專利名稱：采用壓電雙晶振子進行光路轉(zhuǎn)換的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖通信。
目前，采用光纖進行聲音和數(shù)據(jù)的長程傳輸已越來越普遍，對光纖所能攜帶的數(shù)據(jù)容量的要求也不斷提高。如何更有效地利用現(xiàn)有光纖的帶寬，提高傳輸效率是一個至關(guān)重要的問題，當(dāng)前，較成功的方法是采用波長分隔多路傳輸(WDM)法，它可在同一條光纖上用多個不同波長的光波，獨立地進行信息傳輸。隨著WDM技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)通信中的廣泛應(yīng)用，對各種復(fù)雜的光路轉(zhuǎn)換及路由設(shè)備的需求日益增多。這些光路轉(zhuǎn)換的方法和設(shè)備的主要作用是，為確保信息能在不同的通信光路中成功快捷的轉(zhuǎn)換傳輸，當(dāng)某一路網(wǎng)絡(luò)通信發(fā)生故障時，可及時將之轉(zhuǎn)到其它的網(wǎng)絡(luò)信道上去。網(wǎng)絡(luò)通信路由器一方面要求其光路轉(zhuǎn)換設(shè)備在數(shù)千次的轉(zhuǎn)換操作中可重復(fù)穩(wěn)定，另一方面當(dāng)某一路通信出現(xiàn)故障時，路由設(shè)備應(yīng)能迅速地將它轉(zhuǎn)到其它備用通道上去，這種網(wǎng)絡(luò)通信失敗的補救要求光轉(zhuǎn)換從長期未工作態(tài)向工作態(tài)轉(zhuǎn)換時必須十分快捷。
本發(fā)明的目的在于要提供一種能確保信息能在不同的通信光路中重復(fù)、穩(wěn)定、快捷轉(zhuǎn)換傳輸?shù)姆椒ê驮O(shè)備。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，采用壓電雙晶振子進行光路轉(zhuǎn)換的方法是將信號光導(dǎo)引入一個至少由一個壓電雙晶振子構(gòu)成的光纖開關(guān)、可換向的光路回轉(zhuǎn)器、可逆的光道分離器、可自動切換的光路恢復(fù)開關(guān)、光纖旁路開關(guān)等光路轉(zhuǎn)換設(shè)備，使信號光在傳導(dǎo)、進入光通道、切換等過程中發(fā)生偏轉(zhuǎn)；其中信號光的傳導(dǎo)，具體步驟是(1)，將從一個可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子構(gòu)成的光路回轉(zhuǎn)器的一端口引入的一束信號光分離成一束復(fù)雜的子信號光；(2)，使用一個可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子構(gòu)成的光路轉(zhuǎn)換器使部分復(fù)雜子信號光的極性方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)；(3)，使已發(fā)生轉(zhuǎn)向和未發(fā)生轉(zhuǎn)向的復(fù)雜子信號光發(fā)射回來并倍增；(4)，使已發(fā)生轉(zhuǎn)向或未發(fā)生轉(zhuǎn)向的復(fù)雜子信號光合并成一束信號光，并將這束信號光從第二個端口傳出。
其中，信號光進入不同光通道，具體步驟為(1)，使用包含可90°轉(zhuǎn)向光轉(zhuǎn)子的光纖開關(guān)，將信號光分離成復(fù)雜的子信號光；(2)，在不同的復(fù)雜的子信號光之間引入相位差；(3)，使不同的復(fù)雜的子信號光發(fā)生反射；(4)，使經(jīng)反射的復(fù)雜子信號光復(fù)合。
其中，信號光的切換，具體步驟包括(1)，確定輸出端通信線上存在斷點；(2)，向可換向的光路回轉(zhuǎn)器發(fā)射一電信號，將回轉(zhuǎn)器上的光纖開關(guān)置于截取信號光的位置；(3)，使截取的信號光偏轉(zhuǎn)到輔助通信線上。
一種采用壓電雙晶振子方法使信號光發(fā)生光路轉(zhuǎn)換的設(shè)備，由壓電雙晶振子組成的光纖開關(guān)或由光纖開關(guān)與其它光學(xué)元件構(gòu)成的信號光的輸入輸出機構(gòu)連接組成。
其中，由壓電雙晶振子組成的單個光纖開關(guān)，包括一個由一種壓電材料制成的懸臂，懸臂由相向的兩表面和兩端構(gòu)成；具有至少一個與懸臂配套使用的電極，它給懸臂相向的上下兩表面提供不同的電壓；一個用于支撐與鎖固懸臂的支座；一個與懸臂自由端相接的凸面觸頭；一個安裝在懸臂自由端下表面上的用于信號光偏轉(zhuǎn)的光學(xué)元件組；與懸臂上表面上凸形觸頭相接近的上磁塊和與懸臂下表面上的凸形觸頭相接近的下磁塊，其中所述的懸臂，由第一片壓電片與第一片壓電片平行相向相貼的第二片壓電片組成；所述的電極，包括第一電極，位于第一與第二壓電陶瓷片的中間；第二電極，位于第一壓電陶瓷片上與第一電極相對的另一側(cè)面上；第三電極，位于第二壓電陶瓷片上與第一電極相對的另一側(cè)面上；所述的光學(xué)元件，為可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子，例如三棱鏡。
所述的光纖開關(guān)的懸臂上的觸頭，為裝在懸臂自由端上表面的第一個半球形觸頭和安裝在懸臂自由端下表面上的第二個半球形觸頭。
所述的光纖開關(guān)的懸臂上的可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子，為半波片。
其中，由壓電雙晶振子組成的復(fù)式光纖開關(guān)，由多個如權(quán)利要求8所述的單個光纖開關(guān)按并聯(lián)或串聯(lián)而成。
信號光的輸入輸出機構(gòu)，包括一種可換向光路回轉(zhuǎn)器，它的結(jié)構(gòu)是由第一個雙折射片；與第一個雙折片配套使用的第二個雙折片和至少一個可逆或非可逆的90°光轉(zhuǎn)子相連；還有一個透鏡，與至少一個可逆或非可逆的光轉(zhuǎn)子及如權(quán)利要求8、9所述的光纖開關(guān)相連；與透鏡相連的還有一塊使復(fù)雜的子信號光經(jīng)反射后倍增返回的鏡片。
其中，信號光的輸入輸出機構(gòu)，包括一種可逆的光道分離器，它的組成是第一個雙折射片和第二個雙折射片與第一、二個光轉(zhuǎn)子相連；一個單個光纖開關(guān)，在第一、二個光轉(zhuǎn)子及第一個雙折射片相對一側(cè)與第二雙折射片相連；還有一個非線性光學(xué)干涉儀，安裝在所述光纖開關(guān)及第二片雙折射片相對一側(cè)的透鏡的焦平面上，在不同光通道之間引入相位差。
非線性干涉儀包括第一片與第二片光學(xué)玻璃，這兩塊玻璃之間形成一空腔，空腔內(nèi)設(shè)有一個使通過不同光通道的信號光發(fā)生相移的相位偏離器；在兩玻璃片的內(nèi)表面涂覆一層能使信號光的通帶寬化的光反射涂層；可逆的光道分離器中的非線性干涉儀在第一片與第二片光學(xué)玻璃形成的空腔內(nèi)置有一塊使通過不同光通道的信號發(fā)生相移的玻璃片。
