專(zhuān)利名稱(chēng)：光開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是關(guān)于一種光開(kāi)關(guān)，特別是關(guān)于一種機(jī)械式并利用漸變折射率透鏡做為光路轉(zhuǎn)換元件的光開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
光開(kāi)關(guān)是一種重要的光無(wú)源器件，其在光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中對(duì)光信號(hào)進(jìn)行選擇性開(kāi)關(guān)操作。
隨著光信號(hào)傳送業(yè)務(wù)量的快速增長(zhǎng)，以及接入網(wǎng)與高速數(shù)據(jù)網(wǎng)大容量高速交換需求的提高，組建全光傳輸網(wǎng)絡(luò)成為光通信技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。光交叉連接(OXC)技術(shù)是全光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)之一，OXC系統(tǒng)作為全光網(wǎng)絡(luò)不可缺少的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，可以使全光網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)墓庑盘?hào)進(jìn)行直接交換與交叉連接，相對(duì)目前的電交叉連接，既可省去光-電-光的變換過(guò)程，又可減少干擾的可能性，同時(shí)也可盡快消除同步網(wǎng)絡(luò)中的干擾，提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性及可靠性，并可以使光傳輸系統(tǒng)的無(wú)中繼傳送距離更長(zhǎng)。光開(kāi)關(guān)作為OXC設(shè)備中的關(guān)鍵器件，其地位的重要性日益突顯。
根據(jù)光開(kāi)關(guān)工作原理的不同，光開(kāi)關(guān)可分為機(jī)械式光開(kāi)關(guān)與非機(jī)械式光開(kāi)關(guān)兩大類(lèi)。機(jī)械式光開(kāi)關(guān)是利用機(jī)械、電磁等方式使光纖或光學(xué)元件發(fā)生移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)光束在不同輸出端口間的切換，其包括移動(dòng)光纖式與移動(dòng)光學(xué)元件式，理想的性能參數(shù)包括低損耗(＜1dB)、高隔離度(＞50dB)及較快的開(kāi)關(guān)速度(數(shù)十毫秒)等。
對(duì)于移動(dòng)光纖式機(jī)械光開(kāi)關(guān)，其一端的光纖固定，而另一端的光纖是活動(dòng)的，通過(guò)移動(dòng)活動(dòng)光纖使之與固定光纖中的不同端口相耦合，從而實(shí)現(xiàn)光路的切換。這類(lèi)光開(kāi)關(guān)主要的問(wèn)題是在每次移動(dòng)活動(dòng)光纖后均需要有精確的準(zhǔn)直，并且由于光纖直徑細(xì)小，在其準(zhǔn)直的過(guò)程中極小的軸向、縱向偏離以及軸向夾角的偏差都能引起較大的插入損耗；且，由于光纖較細(xì)，在光纖來(lái)回移動(dòng)的過(guò)程中，會(huì)因?yàn)閺?qiáng)度不夠而出現(xiàn)彎曲變形，從而產(chǎn)生光信號(hào)泄漏，但是若在光纖的外圍覆上強(qiáng)度較高的外層，又會(huì)使光纖不易于移動(dòng)，并增加移動(dòng)所需的機(jī)械力。
對(duì)于移動(dòng)光學(xué)元件式光開(kāi)關(guān)，其通過(guò)光學(xué)元件的移動(dòng)使光束傳輸光路發(fā)生改變，較為常用的光學(xué)元件包括套管、反光鏡及棱鏡等。如圖1及圖2所示，美國(guó)專(zhuān)利第5,742,712號(hào)揭示的是關(guān)于一種移動(dòng)反射面型機(jī)械式光開(kāi)關(guān)，其包括一第一套管426；收容于該第一套管426的第一輸入光纖422及第一輸出光纖424；一第二套管434，收容于該第二套管434的第二輸入光纖430及第二輸出光纖432；且在每一套管的前端均設(shè)有一漸變折射率透鏡(GRINLens)，可準(zhǔn)直第一輸入光纖422與第二輸入光纖430的輸入光束成為平行光，并將平行光匯聚使之分別進(jìn)入第一輸出光纖424或第二輸出光纖432。
