CN108761774A - 一种多通道光开关结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其是涉及一种多通道光开关结构，包括阵列盘、光纤准直器、折反射组件以及驱动组件；所述光纤准直器包括一个输入准直器和若干个输出准直器；所述输入准直器和输出准直器位于所述阵列盘的同一侧；所述折反射组件正对于所述输入准直器，令所述输入准直器输入的光束通过折反射至所述输出准直器；所述驱动组件设置于所述阵列盘和/或折反射组件上，令所述阵列盘和/或折反射组件以所述输入准直器为圆心同轴旋转。本发明的发明目的在于提供一种多通道光开关结构，采用本发明提供的技术方案解决了现有多通道光开关对折反射透镜的形状及加工精度较高，以及对驱动部件控制精度和控制方向要求高的技术问题。

Description

一种多通道光开关结构

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其是涉及一种多通道光开关结构。

背景技术

光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口的光学无源器件，其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作。在光纤传输系统，光开关用于多重监视器，LAN，多光源，探测器和保护以太网的转换。在光纤测试系统，用于光纤，光纤设备测试和网络测试，光纤传感多点监测系统。光开关根据其输入和输出的端口数，可分为1×1、1×2、1×N、2×2、2×N、M×N等多种，在不同场合中有不同用途。

目前机械式光开关类型较多，但是通道较少，比如1x1、1x2、2x2；另一种由多个1xN光开关串联形成的级联光开关，结构复杂，精度差，损耗大，故障率高。申请号CN201110041533.0、申请日20110221公开了一种机械式光开关，其通过旋转输入端光纤准直器方向，使输出的光束经过透镜调制后，进入对应的输出端准直器，达到切换光通道的效果，该方案采用的透镜，形状规则，并且与每个输出端光纤准直器相对的位置需确保入射角与折射角之间的关系，令光束折射后进入对应的输出端光纤准直器，对透镜的形状及加工精度较高，造成透镜制作工艺难度较大、加工成本高；申请号CN201210355355.3、申请日20120921，以及申请号CN201310278603.3、申请日20130704公开了一种多通道马达光开关，均通过马达驱动机械臂，令机械臂前端的输入光纤准直器与输出光纤准直器相对，由于输入光纤准直器与光纤连接，机械臂在旋转过程中，光纤会发生缠绕现象，使得机械臂只能在有限的角度内旋转，会存在一些输出光纤准直器不能实现光通路导通的效果，并且对马达的控制精度和控制方向要求较高。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种多通道光开关结构，采用本发明提供的技术方案解决了现有多通道光开关对折反射透镜的形状及加工精度较高，以及对驱动部件控制精度和控制方向要求高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种多通道光开关结构，包括阵列盘、装设于所述阵列盘的光纤准直器、正对于所述光纤准直器的折反射组件、以及驱动组件；所述光纤准直器包括一个同轴固定于所述阵列盘圆心处的输入准直器，和若干个以所述输入准直器为圆心，等径排列于所述阵列盘上的输出准直器；所述输入准直器和输出准直器位于所述阵列盘的同一侧；所述折反射组件正对于所述输入准直器，令所述输入准直器输入的光束通过折反射至所述输出准直器；所述驱动组件设置于所述阵列盘和/或折反射组件上，令所述阵列盘和/或折反射组件以所述输入准直器为圆心同轴旋转。

优选的，在所述折反射组件上存在朝向所述输入准直器的反射面；所述输入准直器和输出准直器的光束相交，并且其交点投射在所述反射面上；所述光纤准直器与所述反射面之间满足以下条件：α+β/2＝90°，其中α为输入准直器的光束与所述反射面之间的夹角，β为输入准直器与输出准直器的光束之间的夹角。

优选的，所述折反射组件为楔形的镜面反射镜；在所述镜面反射镜上朝向所述输入准直器的侧面为所述反射面；所述光纤准直器与所述反射面之间满足以下条件：α+β/2＝90°，其中α为输入准直器的光束与所述反射面之间的夹角，β为输入准直器与输出准直器的光束之间的夹角。

优选的，所述光纤准直器与在所述镜面反射镜上与所述反射面相对的端面之间满足以下条件：γ＝90°-{arctan[a/(b+c)]}/2，其中γ为所述输入准直器与所述端面之间的夹角，a为所述输入准直器与输出准直器之间的距离，b为所述输入准直器与所述反射面之间的距离，c为所述反射面与所述端面之间于所述输入准直器的光束方向的距离。

优选的，所述镜面反射镜的制作材质为折射率大于空气的光密介质，且所述输入准直器与所述端面之间的夹角γ小于或等于90°与所述镜面反射镜发生全反射时的临界角之间的差值。

优选的，在所述镜面反射镜上的反射面和/或端面上涂覆有反光层。

或者，所述折反射组件为弧面朝向所述光纤准直器的半圆柱形透镜；在所述半圆柱形透镜上与所述弧面相对的端面为所述反射面；所述输入准直器和输出准直器的光束均透过所述半圆柱形透镜的弧面投射在所述反射面上，且均落在所述半圆柱形透镜的圆心处；所述光纤准直器与所述反射面之间满足以下条件：α+β/2＝90°，其中α为输入准直器的光束与所述反射面之间的夹角，β为输入准直器与输出准直器的光束之间的夹角。