可逆的光道分離器中的非線性干涉儀在第一片與第二片光學(xué)玻璃形成的空腔內(nèi)，第一反射涂層位于第一片玻璃片內(nèi)側(cè)，第二反射涂層位于第二玻璃片內(nèi)側(cè)；位于空腔內(nèi)使信號光產(chǎn)生延時的第一塊玻璃片及位于空腔外使信號光產(chǎn)生延時的第二塊玻璃片，通過第一次反射，第一次光延時和第二次光延時使分離通道中的一束信號光分離成兩束，這兩束信號光之間有非對稱的交錯通帶。
所述的信號光的輸入輸出機構(gòu)，還包括一個可自動切換的光路恢復(fù)開關(guān)，它包括一個可換向的光路回轉(zhuǎn)器，一根與可換向的光回路轉(zhuǎn)器的第三端口相連的探測器連線，一個通過探測器連線與光纖開關(guān)相連的光探測器，一根連接光探測器與可換向光路回轉(zhuǎn)器的電線；所述的信號光的輸入輸出機構(gòu)，還包括一種光纖旁路開關(guān)，它由一個如(2)所述的可換向的光路回轉(zhuǎn)器，與回轉(zhuǎn)器第三個端口相連的第一條光纖；與回轉(zhuǎn)器第四個端口相連的第二條光纖組成。
本發(fā)明的采用壓電雙晶振子進行光路轉(zhuǎn)換的方法和設(shè)備，可使來自可換向的光路轉(zhuǎn)換器的信號光快速偏轉(zhuǎn)、切換另一條光通道上去。它具有操作穩(wěn)定可重復(fù)，對信號光的輕微攏動及失配敏感度低等優(yōu)點。
以下附圖和實施例將對本發(fā)明的技術(shù)特征作進一步說明


圖1a為本發(fā)明的光開關(guān)100壓電雙晶振子的側(cè)視圖。
圖1b為本發(fā)明的光開關(guān)100壓電雙晶振子的俯視圖。
圖1c為本發(fā)明的光開關(guān)150壓電雙晶振子的示意圖。
圖2a為本發(fā)明的光開關(guān)150壓電雙晶振子置于off位時的狀態(tài)圖。
圖2b為本發(fā)明的光開關(guān)150壓電雙晶振子置于On位時的狀態(tài)圖。
圖3a為本發(fā)明的光開關(guān)1×2型光纖開關(guān)300置于off位時狀態(tài)圖。
圖3b為本發(fā)明的光開關(guān)1×2型光纖開關(guān)300置于on位時狀態(tài)圖。
圖3c為本發(fā)明的光開關(guān)300中信號光或復(fù)合信號光通過棱鏡時的光程示意圖。
圖3d為Φ2-Φ1與Φ1的關(guān)系圖。
圖4a為本發(fā)明的光開關(guān)180示意圖。
圖4b為本發(fā)明的光開關(guān)180處于“慢”光位置時的狀態(tài)圖。
圖4c為本發(fā)明的光開關(guān)180處于“快”光位置時的狀態(tài)圖。
圖5a為本發(fā)明的光開關(guān)1×4型光纖開關(guān)500示意圖。
圖5b為本發(fā)明的光開關(guān)1×4型光纖開關(guān)550示意圖。
圖6a為本發(fā)明的可換向光路回轉(zhuǎn)器600的側(cè)視圖。
圖6b為本發(fā)明的可換向光路回轉(zhuǎn)器600的俯視圖。
圖6c為本發(fā)明的可換向光路回轉(zhuǎn)器600光轉(zhuǎn)子與差相延遲光纖開關(guān)位相關(guān)系及其它元件示意圖。
圖7為圖6a、6b、中端口左側(cè)示圖。
圖8為回轉(zhuǎn)器600中90°換向光轉(zhuǎn)子處于off狀態(tài)或非回轉(zhuǎn)狀態(tài)下的斷面圖。
圖9為回轉(zhuǎn)器600中90°換向光轉(zhuǎn)子處于on狀態(tài)下或回轉(zhuǎn)時各面位置的斷面圖。
圖10a為本發(fā)明的四端光路回轉(zhuǎn)器1000的運作示意圖。
圖10b為本發(fā)明的可換向光路回轉(zhuǎn)器600的運作示意圖。
圖11a為本發(fā)明的可逆的光道分離器1100的側(cè)視圖。
圖11b為本發(fā)明的可逆的光道分離器1100的俯視圖。
圖11c為本發(fā)明的光道分離器中90°轉(zhuǎn)向光轉(zhuǎn)子采用半波片時的示意圖。
圖12為可逆的光道分離器1100運作基本原理圖。
圖13為可逆的光道分離器1100運作基本原理圖。
圖14為可逆的光道分離器1100運作基本原理圖。
圖15為可逆的光道分離器1100運作基本原理圖。
圖16a為可逆的光道分離器1100處于運作第一態(tài)時的示意圖。
圖16b為可逆的光道分離器1100處于第二運作態(tài)時的示意圖。
圖17為可自動切換的的光路恢復(fù)開關(guān)1700示意圖。
圖18為旁路光纖開關(guān)示意圖。
實施例1如圖1a、1b所示，壓電雙晶振子100包括長條狀的壓電材料102a、102b，它們相互平行安裝在支座104a和104b上，沿102a和102b的粘貼面插入一電極101a，而第二電極101b和第三電極101c則分布在與粘貼面相對應(yīng)的102a-102b按上述方法構(gòu)成的簡單懸臂103，其一端103a安裝緊固于支座104a和104b上，另一端為自由端103b，在自由端上、下分別安裝了兩塊永久磁鐵110a和110b，在103懸臂的自由端103b上安裝一金屬球形觸頭108，采用的材料主要為鐵、鋼、鎳等，它們接受來自磁鐵110a和110b的磁力吸引，最后還有一光學(xué)元件106，例如三棱鏡，它被安裝在懸臂103的自由端靠金屬球觸頭處。
實施例2如圖1c所示，壓電雙晶振子150中，單個的金屬球108被兩個半球108a和108b取代，它們分別安裝在102a的自由端103b和102b的103b上，與上、下磁鐵110a和110b相對。150的操作與100基本一致。
未工作時，懸臂103的自由端103b因受上、下磁鐵的吸引力相等，可認為其處于亞穩(wěn)平衡態(tài)，顯然這種亞穩(wěn)態(tài)會因103懸臂的輕微擾動而失穩(wěn)，懸臂103將向上或向下偏轉(zhuǎn)直到球體或半球體108與上或下磁鐵相接觸，這兩個位置是一穩(wěn)定平衡態(tài)。
在工作過程中，不同的電壓沿電極面101a-101c被加到壓電片102a和102b上，使它們產(chǎn)生壓電伸縮而導(dǎo)致懸臂103產(chǎn)生彎曲。通常101b的電壓恒定，101c接地，通過改變電極101a的信號電壓，使施加于壓電片102a和102b的電壓發(fā)生變化。壓電懸臂103的彎曲方向相應(yīng)地由施加于101a電極上的信號電壓的大小來控制。因懸臂緊固端103a被支座104a和104b所限制，所有的壓電形變由自由端103b承受，從而使懸臂在兩磁鐵110a和110b之間偏轉(zhuǎn)。采用這種方法，可精確、快速可重復(fù)地實現(xiàn)懸臂103的自由端103b偏轉(zhuǎn)的雙穩(wěn)態(tài)控制。相應(yīng)地使安裝在自由端103b上的棱鏡位置發(fā)生改變。如圖2a所示，當(dāng)器件150置于“off”位時，棱鏡截不到信號光202。而當(dāng)150向下置于“on”位時，棱鏡106發(fā)生位移截取信號光202，并使之偏轉(zhuǎn)(圖2b)。
