專利名稱：小型光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及物理領(lǐng)域，尤其涉及光學(xué)元件，特別涉及光學(xué)通信領(lǐng)域內(nèi)切換由光纖構(gòu)成的光學(xué)傳輸線的裝置，具體的是一種小型光開關(guān)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，在光纖通訊方面廣泛采用機(jī)械式光開關(guān)來實(shí)現(xiàn)光的切換。在機(jī)械式光開關(guān)里，機(jī)械光器件將光從輸入光纖導(dǎo)向指定的輸出光纖?，F(xiàn)有的機(jī)械式光開關(guān)中通常利用移動光棱鏡，或移動光纖本身等方式來實(shí)現(xiàn)光的切換，這使得光纖的相互準(zhǔn)直性不易保證。為了使光的插入損耗控制在能接受的范圍內(nèi)，光開關(guān)中的各個光器件，必須精確地保持相互準(zhǔn)直的位置。這對光路的高要求，隨之增加了制造成本，降低了生產(chǎn)率，也限制了光開關(guān)對溫度范圍、振動強(qiáng)度等環(huán)境變化所能承受的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種小型光開關(guān)，所述的這種小型光開關(guān)要解決現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)械式光開關(guān)不易保證光纖的相互準(zhǔn)直性的技術(shù)問題，同時也要解決現(xiàn)有技術(shù)中的機(jī)械式光開關(guān)制造成本高、生產(chǎn)率低、對溫度、振動變化承受能力差的技術(shù)問題。
本實(shí)用新型為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種小型光開關(guān)。所述的這種小型光開關(guān)由一個第一光纖準(zhǔn)直器、一個第二光纖準(zhǔn)直器、一個第一平面反射鏡和一個活動開關(guān)棱鏡構(gòu)成，所述的第一光纖準(zhǔn)直器由一個第一雙光纖準(zhǔn)直器構(gòu)成，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器中設(shè)置有一個第一輸入光纖和一個第一輸出光纖，所述的第二光纖準(zhǔn)直器中至少設(shè)置有一個第二輸出光纖，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器的相對位置固定，其中，所述的活動開關(guān)棱鏡具有一個第一停留位置和一個第二停留位置，所述的第一停留位置位于所述的第一輸入光纖和第二輸出光纖的光路之中，所述的第二停留位置位于所述的第一輸入光纖的出射光路之外，所述的第一平面反射鏡的反射面朝向所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器，所述的第一平面反射鏡與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的相對位置固定，所述的第一平面反射鏡的反射面位于所述的第一輸入光纖的出射光路和所述的第一輸出光纖的入射光路之中。
進(jìn)一步的，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器平行設(shè)置，方向相反，所述的活動開關(guān)棱鏡的形狀是平行四邊體。
進(jìn)一步的，所述的活動開關(guān)棱鏡是平行六面體，所述的活動開關(guān)棱鏡的兩端面設(shè)置有反射面，所述的活動開關(guān)棱鏡的側(cè)面設(shè)置有兩個相互平行的透射面。
進(jìn)一步的，所述的反射面與相鄰的所述的透射面呈45度角。
進(jìn)一步的，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器平行設(shè)置，方向相同，所述的活動開關(guān)棱鏡的形狀是對稱梯形體。
進(jìn)一步的，所述的活動開關(guān)棱鏡是對稱梯形六面體，所述的活動開關(guān)棱鏡的截面呈對稱梯形，所述的活動開關(guān)棱鏡的四個側(cè)面相互平行，所述的活動開關(guān)棱鏡的兩個端面設(shè)置有反射面，所述的活動開關(guān)棱鏡的側(cè)面設(shè)置有兩個相互平行的透射面，所述的端面與相鄰的端面呈45度角。
進(jìn)一步的，所述的第一平面反射鏡與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的端面之間設(shè)置有間距。
進(jìn)一步的，所述的間距符合以下的關(guān)系式S+(L/2+W/2)/n＝Dc，所述的S表示所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的端面與所述的活動開關(guān)棱鏡的一個透射面的距離，所述的W表示所述的活動開關(guān)棱鏡在與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的縱向中心軸平行的方向上的寬度，所述的L表示所述的活動開關(guān)棱鏡在與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的縱向中心軸垂直的方向上的長度，所述的n表示所述的活動開關(guān)棱鏡的材料折射率。
此外，進(jìn)一步的，所述的第二光纖準(zhǔn)直器也可由一個第二雙光纖準(zhǔn)直器構(gòu)成，所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器中設(shè)置有一個第二輸出光纖和一個第二輸入光纖，所述的活動開關(guān)棱鏡具有一個第一停留位置和一個第二停留位置，所述的第一停留位置位于所述的第一輸入光纖和第二輸出光纖的光路之中，所述的第二停留位置位于所述的第一輸入光纖和第二輸出光纖的出射光路之外，在所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器的端口一側(cè)設(shè)置有一個第二平面反射鏡，所述的第二平面反射鏡的反射面朝向所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器，所述的第二平面反射鏡與所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器的相對位置固定，所述的第二平面反射鏡的反射面位于所述的第二輸入光纖的出射光路和所述的第二輸出光纖的入射光路之中。