該第一套管426及第一漸變折射率透鏡428與第二套管434及第二漸變折射率透鏡436相對(duì)設(shè)置且彼此對(duì)準(zhǔn)。反射元件420置于第一漸變折射率透鏡428與第二漸變折射率透鏡436之間，其具有兩反射面，分別與兩漸變折射率透鏡相對(duì)應(yīng)，通過(guò)一繼電器的控制可在第一位置與第二位置間作上下來(lái)回移動(dòng)，以改變光束傳輸?shù)姆较颍瑥亩鴮?shí)現(xiàn)光路切換的效果。
為達(dá)到理想的準(zhǔn)直，兩漸變折射率透鏡間的軸向間距必需足夠大以滿(mǎn)足反射元件420在其間調(diào)整的需要，但是兩漸變折射率透鏡的軸向間距對(duì)光開(kāi)關(guān)的插入損耗又有著明顯的影響，且此軸向間距不得大于2.0mm，否則，將產(chǎn)生較大的插入損耗，從而影響光束的輸出。同時(shí)，相對(duì)于反射元件420時(shí)的光開(kāi)關(guān)準(zhǔn)直系統(tǒng)，在插入反射元件420時(shí)，由于反射元件420的兩反射面間存在一定之間距，因此，在兩漸變折射率透鏡軸向間距保持在一定較小范圍，以使在反射元件420未插入狀態(tài)時(shí)整個(gè)光開(kāi)關(guān)有較小的插入損耗的情形下，則在一反射面相對(duì)一組輸入/輸出光纖達(dá)到精確準(zhǔn)直時(shí)必定使另一組輸入/輸出光纖因較難對(duì)準(zhǔn)而產(chǎn)生較大的損耗。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是在于提供一種易于準(zhǔn)直且插入損耗較小的光開(kāi)關(guān)。
本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)由一基座、兩輸入/輸出端及一光路轉(zhuǎn)換裝置三部分組成。其中，光路轉(zhuǎn)換裝置包括驅(qū)動(dòng)裝置與光路轉(zhuǎn)換元件，光路轉(zhuǎn)換元件通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝置之驅(qū)動(dòng)移動(dòng)于第一位置與第二位置之間，并通過(guò)基座上的定位元件協(xié)助定位，其包括本體、第一反射元件、第二反射元件及一圓柱漸變折射率透鏡。第一反射元件與第二反射元件分別位于本體的兩側(cè)，且彼此相對(duì)，并可分別與兩輸入/輸出端相準(zhǔn)直，以使來(lái)自一輸入光纖的輸入光可以被反射至一輸出光纖。而節(jié)距為0.5的圓柱漸變折射率透鏡被收容于本體內(nèi)，其兩端面分別與兩反射面所在平面或是本體的二側(cè)面所在平面共面，并可分別與兩輸入/輸出端相準(zhǔn)直，用以傳輸來(lái)自不同輸入光纖的輸入光束至不同的輸出光纖。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)因通過(guò)兩反射面完成兩端光路的反射，故，完全避免了因一個(gè)反射面完成兩端光路反射時(shí)所不可避免的因反射面的一定厚度而產(chǎn)生的兩端對(duì)準(zhǔn)差異；且本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)通過(guò)一圓柱漸變折射率透鏡傳輸入射光，從而可相對(duì)減少兩準(zhǔn)直元件間的間距，實(shí)現(xiàn)了較小的插入損耗。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)光開(kāi)關(guān)處于第一狀態(tài)的光路示意圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)光開(kāi)關(guān)處于第二狀態(tài)的光路示意圖。
圖3是本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)的立體圖。
圖4是本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)沿圖3A-A剖面的雙光纖固定管的剖視圖。
圖5是本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)沿圖3B-B剖面的雙光纖固定管的剖視圖。
圖6是本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)處于第一狀態(tài)的原理示意圖。
圖7是本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)處于第一狀態(tài)的光路示意圖。