實施例3如圖3a和3b所示，為1×2型光纖開關(guān)300的偏轉(zhuǎn)及安裝示意圖。圖3a為150置于向上的“off”位時棱鏡106不改變信號光光程示意圖。而當(dāng)150置于向下的“on”位時可使信號光發(fā)生偏轉(zhuǎn)(圖3b)。在圖3a和3b中從信號光的輸入光纖302發(fā)射的信號光或復(fù)合信號光經(jīng)準(zhǔn)直透鏡303后變成平行光束進入棱鏡106，如圖3a所示。此時光纖開關(guān)300處于“off”位，光纖信號光或復(fù)合信號光202直線通過150位置，經(jīng)透鏡305a聚焦后從輸出光纖304a處傳出。而當(dāng)300處于“on”位時，信號光202經(jīng)過150時發(fā)生偏轉(zhuǎn)，經(jīng)透鏡305b聚焦后將從輸出光纖304b處傳出。
圖3c為本發(fā)明中信號光或復(fù)合信號光202通過棱鏡106時的光程示意圖。Φ1為入射角(入射方向與垂直入射面方向的夾角)，Φ2為出射角(信號光出射方向與出射面垂直方向的夾角)。
為確保發(fā)生輕微擾動或角度失配時，輸出光程的最大穩(wěn)定性入射方向與出射方向之間的夾角δ隨入射角Φ1的變化應(yīng)盡可能的小。當(dāng)δ取最小值時，上述條件滿足，而此時Φ1+Φ2也取最小值。簡單的幾何分析表明對典型的三棱鏡當(dāng)入射角滿足Φ1＝Φ2時，可使δ最小。圖3d為Φ2-Φ1與Φ1的關(guān)系圖，Φ1＝Φ2時，δ最小。從而可使穩(wěn)定性和重復(fù)性最好。
實施例4圖4a所示為一差相延遲光纖開關(guān)180，它是基于壓電雙晶振子150的另一種光纖開關(guān)，在該器件中，采用光學(xué)半波片186取代三棱鏡。當(dāng)180處于“off”時，半波片186處于信號光或光束傳輸位置。而180處于“on”時，半波片發(fā)生位移，截取信號光或光束，使之處于某一特殊光程方向。180的其它操作同150。差相延遲光纖開關(guān)180還可構(gòu)成更為復(fù)雜的光路轉(zhuǎn)換設(shè)備，圖4b和4c為差相延遲光纖開關(guān)180的半波片186分別處于“慢”光及“快”光位置時的示意圖。圖4b和4c中的橢圓分別代表平面極性光沿不同的極性面方向通過半波片186時的折射率。當(dāng)半波片旋轉(zhuǎn)90°時可使188a與188b的方向進行互換而不改變差相延遲開關(guān)180的其它操作。角度α190代表180從“off”態(tài)向“on”態(tài)轉(zhuǎn)變時，半波片186發(fā)生的角度變化。當(dāng)180處于“off”位時，“快”光188b或“慢”光188a方向與水平方向的夾角為β192。
圖4b所示的結(jié)構(gòu)中，半波片186的“慢”光188a及“快”光188b方向分別為水平與垂直方向。當(dāng)180處于“on”位時，即半波片被置于截取信號光位置時，圖4b所示的結(jié)構(gòu)可使平面極性義的極性平面偏轉(zhuǎn)45°。此時其“慢”光及“快”光方向與水平和垂直方向的夾角均為45°。而圖4c中當(dāng)180處于“on”位時，其“慢”光與“快”光方向與水平和垂直方向的夾角均為45°，通過回轉(zhuǎn)可使平面極性光的極性面從水平方向轉(zhuǎn)到垂直方向或相反。
實施例5如圖5a和5b所示，500和550是兩款1×4型的光纖開關(guān)。每個光纖開關(guān)中都包括多個級聯(lián)的壓電雙晶振子。無論是并聯(lián)的500還是串聯(lián)的550中都包括一條輸入光纖502及與之相接的準(zhǔn)直透鏡503和4條輸出光纖504a-504d。每條輸出光纖都分別與一個聚焦透鏡相連。500和550倒過來使用時可轉(zhuǎn)變成4×1型的光纖開關(guān)(4條輸入光纖、一條輸出光纖)。
在圖5a所示的光纖開關(guān)500中，三組壓電雙晶振子150a-150c相近并行連接，使輸入的光束沿直線或發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使之分別通過輸出光纖505a-504d傳出，而具體的光程由各壓電雙晶振子150a-150c所處的位置決定(“on”或“off”)。而550(圖5b)采用的是兩片壓電雙晶振子。
如圖5a所示，從光纖502輸入的信號光503準(zhǔn)直透鏡后變成平行的信號光或光束508，通過第一組壓電雙晶振子150a時，根據(jù)150a所處的位置是“off”還是“on”，將沿垂直方向506a或轉(zhuǎn)向沿506b方向傳出。而沿506a和506b方向的信號光進一步通過150b和150c，并根據(jù)150b和150c所處的位置，使信號光分別沿504a-504d的方向通過其附帶的透鏡聚焦后從輸出光纖傳出。
在1×4型的光纖開關(guān)550中，只用了兩片壓電雙晶振子150d和150e，但150e中的三棱鏡106e比105d中的106d要大，同理，信號光512通過150d后將沿直線方向501a傳出或沿510b方向偏轉(zhuǎn)。510a和510b的信號光通過150e時，將根據(jù)其所處狀態(tài)“off”或“on”而使信號光垂直或偏向傳播。同樣經(jīng)透鏡聚焦后，沿輸出光纖504a-504d傳出。
圖5a和5b所示的光纖開關(guān)通過并聯(lián)或串聯(lián)更多的壓電雙晶振子，可進一步構(gòu)成更多通道的光路轉(zhuǎn)換器。而采用單個光纖開關(guān)500或550亦可成功地實現(xiàn)信號光的偏轉(zhuǎn)，并沿非平行方向傳播，從而實現(xiàn)信號光的三維空間傳輸，進一步節(jié)約空間，增加使用的靈活性。550與500相比有使用元件少的優(yōu)點，更利于設(shè)計制造，使結(jié)構(gòu)更為緊湊，而500與550相比則不需更大尺寸的三棱鏡。
實施例6
圖6a和6b為光路回轉(zhuǎn)器600的側(cè)視圖和俯視圖。該回轉(zhuǎn)器采用前述180差相延遲光纖開關(guān)，可使光路沿順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn)。圖6a和6b中，615為光程密封套，而601、602、603和605是被615分隔密封的四個光路端口。通常它由光纖及其它信號光的輸入輸出設(shè)備(例如窗口)構(gòu)成。
圖7為圖6a和6b中端口A601，B602，C603及D604左側(cè)示圖。從圖6a和6b可見，在密封套的尾端每個端口安裝有一個準(zhǔn)直透鏡(605-608)，使從這四個端口601-604發(fā)射的光與回轉(zhuǎn)器600的主軸方向平行傳播。
本說明書中，定義圖6a和6b中沿600主軸方向從左至右的方向為正方向。
密封套615的尾端與第一個雙折射的出射片609相接，它的作用是將從端口601-604入射的每一個信號光線性地分離成兩個極性的主信號光；一個最里面的和一個最外面的子信號光。
這種信號光的分離伴隨光程的偏轉(zhuǎn)或相消，從而導(dǎo)致反常光e光的產(chǎn)生。由端口A601和端口B602產(chǎn)生的最外面和最里面的子信號光分別由e-光和o-光構(gòu)成，由端口D604產(chǎn)生的最外面和最里面的子信號光分別由o-光和e-光構(gòu)成。
