CN104793294A - 一种多通道2×2光开关 - Google Patents

Abstract

本发明为一种多通道2X2光开关，继电器嵌装于底盒，底盒相对的两个侧面各有堵头孔固装N芯光准直器，N为4、8、12或16，两侧的准直器中轴线重合。铰接于继电器的摆动片后端处于线圈上方、前端固定悬梁臂，悬梁臂前端固装n＝N/4个棱镜。初始状态，棱镜处于准直器光路之下，输入输出端准直器的各光路直通。继电器通电时，摆动片抬高、悬梁臂上的棱镜切入光准直器的光路，输入端的光准直器的输出光经棱镜折射反射后进入输出端的另一个光路，一个棱镜可切换4个光路。光准直器插入堵头孔固接的堵头管、固定，外套堵头套筒保护。盖板封闭底盒、且各缝隙金属化密封，盒内充氮。本开关结构简单，损耗低，装调方便，精度高，寿命长。

Description

一种多通道2×2光开关

技术领域

本发明涉及光电子器件技术领域，具体为一种多通道2X2光开关。

背景技术

光开关是一种实现光信号通断、光路径改变的光无源器件，是实现光通信网络信号交换的基础器件之一，也是实现全光网络中核心部件之一。目前光开关技术相对成熟，各类产品被广泛应用于光路切换、系统监测、光路保护切换试验、光纤传感系统、光器件测试、光分/插复用(OADM)、时分复用(TDM)、波分复用(WDM)等场合。光开关具有广阔的市场前景，是最具发展潜力的光无源器件之一。

现有的多数光开关基本上都是继电器和电机结构的机械式光开关，即采用2台光纤准直器相互对准、实现输入端与输出端光的耦合，通过控制继电器或电机移动光学元件，如改变棱镜、或反射镜等光学元件的位置，使光束改变方向，从而实现光路的切换。

目前的1×2和2×2机械式光开关主要是采用粘胶工艺技术，装调不方便，密封性较差，因此其中的光学晶体镀膜层容易被氧化或污染，不仅影响光开关的工作寿命，也使光开关的工作温度局限在-20℃～+70℃，且光路插入损耗变化超过0.2dB。

随着光通信技术超高速发展、加工工艺的进步，光通信系统都朝着大容量、小型化、集成化等方向发展。光开关作为光通信链路中的一种重要元器件，市场需要切换快速的、多通道的小型化光开关。

发明内容

本发明的目的是设计一种多通道2X2光开关，其继电器嵌于底盒内，底盒的两个相对的侧面分别固定1个N芯光准直器，悬梁臂后端固定于继电器摆动片、前端固定安装n个棱镜，初始状态输入N束光经一侧的N芯光准直 器直接分别进入相对侧面上与之正对的N芯光准直器的输入端口，当继电器通电时n个棱镜被继电器摆动片抬高，输入光束各经N芯光准直器的一个通道后，通过棱镜折射进入相对侧面上的N芯光准直器的另一个输入端口。

本发明设计的一种多通道2X2光开关，包括光准直器、棱镜和继电器，继电器嵌装于底盒内腔底部，底盒的底部有引脚孔，继电器的引脚从底盒的引脚孔伸出，连接驱动电线。底盒相对的两个侧面各有1个堵头孔，每个堵头孔固定安装1个N芯光准直器，所述N为4、8、12或16。输入端的N芯光准直器与输出端的N芯光准直器相同，且二者的中轴线相重合，各光路一一相对。继电器上有铰接于其表面的摆动片，摆动片后端处于继电器线圈上方，前端固定悬梁臂，悬梁臂的中心线与安装N芯光准直器的底盒的侧面平行，悬梁臂前端固定安装n个并列的棱镜，n＝N/4。初始状态，即继电器未通电的状态，悬梁臂前端的高度相同的n个棱镜处于输入端的N芯光准直器和输出端的N芯光准直器的中轴线之下，输入端的N芯光准直器的各光路分别与输出端的N芯光准直器的各光路一一相对，M束输入光分别经输入端的N芯光准直器的M个光路直接进入正相对的输出端N芯光准直器的M个光路，M≤N。当继电器通电时，摆动片后端被继电器线圈吸引向下移动、前端向上摆动，带动悬梁臂抬高、悬梁臂前端的n个棱镜切入2个N芯光准直器之间的光路上。

