專利名稱：1×2機(jī)械光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種1×2機(jī)械光開關(guān)，特別是涉及一種1×2機(jī)械光開關(guān)的光路。本發(fā)明應(yīng)用于光通訊系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、光纖測量系統(tǒng)或儀器以及光纖傳感系統(tǒng)中的光信號交換。
電信號在金屬導(dǎo)線中傳輸時(shí)可以非常容易地實(shí)現(xiàn)連接，而光信號要從輸入光纖進(jìn)入輸出光纖必須要有非常精確的耦合，否則光強(qiáng)的損失將非常嚴(yán)重?，F(xiàn)在，在光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中普遍使用的單模光纖的橫截面非常小，它的纖芯直徑僅為9微米左右，而且它的可接受的角度(數(shù)值孔徑)也非常小，為了確保傳輸效率，入射光必須位于數(shù)值孔徑以內(nèi)。因此，用于將輸入光切換到不同輸出端口的光開關(guān)必須要有非常高的精度。
由于光開關(guān)的應(yīng)用非常廣泛，在先技術(shù)有很多關(guān)于光開關(guān)的發(fā)明專利。美國專利商標(biāo)局在1984年5月7日公布的專利號為4589726的“旋轉(zhuǎn)式光開關(guān)”它主要應(yīng)用于2×2光開關(guān)，用步進(jìn)電機(jī)將一直角棱鏡旋轉(zhuǎn)90度來完成光路的切換。該發(fā)明存在著如下一些問題，首先是步進(jìn)電機(jī)的切換速度很慢，切換時(shí)間通常在15毫秒以上，而現(xiàn)代通信系統(tǒng)對光開關(guān)切換時(shí)間的要求通常在10毫秒以下；其次該發(fā)明只采用了一只棱鏡，在調(diào)整中存在著很棘手的相互干涉的問題，由于光路的切換是通過棱鏡在相互方向上的轉(zhuǎn)動來保證的，當(dāng)調(diào)整好一個(gè)方向之后，就很難保證另一個(gè)方向上光路的耦合，而且光路的調(diào)整非常耗費(fèi)時(shí)間，因此該發(fā)明在可制造性上存在很大的問題。
美國專利商標(biāo)局在1993年5月9日公布的專利號為4589726“用于光纖之間信號交換的設(shè)備和方法”的發(fā)明，該發(fā)明通過兩個(gè)相對的直角面鍍反射膜的等腰直角全反射棱鏡的移入和移出光路來實(shí)現(xiàn)光信號交換。在該發(fā)明中，由于在棱鏡移出光路時(shí)一個(gè)棱鏡必須位于兩個(gè)自聚焦透鏡之間，因此兩個(gè)自聚焦透鏡之間的距離相對較寬，從而導(dǎo)致整個(gè)開關(guān)的尺寸變得很大，不能滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)對開關(guān)尺寸要求越來越小的需求；其次，該發(fā)明中每個(gè)棱鏡需要在兩個(gè)直角面上鍍高反射膜，增加了開關(guān)的成本；另外，在該發(fā)明中光信號的輸入端和輸出端位于開關(guān)的兩側(cè)，不便于光通信系統(tǒng)中對開關(guān)的集成。
本發(fā)明的1×2機(jī)械光開關(guān)的結(jié)構(gòu)如

圖1、2、3、4、5、6、7、8所示。它包括帶上蓋9的基座1，基座1上的第一平臺101，第二平臺102和準(zhǔn)直器夾具103，繼電器2，懸臂梁3，固定棱鏡4，活動棱鏡5，輸入準(zhǔn)直器6，第一輸出準(zhǔn)直器7，第二輸出準(zhǔn)直器8和上蓋9。
基座1上中間位置上是第二平臺102，在第二平臺102一邊的基座1上是第一平臺101，在第二平臺102的另一邊基座1上是準(zhǔn)直器夾具103。固定棱鏡4置放在第二平臺102上。輸入準(zhǔn)直器6、第一輸出準(zhǔn)直器7和第二輸出準(zhǔn)直器8相互平行地置放在同一準(zhǔn)直器夾具103上。在第一平臺101上置有繼電器2，繼電器2上帶有懸臂梁3，在懸臂梁3的末端上固定有活動棱鏡5。
所說的繼電器2為單刀雙擲的繼電器，它包括電源輸入引腳201，繼電器2上的活動端子202，信號檢測引腳203、204、205，觸點(diǎn)206、207。
所說的固定棱鏡4為一等腰直角全反射棱鏡，包括斜面401，第一直角面402，第二直角面403。斜面401的表面上鍍有增透射薄膜。固定棱鏡4置于第二平臺102上，其斜面401垂直于輸入準(zhǔn)直器6的中心軸線。并對準(zhǔn)輸入準(zhǔn)直器6和第一輸出準(zhǔn)直器7。