在密封套的相對一側(cè)與第一個雙折射片609相連的是兩個光轉(zhuǎn)子610和611。這兩個光轉(zhuǎn)子可使極性光平面方向旋轉(zhuǎn)90°。在本實施例中，610和611均由半波片構(gòu)成。光轉(zhuǎn)子610的作用是使產(chǎn)生或到達端口A601和端口B602的最外面的子信號光發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而光轉(zhuǎn)子611則使產(chǎn)生或到達端口C603和端口D604的最外面的子信號光發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
可逆光轉(zhuǎn)子610和611的另一側(cè)與第二個雙折射片612相連，出射片612的厚度與方向根據(jù)端口與端口中心的距離來選定，使之對通過的光產(chǎn)生補償作用。
第二個雙折射片612的另一側(cè)與一可逆光轉(zhuǎn)子616及一非逆光轉(zhuǎn)子617相連，如圖6b所示。可逆光轉(zhuǎn)子616只截取發(fā)自或達到端口A601和端口C603的所有子信號光，并使通過的子信號光的極性平面方向沿順時針方向旋轉(zhuǎn)45°。而非可逆光轉(zhuǎn)子617只截取(偏轉(zhuǎn))發(fā)自或達到端口B602和端口D604的所有子信號光，并使之沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)45°。
可逆光轉(zhuǎn)子616或非可逆光轉(zhuǎn)子617的另一側(cè)與一90°可換向的光轉(zhuǎn)子618相連。90°光轉(zhuǎn)子618可使產(chǎn)生或到達某二個端口的子信號光的極性面發(fā)生偏轉(zhuǎn)，如圖6b所示。當(dāng)618與非可逆光轉(zhuǎn)子617相連時，它僅使發(fā)自或到達端口B602和端口D604的所有子信號光的極性面發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而當(dāng)618是與可逆光轉(zhuǎn)子616相連時，則它只會使發(fā)自或到達端口A601和端口C603的子信號光的極性面發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
光轉(zhuǎn)子616和617的另一側(cè)與透鏡613相連，而鏡子614則安裝在與616與618相對應(yīng)的另一側(cè)的透鏡613的焦平面上。
90°換向光轉(zhuǎn)子618有兩種工作狀態(tài)第一種狀態(tài)可使發(fā)自或到達某兩端口的極性光的平面方向旋轉(zhuǎn)90°。而第二種狀態(tài)則不會使這些子信號光發(fā)生偏轉(zhuǎn)。在本實施例中90°換向光轉(zhuǎn)子618由差相延遲光轉(zhuǎn)子180的半波片186構(gòu)成(圖4a)。圖6c為600光路回轉(zhuǎn)器中光轉(zhuǎn)子618與差相延遲光纖開關(guān)180位相關(guān)系及其它元件的示意圖。在本實施例可換向的光路回轉(zhuǎn)器600中，90°換向光轉(zhuǎn)子618的第一和第二狀態(tài)分別對應(yīng)其非偏轉(zhuǎn)和偏轉(zhuǎn)態(tài)。而這兩種狀態(tài)由光纖開關(guān)180的穩(wěn)定平衡態(tài)控制，此處包含光轉(zhuǎn)子618的半波片的“快”光與“慢”光方向被分別設(shè)定為水平和垂直方向(或相反)。
回轉(zhuǎn)器600的操作如圖8和圖9所示。圖8和圖9是6a及圖6b中標(biāo)記為各截面U-U，V-V，W-W，X-X和Y-Y處側(cè)視圖。圖8為回轉(zhuǎn)器600中90°換向光轉(zhuǎn)子處于第一狀態(tài)，即“off”或非回轉(zhuǎn)態(tài)情況下的斷面圖。圖9則為回轉(zhuǎn)器600中90°換向光轉(zhuǎn)子處于第二狀態(tài)即“on”或回轉(zhuǎn)態(tài)時各面位置的斷面圖。圖8及9中標(biāo)號圓中心代表子信號光在600中傳輸時各端口圖相位置在各相應(yīng)斷面上的投影，不同大小的同心圓代表子信號光的疊加或共同傳播，同心圓的大小沒有明顯的物理意義，各圓的“鉤刺”代表各極性子信號光的極性面的方向。帶二組“鉤刺”的圓代表非極性或隨機極性的不同線性極性方向的疊加。
每個斷面(側(cè)面)圖上“十”代表透鏡613中心沿平行于回轉(zhuǎn)器主軸方向在各斷面位置的投影。
在下述討論中可以看到，由于回轉(zhuǎn)器600中的鏡面614的反射使同一子信號光在各斷面出現(xiàn)兩次，圖8-9中，大寫字母代表向前傳輸方向(沿主軸正方向)，而小寫字母代表反傳輸方向(沿主軸負方向)。
信號光及其子信號光在可換向的光路回轉(zhuǎn)器600處于第一狀態(tài)時的傳播如圖8所示。從U-U面斷面圖800可見，從端口A601，B602，C603和D604發(fā)送的非極性光，經(jīng)過605-608之一的某準(zhǔn)直透鏡后變成平行光束，通過第一雙折射片609后分離成沿水平方向和垂直方向的兩個極性子信號光。圖8中，子信號光A810，B812，C814和D816代表分別從端口A601，B602，C603和D604處發(fā)射來的水平極性子信號光，而子信號光A’811，B’813，C’815和D’817代表分別從端口A601，B602，C603和D604處發(fā)射來的垂直方向的極性子信號光。值得一提的是，此“垂直”與“水平”的概念是相對的，并不意味著空間方向的水平與垂直。
通過第一雙折射片609的四個垂直方向的子信號光A’811，B’813，C8’15和D’817為e-光(反常光)，因而其方向相對水平方向的極性子信號光方向810、812、814和816發(fā)生偏轉(zhuǎn)。通過第一個雙折射片609后，四個最外的子信號光A’811，B’813，C814和D816再通過90°換向光轉(zhuǎn)子610或611使其極性面的方向旋轉(zhuǎn)90°。因此，如圖W-W’802所示，子信號光A’811，B’813的極性面方向從垂直方向轉(zhuǎn)到水平方向，而子信號光C814和D816的極性面方向則從水平方向轉(zhuǎn)到垂直方向。
通過可逆光轉(zhuǎn)子610和611后，所有的子信號光再通過第二雙折射片612。四個垂直方向的子信號光C’815，D’817，C814和D816因是e-光，通過雙折射片612時發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而水平方向的極性子信號光A’811，B’813，A810及B812為o-光，不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。雙折射片612的方向和厚度使e-光通過雙折射片的偏移剛好等于端口與端口中心之間的距離，從而使子信號光C’815和C814通過雙折射片612后，剛好與子信號光A’811，A810相疊加，而子信號光D’817和D816則分別與B’813和B812相疊加。如圖8中X-X’803所示。
