CN2735362Y - 机械式光开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机械式光开关，它包括双光纤准直器、反射镜或棱镜、驱动装置和连接在驱动装置上的斜方棱镜。所述的斜方棱镜在驱动装置的驱动下可沿横向引入或退出输入双光纤准直器和输出双光纤准直器之间的光路。本实用新型利用斜方棱镜有不改变光方向的特点，通过斜方棱镜对***或退出光路即可实现光开关功能，由于本实用新型的反射镜或棱镜为固定元件，因而，具有制造容易、精度高的优点。

Description

机械式光开关

技术领域

本实用新型涉及一种光纤通讯光无源器件，特别是涉及一种机械式光开关。

背景技术

美国专利(USP5,742,712)公开了一种结构紧凑的光开关(其原理见图1(a)、图1(b))。它包括开关输出输入端光纤线101、102、105、106、双光纤准直器103、104、平面反射镜107。在图1(a)中端口1光到端口2，端口3光到端口4，图1(b)中，***平面反射镜107后，端口1输入光在端口4输出，端口3输入光在端口2输出。

这是非常简洁的一种机械式光开关结构。这种机械采用了移动的反射式平面镜，由于光纤准直器对其入射方向非常敏感，所以该设计对反射镜重复转动时方向一致性要求非常高，这会实际制造过程带来一定的难度。

在机械式光开光中，还有两种结构有较好的重复性，第一种结构见图2。它包括准直器201，202，203，204、菱形棱镜205。当菱形棱镜205不在光路时：

端口1→端口2

端口3→端口4

当菱形棱镜在光路时

端口1→端口4

端口3→端口2

这样结构存在一个问题是准直器201与准直器202，准直器203与准直器204之间必须得保持足够间隔才能使各准直器得到较好固定，这样导使菱形棱镜205尺寸较大，从而需较大的集电器或驱动装置，从而使整个开关尺寸较大。

另一种形式结构见图3。它包括准直器301，302，303、斜方棱镜304。当斜方棱镜304不在光路时，端口1到端口2；当斜方棱镜304进入光路时，端口1到端口3，从而实现1×2光开关功能。这里与图2结构是否同样问题，斜方棱镜304尺寸较大，从而使集电器较大。

在光纤通讯领域，阵列光开关为一重要的光无源器件。常见的阵列光开关结构见图4。它包括反射镜41、N组准直器42、M组准直器43。这种结构一个问题是它采用45°反射镜41移出光路和重新移入光路，而准直器对光的方向性极为敏感，这对反射镜驱动装置的精度提出了较高的要求。有人用五角棱镜代替45°全反射镜，而五角镜仍然有一维类似普通的反射镜，不能保证90°转向的一致性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种制造容易、精度高的机械式光开关。

为实现上述目的，本实用新型的技术解决方案是：

本实用新型是开关，它包括双光纤准直器、反射镜或棱镜，所述的双光纤准直器包括输入双光纤准直器和输出双光纤准直器，所述的反射镜或棱镜安装在输入双光纤准直器和输出双光纤准直器之间的光路上；它还包括驱动装置和连接在驱动装置上的斜方棱镜；所述的斜方棱镜在驱动装置的驱动下可沿横向引入或退出输入双光纤准直器和输出双光纤准直器之间的光路。

所述的反射镜或棱镜固定设置。

在输入双光纤准直器和输出双光纤准直器的相对面之间分别设有微透镜，且位于反射镜或棱镜的两侧。

所述的斜方棱镜为一对，该两片斜方棱镜在驱动装置的驱动下可沿横向引入输入双光纤准直器和输出双光纤准直器之间的光路，且位于反射镜或棱镜的两侧。

所述的斜方棱镜为一片，该斜方棱镜在驱动装置的驱动下可沿横向引入输入双光纤准直器和输出双光纤准直器之间的光路，且位于输入双光纤准直器与反射镜之间。

所述的斜方棱镜为二对，该二对斜方棱镜在驱动装置的驱动下可沿横向引入输入双光纤准直器和输出双光纤准直器之间的光路，且分别位于反射镜或棱镜的四个侧面。

所述的双光纤准直器包括多组输入光纤准直器和输出光纤准直器，在各组输入光纤准直器和输出光纤准直器之间的光路上设有多片反射镜和多片可由驱动装置引入的斜方棱镜。

所述的驱动装置为集电器，所述的斜方棱镜固接在集电器的活动臂上。

所述的集电器活动臂端部中间具有可使活动臂穿过反射镜的通孔。

采用上述方案后，本实用新型包括光纤准直器、反射镜或棱镜、驱动装置和连接在驱动装置上的斜方棱镜，利用斜方棱镜有不改变光方向的特点，通过斜方棱镜对***或退出光路即可实现光开关功能，由于本实用新型的反射镜或棱镜为固定元件，因而，具有制造容易、精度高的优点。本实用新型制成的阵列开关更具有结构可制造插损值重复性高，驱动结构简单的优点。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1A、1B是一种习用光开关的原理图；

