CN101334535A - 光路切换装置 - Google Patents

Abstract

一种光路切换装置，目的为在不移动光信号的输入/输出端或反射元件的前提下，运用光电效应对不同的反射元件施加电场，使反射元件能反射光束以控制光束行径路线，达到不依赖机械运动而切换光路的目的。

Description

光路切换装置

技术领域

本发明为有关于一种光路切换装置，在不移动光信号的输入/输出端或反射元件的前提下，运用电场驱动控制对不同反射元件加电而产生光电效应，以控制光束行径路线达到切换光路的目的。

背景技术

光通讯网络技术发展至今，光信号的交换或路由已经由传统依赖高速电子组件，逐渐转变为让光信号尽量在光域内作处理，亦即整个处理过程不再将光信号转换为电信号，而是直接以光信号来做处理，以便增加处理速度，并保持光的通透性。由此可知，用于光域上作交换核心的光路切换装置，未来势必扮演更重要的角色。

所谓的光路切换装置是使输入端输入的光信号切换至目的输出端的装置，可应用于光通讯网路节点的光交叉连接器(Optical Cross Connect，OXC)、光分插复用器(Optical Add & Drop Multiplexer，OADM)等系统的全光交换核心技术，以完成交换或路由等功能。

目前市场上的光路切换装置种类繁多，早期以机械式为主，即利用步进马达等机械动力移动光纤、镜面或其它组件以改变光路，其串音低、插入损失小，但不易与其它光通讯组件整合，且切换速度较慢，组件寿命较短，已逐渐无法符合光通讯网路的需求。目前则以微机电式光路切换装置为主流，即利用如硅等半导体材料，雕刻出的微小机电结构，其中以微小可移动镜面阵列架构为主，利用致动器控制反射元件的位置，使其进入或脱离输出/输入端光信号路径，达到切换光路的目的。

以下举一个微机电式1x2光路切换装置来说明微机电式光路切换装置的动作原理，其架构如图1和图2所示意，图中的微机电式1x2光路切换装置100是由输入光准直器101、第一输出光准直器102、第二输出光准直器103、致动器控制装置104及反射元件105所组成。其中假设微机电式1x2光路切换装置的原始状态如图1所示意，输入光源直接射入第一输出光准直器102行成第一光路106，而微机电式1x2光路切换装置的致动器控制装置104控制反射元件105进入输入光源后的示意图如图2所示意，此时输入光源经由反射元件105被反射至第二输出光准直器103形成第二光路201，以达到切换输入光源的光路的目的。

除此之外，为了减少输入光源经由反射元件反射光源的次数，反射元件亦有采上下移动与任意方向转动的方式，其中可分为二维及三维阵列架构。在二维阵列架构中，反射镜仅作简易的上下移动，当反射镜往下时，光可通过，反之则会反射光束到目的输出端。而在三维阵列架构中，反射镜可作任意方向的转动，不过此方式对反射镜停滞位置的控制需非常精准。

过去的已知技术多以机械动作所产生的控制为主要技术手段，然而由于长期的运动容易导致结构变形、材料受损，而且运动过程及搬运时所产生的震动均会降低其可靠度，久而久之也会造成控制上的不精确，另外，光路切换装置亦受限于机械运动所需的移动空间，无法进一步缩小体积。

鉴于上述已知技术所衍生的各项待解决问题，有必要发明能排除以往已知技术依靠机械动作的光路切换装置。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明的主要目的在于不移动光信号的输入/输出端或反射元件的前提下，提供一种光路切换装置，运用电光材料施加电场后，产生可改变折射率的光电效应，使输入光源经由涂布电光材料的反射元件，可借由电场的提供与否来产生出反射或透射光源等特性，借以达到改变输入光源的光路的目的。

本案提出的一种光路切换装置，分别由输入端、至少一个反射元件、电场驱动器及一个以上的输出端所组成，其中各个反射元件可依不同的排列方式组成反射元件阵列，当输入光源经由输入端射入反射元件阵列，并以电场驱动器依光路的不同，对反射元件阵列内的不同反射元件施加电场，用以反射输入光源，达到控制光路的目的，达到解决以机械动作为主的光路切换装置，长期运动导致结构变形、材料受损及运动过程和搬运时所产生的震动会造成的可靠度降低的问题，同时省却机械运动所需的移动空间，大幅降低光路切换装置的体积。

有关本发明的特征与实作，以下配合附图做最佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1及图2是现有技术中微机电式1x2光路切换装置执行光路切换的连续操作实施例示意图。

图3是现有技术中反射元件实施例示意图。

图4是现有技术中反射元件未加电场的光路示意图。

图5是现有技术中反射元件施加电场的光路示意图。

图6是本发明的光路切换装置第一实施例示意图。

图7及图8是本发明的光路切换装置第二实施例光路切换实施例示意图。

图9、图10及图11是本发明的光路切换装置第三实施例示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明主要是提出一种光路切换装置，在不移动光信号的输入/输出端或反射元件的前提下，提供一种光路切换装置，运用电光材料施加电场后，改变折射率的光电效应，使输入光源经由涂布电光材料的反射元件，可产生反射或透射等状态，借以改变输入光源的光路。