進(jìn)一步的，所述的第一輸入光纖和所述的第一輸出光纖平行設(shè)置在所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器中，所述的第二輸入光纖和所述的第二輸出光纖平行設(shè)置在所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器中。
進(jìn)一步的，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二雙光纖準(zhǔn)直器平行設(shè)置，方向相反，所述的活動開關(guān)棱鏡的形狀是平行四邊體。
進(jìn)一步的，所述的活動開關(guān)棱鏡是平行六面體，所述的活動開關(guān)棱鏡的兩端面設(shè)置有反射面，所述的活動開關(guān)棱鏡的側(cè)面設(shè)置有兩個相互平行的透射面。
進(jìn)一步的，所述的反射面與相鄰的所述的透射面呈45度角。
進(jìn)一步的，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二雙光纖準(zhǔn)直器平行設(shè)置，方向相同，所述的活動開關(guān)棱鏡的形狀是對稱梯形體。
進(jìn)一步的，所述的活動開關(guān)棱鏡是對稱梯形六面體，所述的活動開關(guān)棱鏡的截面呈對稱梯形，所述的活動開關(guān)棱鏡的四個側(cè)面相互平行，所述的活動開關(guān)棱鏡的兩個端面設(shè)置有反射面，所述的活動開關(guān)棱鏡的側(cè)面設(shè)置有兩個相互平行的透射面，所述的端面與相鄰的端面呈45度角。
進(jìn)一步的，所述的第一平面反射鏡與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的端面之間設(shè)置有間距。
進(jìn)一步的，所述的間距符合以下的關(guān)系式S+(L/2+W/2)/n＝Dc，所述的S表示所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的端面與所述的活動開關(guān)棱鏡的一個透射面的距離，所述的W表示所述的活動開關(guān)棱鏡在與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的縱向中心軸平行的方向上的寬度，所述的L表示所述的活動開關(guān)棱鏡在與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的縱向中心軸垂直的方向上的長度，所述的n表示所述的活動開關(guān)棱鏡的材料折射率。
根據(jù)本實(shí)用新型所述的小型光開關(guān)而采用的光切換方法如下所述的光切換方法中包括有一個將所述的活動開關(guān)棱鏡設(shè)置于所述的第一停留位置的第一步驟，在所述的第一步驟中，將所述的活動開關(guān)棱鏡設(shè)置于所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二雙光纖準(zhǔn)直器之間的光路中，使用所述的活動開關(guān)棱鏡，將從第一雙光纖準(zhǔn)直器中的一根輸入光纖出射的光導(dǎo)向第雙光纖準(zhǔn)直器中的一根輸出光纖，所述的光切換方法中還包括有一個將所述的活動開關(guān)棱鏡移動到所述的第二停留位置的第二步驟，在所述的第二步驟中，將所述的活動開關(guān)棱鏡移動到所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器之間的光路之外。
進(jìn)一步的，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器平行設(shè)置，方向相反，所述的活動開關(guān)棱鏡的形狀是平行四邊體。
進(jìn)一步的，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器平行設(shè)置，方向相同，所述的活動開關(guān)棱鏡的形狀是對稱梯形體。
進(jìn)一步的，所述的第一平面反射鏡與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的端面之間設(shè)置有間距。
進(jìn)一步的，所述的間距符合以下的關(guān)系式S+(L/2+W/2)/n＝Dc，所述的S表示所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的端面與所述的活動開關(guān)棱鏡的一個透射面的距離，所述的W表示所述的活動開關(guān)棱鏡在與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的縱向中心軸平行的方向上的寬度，所述的L表示所述的活動開關(guān)棱鏡在與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的縱向中心軸垂直的方向上的長度，所述的n表示所述的活動開關(guān)棱鏡的材料折射率。
此外，進(jìn)一步的，所述的第二光纖準(zhǔn)直器也可以采用一個第二雙光纖準(zhǔn)直器構(gòu)成，所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器中設(shè)置有一個第二輸出光纖和一個第二輸入光纖，所述的光切換方法中包括有一個將所述的活動開關(guān)棱鏡設(shè)置于所述的第一停留位置的第一步驟，在所述的第一步驟中，將所述的活動開關(guān)棱鏡設(shè)置于所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二雙光纖準(zhǔn)直器之間的光路中，使用所述的活動開關(guān)棱鏡，將從第一雙光纖準(zhǔn)直器中的一根輸入光纖出射的光導(dǎo)向第二雙光纖準(zhǔn)直器中的一根輸出光纖，將從第二雙光纖準(zhǔn)直器中的一根輸入光纖出射的光導(dǎo)向第二雙光纖準(zhǔn)直器中的一根輸出光纖，所述的光切換方法中還包括有一個將所述的活動開關(guān)棱鏡移動到所述的第二停留位置的第二步驟，在所述的第二步驟中，將所述的活動開關(guān)棱鏡移動到所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二雙光纖準(zhǔn)直器之間的光路之外。