所述棱镜为四棱柱的光学楔角片棱镜，其棱与N芯光准直器的中轴线垂直。棱镜的4个侧面均相等且两两平行，为折射光的斜面。斜面上有增透镀膜。两个锐角的对角面与N芯光准直器的光路垂直，即其钝角与N芯光准直器相对。每个棱镜的一个斜面与输入端或输出端的N芯光准直器的2个光路相对。当一束输入光经输入端的N芯准直器的某光路入射与之相对的棱镜的斜面，经该棱镜的另一对平行斜面的2次内反射，由该棱镜与入射面平行的另一斜面出射，进入输出端的N芯光准直器另一光路，该光路与光的出射面相对，一个棱镜可实现4束光同时折射切换。

所述棱镜的锐角为55°～65°。

为了便于安装N芯光准直器，底盒堵头孔外接堵头管，二堵头管的中心线重合，且垂直于底盒侧面。N芯光准直器插入堵头管内，二者为间隙配合且固定连接。N芯光准直器的尾部的光纤输入输出端口在堵头管外。

为了保护N芯光准直器，堵头管外套有堵头套筒，堵头套筒内端抵于底盒侧面，N芯光准直器尾部处于堵头套筒内。堵头套筒尾端还安装有橡胶尾套，封闭堵头套筒尾端，以保护N芯光准直器的光纤输入输出端口。

底盒配有与其内腔相配合的盖板，盖板密封固定于底盒内腔上方腔口，盖板与底盒之间的缝隙为金属化密封，同时底盒底面的引脚孔也为金属化密封。

为保护底盒内的金属部件和光学晶体棱镜的镀膜层不被污染和氧化，金属化密封的底盒内充氮气。盖板与底盒封装是在真空箱里进行，盖板与底盒封装前，先将底盒内腔抽成真空，然后再充氮气，最后在真空箱里进行金属化封装，完成整个真空充氮封装过程只需3～4分钟。

与现有技术相比，本发明多通道2×2光开关的优点为：1、只用一组楔角片棱镜，电磁驱动，光路切换简单，装调方便，精密度高，光学指标稳定，体积小；2、本开关光信号切换时间仅3～5ms,光路插入损耗低，插入损耗直通(不经过棱镜)仅为0.3dB,插入损耗折射(经过棱镜)仅为0.4dB，重复性为±0.01,串音小，回波损耗大,使用寿命高；3、密封性能好，真空充氮保证精密度高和使用寿命，并保证了在-40℃～+80℃的环境条件下工作，光学插入损耗指标变化不超过0.2dB；4、适用于系统的集成化，可用于光纤通信网络系统、光纤线路保护监控系统、光纤测量系统以及光纤传感系统中光信号的交换；5、使用现有零部件，加工生产效率高，生产成本低，适合于批量化生产。

附图说明

图1为本多通道2×2光开关实施例的装配结构示意图。

图2为本多通道2×2光开关实施例继电器不通电时的直通光路图。

图3为本多通道2×2光开关实施例继电器通电时经棱镜折射的光路图。图中标号为：

1、底盒，2、摆动片，3、继电器，4、悬梁臂，5、堵头管，6、8芯光准直器，7、棱镜，8、盖板，9、堵头套筒，10、橡胶尾套；P1～P8为输入端8芯光准直器的光路，Q1～Q8为输出端8芯光准直器的光路。

具体实施方式

下面结合附图对以8通道2×2光开关为实施例作进一步说明。

如图1所示，本8通道2X2光开关实施例，底盒1有长方体的内腔，继电器3嵌装于底盒1内腔底部，底盒1的底部有引脚孔，继电器3的引脚从底盒1的引脚孔伸出，连接驱动电线。底盒1相对的两个侧面上各有1个堵头孔，每侧的堵头孔在侧面外各固定连接堵头管5，2个侧面上堵头管5的中心线成一直线，且该直线与安装堵头管5的底盒1的侧面垂直。2个8芯光准直器6分别插入一侧的堵头管5，当光路调节完成后，N芯光准直器6焊接固定于堵头管5内。