本案提出的一种光路切换装置，分别由输入端、至少一个反射元件、电场驱动器及一个以上的输出端所组成，其中输入端为光准直器，定义为输入光准直器；至少一个反射元件依不同的排列方式组成反射元件阵列，反射元件为射频溅射法、蒸镀法及溶胶-凝胶法制备的半导体微晶玻璃薄膜，且在半导体微晶玻璃薄膜的一侧涂布电光材料所制成；电场驱动器，用以对反射元件施加电场，使施加电场的反射元件由透射状态转换为反射状态，当接触到输入光源时将可使输入光源产生反射；输出端亦为光准直器，定义为输出光准直器，输入光源经由反射元件至少一次反射或透射至输出光准直器，输出光准直器对应反射元件的半导体微晶玻璃薄膜或输入光准直器，且相对应的组件间也可包含其它反射元件。以下配合附图分别说明涂布电光材料的反射元件，在施加电场前后对输入光源所造成的影响，最后再列举三个实施例分别说明本发明的光路切换装置的运作方式。

请参阅图3，为反射元件示意图，图中的反射元件300是由半导体微晶玻璃薄膜301及电光材料302所组成，将电光材料涂布于半导体微晶玻璃薄膜301的一侧，组成具有光电效应的反射元件，其中，半导体微晶玻璃薄膜为二氧化硅材料为主，以射频溅射法、蒸镀法及溶胶-凝胶法制备。请参阅图4，为反射元件300未加电场的光路示意图，当反射元件300未加电场时，输入光源经由反射元件300透射，而欲切换光路时，则对反射元件300施加电场，如图5所示意，为反射元件施加电场的光路示意图，其中输入光源经由已施加电场的反射元件500产生反射。

由于不使用机械运动而是运用光电效应的特性，因此可解决前述以机械动作为主的光路切换装置，经过长期运动会导致结构变形、材料受损及运动过程和搬运时所产生的震动会造成的可靠度降低的问题，同时省却机械运动所需的移动空间，大幅降低光路切换装置的体积。以下举三个实施例分别说明本发明的光路切换装置的运作方式。

本发明的光路切换装置第一实施例示意图，请参阅图6，为本发明应用于一个1x8光路切换装置600的实施态样，其中包含输入光准直器101、输出光准直器601、1x8反射元件阵列602及1x8电场驱动器603，其中1x8反射元件阵列602是由彼此平行或垂直的反射元件取适当距离所排列而成。当确定光路后，1x8电场驱动器603对需呈现反射状态的反射元件500施加电场，而其它反射元件300则保持未施加电场的状态，此时输入光源经由光准直器101输入至1x8反射元件模块602后，输入光源经由未施加电场的反射元件300透射，最后再由已施加电场的反射元件500反射至对应的输出光准直器601。在此1x8光路切换装置600的实施例中，整个光路切换过程不需依赖机械运动，仅凭1x8电场驱动器603分别对1x8反射元件阵列602内不同的反射元件施加电场，用以反射输入光源达到切换光路的目的，其中输入光源最多穿透七个反射元件300并经由已施加电场的反射元件500反射一次。

由于输入光源信号会依经过反射元件300及施加电场的反射元件500而产生衰减，且会随着经过的数目而使衰减程度递增，故通常需考虑输入光源穿透反射元件的数目，以及经由反射元件反射光源的次数。针对此种需求下，本发明的技术内容亦可借由改变反射元件的排列方式，并配合电场驱动器同时对不同的反射元件施加电场，借以减少反射元件的数目及经由反射元件反射光源的次数，改善输入光源信号衰减的程度，同时省却机械运动所需的移动空间，大幅降低光路切换装置的体积。以下进一步提供两个不同的实施例作说明：

本发明的光路切换装置第二实施例示意图，请参阅图7及图8，其中1x4光路切换装置700包含输入光准直器101、1x4反射元件阵列702、1x4电场驱动器701、第一输出光准直器801、第二输出光准直器802、第三输出光准直器803及第四输出光准直器804，其中1x4反射元件阵列702是由彼此平行或垂直的反射元件取适当距离所排列而成。当欲将输入光源经由输入光准直器101射入至第四输出光准直器804时，1x4电场驱动器701对选定的反射元件施加电场，使选定的反射元件成为反射状态500，而其它未施加电场的反射元件保持透射状态300，此时输入光源经由光准直器101输入至1x4反射元件阵列702后，输入光源经由已施加电场的反射元件500反射，并穿透未施加电场的反射元件300至第四输出光准直器804。

请参阅图8，当欲将输入光源经由输入光准直器101射入至第二输出光准直器802时，1x4电场驱动器701对选定的反射元件施加电场，使选定的反射元件成为反射状态500，而其它未施加电场的反射元件保持透射状态300，输入光源经由两个成为反射状态的反射元件500反射两次至第二输出光准直器802。当欲将输入光源经由输入光准直器101射入至第一输出光准直器801或第三输出光准直器803时，与前述差异仅为电场施加的反射元件不同及是否施加电场，因此不再赘述。

