在环境的温度发生变化的状态下，在形变元件30中产生内应力并在该内应力的作用下产生形变。形变元件30与衰减元件20连接，从而在形变元件30所在环境的温度发生变化的状态下，形变元件30带动衰减元件20发生位移，其中，衰减元件30的位移方向与光信号通道10的延伸方向呈预设的角度，需要说明的是，预设的角度大于0度，即，衰减元件30的位移方向不与光信号通道10的延伸方向平行。下面对光信号衰减器的衰减强度进行调节的原理进行示例性说明。

为了便于说明，将垂直于光信号通道10的延伸方向的截面称为横截面，衰减元件20占该横截面的至少一部分，在光信号穿过该横截面时，至少一部分的光信号穿过衰减元件20，为了便于说明，以下将该部分的光信号称为衰减光信号。衰减光信号在穿过衰减元件20的过程中，衰减元件20吸收部分的衰减光信号，从而使衰减光信号的强度降低，进而使穿过光信号衰减器的光信号的强度降低，其中，衰减元件20占该横截面的面积越大，衰减光信号占总光信号的比例越大，光信号衰减器的衰减强度越强。在光信号衰减器所在的环境温度发生变化的状态下，形变元件30发生形变，从而使衰减元件20发生非平行于光信号通道10的延伸方向的位移，使衰减元件20占横截面的面积发生改变，改变衰减光信号占总光信号的比例，进而改变光信号衰减器的衰减强度，即，根据温度调节光信号衰减器的衰减强度。

本实用新型实施例提供的光信号衰减器，包括设置有容纳空间的光信号通道，部分位于光信号通道中的衰减元件和与衰减元件连接的形变元件，在温度发生变化时形变元件带动衰减元件产生位移，并使衰减元件占光信号通道的横截面的面积发生改变，从而改变衰减光信号占总光信号中的比例，进而调节光信号衰减器的衰减强度，即，利用温度变化时光信号衰减器的形变元件产生的动能，使光信号衰减器的衰减强度随温度的变化而自动调节，而无需消耗外部能量。

在一些实施例中，如图2所示，光信号衰减器还包括固定件40。沿形变元件30的延伸方向(即形变元件30的尺寸最长的方向)，形变元件30的一端与固定件40固定连接，形变元件30的另一端与衰减元件20连接，在温度发生变化时，形变元件30带动衰减元件20沿形变元件20的延伸方向运动，其中，形变元件30的延伸方向与光信号通道10的延伸方向呈预设的角度，即，形变元件30的延伸方向不与光信号通道10的延伸方向垂直，从而使衰减元件20发生沿非垂直于光信号通道10的延伸方向山的位移，改变衰减元件20占光信号通道10的横截面的面积，进而改变光信号衰减器的衰减强度，即，使光信号衰减器的衰减强度能够随温度自动调节。

在另一些实施例中，如图3所示，光信号衰减器还包括：固定件40，第一连接件50和第二连接件60。第一连接件50与固定件40连接，并与形变元件30连接，即，形变元件30的通过第一连接件50与固定件40连接；第二连接件60与固定件40连接，并与形变元件30连接，即，形变元件30还通过第二连接件60与固定件40连接。第一连接件50和第二连接件60沿形变元件30的延伸方向设置，形变元件30与衰减元件20连接的位置位于第一连接件50和第二连接件60之间，即，沿形变元件30的延伸方向，衰减元件20位于第一连接件50和第二连接件60之间。在温度发生变化时，位于第一连接件50和第二连接件60之间的形变元件30发生弯曲，从而使衰减元件20产生位移，其中，在形变元件30弯曲时，形变元件30与衰减元件20连接的位置的位移不与光信号通道10的延伸方向平行，从而使衰减元件20产生非平行于光信号通道10的延伸方向的位移，并使衰减元件占光信号通道的横截面的面积发生改变，从而改变衰减光信号占总光信号中的比例，进而调节光信号衰减器的衰减强度。

在一些实施例中，如图3所示，沿形变元件30的延伸方向，第一连接件50和第二连接件60相距预设的距离，以使形变元件30能够在压应力的作用下发生失稳弯曲，进而通过形变元件的弯曲使衰减元件20产生位移，从而调节光信号衰减器的衰减强度。第一连接件50和第二连接件相距的最小间距根据光信号衰减器的衰减强度的调节精度确定，具体的，根据光信号衰减器的衰减强度的调节精度确定最小压应力Pmin，即，能够使形变元件30发生弯曲的压应力的最小值。然后下式计算得到临界压应力：