继电器3上有铰接于其表面的摆动片2，摆动片2后端处于继电器3线圈上方，前端上方固定悬梁臂4，悬梁臂4的中心线与安装光准直器6的底盒1相对的侧面平行，悬梁臂4前端固定安装2个并列的相同棱镜7。

如图2所示，初始状态，即继电器3未通电的状态，悬梁臂4前端的棱镜7处于相对的2个8芯光准直器6的中轴线之下，输入端的8芯光准直器6的光路P1～P8分别与输出端的8芯光准直器6的光路Q1～Q8正相对，即成8条直线光路。4束输入光P1、P2、P5和P6分别经输入端8芯光准直器6直接进入正相对的输出端8芯光准直器6的光路Q1、Q2、Q5和Q6。

当继电器3通电时，摆动片2后端被继电器3的线圈吸引向下、摆动片2前端向上摆动，带动悬梁臂4抬高、悬梁臂4前端的棱镜7切入输入端8芯光准直器6的光路。

本例的2个棱镜7均为四棱柱的光学楔角片棱镜，其棱与8芯光准直器6的中轴线垂直，棱镜7的4个侧面a、b、aa、bb均相等，为折射光的斜面，斜面上有增透镀膜，a与aa平行，b与bb平行。棱镜7的两个锐角为60°，锐角的对角面与8芯光准直器6的光路垂直，即其钝角与8芯光准直器相对。棱镜7的斜面a、aa与底盒1的侧面的交角为30°，b、bb与底盒 1的侧面的交角为150°。图3上方的棱镜7斜面a与输入端8芯光准直器6光路P1、P2相对，b与输入端8芯光准直器6光路P3、P4相对，斜面aa与输出端8芯光准直器6光路Q3、Q4相对，bb与输出端8芯光准直器6光路Q1、Q2相对；下方的棱镜7斜面a与输入端8芯光准直器6光路P5、P6相对，b与输入端8芯光准直器6光路P7、P8相对，斜面aa与输出端8芯光准直器6光路Q7、Q8相对，bb与输出端8芯光准直器6光路Q5、Q6相对。输入光经过输入端的8芯光准直器6，从与之相对的棱镜7的斜面入射，经该棱镜7的另一对平行斜面的内反射，由该棱镜与入射面平行的斜面出射，进入输出端的8芯光准直器6，8个光路由棱镜7折射同时转换。如图3所示，P1、P2由与之相对的棱镜7的斜面入射a，经该棱镜另一对平行的斜面b、bb的2次内反射后，由该棱镜与入射面a平行的斜面aa出射，进入输出端的8芯光准直器6的光路Q3、Q4，与之相似，P3、P4进入Q1、Q2，P5、P6进入Q7、Q8，P7、P8进入Q5、Q5。实现8个光路的同时切换。

本例各堵头管5外套装堵头套筒9，8芯光准直器6尾部的光纤输入输出端口处于堵头套筒9内，堵头套筒9尾端安装橡胶尾套10，封闭堵头套筒9尾端。图1中堵头套筒9尾端安装了橡胶尾套10，置于右侧，尚未套装在堵头管5外。

盖板8与底盒1长方体的内腔相配合，图1中盖板8未盖在底盒1上，放在图1下方。调节后盖板8密封固定于底盒1内腔上腔口，盖板8与底盒1之间的缝隙为金属化密封，同时底盒1底面的引脚孔也为金属化密封。

金属化密封的底盒1内充氮气。 

本例8通道2×2光开关的特征尺寸为：长度27mm,宽度12.6mm,高度8mm。本例的8通道2×2光开关的光学指标为：光信号切换时间3～5ms,插入损耗直通(不经过棱镜)为0.8dB,插入损耗折射(经过棱镜)为0.9dB，重复性为±0.01,串音大于60dB，回波损耗大于60dB，使用寿命100万次。