所說的活動棱鏡5為一菱形棱鏡，包括光束入射面501，第一反射面502，第二反射面503和光束出射面504。光束入射面501和光束出射面504相互平行，兩表面鍍有增透射薄膜?；顒永忡R5是固定在懸臂梁3的末端上。兩反射面502、503相互平行。當(dāng)活動棱鏡5移入光路時(shí)，活動棱鏡5的光束入射面501與固定棱鏡4的斜面401相對平行?；顒永忡R5的光束出射面504對準(zhǔn)第二輸出準(zhǔn)直器8。并垂直于第二輸出準(zhǔn)直器8的中心軸線。
如圖8的上蓋9是用于把置放在基座1上的核心元件蓋起來，密封起來。
固定棱鏡4和活動棱鏡5的相對位置如圖2所示，固定棱鏡4通光時(shí)，作為固定棱鏡4的等腰直角全反射棱鏡位于輸入準(zhǔn)直器6和第一輸出準(zhǔn)直器7的前方，斜面401即光束入射面與入射光垂直；當(dāng)活動棱鏡5通光時(shí)，如圖5所示，活動棱鏡5位于固定棱鏡4和兩輸出準(zhǔn)直器7、8之間，活動棱鏡5的光束入射面501對著固定棱鏡4的斜面401即固定棱鏡4的光束出射面?；顒永忡R5的光束出射面504對著第二輸出準(zhǔn)直器8。
如圖4、圖5所示，當(dāng)繼電器2通電后，繼電器2產(chǎn)生吸力，吸合活動端子202，從而帶動懸臂梁3末端的活動棱鏡5插入光路中。同時(shí)活動端子202帶動觸點(diǎn)206斷開，觸點(diǎn)207吸合，繼電器2的工作狀態(tài)就從203和204之間的導(dǎo)通變?yōu)?04和205之間的導(dǎo)通，如果在引腳上外接電路就可實(shí)現(xiàn)對光開關(guān)輸入輸出狀態(tài)的判斷。此時(shí)入射光經(jīng)過輸入準(zhǔn)直器6從固定棱鏡4的斜面401入射，經(jīng)過直角邊402、403的兩次全反射后再從斜面401出射，再入射到活動棱鏡5的光束入射面501，經(jīng)過活動棱鏡5的兩反射面502、503的兩次全反射，從光束出射面504出射，被第二輸出準(zhǔn)直器8接收。
如圖1、圖2、圖3所示，當(dāng)繼電器2斷電后，繼電器2維持吸合作用的電磁力消失，活動端子202反彈，從而帶動懸臂梁3末端的活動棱鏡5移出光路。同時(shí)活動端子202帶動觸點(diǎn)207斷開，觸點(diǎn)206吸合，繼電器2的工作狀態(tài)就從204和205之間的導(dǎo)通變?yōu)?04和203之間的導(dǎo)通，如果在引腳上外接電路就可實(shí)現(xiàn)對光開關(guān)光路輸入輸出狀態(tài)的判斷。此時(shí)，入射光經(jīng)過輸入準(zhǔn)直器6穿過固定棱鏡4的斜面401入射，經(jīng)過固定棱鏡4的第一直角面402和第二直角面403的兩次全反射，光束再次穿過固定棱鏡4的斜面401，并經(jīng)過第一輸出準(zhǔn)直器7出射。
本發(fā)明的有益效果是采用了一個(gè)等腰直角全反射棱鏡和一個(gè)菱形棱鏡，利用全反射原理來實(shí)現(xiàn)光路的交換。與在先技術(shù)的美國專利商標(biāo)局公布的專利號4589726的發(fā)明相比較，本發(fā)明由于采用了電磁驅(qū)動，光信號切換時(shí)間短，典型的切換時(shí)間為6毫秒，最長的切換時(shí)間為10毫秒；本發(fā)明由于采用了一個(gè)等腰直角全反射棱鏡和一個(gè)菱形棱鏡，很好地解決了在光路準(zhǔn)直時(shí)的相互干涉問題，生產(chǎn)效率得到了很大的提高。與在先技術(shù)的美國專利商標(biāo)局公布的專利號5436986相比較，本發(fā)明中每個(gè)棱鏡僅需在入射面鍍增透射薄膜，節(jié)省了成本；其次，本發(fā)明中準(zhǔn)直器之間的距離很小，結(jié)構(gòu)緊湊，減少了開關(guān)的尺寸；還有本發(fā)明將入射端和出射端置于一側(cè)，不僅優(yōu)化了空間布局，進(jìn)一步突出了結(jié)構(gòu)緊湊、體積小的優(yōu)點(diǎn)，非常便于系統(tǒng)的集成。
圖2為本發(fā)明的1×2機(jī)械光開關(guān)固定棱鏡4通光時(shí)的光路示意圖。
圖3為本發(fā)明的1×2機(jī)械光開關(guān)固定棱鏡4通光時(shí)的總體效果示意。
圖4為本發(fā)明的1×2機(jī)械光開關(guān)活動棱鏡5通光時(shí)的側(cè)視示意圖。
圖5為本發(fā)明的1×2機(jī)械光開關(guān)活動棱鏡5通光時(shí)的光路示意圖。