图2、图3是另两种习用机械式光开关的结构示意图；

图4是习用阵列光开关的结构示意图；

图5是本实用新型的结构示意图；

图5A、图5B是本实用新型的原理图；

图6是本实用新型构成阵列光开关的结构示意图(第二实施例)；

图6A-6F是本实用新型构成阵列光开关的原理图；

图7A-7D是本实用新型第三个实施例；

图8是本实用新型第四个实施例；

图9是本实用新型第五个实施例。

具体实施方式

实施例1(如图5所示)本实用新型2×2光开关结构。

它由两个双光纤准直器1520、1530、微透镜1507、1508、平面反射镜1513、一对斜方棱镜1514、集电器1517和光开关金属外壳1518组成。

所述的双光纤准直器1520由光纤线1501、1502、双光纤头1505、准直器套管1509构成；双光纤头1505套置于准直器套管1509内。

所述的双光纤准直器1530由光纤线1503、1504、双光纤头1506、准直器套管1510构成；双光纤头1506套置于准直器套管1510内。

所述的准直器套管1509、1510通过焊锡1511、1512固接在光开关金属外壳1518上部的固定孔内。

所述的平面反射镜1513安装在光开关金属外壳1518的中上部，其两侧分别依序设置微透镜1507、1508和双光纤准直器1520、1530。平面反射镜1513、微透镜1507、1508和双光纤准直器1520、1530位于同一光路上。所述的一对斜方棱镜1514固定在集电器1517的金属薄片1515(活动臂)上，金属薄片1515下部固接集电器的开关簧片1516，该对斜方棱镜1514在集电器1517的金属薄片1515的驱动下可分别***或退出平面反射镜1513与微透镜1507、1508之间的光路。

本实施例的原理(如图5A、5B所示)。

它包括光开关输入输出光纤线501、502、506、507、双光纤准直器503、505、平面反射镜504和两个斜方棱镜508、509。光从端口1输入在端口4输出，光从端口3输入，经反射镜504从端口2输出。本结构中反射镜504为固定元件，而不是移动元件。采用两个斜方棱镜508、509引入光路(如图5B所示)，由于斜方棱镜508、509有不改变光方向的特点，从而实现了开关功能。此时进入端口1的光从端口2输出，从端口3输入的光在端口4输出。即在图5A、图5B中：端口1→端口4  端口3→端口2  端口1→端口2  端口3→端口4。从而斜方棱镜508、509对***或退出光路即可实现光开关功能。如果3不输入光，即端口3闲置，则此时开关为1×2光开关。

实施例2(如图6所示)本实用新型n×m光开关结构。

其原理如图6A-6F所示(其中，图6B、6C是图6A沿B-B、A-A线的视图)。

图6A-6C为本专利反射单元示意图，它包括45°反射镜601、一对斜方棱镜602、603、另一对斜方棱镜604、605。两对斜方棱镜602、603、604，605分别设置在45°反射镜601的四边。

在图6D中，当从光路中移开两对斜方棱镜时，固定平面反射镜601起作用，它反射两个方向来的光，使之各转向90°。

在图6E中，当光路***两对斜方棱镜602、603、604、605时，两对斜方棱镜602和603，604和605使光越过反射镜601，保持原方向不变，等效于移开平面反射镜。

本实施例回避移动45°反射镜而使反射镜位置固定；而采用移动斜方棱镜的方式，这大大降低了对移动机构的精度要求，这是因为斜方棱镜在全内反射角范围内将保持原光路方向不变的性能，这使这样的移动可采用简单的集电器动臂来实现移动的功能。

采用本实施例原理结构阵列开关的关路原理图见图6F。

图6是采用本实施例原理制成的阵列开关机械结构图。它采用集电器带动一组四斜方棱镜***。它包括45°反射镜1641……164N、准直器1611、1612……161N、连接件1621、1622……162N、集电器1651……165N、粘在集电器1651……165N活动臂上的斜方棱镜组1661，……166N和外套基座1600。

其中，集电器1651……165N活动臂中一端中心为方孔，可以在臂移动时避开45°反射镜1641……164N。准直器16021、16022……1602N通过连接件1621、1622……162N与基座1600的连接。

实施例3：本实施例是另一种方案应用于1×2开关，其原理图见图7A-图7B。

在图7A中，它包括开关输入和输出光纤701、702、706、双光纤准直器703、单光纤准直器705、平面反射镜704、斜方棱镜707。

平面反射镜704为固定反射镜，端口1输入光经平面反射镜704反射从端口3输出，在图7B中，斜方棱镜707***，从端口1进入的光经过双光纤准直器703、斜方棱镜707后为准直器705所接受，所以斜方棱镜707***和退出可实现1×2光开关功能。

本实施例原理还可用于多端口输入输出开关，对2×2开关，光纤头，横切面结构如图7C所示，当两个光纤头光纤数为偶数，并以中心对称分布时，如图7D所示，由光路对称性原理可知：M和N其中之一为偶数时，则和第一个实施例原理相同，采用第一个实施例(如图5A、5B所示)相同结构，则由可实现M×N输入光从M×N端输出，同时可以切换到另一组M×N端输出。