從雙折射片612射出后，各相互疊加的子信號光A’811和C’815，A810和C814，B’813和D’817以及B812和D816沿各自路徑傳輸，其中兩組子信號光A’811，C’815，以及A810和C814為從端口A和C產(chǎn)生的子信號光，通過45°可逆光轉(zhuǎn)子616，其極性面方向相對傳播方向沿順時針方向旋轉(zhuǎn)45°，而從端口B和D產(chǎn)生另兩組子信號光B’813，D’817以及B812和D816，通過非可逆光轉(zhuǎn)子617，其子信號光的極性面方向沿傳播方向逆時針旋轉(zhuǎn)45°。Y-Y’斷面圖804中的“鉤刺”示出了各子信號光極性面的方向。
四組子信號光通過透鏡613后在鏡面614處聚焦，而鏡面614使各子信號光發(fā)生反射，在回程中再通過光路回轉(zhuǎn)器600。
Y-Y’的截面圖示出了各組相互疊加的子信號光反回時進入可逆光轉(zhuǎn)子616和非可逆光轉(zhuǎn)子617前的圖像位置，通過透鏡613的聚焦和重準(zhǔn)直后子信號光圖像的位置發(fā)生了反轉(zhuǎn)，因而再次進入616和617時的子信號光B812與D816和向前傳播時的A’811，C’815的位置完全一樣。同理，回程中的A810與C814，B’813與D’817及A’811，C’815分別對應(yīng)向前傳播時的子信號光對B’813與D’817與C814及B812與D816。
由于透鏡613的反轉(zhuǎn)特性，每組反回來的子信號光將進入回轉(zhuǎn)器600的光轉(zhuǎn)子一可逆光轉(zhuǎn)子616或非逆光轉(zhuǎn)子617。其中子信號光B812，B’813，D816和D’817通過可逆光轉(zhuǎn)子616，因而其光線的極性面沿順時針方向旋轉(zhuǎn)45°。因為616為一可逆光轉(zhuǎn)子。這些子信號光在回程中通過616時，從左側(cè)方向看相當(dāng)于沿回轉(zhuǎn)器軸沿逆時針旋轉(zhuǎn)了45°。而子信號光A810，A’811，C814和C’815將通過非可逆光的光轉(zhuǎn)子617，因而其光線的極性面沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)45°(因617為非可逆的光轉(zhuǎn)子，子信號光的極性面的回轉(zhuǎn)方向總是沿逆時針方向)。因而通過光轉(zhuǎn)子616或617或子信號光的極性方向都沿水平或垂直方向(如圖X-X’806所示)。如果將回轉(zhuǎn)器616置于其第一狀態(tài)(“off”)時，在通過斷面Y-Y’和X-X’時，光轉(zhuǎn)子618將不引起子信號光極性面的回轉(zhuǎn)。
在回程中通過第二個雙折射片612時，垂直方向的極性子信號光B812，C814，B’813和C’815因是反常e-光而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。而水平方向的子信號光D816，A810，D’817和A’811是正常的o-光不發(fā)生偏轉(zhuǎn)。因而，通過雙折射片612后，原來相互疊加的子信號光發(fā)生分離。而子信號光B812，C814，B’813和C’815的偏轉(zhuǎn)方向與正向傳播時C’815，D’817，C814及D816方向一致。如圖W-W’807所示。
從第二個雙折射片612射出后，最外面的回程子信號光D816，A810，B812和C814以偏轉(zhuǎn)e-光、而水平方向的極性子信號光D’817，A’811，B’813和C’815以非偏轉(zhuǎn)o-光通過609。通過雙折射片的回程中發(fā)生偏轉(zhuǎn)的子信號光D816，A810，B812和C814與第一次正向傳播的子信號光A’811，B’813，C’815和D’817的方向嚴格一致。因此，垂直和水平方向的極性子信號光A810和A’811，B812和B’813，C814和C’815，以及D816和D’817在準(zhǔn)直透鏡605-608位置復(fù)合，如圖U-U809所示。因此，從圖可見，原來從端口A，B，C，D產(chǎn)生的信號光被分別轉(zhuǎn)換到端口B，C，D和A。在這種模式中，回轉(zhuǎn)器600處于第一狀態(tài)，即“off”狀態(tài)，它使信號光沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。
圖9示出了可換向的回轉(zhuǎn)器600出于其第二態(tài)，即“on”狀態(tài)時的操作方式。這種狀態(tài)下，可90°換向的光轉(zhuǎn)子618使通過的信號光的極性平面方向發(fā)生90°旋轉(zhuǎn)，如圖9中903-904，905-906所示，從截面903到截面904時，子信號光B812，B’813，D816，D’817同時通過非可逆光轉(zhuǎn)子617和90°換向光轉(zhuǎn)子618，這四個子信號光的極性面方向在通過非可逆光轉(zhuǎn)子617時先逆時針旋轉(zhuǎn)45°。然后在通過光轉(zhuǎn)子618時，再旋轉(zhuǎn)90°，這兩次旋轉(zhuǎn)的總效果相當(dāng)于子信號光B812，B813，D816和D’817從截面903傳到904時沿順時針方向旋轉(zhuǎn)45°。而子信號光A810，A’811，C814和C’815如圖8所示，在通過回轉(zhuǎn)器616時只簡單地沿順時針方向旋轉(zhuǎn)45°。
在通過截面Y-Y’905到達截面X-X’906時，子信號光A810，A’811，C814和C’815都通過可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子618，隨后再通過非可逆光轉(zhuǎn)子617。因此，這四個子信號光將在通過618是旋轉(zhuǎn)90°，再在通過617時沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)45°，總的效果相當(dāng)于沿順時針方向旋轉(zhuǎn)45°(如圖6a-6b的左端看)。
當(dāng)可換向的光路回轉(zhuǎn)器600處于第二狀態(tài)，即“on”位時，與其處于“off”相比，子信號光810-817的極性平面方向?qū)⒃傩D(zhuǎn)90°。對比圖907、908和909與807、808和809可明顯地看出它們之間相差90°。由于這附加的90°回轉(zhuǎn)，子信號光在回程通過第二個雙折射面時，正常光o-與非正常光e-光的位置發(fā)生互換。因而，600處于“on”位時，子信號光D816，A810，D’817和A’811在回程通過第二個雙折射片612時，發(fā)生偏轉(zhuǎn)(圖9)，而在“off”位時，發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是子信號光B812，C814，B’813和C’815(圖8)?？傊?，當(dāng)可換向的光路回轉(zhuǎn)器600處于其第二狀態(tài)，即“on”位時可將端口A，B，C，D的信號光分別轉(zhuǎn)換到端口D，A，B和C，即使光信號光發(fā)生了逆時針旋轉(zhuǎn)。