圖8是本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)處于第一狀態(tài)時(shí)，光束在漸變折射率透鏡中行進(jìn)曲線(xiàn)示意圖。
圖9是本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)處于第一狀態(tài)時(shí)，光束在漸變折射率透鏡中行進(jìn)曲線(xiàn)的又一示意圖。
圖10是本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)處于第二狀態(tài)的原理示意圖。
圖11是本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)處于第二狀態(tài)的光路示意圖。
圖12是本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)的第二實(shí)施例處于第一狀態(tài)的原理示意圖。
圖13是本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)的第二實(shí)施例處于第一狀態(tài)的光路示意圖。
圖14是本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)的第二實(shí)施例處于第二狀態(tài)的原理示意圖。
圖15是本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)的第二實(shí)施例處于第二狀態(tài)的光路示意圖。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參見(jiàn)圖3，本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)的較佳實(shí)施例99，其由一基座10、第一輸入/輸出裝置20、第二輸入/輸出裝置40、光路轉(zhuǎn)換裝置32及驅(qū)動(dòng)裝置50組成。該基座10用以固定該第一輸入/輸出裝置20、第二輸入/輸出裝置40以及驅(qū)動(dòng)裝置50，其包括基底11、固定臂12及定位元件13，其中第一輸入/輸出裝置20及第二輸入/輸出裝置40被固定于基底10的固定臂12中，驅(qū)動(dòng)裝置50被設(shè)置于基座11之上，該驅(qū)動(dòng)裝置50可為一繼電器，通過(guò)驅(qū)動(dòng)臂503與光路轉(zhuǎn)換裝置32相連，繼電器可以驅(qū)使光路轉(zhuǎn)換裝置32在基座10與固定臂12間的空間中進(jìn)行位置的改變。
第一輸入/輸出裝置20與第二輸入/輸出裝置40具有相同的結(jié)構(gòu)，其中該第一輸入/輸出裝置20包括第一輸入光纖21、第一輸出光纖22、第一雙光纖固定管25及第一準(zhǔn)直元件27。而該第二輸入/輸出裝置40則包括第二輸入光纖41、第二輸出光纖42、第二雙光纖固定管45及第二準(zhǔn)直元件47。
其中，第一輸入光纖21與第一輸出光纖22被收容于第一雙光纖固定管25內(nèi)，且第二輸入光纖41與第二輸出光纖42被收容于第二雙光纖固定管45內(nèi)。第一準(zhǔn)直元件27與第二準(zhǔn)直元件47彼此相對(duì)，分別位于第一雙光纖固定管25與第二雙光纖固定管45的端面一252與端面二452之前端，且第一雙光纖固定管25、第一準(zhǔn)直元件27、第二雙光纖固定管45及第二準(zhǔn)直元件47彼此準(zhǔn)直，且其端面均覆有一層抗反射膜，以使來(lái)自一輸入光纖的光束可以被準(zhǔn)直至一輸出光纖且減少光開(kāi)關(guān)的回波損耗，第一準(zhǔn)直元件27與第二準(zhǔn)直元件47均可是節(jié)距為一0.23至0.25的漸變折射率透鏡。
如圖4所示，第一雙光纖固定管25具有通孔一251，其與第一雙光纖固定管25的縱軸相平行且貫穿于第一雙光纖固定管25的兩端面，其直徑等于兩光纖直徑的和，以正好收容第一輸入光纖21與第一輸出光纖22于其內(nèi)，并使第一輸入光纖21的中心位于第一準(zhǔn)直元件27的相對(duì)位置A，而第一輸出光纖22的中心位于第一準(zhǔn)直元件27的相對(duì)位置B。
又如圖5所示，第二雙光纖固定管45具有通孔二451，其與第二雙光纖固定管45的縱軸相平行且穿過(guò)第二雙光纖固定管45的兩端面，其直徑等于兩光纖直徑的和，以正好收容第二輸入光纖41與第二輸出光纖42于其內(nèi)，并使第二輸入光纖41的中心位于第二準(zhǔn)直元件47的相對(duì)位置A’，而第二輸出光纖42的中心位于第二準(zhǔn)直元件47的相對(duì)位置B’。