進(jìn)一步的，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二雙光纖準(zhǔn)直器平行設(shè)置，方向相反，所述的活動開關(guān)棱鏡的形狀是平行四邊體。
進(jìn)一步的，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二雙光纖準(zhǔn)直器平行設(shè)置，方向相同，所述的活動開關(guān)棱鏡的形狀是對稱梯形體。
進(jìn)一步的，所述的第一平面反射鏡與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的端面之間設(shè)置有間距。
進(jìn)一步的，所述的間距符合以下的關(guān)系式S+(L/2+W/2)/n＝Dc，所述的S表示所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的端面與所述的活動開關(guān)棱鏡的一個透射面的距離，所述的W表示所述的活動開關(guān)棱鏡在與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的縱向中心軸平行的方向上的寬度，所述的L表示所述的活動開關(guān)棱鏡在與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的縱向中心軸垂直的方向上的長度，所述的n表示所述的活動開關(guān)棱鏡的材料折射率。
進(jìn)一步的，本實(shí)用新型中所述的光纖準(zhǔn)直器、雙光纖準(zhǔn)直器、光纖、平面反射鏡和活動開關(guān)棱鏡均可采用現(xiàn)有技術(shù)中的公知技術(shù)方案來制造，有關(guān)光纖準(zhǔn)直器、雙光纖準(zhǔn)直器、光纖、平面反射鏡和活動開關(guān)棱鏡在現(xiàn)有技術(shù)中的公知技術(shù)方案已經(jīng)為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知，所以在此不再贅述。
本實(shí)用新型的工作過程是當(dāng)活動開關(guān)棱鏡被移出準(zhǔn)直器和平面反射鏡的區(qū)域時，從第一雙光纖準(zhǔn)直器的兩根光中之一根射出的光能被幾乎完全地被第一平面反射鏡反射到另一根光纖里。同樣的，面對著第二雙光纖準(zhǔn)直器的第二平面反射鏡將從第二雙光纖準(zhǔn)直器的兩根光纖中之一根射出的光能幾乎完全地反射到另一根里。
當(dāng)活動開關(guān)棱鏡被移入準(zhǔn)直器和平面反射鏡的區(qū)域時，活動開關(guān)棱鏡的有兩個平行的反射表面，它們與另兩個平行的透射面的夾角為45°，同時，也與兩個雙光纖準(zhǔn)直器的縱軸以45°相交。從第一雙光纖準(zhǔn)直器出射的光束被棱鏡相截后，不再射到第一平面反射鏡上。從第一雙光纖準(zhǔn)直器的上面一根光纖出射的光束通過活動開關(guān)棱鏡的透射面進(jìn)入活動開關(guān)棱鏡，在活動開關(guān)棱鏡內(nèi)基本上沿著橫軸方向傳播，直到被活動開關(guān)棱鏡的上反射面反射。于是，在活動開關(guān)棱鏡的上、下兩個反射面間傳播的光束的方向基本上垂直于兩個雙光纖準(zhǔn)直器的中心軸。通過活動開關(guān)棱鏡的另一個透射面出射的光束進(jìn)入第二雙光纖準(zhǔn)直器，然后被第二雙光纖準(zhǔn)直器的微透鏡聚焦進(jìn)入第二雙光纖準(zhǔn)直器的下面一根光纖。
相同的，從第一雙光纖準(zhǔn)直器的下面一根光纖出射的光束通過活動開關(guān)棱鏡的透射面進(jìn)入棱鏡，被活動開關(guān)棱鏡的上反射面反射后，在活動開關(guān)棱鏡里沿著大體橫向傳播，直到被活動開關(guān)棱鏡的下反射面反射。光束然后通過活動開關(guān)棱鏡的下透射面從活動開關(guān)棱鏡出射進(jìn)入第二雙光纖準(zhǔn)直器。光束被第二雙光纖準(zhǔn)直器的微透鏡聚焦后，進(jìn)入第二雙光纖準(zhǔn)直器的上面一根光纖。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型適用于制造和使用1×2和2×2的光開關(guān)?？梢蕴岣?×2和2×2的光開關(guān)的準(zhǔn)直性，同時光路調(diào)節(jié)的靈活性使棱鏡的尺寸具有相當(dāng)寬松的容差，可以降低棱鏡的制造成本，而不影響光開關(guān)的質(zhì)量。


圖1是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的一個2×2的光開關(guān)的實(shí)例的一個狀態(tài)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的一個實(shí)例的另一個狀態(tài)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的一個實(shí)例的一個狀態(tài)的等效光路圖。
圖4是是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的一個實(shí)例的另一個狀態(tài)的等效光路圖。
圖5是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的一個實(shí)例的尺寸示意圖。
圖6是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的另一個實(shí)例的一個狀態(tài)示意圖。
圖7是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的另一個實(shí)例的另一個狀態(tài)示意圖。
圖8是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的另一個實(shí)例的一個狀態(tài)的等效光路圖。
圖9是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的另一個實(shí)例的另一個狀態(tài)的等效光路圖。