圖10a為四端光路回轉(zhuǎn)器1000的運作示意圖。在回轉(zhuǎn)器1000中，從端口A1002輸入的光將從端口B1004輸出，從端口B1004輸入的光將從端口C1006輸出，從端口C1006輸入的光將從端口D1008輸出，從端口D1008輸入的光將從端口A1002輸出，這是一個順時針運作過程。而圖10b為可換向的光回轉(zhuǎn)器600的運作示意圖。它處于“off”位時，600沿順時針方向使信號光發(fā)生回轉(zhuǎn)，而它處于“on”位時，600沿“逆時針”方向使信號光發(fā)生回轉(zhuǎn)。光路回轉(zhuǎn)器600的“順時針”或“逆時針”態(tài)由可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子618控制。當(dāng)可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子618處于其“on”位時，回轉(zhuǎn)器600按，逆時針”運作。當(dāng)光轉(zhuǎn)子618處于其“off”位時，回轉(zhuǎn)器600按“順時針”運作。當(dāng)此處采用的可轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子618為半波片差相光纖開關(guān)180時，回轉(zhuǎn)器600可以一個毫秒的速率，實現(xiàn)上述兩種回轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
實施例7如圖11a、11b所示，光道分離器1100中，大多數(shù)光學(xué)元件的型號及位置都與光路回轉(zhuǎn)器600相同。因而標(biāo)注方式與圖6a、6b相似。不同的是光道分離器1100中沒有可逆光轉(zhuǎn)子616或非可逆光轉(zhuǎn)子617，而采用一個非線性干涉儀1114取代了鏡面614。與此同時，可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子采用了半波片差相延遲光纖開關(guān)180(圖11c)非線性干涉儀1114具有下述特性，當(dāng)被反射的信號光是多個線性的極性光交織組成的復(fù)雜光時，其中第二套光的極性平面方向在反射時發(fā)生90°轉(zhuǎn)向。而與之交織的第一套光的極性平面方向在反射時極性方向不變。
在下面的討論中，那些與非線性干涉儀相互作用，其極性方向偏轉(zhuǎn)的光以“偶數(shù)”標(biāo)記，不偏轉(zhuǎn)的光以“奇數(shù)”標(biāo)記。
與圖8-9相類似，圖12-15給出了可逆的光道分離器1100中信號光通過各截面時的位置和極性方向。圖12和13分別為分離器1100處于其第一狀態(tài)時，奇數(shù)光與偶數(shù)光信號光的傳播狀態(tài)圖，而圖14和15則分別為分離器1100處于第二狀態(tài)時，奇數(shù)光與偶數(shù)光信號光的傳播狀態(tài)圖。第二狀態(tài)指其中的90°換向光轉(zhuǎn)子618使極性光的極性平面發(fā)生轉(zhuǎn)向的狀態(tài)。
圖12-15給出的分離器1100運作的基本原理與與圖8-9示出的回轉(zhuǎn)器600相似，因此，此處不再重復(fù)。不同的是，圖12和13中因可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子618并未安裝，因而橫側(cè)面圖1203與1204，1205與1206(圖12)，以及1303與1304，1305與1306(圖13)是一樣的。而圖14和圖15中則安裝了可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子618，這從1403與1404，1405與1406(圖14)，或1503與1504，1505與1506(圖15)橫側(cè)面圖上可明顯看出這一差異。
還值得一提的是，在圖13與15中，偶數(shù)信號光的極性面從1304到1305和從1504到1505時發(fā)生了90°回轉(zhuǎn)。
圖16a和圖16b分別為可逆的光道分離器1100的兩種運作示意圖。如圖16a所示。第一套不同波長的光及與之相對應(yīng)的光通道的連接為從端口A到端口B和從端口C到端口D。第二套不同波長的光及與之相對應(yīng)的光通道的連接為從端口A到端口D和從端口C到端口B。為了方便起見，前者稱之為“奇數(shù)”光道，后者稱之為偶數(shù)光道。
例如一套n個不同波長的λ1，λ2，λ3.......λn的光從光分離器1100(處于第一狀態(tài))的端口A輸入時，第一套“奇數(shù)”光λ1，λ3.......λ5被傳到端口B，而第二套“偶數(shù)”光λ2，λ4，λ6........則被轉(zhuǎn)到端口D。相似地，當(dāng)另一套n個不同波長的光λ1′，λ2′，λ3′.......λn′從分離器1100(第一狀態(tài))的端口C輸入時，第一套“奇數(shù)”光λ1′，λ3′，λ5′被傳到端口D，而第二套“偶數(shù)”光λ2′，λ4′，λ6′.......則被轉(zhuǎn)到端口B。因此，當(dāng)分離器1100處于第一狀態(tài)時，從端口B輸出的光包括從端口A傳來的“奇數(shù)”光λ1，λ3，λ5.......和從端口C傳輸來的“偶數(shù)”光λ2′，λ4′，λ6′........。而從端口D輸出的光包括從端口C傳來的“奇數(shù)”光λ1′，λ3′，λ5′......和從端口A傳來的“偶數(shù)”光λ2，λ4，λ6........該光道分離器還能以類似地操作方式反方向運作，即將端口B和D作輸入端，而端口A和C作輸出端，即可“可逆”操作。
圖16b為可逆的光道分離器1100處于其第二狀態(tài)位時的運作圖，在這種狀態(tài)下，從端口B輸出的光包括從端口A傳來的“偶數(shù)”光λ2，λ4，λ6.......和從端口C傳來的奇數(shù)光λ1′，λ3′，λ5′.......；而從端口D輸出的光包括從端口C傳來的“偶數(shù)”光λ2′，λ4′，λ6′.......和從窗口A傳來的奇數(shù)光λ1，λ3，λ5...。
可逆的光道分離器1100的運作方式由可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子618控制。當(dāng)可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子618處于“on”位時，它使通過的平面極性光的極性方向發(fā)生90°回轉(zhuǎn)，即此時光分離器1100處于第二狀態(tài)，而當(dāng)光轉(zhuǎn)子618處于“off”位時，極性光的極性方向不轉(zhuǎn)向，即光道分離器1100處于其第一狀態(tài)。當(dāng)可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子采用的是半波差相延遲光纖開關(guān)180時，可使光道分離器1100以接近一個毫秒的速率進行上述兩種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