上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多通道2X2光开关，包括光准直器、棱镜和继电器；继电器嵌装于底盒内腔底部，底盒的底部有引脚孔，继电器的引脚从底盒的引脚孔伸出，连接驱动电线；其特征在于：

所述底盒(1)相对的两个侧面各有1个堵头孔，每个堵头孔固定安装1个N芯光准直器(6)，所述N为4、8、12或16；输入端的N芯光准直器(6)与输出端的N芯光准直器(6)相同，且二者的中轴线相重合，各光路一一相对；继电器(3)上有铰接于其表面的摆动片(2)，摆动片(2)后端处于继电器(3)线圈上方，前端固定悬梁臂(4)，悬梁臂(4)的中心线与安装N芯光准直器(6)的底盒(1)的侧面平行，悬梁臂(4)前端固定安装n个并列的棱镜(7)，n＝N/4；初始状态，即继电器(3)未通电的状态，悬梁臂(4)前端的高度相同的n个棱镜(7)处于输入端的N芯光准直器(6)和输出端的N芯光准直器(6)的中轴线之下，输入端的N芯光准直器(6)的各光路分别与输出端的N芯光准直器(6)的各光路一一相对，M束输入光分别经输入端的N芯光准直器(6)的M个光路直接进入正相对的输出端N芯光准直器(6)的M个光路，M≤N；当继电器(3)通电时，摆动片(2)后端被继电器(3)线圈吸引向下移动、前端向上摆动，带动悬梁臂(4)抬高、悬梁臂(4)前端的n个棱镜(7)切入2个N芯光准直器(6)之间的光路上；

所述棱镜(7)为四棱柱的光学楔角片棱镜，其棱与N芯光准直器(6)的中轴线垂直；棱镜(7)的4个侧面均相等且两两平行，为折射光的斜面，两个锐角的对角面与N芯光准直器(6)的光路垂直，即其钝角与N芯光准直器(6)相对；每个棱镜(7)的一个斜面与输入端或输出端的N芯光准直器(6)的2个光路相对；当一束输入光经输入端的N芯准直器(6)的某光路入射与之相对的棱镜(7)的斜面，经该棱镜(7)的另一对平行斜面的2次内反射，由该棱镜(7)与入射面平行的另一斜面出射，进入输出端的N芯光准直器(6)另一光路，该光路与光的出射面相对，一个棱镜实现4束光同时折射切换。

2.根据权利要求1所述的多通道2X2光开关，其特征在于：

所述棱镜(7)的锐角为55°～65°。

3.根据权利要求1所述的多通道2X2光开关，其特征在于：

所述棱镜(7)的斜面上有增透镀膜。

4.根据权利要求1所述的多通道2X2光开关，其特征在于：

所述底盒(1)堵头孔外接堵头管(5)，二堵头管(5)的中心线重合，且垂直于底盒(1)侧面；N芯光准直器(6)插入堵头管(5)内，二者为间隙配合且固定连接，N芯光准直器(6)的尾部的光纤输入输出端口在堵头管(5)外。

5.根据权利要求4所述的多通道2X2光开关，其特征在于：

所述堵头管(5)外套有堵头套筒(9)，堵头套筒(9)内端抵于底盒(1)侧面，N芯光准直器(6)尾部处于堵头套筒(9)内。

6.根据权利要求5所述的多通道2X2光开关，其特征在于：

所述堵头套筒(9)尾端还安装有橡胶尾套(10)，封闭堵头套筒(9)尾端。

7.根据权利要求1所述的多通道2X2光开关，其特征在于：

所述底盒(1)配有与其内腔相配合的盖板(8)，盖板(8)密封固定于底盒(1)内腔上方腔口。

8.根据权利要求7所述的多通道2X2光开关，其特征在于：

所述盖板(8)与底盒(1)之间的缝隙为金属化密封，同时底盒(1)底面的引脚孔也为金属化密封。

9.根据权利要求8所述的多通道2X2光开关，其特征在于：

所述金属化密封的底盒(1)内充有氮气。