式(1)中Pcr为临界压应力，E为形变元件30的弹性模量，I为形变元件30的惯性矩，L为第一连接件50和第二连接件60之间的形变元件的长度，即，沿形变元件30的延伸方向上，第一连接件50和第二连接件60的间距。使临界压应力Pcr小于最小压应力Pmin可以使形变元件30在最小的压应力Pmin的作用下能够弯曲，即

Pcr

将式(1)带入式(2)中：

根据式(3)可以得到第一连接件50和第二连接件相距的最小间距Lmin：

在一些实施例中，如图4所示，形变元件30包括第一金属片31和第二金属片32，第一金属片31与衰减元件20连接，并通过第一连接件50和第二连接件60与固定件40连接，第二金属片32与第一金属片31连接，且第二金属片32的热膨胀系数与第一金属片31的热膨胀系数不同，在温度发生变化时，第一金属片31和第二金属片32的产生形变的量不同，从而使形变元件30弯曲，具体的，以第一金属片31的热膨胀系数大于第二金属片32的热膨胀系数为例对形变元件30的形变与温度变化的关系进行示例性说明，在温度上升的状态下，第一金属片31的伸长量大于第二金属片32的伸长量，形变元件30向第一金属片31的一侧弯曲；在温度下降的状态下，第一金属片31的缩短量大于第二金属片32的缩短量，形变元件30向第二金属片32的一侧弯曲。

在一些实施例中，光信号衰减器还包括锁止元件，第一连接件50和第二连接件60中的至少一个为活动件，即，可以沿形变元件的延伸方向滑动的连接件，锁止元件70与活动件可拆卸地连接，以限制活动件与形变元件之间的相对运动，并限制活动件与固定件之间的相对运功。以第一连接件50为例进行以下说明。

如图4所示，第一连接件50与固定件40可滑动地连接，并与形变元件30可滑动地连接，第一连接件50与锁止元件70可拆卸地连接，在将锁止元件70与第一连接件50连接的状态下，锁止元件70限制第一连接件50与形变元件30之间的相对运动，并限制第一连接件50与固定件40之间的相对运动。将锁止元件70从第一连接件50卸下，第一连接件50可沿形变元件40的延伸方向滑动，从而调节第一连接件50和第二连接件60的间距，从而调节位于第一连接件50和第二连接件60之间的形变元件60的长度，以调节形变元件60的形变量，进而调节光信号衰减器的衰减程度，将第一连接件50沿形变元件30的延伸方向滑动至预设位置后，将锁止元件70与第一连接件50连接，从而限制第一连接件50与形变元件30之间的相对运动，并限制第一连接件50与固定件40之间的相对运动，从而将形变元件30通过第一连接件50与固定件40固定，进而使形变元件30能够产生弯曲形变。锁止元件70为任何可以与第一连接件50可拆卸连接、可以限制第一连接件50与形变元件的相对运动、并可以限制第一连接件50与固定件40的相对运动的结构，下面结合图5和图6对锁止元件70的结构进行示例性说明，应当理解，锁止元件70的结构不限于以下所述的两种结构。

如图5所示，第一类型的锁止元件70A包括：套筒71A和底座72A，底座72A与套筒71A外表面连接。套筒71A上设置有形变槽73A，形变槽73A的两侧设置有夹板74A，在夹板74A上设置有锁止孔75A。套筒71A套设在形变元件上，底座72A的底面与固定件40接触，套筒71A的内缘尺寸大于形变元件30的外缘尺寸从而使第一类型的锁止元件70A能够沿形变元件的延伸方向滑动；在将锁止元件移动到所需的位置后，将螺栓穿过夹板的锁止孔，并在螺栓的另一侧安装螺母，通过拧紧螺母向夹板74A施加压紧力，从而使形变槽73A发生形变，并使套筒71A的内缘尺寸缩小，此时，套筒71A与形变元件30之间产生摩擦力，该摩擦力能够限制第一类型的锁止元件70A与形变元件30之间的相对运动，同时，由于套筒71A的形变，底座72A被压向固定件40A，底座72A与固定件40之间也产生摩擦力，该摩擦力能够限制第一类型的锁止元件70A与固定件40之间的相对运动。