圖10是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的又一個實(shí)例的一個狀態(tài)示意圖。
圖11是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的又一個實(shí)例的另一個狀態(tài)示意圖。
圖12是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的又一個實(shí)例的一個狀態(tài)的等效光路圖。
圖13是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的又一個實(shí)例的另一個狀態(tài)的等效光路圖。
圖14是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的再一個實(shí)例的一個狀態(tài)示意圖。
圖15是本實(shí)用新型的小型光開關(guān)的再一個實(shí)例的另一個狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11、圖12、圖13、圖14和圖15所示，本實(shí)用新型一種小型光開關(guān)10，由第一雙光纖準(zhǔn)直器20、第二雙光纖準(zhǔn)直器30、一個第一平面反射鏡50和一個活動開關(guān)棱鏡80構(gòu)成，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器20和第二雙光纖準(zhǔn)直器30呈圓柱形且平行設(shè)置，所述的光路切換器設(shè)置在所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器20和第二雙光纖準(zhǔn)直器30之間的區(qū)域，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器20由光纖管22和微透鏡23構(gòu)成，所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器30由光纖管32和微透鏡34構(gòu)成，所述的光纖管22里面設(shè)置有光纖26、28，所述的光纖管32里面設(shè)置有光纖36、38，所述的光路切換器由第一平面反射鏡50、第二平面反射鏡70和活動開關(guān)棱鏡80構(gòu)成，所述的第一平面反射鏡50的反射面52與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器20對著并固定設(shè)置，所述的第二平面反射鏡70的反射面72與所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器30對著并固定設(shè)置，所述的活動開關(guān)棱鏡80設(shè)置在所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器20、第一平面反射鏡50、第二雙光纖準(zhǔn)直器30和第二平面反射鏡70所圍成的空間中，所述的活動開關(guān)棱鏡80為活動件，在所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的光纖管22中平行設(shè)置有兩根光纖26、28，在所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器的光纖管32中平行設(shè)置有兩根光纖36、38，進(jìn)一步的，在所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的光纖管22中平行設(shè)置有兩根光纖26、28，在所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器91的光纖管中設(shè)置有一根光纖96，更進(jìn)一步的，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器20和第二雙光纖準(zhǔn)直器30以相反的方向設(shè)置，具體的，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器20和第二雙光纖準(zhǔn)直器120以相同的方向設(shè)置，進(jìn)一步的，所述的活動開關(guān)棱鏡80是平行六面體，所述的活動開關(guān)棱鏡80的兩端面設(shè)置有不透光的反射表面84和86，所述的活動開關(guān)棱鏡80的側(cè)面設(shè)置有兩個相互平行的透射面82和88，具休的，所述的反射表面84與所述透射面88呈45度角，所述的反射表面86與所述透射面82呈45度角，進(jìn)一步的，所述的活動開關(guān)棱鏡280是對稱梯形六面體，所述的活動開關(guān)棱鏡280截面呈對稱梯形，所述的活動開關(guān)棱鏡280的四個側(cè)面相互平行，所述的活動開關(guān)棱鏡280的兩個端面設(shè)置有不透光的反射表面，所述的活動開關(guān)棱鏡280的側(cè)面設(shè)置有兩個相互平行的透射面，所述的端面與相鄰的所述端面呈45度角，更進(jìn)一步的，第一平面反射鏡50保持與第一雙光纖準(zhǔn)直器20的端面相距Dc和活動開關(guān)棱鏡80的尺寸決定于關(guān)系式S+(L/2+W/2)/n＝Dc，這里S是第一雙光纖準(zhǔn)直器20端面與活動開關(guān)棱鏡80的左邊一個透射面的距離，W是活動開關(guān)棱鏡80在與第一雙光纖準(zhǔn)直器20縱向中心軸平行方向上的寬度，L是活動開關(guān)棱鏡80在與第一雙光纖準(zhǔn)直器縱向中心軸垂直方向上的長度，n是活動開關(guān)棱鏡80材料的折射率。當(dāng)活動開關(guān)棱鏡80被移出準(zhǔn)直器20、30和平面反射鏡50、70的區(qū)域時，從第一雙光纖準(zhǔn)直器20的兩根光中之一根26射出的光束42能被幾乎完全地被第一平面反射鏡50反射為光束44進(jìn)入另一根光纖28里，兩根光束42、46的交點(diǎn)在第一平面反射鏡50的反射面52上；同樣的，面對著第二雙光纖準(zhǔn)直器30的第二平面反射鏡70將從第二雙光纖準(zhǔn)直器30的兩根光纖中之一根36射出的光束62幾乎完全地反射為光束64進(jìn)入另一根38里，兩根光束62、64的交點(diǎn)在第二平面反射鏡70的反射面72上。