优选的，所述半圆柱形透镜的制作材质为折射率大于空气的光密介质，且所述输入准直器与所述反射面之间的夹角α小于或等于90°与所述半圆柱形透镜发生全反射时的临界角之间的差值。

优选的，在所述半圆柱形透镜上与所述弧面相对的端面上涂覆有反光层。

优选的，所述阵列盘呈圆盘状；在所述阵列盘的外围均匀形成有U形、V形或方形的定位槽，所述输出准直器固定于所述定位槽内。

由上可知，应用本发明可以得到以下有益效果：本发明在阵列盘外围设置有输出准直器，在阵列盘圆心位置设置有输入准直器，在输入端与输出端之间通过折反射组件实现光路导通，通过驱动组件对阵列盘或折反射组件实现旋转，达到切换输出准直器的效果。采用的出光端为准直器环形阵列，结构紧凑，输出端可大容量扩展，环形阵列可以做成N通道(N<360)，可靠性高；入射光和出射光位于同一方向，近距离，损耗小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例阵列盘结构示意图；

图2为本发明实施例1整体结构示意图；

图3为本发明实施例1整体结构侧视图一；

图4为本发明实施例1整体结构侧视图二；

图5为本发明实施例2整体结构侧视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

为了解决上述技术问题，本实施例提供一种多通道光开关结构。在说明本发明实施例之前，先介绍现有多通道光开关的工作原理以及结构特征，以帮助理解本发明实施例中的相关方案。

在现有技术中，光开关根据其输入和输出的端口数，可分为1×1、1×2、1×N、2×2、2×N、M×N等多种，在1×N光开关中，是通过折射部件将输入端的光束折射至相对应的输出端，或者通过驱动部件将输入端移动至相对应的输出端，完成光通路切换，因此存在机械式光开关以及由背景技术中提到的对比文件中采用的通过透镜或电机完成输出端的导通切换。

机械式光开关通道较少，或者结构复杂，精度差，损耗大，故障率高；采用的透镜实现光路切换，对透镜的形状及加工精度较高，造成透镜制作工艺难度较大、加工成本高；采用电机驱动输入端实现光路切换，旋转臂受输入端光缆影响，旋转角度有限，存在输出光纤准直器导通盲角，并且对电机的控制精度和控制方向要求较高。

为此，本实施例中提供了一种多通道光开关结构，其同样采用电机完成输入端与输出端之间的切换，有别于现有技术，本实施例提供的多通道光开关结构采用独特的结构特征对输入端与输出端之间的光束实现导通。具体方案如下：

请参见图1-3，本实施例提供的多通道光开关结构包括阵列盘10、光纤准直器、折反射组件以及驱动组件。

请参见图1，其中，光纤准直器包括一个输入准直器20和若干个输出准直器30，且均装设于阵列盘10上。其中输入准直器20同轴固定于阵列盘10的圆心处，输出准直器30则以输入准直器20为圆心，等径排列于阵列盘10上，并且输入准直器20和输出准直器30均设置在阵列盘10的同一侧。输出准直器30的数量可以为两个或两个以上，根据输出准直器30的数量，该多通道光开关结构做成1x2、1x3、…1x32或更高数量通道的光开关结构。

在本实施例中，阵列盘10呈圆盘状，在阵列盘10的外围均匀形成有U形定位槽，输出准直器30通过胶水固定于U形定位槽内。需要说明的是，尽管在本实施例中采用U形定位槽，但该定位槽可根据加工要求以及加工难度自行加工成V形、方形或其他形状的定位槽，只要能够在定位槽中实现对输出准直器30的安装固定即可。

另外，输入准直器20的输出光束与输出准直器30的输入光束之间存在夹角，并且输入准直器20与每一个输出准直器30之间的夹角均相等，以实现输入准直器20与输出准直器30之间的光路导通。

请参见图2-3，其中，折反射组件则正对于光纤准直器，令输入准直器20输入的光束通过折反射至输出准直器30。具体的，在折反射组件上形成有反射面40，输入准直器20和输出准直器30的光束相交，并且其交点投射在反射面40上。光纤准直器与反射面40之间满足以下条件：α+β/2＝90°，其中α为输入准直器20的光束与反射面40之间的夹角，β为输入准直器20与输出准直器30的光束之间的夹角。

