1 引言

可變光衰減器(Variable Optical Attenuator，VOA)是光纖通信中一種重要的光無源器件，通過衰減傳輸光功率來實現(xiàn)對信號的實時控制，可與光波分復(fù)用器(WDM)、分光探測器(TAP PD)、摻鉺光纖放大器(EDFA)等光器件構(gòu)成ROADM、VMUX、增益平坦EDFA等模塊，還可直接用于光接收機的過載保護。另外，光功率計等儀器儀表的計量、定標，也需要使用到VOA。

隨著VOA在光通信中的應(yīng)用越來越多，對其功能的要求也越來越高：VOA應(yīng)能精確地控制光信號的功率，為各通道波長提供穩(wěn)定的衰減量;在動態(tài)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上，其響應(yīng)時間應(yīng)在ms級;在超長距離DWDM系統(tǒng)中，VOA必須有足夠的靈敏度與可靠性，以補償環(huán)境等外界因素引起信號光功率的變化。

根據(jù)制造工藝進行區(qū)分，常見的VOA類型有傳統(tǒng)機械型、液晶型、平面波導(dǎo)型、微機電系統(tǒng)(Micro-Electro-Micromechanical System，MEMS)型、磁光型、高分子可調(diào)衍射光柵型和高光電系數(shù)材料型。MEMS VOA有反射式和擋光式兩種，后者的加工工藝復(fù)雜，成本高。反射式MEMS VOA在各種技術(shù)中比較成熟，兼有響應(yīng)時間快、體積小、重量輕、功耗低、動態(tài)衰減范圍大、插損小、回損大、精度高等顯著優(yōu)點，已被廣泛地使用。

2 反射式MEMS VOA

反射式MEMS VOA是基于MEMS芯片封裝的微型光器件，設(shè)計思想來自于傳統(tǒng)機械型VOA，不同的是驅(qū)動裝置由龐大的步進電機變?yōu)殪o電開合橋，靜電梳，翹動結(jié)構(gòu)，壓電驅(qū)動等，其工作原理如圖1所示。

圖1 反射式MEMS VOA原理圖

基于MEMS技術(shù)的反射式VOA的結(jié)構(gòu)主要分為兩部分。一部分是由雙芯插針和C透鏡等構(gòu)成的準直器組成，作為光的輸入和反射輸出通道。可對插針斜面角度、C透鏡曲率半徑和材料等參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，制作出不同指標要求的MEMS VOA。另一部分是MEMS密封件，通過貼片、金絲鍵合、真空封帽等精密工藝將MEMS芯片封裝在穩(wěn)定可靠的密封環(huán)境內(nèi)。外界施加幾伏或十幾伏的電壓到器件的正負引腳后，由于MEMS芯片的特定構(gòu)造，在硅基鍍金面與鍍金反射鏡面之間產(chǎn)生靜電力，驅(qū)動MEMS芯片反射面發(fā)生微量角度的轉(zhuǎn)動，從而帶來入射到MEMS芯片鏡面的反射光同步偏移，導(dǎo)致返回光的模場與耦合的單模光纖模場形成失配，產(chǎn)生了衰減。隨著施加電壓的變化，衰減也相應(yīng)地變化，連續(xù)可調(diào)。當正負極間施加反偏電壓時，器件仍能正常地工作。

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高精密封裝是MEMS VOA制作的關(guān)鍵所在，光迅科技是國內(nèi)為數(shù)不多的具有獨立封裝制作反射式MEMS VOA的光器件公司，其制作的MEMS VOA器件外形尺寸僅為5.4×25.4mm(不計焊接用引腳長度)。

VOA的技術(shù)指標主要包括：工作波長范圍、工作溫度、動態(tài)衰減范圍、插入損耗(IL)、回波損耗(RL)、偏振相關(guān)損耗(PDL)、溫度特性和波長相關(guān)損耗(WDL)等，光迅科技制造的MEMS VOA主要指標見表1，已達到行業(yè)內(nèi)同種產(chǎn)品的較高水平。與同類公司相比，光迅的器件還具有更佳的防靜電能力與長期穩(wěn)定性，且能靈活提供不同電壓(5V&15V)需求的產(chǎn)品。此外，其重量不到3g，功耗小于5mw，響應(yīng)時間一般為2~3ms，非常有利于模塊拼接，為光通信系統(tǒng)的小型化和集成化作出了重大的貢獻。

表1 光迅科技MEMS VOA主要性能指標

上表中的偏振相關(guān)損耗與溫度相關(guān)損耗都是在整個衰減范圍內(nèi)(0~30dB)測試，波長相關(guān)損耗則可以根據(jù)需求進行定制。同時，光迅科技還提供具備斷電保護功能的Dark型MEMS VOA，零伏復(fù)位衰減可以達到45dB以上，能滿足更多光通信線路的應(yīng)用。