實施例8如圖17所示，為一種可自動切換的光路恢復(fù)開關(guān)1700，這種開關(guān)中采用了可換向光路回轉(zhuǎn)器600，它通過端口A，B，C，D方便地與輸入通信線1702、輸出通信線1704、輔助通信線1710和探測器連線1708相連。探測器連線的另一端與光探測器1712相連。而探測器1712通過電路或電線1714與回轉(zhuǎn)器600中的可90°換向的光轉(zhuǎn)子618相連(圖中未示)。在通常的運作情況下，自動切換光路恢復(fù)開關(guān)1700中的回轉(zhuǎn)器600處于“off”位，因而從輸入線1702通過端口A輸入的信號光經(jīng)順時針方向回轉(zhuǎn)后，將通過端口B從輸出線1704輸出，在這種情況下，輔助通信線1710不起作用，無信號光傳到光探測器1712。
假如在輸出通信線1704中某處存在斷點，由于在恢復(fù)開關(guān)1700與光路斷點之間沒有光絕緣，因而信號光將從斷點返回，通過1704回到回轉(zhuǎn)器600，這些返回的信號光或其它信號光將通過端口B輸入到回轉(zhuǎn)器600中，因為回轉(zhuǎn)器600在返回的信號光輸入時處于“off”狀態(tài)，因而這些返回的信號光將沿“順時針”方向回轉(zhuǎn)到端口C，再通過光纖1708傳到光探測器1712。當(dāng)光探測器1712探測到這些返回的信號光后，它通過1714發(fā)送一個電信號，使可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子618切換到“on”態(tài)，從而使回轉(zhuǎn)器600處于“on”態(tài)。通過這一轉(zhuǎn)換，從通信線1702通過端口A輸入的光線將沿逆時針方向被轉(zhuǎn)到端口D和輔助通信線1710。這樣恢復(fù)開關(guān)能自動地將從1704斷點處的信號光換到輔助線1710上。
實施例9圖18為本發(fā)明的實施例一種旁路光纖開關(guān)的示意圖。采用這種旁路開關(guān)可方便地在通信線路中插入或繞過網(wǎng)絡(luò)組件1812。這種光纖開關(guān)1800中采用了一個可換向的光回轉(zhuǎn)器600，它通過端口A與輸入線1802相連，通過端口B與輸出線1804相連通過端口C和D與光路1808與1810相連。而1808與1810與網(wǎng)絡(luò)組件1812相連，此網(wǎng)絡(luò)組件可能包括一個或多個光或光電器件，如光濾波器、光衰減器、光放大器、光增/減器、分散補償器、轉(zhuǎn)換器、波長偏移器等。
當(dāng)處于其第一狀態(tài)，即“off”時，光纖開關(guān)1800中的回轉(zhuǎn)器600交來自輸入線1802通過端口A傳入的信號光沿“順時針”方向引入到端口B，再從輸出線1804傳出。這種方式下，這些信號光完全繞過了網(wǎng)絡(luò)組件1812。處于第二狀態(tài)即“on”態(tài)時，從輸入線1802通過端口A傳入回轉(zhuǎn)器600的信號光將沿逆時針方向被轉(zhuǎn)到端口D，再通過光連接線1810接到網(wǎng)絡(luò)組件1812上，1812對某一或某幾種信號光條件發(fā)生響應(yīng)，并對來自1810的信號光進行加減，限制、調(diào)制后再進入連接線1808，因而從網(wǎng)絡(luò)組元1812輸出的信號光不一定與從1810輸入的信號光相同。通過1808從網(wǎng)絡(luò)組元1812輸出的信號光再被傳送到端口C，再通過回轉(zhuǎn)器600將之轉(zhuǎn)到端口B，從輸出線1804傳出。采用這種方式，在一個毫秒內(nèi)可按需要讓信號光接入或繞過網(wǎng)絡(luò)組件1812。
總之，本發(fā)明揭示了一種采用壓電雙晶振子進行光路轉(zhuǎn)換的方法和設(shè)備。這些光路轉(zhuǎn)換器件包括采用單一機電耦合器件設(shè)計的1×2型的光纖開關(guān)及由單個光纖開關(guān)通過級聯(lián)構(gòu)成的多路L×N型復(fù)式光纖開關(guān)；一種可換向的光路回轉(zhuǎn)器；一種可逆的光道分離器，一種光路恢復(fù)開關(guān)和一種旁路光纖開關(guān)。根據(jù)本發(fā)明制得的這些光學(xué)器件具有性能穩(wěn)定，可反復(fù)操作，與其它機械開關(guān)相比，轉(zhuǎn)換速率高，對輕微的擾動和光失配敏感度低的優(yōu)點。本發(fā)明設(shè)計的這些光器件結(jié)構(gòu)緊湊，因面通過級聯(lián)可組成更復(fù)雜的光器件，并允許光束或信號光在多元空間沿軸向偏轉(zhuǎn)傳播。
權(quán)利要求
1，一種采用壓電雙晶振子進行光路轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于將信號光導(dǎo)引入一個至少由一個壓電雙晶振子構(gòu)成的光纖開關(guān)、可換向的光路回轉(zhuǎn)器、可逆的光道分離器、可自動切換的光路恢復(fù)開關(guān)、光纖旁路開關(guān)等光路轉(zhuǎn)換設(shè)備，使信號光在傳導(dǎo)、進入光通道、切換等過程中發(fā)生偏轉(zhuǎn)換向；
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用壓電雙晶振子進行光路轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于其中信號光的傳導(dǎo)，具體步驟是(1)，將從一個可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子構(gòu)成的光路回轉(zhuǎn)器的一端口引入的一束信號光分離成一束復(fù)雜的子信號光；(2)，使用一個可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子構(gòu)成的光路轉(zhuǎn)換器使部分復(fù)雜子信號光的極性方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)；(3)，使已發(fā)生轉(zhuǎn)向和未發(fā)生轉(zhuǎn)向的復(fù)雜子信號光反射回來并倍增；(4)，使已發(fā)生轉(zhuǎn)向或未發(fā)生轉(zhuǎn)向的復(fù)雜子信號光合并成一束信號光，并將這束信號光從第二個端口傳出。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用壓電雙晶振子進行光路轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于其中信號光進入不同光通道，具體步驟為(1)，使用包含可90°轉(zhuǎn)向光轉(zhuǎn)子的光纖開關(guān)，將信號光分離成復(fù)雜的子信號光；(2)，在不同的復(fù)雜的子信號光之間引入相差；(3)，使不同的復(fù)雜的子信號光發(fā)生反射；(4)，使經(jīng)反射的復(fù)雜子信號光復(fù)合。
4，根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用壓電雙晶振子進行光路轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于其中信號光的切換，具體步驟包括(1)，確定輸出端通信線上存在斷點；(2)，向可換向的光路回轉(zhuǎn)器發(fā)射一電信號，將回轉(zhuǎn)器上的光纖開關(guān)置于截取信號光的位置；(3)，使截取的信號光偏轉(zhuǎn)到輔助通信線上。