如图6所示，第二类型的锁止元件70B包括：安装套71B和座板72B，安装套71B与座板72B的外表面连接。安装套71B上设置有螺纹孔73B。安装套71B，座板72B的底面与固定件40接触，安装套71B的内缘尺寸大于形变元件30的外缘尺寸，从而使锁止元件70B能够沿形变元件的延伸方向滑动；在将锁止元件移动到所需的位置后，将螺栓穿过螺纹孔73B，并在螺栓的另一端抵接于形变元件30，从而使螺栓与形变元件30之间产生摩擦力，该摩擦力能够限制第二类型的锁止元件70B与形变元件30之间的相对运动，同时，在螺栓与形变元件30之间的正压力的作用下，座板72B被压向固定件40，座板72B与固定件40之间也产生摩擦力，该摩擦力能够限制第二类型的锁止元件70B与固定件40之间的相对运动。

在一些实施例中，如图7所示，光信号衰减器还包括安装座80，安装座80与形变元件30和衰减元件20连接，即，衰减元件20通过安装座80与形变元件30连接。形变元件30的为细长型元件，不便与衰减元件30直接连接，通过设置具有较大尺寸的安装座80，并通过安装座80连接衰减元件20和形变元件30，能够将衰减元件20和形变元件30可靠连接，并减低形变元件20的安装难度。

在一些实施例中，如图8所示，光信号通道10包括：第一准直器12和第二准直器13。第一准直器12位于衰减元件20的一侧，第二准直器13位于衰减元件20的另一侧，在第一准直器12和第二准直器13准直器之间形成用于容纳衰减元件的容纳空间11。通过设置第一准直器12和第二准直器13，可以将非平行的输入光信号转化为平行的输入光信号，从而可以在无需设置光纤的状态下防止光信号泄露，降低了光信号通道10的光信号损失。可选的，第一准直器12和第二准直器13的端部均设置有增透膜，从而提高第一准直器12和第二准直器13的透光率，进而进一步降低了光信号通道10的光信号损失。

如图9所示，本使用新型实施例还提供了一种光信号传输系统，该光信号传输系统包括：分光器1、第一光纤2、第二光纤3和如上文所述的光信号衰减器4。

分光器1设置有第一信号输出端1a和第二信号输出端1b,能够将输入的光信号分别由第一信号输出端1a和第二信号输出端1b输出，且由第一信号输出端1a输出的光信号的强度与第二信号输出端1b输出的光信号的强度相等。

第一光纤2与第一信号输出端1a连接，第二光纤3与第二信号输出端1b连接，光信号衰减器4设置于第一光纤2或第二光纤3中，为了方便说明，以光纤衰减器4设置于第一光纤中为例进行以下说明。

通过对光信号衰减器4进行标定，能够获取光信号衰减器4的衰减强度与温度之间的对应关系，示例性的，光信号衰减4的衰减强度与温度之间的对应关系如图10所示，衰减强度与温度之间呈大致的正比例关系。

在一些实施例中，在环境温度已知的状态下，可以获知光信号衰减器4的理论衰减强度，将第一光纤2中未经过光信号衰减器4衰减的光信号的强度与第二光纤3中经过光信号衰减器4衰减的光信号的强度相减，能够得到光信号衰减器4的实际衰减强度，通过比较理论衰减强度和实际衰减强度能够确定光信号传输系统中是否存在故障，具体的，在理论衰减强度和实际衰减强度之间的差值的绝对值小于预设阈值的状态下，确认光信号传输系统中不存在故障；在理论衰减强度和实际衰减强度之间的差值的绝对值大于预设阈值的状态下，确认光信号传输系统中存在故障。

在一些实施例中，在确认光信号传输系统中不存在故障的状态下，还可以通过光信号衰减器4的衰减强度测量环境的温度，具体的，将第一光纤2中未经过光信号衰减器4衰减的光信号的强度与第二光纤3中经过光信号衰减器4衰减的光信号的强度相减，得到光信号衰减器4的衰减强度，并通过光信号衰减4的衰减强度与温度之间的对应关系，得到环境的温度。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。