當(dāng)活動開關(guān)棱鏡80被移入準(zhǔn)直器20、30和平面反射鏡50、70的區(qū)域時，從第一雙光纖準(zhǔn)直器20出射的光束42、44被棱鏡80相截后，不再射到第一平面反50射鏡上。從第一雙光纖準(zhǔn)直器20的上面一根光纖26出射的光束通過活動開關(guān)棱鏡80的透射面82進(jìn)入活動開關(guān)棱鏡80，在活動開關(guān)棱鏡80內(nèi)基本上沿著橫軸方向傳播，直到被活動開關(guān)棱鏡80的上反射面84反射。于是，在活動開關(guān)棱鏡80的上、下兩個反射面84，86間傳播的光束的方向基本上垂直于兩個雙光纖準(zhǔn)直器20，30的中心軸。通過活動開關(guān)棱鏡80的另一個透射面88出射的光束62進(jìn)入第二雙光纖準(zhǔn)直器30。光束62然后被第二雙光纖準(zhǔn)直器30的微透鏡34聚焦進(jìn)入第二雙光纖準(zhǔn)直器30的下面一根光纖36。相同的，從第一雙光纖準(zhǔn)直器20的下面一根光纖28出射的光束44通過活動開關(guān)棱鏡的透射面82進(jìn)入活動開關(guān)棱鏡80，被活動開關(guān)棱鏡80的上反射面84反射后，在活動開關(guān)棱鏡80里沿著大體橫向傳播，直到被活動開關(guān)棱鏡80的下反射面86反射。光束64然后通過活動開關(guān)棱鏡80的下透射面88從活動開關(guān)棱鏡80出射進(jìn)入第二雙光纖準(zhǔn)直器30。光束64被第二雙光纖準(zhǔn)直器30的微透鏡34聚焦后，進(jìn)入第二雙光纖準(zhǔn)直器的上面一根光纖38，在活動開關(guān)棱鏡80內(nèi)部傳播的光束在活動開關(guān)棱鏡80內(nèi)相交于點(diǎn)90。
具體的，圖1和圖2分別圖示了本實(shí)用新型的一個原型，2×2光開關(guān)10，的兩個開關(guān)狀態(tài)。光開關(guān)10中有第一個輸入/輸出雙光纖光準(zhǔn)直器20和第二個輸入/輸出雙光纖光準(zhǔn)直器30。準(zhǔn)直器20包含了一個雙光纖細(xì)管22，一個可靠安裝的微透鏡24，和兩根光纖26，28。光纖26，28中的一根可以作為輸入光纖，而另一根可作為輸出光纖。細(xì)管22將光纖26，28保持為基本平行的走向。準(zhǔn)直器30包含了一個雙光纖細(xì)管32，一個可靠安裝的微透鏡34，和兩根光纖36，38。光纖36，38中的一根可以作為輸入光纖，而另一根可作為輸出光纖。準(zhǔn)直器20，30保持著與所定義的縱軸方向大致平行，并以相反的方向互相面對。兩個準(zhǔn)直器20，30的縱向中心軸在橫方向偏移一定的距離，這個距離一般要大于每個準(zhǔn)直器的孔徑。第一反射鏡50具有一個平面反射面52。反射面52對著準(zhǔn)直器20。反射鏡50經(jīng)過調(diào)節(jié)被固定于一個位置，于是當(dāng)光開關(guān)處于圖1所示的開關(guān)狀態(tài)時，從光纖26，28中之一根射出的光能被幾乎完全地反射到另一根里。同樣的，面對著準(zhǔn)直器30的反射鏡70具有平面反射面72。反射鏡70經(jīng)過調(diào)節(jié)被固定于一個位置，于是當(dāng)光開關(guān)處于圖1所示的開關(guān)狀態(tài)時，從光纖36，38中之一根射出的光能被幾乎完全地反射到另一根里。
如果光是由光纖26引入光開關(guān)10的，則從光纖26端面出射的發(fā)散光經(jīng)微透鏡24聚焦后，在離開準(zhǔn)直器20時，變成幾乎平行的準(zhǔn)直光。這光束的中心線在圖1和圖2中由軌跡42表示。這光路是可逆的，如果一個準(zhǔn)直的光束沿反方向順著軌跡42射到微透鏡24上，這束光將會通過光纖26向外傳播。軌跡44表示相應(yīng)于光纖28的準(zhǔn)直光束的中心線。軌跡42，44相交的交叉點(diǎn)46位于反射鏡50的表面。在光開關(guān)中，如果光束沿軌跡42入射，則被反射鏡50反射而沿著軌跡44折回，光也可以逆向地沿軌跡44，42傳播。相應(yīng)于準(zhǔn)直器30中的光纖36，38的光束中心線分別由軌跡62，64表示。這兩軌跡相交于反射鏡70表面的交叉點(diǎn)66。在光開關(guān)中，沿軌跡62入射的光束，被反射鏡70反射而沿著軌跡64折回，或可逆而行。
圖2表示光開關(guān)10的第二個開關(guān)狀態(tài)。一個能移動的平行四邊形棱鏡80置于由準(zhǔn)直器20，30和反射鏡50，70所圍的空間。如橫面圖2所示，棱鏡80的形狀為45°平行四邊形。棱鏡80有兩個平行的反射表面84，86，它們與另兩個平行的透射面82，88的夾角為45°，同時，也與準(zhǔn)直器20，30的縱軸大體以45°相交。棱鏡的透射面82，88互相平行，位于棱鏡80的兩側(cè)。棱鏡80固定于一個機(jī)械的切換裝置，這個裝置的功能是將棱鏡80移入或移出由準(zhǔn)直器20，30和反射鏡50，70為界的區(qū)域。具有切換機(jī)制的裝置可以是一個電磁器件，如電磁繼電器。
在圖2所示的光開關(guān)狀態(tài)里，從準(zhǔn)直器20，30出射的光束被棱鏡80相截后，不再射到反射鏡50，70上。從光纖26出射的光束沿著軌跡42通過透射面82進(jìn)入棱鏡80，被反射面84反射后，在棱鏡80內(nèi)基本上沿著橫軸方向傳播，直到被反射面84反射。于是，在棱鏡的兩個反射面84，86間傳播的光束的方向基本上橫向于準(zhǔn)直器20，30的中心軸。通過透射面88從棱鏡80出射的光束，沿著軌跡62而進(jìn)入準(zhǔn)直器30。光束然后被微透鏡34聚焦進(jìn)入光纖36。在如圖2所示的光開關(guān)狀態(tài)里，棱鏡80建立了光纖26，36之間的光連接。而由光纖36出射的光束將由上述的途徑，逆向地傳播到光纖26。
相同的，從光纖28出射的光束沿著軌跡44通過透射面82進(jìn)入棱鏡80，被反射面84反射后，在棱鏡80里沿著大體橫向傳播，直到被反射面86反射。光束然后通過透射面88從棱鏡80出射，沿著軌跡64進(jìn)入準(zhǔn)直器30。光束被微透鏡34聚焦后，進(jìn)入光纖38。相應(yīng)于光纖26，28的兩光束，最理想的是在棱鏡80的中心點(diǎn)90相交。中心點(diǎn)90是棱鏡80的中心。軌跡42，44之間的夾角與軌跡62，64之間的夾角等同。