5，一種采用壓電雙晶振子方法使信號光發(fā)生光路轉(zhuǎn)換的設(shè)備，其特征在于由壓電雙晶振子組成的光纖開關(guān)或由光纖開關(guān)與其它光學(xué)元件構(gòu)成的信號光的輸入輸出機構(gòu)連接組成。
6，根據(jù)權(quán)利要求5所述的光路轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于其中，由壓電雙晶振子組成的單個光纖開關(guān)，包括一個由一種壓電材料制成的懸臂，懸臂由相向的兩表面和兩端構(gòu)成；具有至少一個與懸臂配套使用的電極，它給懸臂相向的上下兩表面提供不同的電壓；一個用于支撐與鎖固懸臂的支座；一個與懸臂自由端相接的凸面觸頭；一個安裝在懸臂自由端下表面上的用于信號光偏轉(zhuǎn)的光學(xué)元件組；與懸臂上表面上凸形觸頭相接近的上磁塊和與懸臂下表面上的凸形觸頭相接近的下磁塊，其中所述的懸臂，由第一片壓電片與第一片壓電片平行相向相貼的第二片壓電片組成；所述的電極，包括第一電極， 位于第一與第二壓電陶瓷片的中間；第二電極，位于第一壓電陶瓷片上與第一電極相對的另一側(cè)面上；第三電極，位于第二壓電陶瓷片上與第一電極相對的另一側(cè)面上；所述的光學(xué)元件，為可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子，例如三棱鏡。
7，根據(jù)權(quán)利要求5、6所述的光路轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于所述的光纖開關(guān)的懸臂上的觸頭，為裝在懸臂自由端上表面的第一個半球形觸頭和安裝在懸臂自由端下表面上的第二個半球形觸頭。
8，根據(jù)權(quán)利要求7所述的光路轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于所述的光纖開關(guān)的懸臂上的可90°轉(zhuǎn)向的光轉(zhuǎn)子，為半波片。
9，根據(jù)權(quán)利要求5所述的光路轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于其中，由壓電雙晶振子組成的復(fù)式光纖開關(guān)，由多個如權(quán)利要求8所述的單個光纖開關(guān)按并聯(lián)或串聯(lián)而成。
10，根據(jù)權(quán)利要求5所述的光路轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于信號光的輸入輸出機構(gòu)，包括一種可換向光路回轉(zhuǎn)器，它的結(jié)構(gòu)是由第一個雙折射片；與第一個雙折片配套使用的第二個雙折片和至少一個可逆或非可逆的90°光轉(zhuǎn)子相連；還有一個透鏡，與至少一個可逆或非可逆的光轉(zhuǎn)子及如權(quán)利要求8、9所述的光纖開關(guān)相連；與透鏡相連的還有一塊使復(fù)雜的子信號光經(jīng)反射后倍增返回的鏡片。
11，根據(jù)權(quán)利要求5所述的光路轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于其輸入輸出機構(gòu)，包括一種可逆的光道分離器，它的組成是第一個雙折射片和第二個雙折射片與第一、二個光轉(zhuǎn)子相連；一個單個光纖開關(guān)，在第一、二個光轉(zhuǎn)子及第一個雙折射片相對一側(cè)與第二雙折射片相連；還有一個非線性光學(xué)干涉儀，安裝在所述光纖開關(guān)及第二片雙折射片相對一側(cè)的透鏡的焦平面上，在不同光通道之間引入相位差。非線性干涉儀包括第一片與第二片光學(xué)玻璃，這兩塊玻璃之間形成一空腔，空腔內(nèi)設(shè)有一個使通過不同光通道的信號光發(fā)生相移的相位偏離器；在兩玻璃片的內(nèi)表面涂覆一層能使信號光的通帶寬化的光反射涂層；
12，根據(jù)權(quán)利要求11所述的光路轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于可逆的光道分離器中的非線性干涉儀在第一片與第二片光學(xué)玻璃形成的空腔內(nèi)置有一塊使通過不同光通道的信號發(fā)生相移的玻璃片。
13，根據(jù)權(quán)利要求12所述的光路轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于可逆的光道分離器中的非線性干涉儀在第一片與第二片光學(xué)玻璃形成的空腔內(nèi)，第一反射涂層位于第一片玻璃片內(nèi)側(cè)，第二反射涂層位于第二玻璃片內(nèi)側(cè)；位于空腔內(nèi)使信號光產(chǎn)生延時的第一塊玻璃片及位于空腔外使信號光產(chǎn)生延時的第二塊玻璃片，通過第一次反射，第一次光延時和第二次光延時使分離通道中的一束信號光分離成兩束，這兩束信號光之間有非對稱的交錯通帶。
14，根據(jù)權(quán)利要求5所述的光路轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于信號光的輸入輸出機構(gòu)，還包括一個可自動切換的光路恢復(fù)開關(guān)，它包括一個如權(quán)利要求10所述的可換向的光路回轉(zhuǎn)器，一根與可換向的光路回轉(zhuǎn)器的第三端口相連的探測器連線，一個通過探測器連線與光纖開關(guān)相連的光探測器，一根連接光探測器與可換向光路回轉(zhuǎn)器的電線；
15，根據(jù)權(quán)利要求5所述的光路轉(zhuǎn)換設(shè)備，其特征在于所述的信號光的輸入輸出機構(gòu)，還包括一種光纖旁路開關(guān)，它由一個如權(quán)利要求10所述的可換向的光路回轉(zhuǎn)器，與回轉(zhuǎn)器第三個端口相連的第一條光纖；與回轉(zhuǎn)器第四個端口相連的第二條光纖組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖通信,包括:通過光路轉(zhuǎn)換設(shè)備包括光纖開關(guān),可換向的光路回轉(zhuǎn)器和可逆的光道分離器等設(shè)備對信號光進行轉(zhuǎn)換、傳導(dǎo)、切換,信號光轉(zhuǎn)換,其步驟是將信號光導(dǎo)引入一個至少由一個壓電雙晶振子構(gòu)成的光路轉(zhuǎn)換器,通過該光路轉(zhuǎn)換器使信號光發(fā)生偏轉(zhuǎn)、換向。它具有操作穩(wěn)定可重復(fù),轉(zhuǎn)換速度快,對信號光的輕微攏動及失配敏感度低等優(yōu)點。
文檔編號H04B10/12GK1289191SQ0011947
公開日2001年3月28日 申請日期2000年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月19日
發(fā)明者陳偉成, 李毅, 李承恩, 賀連星, 傅敏禮, 倪煥堯, 鮑軍 申請人:上海聯(lián)能科技有限公司