在此1x4光路切换装置700的实施例中，反射元件及输出光准直器以图8所示意的方式排列，其1x4反射元件阵列702内仅需三个反射元件300，即可使光路呈现四种变化，且输入光源最多仅需穿透两个反射元件300或最多经由已施加电场的反射元件500反射两次。以第一实施例中反射元件及输出光准直器的排列方式而言，要达到1x4光路切换，需使用四个反射元件，使得输入光源衰减的程度与反射元件数目皆比本实施例高。

接下来以本发明的光路切换装置第三实施例示意图，来说明1x8光路切换装置中，不同光路的切换控制，请参阅图9、图10及图11，其中1x8光路切换装置900包含输入光准直器101、1x8反射元件阵列901、1x8电场驱动器902及输出光准直器601，1x8反射元件阵列901由彼此平行或垂直的反射元件取适当距离所排列而成，并以A、B、C、D、E、F及G分别表示不同的反射元件，而八个输出光准直器则分别以编号1、2、3、4、5、6、7及8表示，输出光准直器601与1x8反射元件阵列901内的反射元件状态的对应关系如图10所示意，图中反射元件状态与输出光准直器的关系对应表950包含输出光准直器编号951、反射元件编号952及反射元件状态953，其中反射元件状态953包含透射状态与反射状态，表中无标识的状态即为透射状态。若欲使光信号输出至编号1的输出光准直器，1x8电场驱动器902需对编号F的反射元件施加电场，使编号F的反射元件由透射状态300转变为反射状态500；若欲使光信号输出至编号2的输出光准直器，1x8电场驱动器902需同时对编号B、C及F的反射元件施加电场，使编号B、C及F的反射元件同时由透射状态300转变为反射状态500；若欲使光路输出至其它输出光准直器903则以此类推不再赘述。

请参阅图10及图11，当欲使光信号经由编号8的输出光准直器输出，可借由反射元件状态与输出光准直器的关系对应表950得知1x8电场驱动器902对编号E的反射元件施加电场500，使编号E的反射元件成为反射状态954，此时输入光源经由输入光准直器101输入至1x8反射元件模块901后，输入光源经由未施加电场的编号F的反射元件300透射，接着再由已施加电场的编号E的反射元件500反射，最后再经过未施加电场的编号G的反射元件300透射至对应的输出光准直器601。在此1x8光路切换装置900的实施例中，其1x8反射元件阵列901内需七个反射元件300，且输入光源最多仅需穿透三个反射元件300或最多经由已施加电场的反射元件500反射三次，与本发明的光路切换装置600第一实施例相比，较为节省反射元件数量及具有减少输入光源衰减的功效。

由上述两实施例可知，与现有技术中二维阵列架构的技术手段相比，虽同样以反射元件组成阵列的架构，借以达到光路切换及减少输入光源经由反射元件反射光源的次数，但是透过本发明不依赖机械运动的设计，可免除机械运动所需的移动空间，进而大幅降低光路切换装置的体积。

虽然本发明以前述的较佳实施例描述如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，应当还可作一定的变换和改进，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的权利要求范围所界定为准。

Claims (9)

1、一种光路切换装置，包含：

一输入端，用以接收外部的输入光源；

至少一反射元件，这些反射元件初始时为透射状态，当接触到该输入光源时将可使该输入光源透射；

一电场驱动器，用以对这些反射元件至少其中之一施加电场，使施加电场的该至少一反射元件由该透射状态转换为一反射状态，当接触到该输入光源时将可使该输入光源产生反射；及

一个以上的输出端，用以接收反射的该输入光源后进行输出。

2、如权利要求1所述的光路切换装置，其中该输入端为连接输入光纤的一输入光准直器。

3、如权利要求1所述的光路切换装置，其中这些反射元件是以彼此平行或垂直方向的方式排列成一反射元件阵列。

4、如权利要求1所述的光路切换装置，其中这些反射元件为一侧涂布有一电光材料的一半导体微晶玻璃薄膜，该输入光源由未涂布该电光材料的一侧接触该半导体微晶玻璃薄膜。

5、如权利要求4所述的光路切换装置，其中该电光材料可经由该施加电场产生光电效应而形成反射镜面，并对该输入光源产生反射以改变光路。

6、如权利要求4所述的光路切换装置，其中该半导体微晶玻璃薄膜为二氧化硅材料。

7、如权利要求4所述的光路切换装置，其中该半导体微晶玻璃薄膜为射频溅射法、蒸镀法及溶胶-凝胶法制备。

8、如权利要求1所述的光路切换装置，其中该电场驱动器可同时对多个反射元件分别施加电场，使这些反射元件同时呈现该反射状态，借以控制该输入光源产生多次反射。

9、如权利要求1所述的光路切换装置，其中这些输出端为连接输出光纤的一个以上的输出光准直器，这些输出光准直器分别对应经这些反射元件至少一次反射或透射的一光路。

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