請(qǐng)復(fù)參照?qǐng)D3，光路轉(zhuǎn)換裝置32與驅(qū)動(dòng)裝置50的驅(qū)動(dòng)臂503相連，可移動(dòng)于第一位置與第二位置之間，并通過(guò)基座10上的定位元件13協(xié)助定位。光路轉(zhuǎn)換裝置32包括本體321、第一反射元件322、第二反射元件323及一圓柱漸變折射率透鏡324。第一反射元件322與第二反射元件323分別相對(duì)設(shè)置于本體321兩側(cè)，并分別與第一雙光纖固定管25、第一準(zhǔn)直元件27以及第二雙光纖固定管45、第二準(zhǔn)直元件47相互準(zhǔn)直，可使來(lái)自一輸入光纖的輸入光被反射至固定于相同雙光纖固定管中的另一輸出光纖。圓柱漸變折射率透鏡324則被收容于本體之內(nèi)，節(jié)距為0.5的圓柱漸變折射率透鏡的兩端面分別與第一雙光纖固定管25、第一準(zhǔn)直元件27、第二雙光纖固定管45及第二準(zhǔn)直元件47相準(zhǔn)直，用以傳輸來(lái)自不同輸入光纖的輸入光束至不同雙光纖固定管中的輸出光纖。
請(qǐng)配合參照?qǐng)D6、圖7、圖8及圖9，當(dāng)光路轉(zhuǎn)換裝置32向上移動(dòng)至第一位置時(shí)，圓柱漸變折射率透鏡324位于光路中，與第一準(zhǔn)直元件27及第二準(zhǔn)直元件47準(zhǔn)直。由于光束在一無(wú)限長(zhǎng)的圓柱形漸變折射率透鏡中行進(jìn)的軌跡為一正弦曲線(xiàn)，當(dāng)?shù)谝粶?zhǔn)直元件27及第二準(zhǔn)直元件47均是節(jié)距約0.25的漸變折射率透鏡時(shí)，其0.25節(jié)距即表示光束在透鏡中行進(jìn)四分之一個(gè)正弦曲線(xiàn)，而圓柱漸變折射率透鏡324為節(jié)距0.5，則表示光束在該透鏡中會(huì)行進(jìn)二分之一個(gè)正弦曲線(xiàn)，因此，第一準(zhǔn)直元件27、漸變折射率透鏡324及第二準(zhǔn)直元件47對(duì)準(zhǔn)之后光束可以行進(jìn)一個(gè)完整的正弦曲線(xiàn)，即如圖8及圖9所示，來(lái)自位置A的光束會(huì)進(jìn)入位置A’，而來(lái)自位置B’的光束則會(huì)進(jìn)入位置B。故，來(lái)自第一輸入光纖21輸入的光束經(jīng)第一準(zhǔn)直元件27、圓柱漸變折射率透鏡324以及第二準(zhǔn)直元件47后將由第二輸出光纖42輸出，而來(lái)自第二輸入光纖41的輸入光束則可由第一輸出光纖22輸出。
請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D10及圖11，當(dāng)光路轉(zhuǎn)換裝置32向下移動(dòng)至第二位置，使兩反射面位于光路中，與第一準(zhǔn)直元件27及第二準(zhǔn)直元件47準(zhǔn)直，而圓柱漸變折射率透鏡324被移出光路，來(lái)自第一輸入光纖21的輸入光經(jīng)由第一反射面322反射后將由第一輸出光纖22輸出，而第二輸入光纖41輸入的光束則由第二反射面323反射，并由第二輸出光纖42輸出。
再請(qǐng)參見(jiàn)圖12至圖15，為本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)的第二實(shí)施例99’，一1×2光開(kāi)關(guān)，其與前述實(shí)施例工作原理及大部分結(jié)構(gòu)相同，故以下僅對(duì)不同之處進(jìn)行說(shuō)明。在第二實(shí)施例99’中，僅設(shè)置一第一反射面322’，當(dāng)光路轉(zhuǎn)換裝置32向上移動(dòng)，使圓柱漸變折射率透鏡324’位于光路中，與第一準(zhǔn)直元件27’及第二準(zhǔn)直元件47’準(zhǔn)直而第一反射面322’移出光路，第一輸入光纖21’輸入的光束經(jīng)圓柱漸變折射率透鏡324’將由第二輸出光纖42’輸出；當(dāng)光開(kāi)關(guān)位于第二狀態(tài)時(shí)，光路轉(zhuǎn)換裝置32’向下移動(dòng)，使第一反射面322’位于光路中，與第一準(zhǔn)直元件27’準(zhǔn)直，而圓柱漸變折射率透鏡324’被移出光路，來(lái)自第一輸入光纖21’的輸入光經(jīng)由第一反射面322’反射后將由第一輸出光纖22’輸出。
由上可知，第一準(zhǔn)直元件、圓柱漸變折射率透鏡及第二準(zhǔn)直元件可形成相當(dāng)于一節(jié)距為1的漸變折射率透鏡，以供光束在其中以一完整正弦曲線(xiàn)路徑通過(guò)。