圖3和圖4是光開關(guān)的兩個等效光路圖，分別對應(yīng)于圖1和圖2中本實(shí)用新型的光開關(guān)原型的兩個開關(guān)狀態(tài)。在圖1和圖3所表示的光開關(guān)狀態(tài)中，光纖26與光纖28，以及光纖36與光纖38，分別實(shí)現(xiàn)光連接。而在圖2和圖4所表示的光開關(guān)狀態(tài)中，光纖26與光纖36，以及光纖28與光纖38，分別實(shí)現(xiàn)光連接。
理想的棱鏡80的透射面82，88鍍有防反射(AR)膜。反射面84，86最好是具有高清潔度和高平坦度的光學(xué)平面。棱鏡的材料選擇則主要是根據(jù)它的折射率n。從光學(xué)材料內(nèi)以入射角θ射入與空氣的界面而滿足全反射的條件是sinθ1/n [1]對于常用的光學(xué)材料BK7，它的折射率為n＝1.5，由方程[1]可以得出滿足全反射的最小入射角為41.8°，完全適用于45°的平行四邊形棱鏡。還有許多其它光材料都可以用于棱鏡80。
圖5是光開關(guān)10的尺寸定義和標(biāo)示。光準(zhǔn)直器20的端面和反射鏡50之間的距離為Dc，它等同于光準(zhǔn)直器端面與交叉點(diǎn)90之間的距離。光準(zhǔn)直器20的端面和棱鏡80的前透射面之間的距離用S標(biāo)示。棱鏡80的長度和寬度分別用L和W表示。寬度W是棱鏡在光準(zhǔn)直器20，30的縱軸方向上的尺度，長度L是棱鏡與光準(zhǔn)直器20，30的縱軸垂直方向上的尺度。L和W的理想值的選擇可以根據(jù)下列的公式而定S+(L/2+W/2)/n＝Dc [2]在本實(shí)用新型的一個原型里，棱鏡80由BK7材料(n＝1.5)制成，尺寸為L＝5.5mm，W＝2mm。準(zhǔn)直器20，30的交叉點(diǎn)距離Dc＝3mm。由方程[2]得出光準(zhǔn)直器與棱鏡的間隔為S＝0.5mm。
如果準(zhǔn)直器20，30的光路交叉點(diǎn)90位于棱鏡80的中心，則準(zhǔn)直器的端面到光路交叉點(diǎn)90的距離應(yīng)大約在幾毫米到厘米的范圍。在本實(shí)用新型的一個原型里，雙光纖準(zhǔn)直器采用了C-Lens作為微透鏡，其端面到交叉點(diǎn)的距離大約為3毫米。與此形成對比的是，用常用的GRIN自聚焦透鏡做成的雙光纖準(zhǔn)直器，其端面到交叉點(diǎn)的距離要小得多。如果光開關(guān)用這樣的準(zhǔn)直器，棱鏡的尺寸將非常之小，以至于很難實(shí)現(xiàn)。
準(zhǔn)直器20，30與棱鏡80之間的距離不一定要相等，只要兩者之和為2S，光開關(guān)性能沒有任何影響。同時也觀察到，兩個光路耦合的雙光纖準(zhǔn)直器的光插入損耗，對它們之間的間隔距離，相對地不敏感。這種相對的不敏感性，使得制造中的光路調(diào)節(jié)有較大的寬容度，從而使光開關(guān)10的制造較為容易。
在光開關(guān)10的一個原型制作中，首先挑選一對雙光纖準(zhǔn)直器20，30，它們的交叉點(diǎn)距離或交叉角度基本等同。然后，將棱鏡80置于圖2所示的組態(tài)。調(diào)節(jié)準(zhǔn)直器20，30，使通過棱鏡80的光路具有最小的插入損耗，然后將它們固定在光開關(guān)的基板上，可以用焊接等方法。接著，將棱鏡80從圖2所示的光開關(guān)位置移開，分別調(diào)節(jié)反射鏡50，70相對于準(zhǔn)直器20，30的位置，使得每個準(zhǔn)直器中在兩根光纖之間傳播的光的插入損耗最小。在另一個原型中，用了稍有不同的調(diào)節(jié)步驟。首先將準(zhǔn)直器20和反射鏡50的位置調(diào)準(zhǔn)，使得準(zhǔn)直器20的兩光纖之間的光路的插入損耗最小，并且將其位置固定。然后調(diào)節(jié)棱鏡80和準(zhǔn)直器30，使兩個準(zhǔn)直器之間耦合的光路具有最小的插入損耗，并固定它們的位置。最后調(diào)節(jié)反射鏡70相對于準(zhǔn)直器30的位置，使得準(zhǔn)直器30中兩光纖之間的光路具有最小的插入損耗，并固定反射鏡70的位置。
圖6和圖7分別圖示了本實(shí)用新型的另一個原型，1×2光開關(guān)110，的第一和第二開關(guān)狀態(tài)。圖8和圖9是光開關(guān)的兩個等效光路圖，分別對應(yīng)于圖6和圖7中光開關(guān)的兩個開關(guān)狀態(tài)。光開關(guān)110與圖1和圖2表示的光開關(guān)的不同之處在于，光開關(guān)110用一個單光纖準(zhǔn)直器91代替了雙光纖準(zhǔn)直器30。另外光開關(guān)110不含有面對于準(zhǔn)直器91的反射鏡。在棱鏡80在光路之外的狀態(tài)中，與前述的情形相似，由光纖26出射的光經(jīng)反射鏡50被導(dǎo)向光纖28。當(dāng)棱鏡80插入光路時，從光纖26射出的光，沿著圖7所示的軌跡92，經(jīng)棱鏡80，被導(dǎo)向光纖96。
圖10和圖11分別圖示了本實(shí)用新型的另一個原型，上下路(add-drop)光開關(guān)210，的第一和第二開關(guān)狀態(tài)。圖12和圖13是光開關(guān)的兩個等效光路圖，分別對應(yīng)于圖10和圖11中光開關(guān)的兩個開關(guān)狀態(tài)。上下路光開關(guān)210與圖1和圖2表示的2×2光開關(guān)的不同之處在于，光開關(guān)210不含有面對于雙光纖準(zhǔn)直器30的反射鏡，從而光纖36，38在任何狀態(tài)中，沒有相互間的光連接。光纖36，38可以分別用于上路(add)和下路(drop)的端口。
圖14和圖15分別圖示了本實(shí)用新型的另一個原型，單邊出光纖的2×2光開關(guān)310，的第一和第二開關(guān)狀態(tài)。光開關(guān)310包含兩個大體平行的雙光纖準(zhǔn)直器20，120，他們并排相放，朝著同一方向。準(zhǔn)直器120有兩根光纖226，228，它們的出纖方向與光纖26，28相同。除了反射鏡50外，還有平面反射鏡150，其反射面152面對準(zhǔn)直器120。反射鏡150與反射鏡50大體處于同一平面。圖15中，一個能移動的對稱梯形體棱鏡(Dove Prism)280被安置在準(zhǔn)直器10，120和反射鏡50，150之間，它的前透射面向?qū)τ跍?zhǔn)直器20，120。從圖15的橫截面中，可以看到棱鏡280有個45°對稱梯形的形狀，它的底面相對著兩個準(zhǔn)直器20，120。在圖14中，棱鏡280已被移出光開關(guān)310的光路，而圖15中，棱鏡280在準(zhǔn)直器20，120之間的光路中。就像圖6和圖7和圖10和圖11對2×2光開關(guān)的變型一樣，類似圖14和圖15所示的單邊出光纖的光開關(guān)的梯形棱鏡結(jié)構(gòu)，也可以用于1×2或上下路(add-drop)光開關(guān)。