圖6為本發(fā)明的1×2機(jī)械光開關(guān)分解示意圖。
圖7為本發(fā)明的1×2機(jī)械光開關(guān)去掉上蓋9后，內(nèi)部總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8為本發(fā)明的1×2機(jī)械光開關(guān)的上蓋9的示意圖。其中圖8-1是上蓋9的內(nèi)部示意圖。圖8-2是上蓋9的外部形狀示意圖。
所說的基座1是不銹鋼制成的。繼電器2是單刀雙擲的繼電器，額定電壓5伏特，額定電流28.1毫安。繼電器2上的懸臂梁3是鐵鎳合金材料的。固定棱鏡4和活動棱鏡5的材料是K9玻璃?；顒永忡R5用膠水固定在懸臂梁3的末端。固定棱鏡4用膠水固定在第二平臺102上。
本發(fā)明光開關(guān)的特征尺寸是長度38毫米，寬度14毫米，高度13毫米，典型規(guī)格為光信號切換時(shí)間為8毫秒，插入損耗一端(固定棱鏡4通光)為0.35dB，另一端(活動棱鏡5)為0.40dB，切換重復(fù)性±0.02dB，回波損耗62dB，使用壽命1×107次。
權(quán)利要求
1.一種1×2機(jī)械光開關(guān)，包括帶有上蓋(9)的基座(1)，固定棱鏡(4)，基座(1)上的第二平臺(102)和準(zhǔn)直器夾具(103)，輸入準(zhǔn)直器(6)，第一輸出準(zhǔn)直器(7)和第二輸出準(zhǔn)直器(8)，其特征在于所說的第二平臺(102)是在基座(1)的中間位置上，在第二平臺(102)一邊的基座(1)上是第一平臺(101)，在第二平臺(102)的另一邊基座(1)上是準(zhǔn)直器夾具(103)，固定棱鏡(4)置放在第二平臺(102)上，輸入準(zhǔn)直器(6)、第一輸出準(zhǔn)直器(7)和第二輸出準(zhǔn)直器(8)相互平行地置放在同一準(zhǔn)直器夾具(103)上，在第一平臺(101)上置有繼電器(2)，繼電器(2)上帶有懸臂梁(3)，在懸臂梁(3)的末端固定有活動棱鏡(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1×2機(jī)械光開關(guān)，其特征在于所說的固定棱鏡(4)是等腰直角全反射棱鏡，它置于第二平臺(102)上，它的斜面(401)垂直于輸入準(zhǔn)直器(6)的中心軸線，并對準(zhǔn)輸入準(zhǔn)直器(6)和第一輸出準(zhǔn)直器(7)，斜面(401)的表面鍍有增透射薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的1×2機(jī)械光開關(guān)，其特征在于所說的活動棱鏡(5)是菱形棱鏡，它的光束入射面(501)和光束出射面(504)是相互平行的兩個(gè)面，表面鍍有增透射薄膜，另兩個(gè)平行面(502、503)是反射面，它的光束入射面(501)與固定棱鏡(4)的斜面(401)相對平行，它的光束出射面(504)垂直于第二輸出準(zhǔn)直器(8)的中心軸線，并對準(zhǔn)第二輸出準(zhǔn)直器(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的1×2機(jī)械光開關(guān)，其特征在于所說的繼電器(2)是單刀雙擲的繼電器。
全文摘要
一種1×2機(jī)械光開關(guān)，適用于光通訊、光纖網(wǎng)絡(luò)、光纖測量以及光纖傳感系統(tǒng)和儀器中的光信號交換。主要包括置于基座上第二平臺上的固定棱鏡，固定于繼電器上懸臂梁末端的活動棱鏡。輸入準(zhǔn)直器和兩個(gè)輸出準(zhǔn)直器平行地置放在同一個(gè)準(zhǔn)直器夾具上。與在先技術(shù)相比，本發(fā)明采用的是電磁驅(qū)動，光信號切換時(shí)間短，典型的切換時(shí)間是6毫秒。最長的切換時(shí)間為10毫秒。解決了在光路準(zhǔn)直時(shí)，光束相互干涉問題，從而提高了生產(chǎn)率。光信號的輸入端和輸出端均在一側(cè)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，便于系統(tǒng)的集成。
文檔編號G02B6/34GK1427277SQ0214532
公開日2003年7月2日 申請日期2002年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月21日
發(fā)明者陳海榮, 錢玉彬, 劉浩鋒, 謝虎, 梁聯(lián)長 申請人:上海泛太光龍通訊設(shè)備有限公司