另外，本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)也可有其其變化設(shè)計(jì)。如可改變雙光纖固定管開(kāi)孔的直徑以允許多根光纖的插入，使雙光纖固定管成為多光纖多光纖固定管，以制造一雙1×2光開(kāi)關(guān)或一雙2×2光開(kāi)關(guān)。
權(quán)利要求1.一種光開(kāi)關(guān)，其包括至少一用以輸入光信號(hào)至光開(kāi)關(guān)中的輸入光纖；至少一用以自光開(kāi)關(guān)中輸出光信號(hào)的輸出光纖；第一準(zhǔn)直元件，與該輸入光纖一端對(duì)準(zhǔn)；第二準(zhǔn)直元件，與該輸出光纖一端對(duì)準(zhǔn)；一反射元件，置于第一準(zhǔn)直元件與第二準(zhǔn)直元件之間，其特征在于該光開(kāi)關(guān)進(jìn)一步包括一透鏡，位于上述第一準(zhǔn)直元件與第二準(zhǔn)直元件之間，來(lái)自輸入光纖的光信號(hào)可經(jīng)第一準(zhǔn)直元件、透鏡及第二準(zhǔn)直元件傳輸至輸出光纖，且該反射元件與該透鏡可在第一位置與第二位置之間移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于其中該透鏡為漸變折射率透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于其中該第一及第二準(zhǔn)直元件可為節(jié)距為0.23的漸變折射率透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于其中該第一及第二準(zhǔn)直元件可為節(jié)距為0.25的漸變折射率透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于其中該漸變折射率透鏡的節(jié)距可為0.5或1。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于其中該輸入光纖可進(jìn)一步包括一第一輸入光纖與一第二輸入光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于其中該輸出光纖可進(jìn)一步包括一第一輸出光纖與一第二輸出光纖。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于其中該第一輸入光纖與第一輸出光纖是設(shè)置于光開(kāi)關(guān)的同一側(cè)，其一端與該第一準(zhǔn)直元件連接，而該第二輸入光纖與第二輸出光纖是設(shè)置于光開(kāi)關(guān)的同一側(cè)并相對(duì)于第一輸入及輸出光纖，其一端與該第二準(zhǔn)直元件連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于其中該漸變折射率透鏡的節(jié)距可為0.5或1。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于其中光信號(hào)經(jīng)第一輸入光纖輸入后，會(huì)由第二輸出光纖輸出，而光信號(hào)經(jīng)第二輸入光纖輸入后，會(huì)由第一輸出光纖輸出。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于該光開(kāi)關(guān)可進(jìn)一步包括一驅(qū)動(dòng)裝置，該驅(qū)動(dòng)裝置可與該漸變折射率透鏡連動(dòng)，使該漸變折射率透鏡移入或移出光路。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光開(kāi)關(guān)，其特征在于該光開(kāi)關(guān)進(jìn)一步包括第一反射元件及第二反射元件，當(dāng)漸變折射率透鏡移出光路時(shí)，該第一反射元件與第二反射元件可移入光路中，使該第一反射元件與該第一輸入及輸出光纖相對(duì)，而該第二反射元件與該第二輸入及輸出光纖相對(duì)。
專(zhuān)利摘要一種光開(kāi)關(guān)，其采用一同時(shí)收容兩反射元件及一圓柱漸變折射率透鏡的本體作為光路轉(zhuǎn)換元件，通過(guò)光路轉(zhuǎn)換元件的上下移動(dòng)，使兩反射元件與圓柱漸變折射率透鏡交替位于光路中，從而實(shí)現(xiàn)光路轉(zhuǎn)換。
文檔編號(hào)G02B6/35GK2522882SQ0125623
公開(kāi)日2002年11月27日 申請(qǐng)日期2001年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月12日
發(fā)明者廖上秦, 吳焜燦 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司