圖14和圖15所示的這種單邊出纖的梯形棱鏡結(jié)構(gòu)，比起兩邊出纖的平行四邊形棱鏡結(jié)構(gòu)，比較更容易受棱鏡繞y-軸微擾動的影響。為了減少這種擾動，梯形棱鏡280可以安裝在一個能限制棱鏡繞y-軸轉(zhuǎn)動的裝置。例如，平行四邊形棱鏡可以固定在一個搖臂上，搖臂的另一端安裝在無晃動的軸承上。
前面所述的較佳方案的光開關(guān)結(jié)構(gòu)和光開關(guān)方法提供了高質(zhì)量的輸出光束，即使在光開關(guān)經(jīng)受溫度的改變和振動時，也具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。這是因?yàn)樯鲜龅钠叫兴倪呅卫忡R的輸出光束，在光束的平動飄移和方向變化方面，受棱鏡本身的位置和定向的影響相對很小。對于一個理想的平行四邊形棱鏡，不管棱鏡是否有平移或繞其中心位置的轉(zhuǎn)動，其輸出光束和輸入光束，永遠(yuǎn)保持平行。而棱鏡的角擾動引起的輸出光束的平移變化也相對較小。棱鏡輸出光束的角度穩(wěn)定性尤其的重要，因?yàn)楫?dāng)光束被準(zhǔn)直器接收而光路稍微偏移準(zhǔn)直時，光束方向性偏移而造成插入損耗的增加，大大高于光束平行偏移造成的影響。在圖1和圖2所示的光開關(guān)原型樣品中，輸出光強(qiáng)度的開關(guān)重復(fù)性，達(dá)到了0.02dB。
由于用了雙光纖準(zhǔn)直器，光開關(guān)具有相對緊湊和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。兩個面對準(zhǔn)直器的反射鏡提供了足夠的調(diào)節(jié)光路的自由度，使每個光路能被幾乎獨(dú)立地逐步調(diào)節(jié)，以達(dá)到最小的插入損耗。在圖1和圖2所示的系統(tǒng)中，所有通路低于0.4dB的插入損耗，能比較容易地達(dá)到。在最佳的原型中，光路調(diào)節(jié)的靈活性使棱鏡的尺寸具有相當(dāng)寬松的容差，于是可以降低棱鏡的制造成本，而不影響光開關(guān)的質(zhì)量。
對于一個熟悉本領(lǐng)域的專家而言顯然的是，以上的原型可以有的許多其它的形態(tài)，均在本實(shí)用新型的范疇內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種小型光開關(guān)，由一個第一光纖準(zhǔn)直器、一個第二光纖準(zhǔn)直器、一個第一平面反射鏡和一個活動開關(guān)棱鏡構(gòu)成，所述的第一光纖準(zhǔn)直器由一個第一雙光纖準(zhǔn)直器構(gòu)成，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器中設(shè)置有一個第一輸入光纖和一個第一輸出光纖，所述的第二光纖準(zhǔn)直器中至少設(shè)置有一個第二輸出光纖，所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器的相對位置固定，其特征在于所述的活動開關(guān)棱鏡具有一個第一停留位置和一個第二停留位置，所述的第一停留位置位于所述的第一輸入光纖和第二輸出光纖的光路之中，所述的第二停留位置位于所述的第一輸入光纖的出射光路之外，所述的第一平面反射鏡的反射面朝向所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器，所述的第一平面反射鏡與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的相對位置固定，所述的第一平面反射鏡的反射面位于所述的第一輸入光纖的出射光路和所述的第一輸出光纖的入射光路之中。
2.如權(quán)利要求1所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的第二光纖準(zhǔn)直器由一個第二雙光纖準(zhǔn)直器構(gòu)成，所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器中設(shè)置有一個第二輸出光纖和一個第二輸入光纖，所述的活動開關(guān)棱鏡具有一個第一停留位置和一個第二停留位置，所述的第一停留位置位于所述的第一輸入光纖和第二輸出光纖的光路之中，所述的第二停留位置位于所述的第一輸入光纖和第二輸出光纖的出射光路之外，在所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器的端口一側(cè)設(shè)置有一個第二平面反射鏡，所述的第二平面反射鏡的反射面朝向所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器，所述的第二平面反射鏡與所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器的相對位置固定，所述的第二平面反射鏡的反射面位于所述的第二輸入光纖的出射光路和所述的第二輸出光纖的入射光路之中。
3.如權(quán)利要求1所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器平行設(shè)置，方向相反，所述的活動開關(guān)棱鏡的形狀是平行四邊體。
4.如權(quán)利要求3所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的活動開關(guān)棱鏡是平行六面體，所述的活動開關(guān)棱鏡的兩端面設(shè)置有反射面，所述的活動開關(guān)棱鏡的側(cè)面設(shè)置有兩個相互平行的透射面。
5.如權(quán)利要求4所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的反射面與相鄰的所述的透射面呈45度角。