实施例4(如图8所示)：1×6开关结构图。它包括输入准直器800b、一组接受准直器871b、872b、873b、874b、875b、876b、一组斜方棱镜821b、822b、823b、……826b、斜方棱镜支架，831b、832b、……836b、集电器动臂841b、842b、……846b、集电器851b、852b……856b、一组梯形棱镜861b、1162b、……866b。通过全内反射将各个棱镜出射光转到不同方向。

对1×n的光天关可实现图8相同原理和结构。

实施例5(如图9所示)：1×9开关结构图。本实施例与实施例4工作原理类似。只是通过给准直器产生装配空间。

它包括输入光准直器901a、一组接受端准直器951a、952a……959a、一组集电器911a、912a、……918a、集电器在动臂921a、922a、……928a、一组不同长度斜方棱镜931a、932a、……938a、另一组斜方棱镜941a、942a、……948a。对1×n均采用图11相同结构和原理。

实施例4、5结构基本思路是为解决微形集电器带动斜方棱镜长度和重量问题；同时使固定准直器所需准直器之间间隔较大，常见光准直器发出准直光直径仅0.5mm，所常见固定准直器之间间隔约5-6mm；如直接用单一斜方棱镜则多路时斜方形棱镜长度太长，集电器带不动；另一方面准直器光斑仅0.5mm，若使931a、932a、……938a该组准直器相邻长度相差1-2mm，则可彼此分开光路不影响光路；在图9中采用另一组斜方棱镜将941a……948a将对应的931a、932a、……938a光拉开到准直器固定所需问题。在图8中采用另一组梯形棱镜利用其全内反射改变光方向，并拉开光束之间间隔以装配准直器。

实施例4、5各集电器在通常都是带着菱形棱镜脱离光路，当光开关所需通道时再将相应集电器带着相应菱形棱镜落入光路。

本实用新型的发明点就在于：采用双光纤准直器，平面反射镜，斜方棱镜集电器在构成1×2和2×2的光开关，采用斜方棱镜，集电器和单光纤准直器构成1×n光开关；采用两对斜方棱镜和一片反射镜作为阵列光开关的一个光反射单元，构成N×M的阵列开关。

Claims (15)

1、一种机械式光开关，它包括双光纤准直器、反射镜或棱镜，所述的双光纤准直器包括输入双光纤准直器和输出双光纤准直器，所述的反射镜或棱镜安装在输入双光纤准直器和输出双光纤准直器之间的光路上；其特征在于：它还包括驱动装置和连接在驱动装置上的斜方棱镜；所述的斜方棱镜在驱动装置的驱动下可沿横向引入或退出输入双光纤准直器和输出双光纤准直器之间的光路。

2、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于：所述的反射镜或棱镜固定设置。

3、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于：在输入双光纤准直器和输出双光纤准直器的相对面之间分别设有微透镜。

4、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于：所述的斜方棱镜为一对，该两片斜方棱镜在驱动装置的驱动下可沿横向引入输入双光纤准直器和输出双光纤准直器之间的光路，且位于反射镜或棱镜的两侧。

5、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于：所述的斜方棱镜为一片，该斜方棱镜在驱动装置的驱动下可沿横向引入输入双光纤准直器和输出双光纤准直器之间的光路，且位于输入双光纤准直器与反射镜之间。

6、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于：所述的斜方棱镜为二对，该二对斜方棱镜在驱动装置的驱动下可沿横向引入输入双光纤准直器和输出双光纤准直器之间的光路，且分别位于反射镜或棱镜的四个侧面。

7、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于：所述的驱动装置为集电器，所述的斜方棱镜固接在集电器的活动臂上。

8、根据权利要求7所述的机械式光开关，其特征在于：所述的集电器活动臂端部中间具有可使活动臂穿过反射镜的通孔。

9、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于：所述的双光纤准直器包括多组输入双光纤准直器和输出双光纤准直器，在各组输入双光纤准直器和输出双光纤准直器之间的光路上设有多片反射镜和多片可由驱动装置引入的斜方棱镜。

10、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于：它由一对双光纤准直器、一对斜方棱镜、一个平面反射镜和一个集电器构成。

11、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于：它由一个双光纤准直器、一个单光纤准直器、一个平面反射镜、一个斜方棱镜和一个集电器构成。

12、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于：它由N+2个准直器、2×W个斜方棱镜、W组集电器可构成。

13、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于：它由N+1个准直器、N个斜方棱镜、N组梯形棱镜、N组集电器构成。

14、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于：它由两对斜方棱镜、一个平面反射镜、一个集电器构成。

15、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于：它由一对斜方棱镜、一个平面反射镜、一个集电器和由N×M光纤排列光纤头制成的两个准直器组成；N×M光纤排列光纤头中的N与M之一为偶数，光纤对称排列。

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