6.如權(quán)利要求1所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器平行設(shè)置，方向相同，所述的活動開關(guān)棱鏡的形狀是對稱梯形體。
7.如權(quán)利要求6所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的活動開關(guān)棱鏡是對稱梯形六面體，所述的活動開關(guān)棱鏡的截面呈對稱梯形，所述的活動開關(guān)棱鏡的四個側(cè)面相互平行，所述的活動開關(guān)棱鏡的兩個端面設(shè)置有反射面，所述的活動開關(guān)棱鏡的側(cè)面設(shè)置有兩個相互平行的透射面，所述的端面與相鄰的端面呈45度角。
8.如權(quán)利要求1所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的第一平面反射鏡與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的端面之間設(shè)置有間距。
9.如權(quán)利要求8所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的間距符合以下的關(guān)系式S+(L/2+W/2)/n＝Dc，所述的S表示所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的端面與所述的活動開關(guān)棱鏡的一個透射面的距離，所述的W表示所述的活動開關(guān)棱鏡在與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的縱向中心軸平行的方向上的寬度，所述的L表示所述的活動開關(guān)棱鏡在與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的縱向中心軸垂直的方向上的長度，所述的n表示所述的活動開關(guān)棱鏡的材料折射率。
10.如權(quán)利要求2所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的第一輸入光纖和所述的第一輸出光纖平行設(shè)置在所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器中，所述的第二輸入光纖和所述的第二輸出光纖平行設(shè)置在所述的第二雙光纖準(zhǔn)直器中。
11.如權(quán)利要求2所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二雙光纖準(zhǔn)直器平行設(shè)置，方向相反，所述的活動開關(guān)棱鏡的形狀是平行四邊體。
12.如權(quán)利要求11所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的活動開關(guān)棱鏡是平行六面體，所述的活動開關(guān)棱鏡的兩端面設(shè)置有反射面，所述的活動開關(guān)棱鏡的側(cè)面設(shè)置有兩個相互平行的透射面。
13.如權(quán)利要求12所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的反射面與相鄰的所述的透射面呈45度角。
14.如權(quán)利要求2所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器和第二雙光纖準(zhǔn)直器平行設(shè)置，方向相同，所述的活動開關(guān)棱鏡的形狀是對稱梯形體。
15.如權(quán)利要求14所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的活動開關(guān)棱鏡是對稱梯形六面體，所述的活動開關(guān)棱鏡的截面呈對稱梯形，所述的活動開關(guān)棱鏡的四個側(cè)面相互平行，所述的活動開關(guān)棱鏡的兩個端面設(shè)置有反射面，所述的活動開關(guān)棱鏡的側(cè)面設(shè)置有兩個相互平行的透射面，所述的端面與相鄰的端面呈45度角。
16.如權(quán)利要求2所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的第一平面反射鏡與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的端面之間設(shè)置有間距。
17.如權(quán)利要求16所述的小型光開關(guān)，其特征在于所述的間距符合以下的關(guān)系式S+(L/2+W/2)/n＝Dc，所述的S表示所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的端面與所述的活動開關(guān)棱鏡的一個透射面的距離，所述的W表示所述的活動開關(guān)棱鏡在與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的縱向中心軸平行的方向上的寬度，所述的L表示所述的活動開關(guān)棱鏡在與所述的第一雙光纖準(zhǔn)直器的縱向中心軸垂直的方向上的長度，所述的n表示所述的活動開關(guān)棱鏡的材料折射率。
專利摘要一種小型光開關(guān)，由一個雙光纖準(zhǔn)直器、一個光纖準(zhǔn)直器、平面反射鏡和活動開關(guān)棱鏡構(gòu)成，活動開關(guān)棱鏡具有一個第一停留位置和第二停留位置，第一停留位置位于第一輸入光纖和第二輸出光纖的光路中，第二停留位置位于第一輸入光纖的出射光路之外，平面反射鏡的反射面朝向第一雙光纖準(zhǔn)直器并與第一雙光纖準(zhǔn)直器的相對位置固定，其反射面位于第一輸入光纖的出射光路和第一輸出光纖的入射光路之中。將活動開關(guān)棱鏡在第一停留位置和第二停留位置之間切換，可將從第一雙光纖準(zhǔn)直器中輸入光纖出射的光導(dǎo)向第二光纖準(zhǔn)直器的輸出光纖，并可使第一雙光纖準(zhǔn)直器中輸入光纖出射的光反射到該準(zhǔn)直器的另一光纖中。本實(shí)用新型提高了光纖開關(guān)的準(zhǔn)直性，降低了制造成本。
文檔編號G02B6/35GK2718602SQ200420023179
公開日2005年8月17日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者方祖云, 沈思宇, 王建華 申請人:翔光(上海)光通訊器材有限公司