在本实施例中，折反射组件采用楔形的镜面反射镜50。为了实现光路的导通及切换，光纤准直器与镜面反射镜50的反射面40之间需要满足以下条件：

1、输入准直器20和输出准直器30的光束之间的交点投射在镜面反射镜50的反射面40上；

2、α+β/2＝90°，其中α为输入准直器20的光束与反射面40之间的夹角，β为输入准直器20与输出准直器30的光束之间的夹角。

满足上述条件的镜面反射镜50，使得输入准直器20的光束，通过镜面反射镜50的反射面40上的镜面反射现象，能够准确反射至输出准直器30上，进而完成光路的导通。

为了实现光路的切换，即完成输入准直器20的光束与输出准直器30之间的切换，驱动组件可以为步进电机60，该步进电机60可装设在镜面反射镜50和/或阵列盘10上，并且步进电机60的旋转轴与输入准直器20之间同轴设置，使得镜面反射镜50和/或阵列盘10以输入准直器20为圆心同轴旋转。采用精密步进电机60旋转镜面反射镜50，将输入准直器20的光束反射到阵列盘10上相应的输出准直器30，旋转角度根据出光端准直器阵列角度确定。

由于镜面反射镜50可以由透明玻璃砖制成，输入准直器20的光束透射到镜面反射镜50的反射面40时，存在一部分光束进入镜面反射镜50内，进而对光束需要传输的信息造成损耗。请参见图4，作为技术方案的进一步优化改进，在本实施例中，光纤准直器与在镜面反射镜50上与反射面40相对的端面51之间还满足以下条件：γ＝90°-{arctan[a/(b+c)]}/2，其中γ为输入准直器20与端面51之间的夹角，a为输入准直器20与输出准直器30之间的距离，b为输入准直器20与反射面40之间的距离，c为反射面40与端面51之间于输入准直器20的光束方向的距离。

上述结构使得在镜面反射镜50上与反射面40相对的端面51也形成反射面40，进入镜面反射镜50的光束通过端面51实现镜面反射，并且反射的光束同样进入输出准直器30，避免光束的损耗。

进一步的，由于镜面反射镜50的制作材质为折射率大于空气的光密介质，光束在端面51实现反射时，会进一步在端面51处发生折射，并远离输出准直器30，因此需要令光束在端面51处发生的反射为全反射，排除折射现象，输入准直器20与端面51之间的夹角γ小于或等于90°与镜面反射镜50发生全反射时的临界角之间的差值。并在镜面反射镜50上的反射面40和/或端面51上涂覆有反光层。

上述结构的镜面反射镜50，使得光束在端面51处发生全反射现象，进一步降低光束的损耗。

其中上述镜面反射镜50发生全反射时的临界角可以通过查询镜面反射镜50的制作材质对真空或空气的临界角参数。以下为几种介质对真空或空气的临界角：

物质	临界角	折射率
			金刚石	24.4°	2.42
玻璃	30～42°	1.5～1.9
			甘油	42.9°	1.47
酒精	47.3°	1.36
			水	48.6°	1.33

本发明实施例提供的多通道光开关结构，采用的出光端为准直器环形阵列，结构紧凑，输出端可大容量扩展，环形阵列可以做成N通道(N<360)，可靠性高；入射光和出射光位于同一方向，近距离，损耗小。

实施例2

本实施例提供一种多通道光开关结构，同样包括阵列盘10、光纤准直器、折反射组件以及驱动组件。光纤准直器包括一个同轴固定于阵列盘10圆心处的输入准直器20和若干个以输入准直器20为圆心，等径排列于阵列盘10上的输出准直器30。

其中，折反射组件则正对于光纤准直器。具体的，折反射组件正对于输入准直器20，令输入准直器20输入的光束通过折反射至输出准直器30。

请参见图5，作为技术方案的进一步改进，本实施例与实施例1不同的是，折反射组件为弧面71朝向光纤准直器的半圆柱形透镜70，在半圆柱形透镜70上与弧面71相对的端面为反射面40。输入准直器20和输出准直器30的光束均通过半圆柱形透镜70的弧面71投射在与弧面71相对的端面61上，且均落在半圆柱形透镜70的圆心处。

光纤准直器与反射面40上的反射面，之间需要满足以下条件：α+β/2＝90°，其中α为输入准直器20的光束与半圆柱形透镜70的反射面40之间的夹角，β为输入准直器20与输出准直器30的光束之间的夹角。输入准直器20的光束进入半圆柱形透镜70后，在反射面40处发生反射，反射后的光束进入输出准直器30，完成光路的导通。

为了避免光束在反射面40处射出，造成光束的损耗，半圆柱形透镜70的制作材质为折射率大于空气的光密介质，且输入准直器20与半圆柱形透镜70的反射面40之间的夹角α小于或等于90°与半圆柱形透镜70发生全反射时的临界角之间的差值。并且在半圆柱形透镜70上与弧面71相对的反射面40上涂覆有反光层。

以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多通道光开关结构，其特征在于：包括阵列盘、装设于所述阵列盘的光纤准直器、正对于所述光纤准直器的折反射组件、以及驱动组件；所述光纤准直器包括一个同轴固定于所述阵列盘圆心处的输入准直器，和若干个以所述输入准直器为圆心，等径排列于所述阵列盘上的输出准直器；所述输入准直器和输出准直器位于所述阵列盘的同一侧；所述折反射组件正对于所述输入准直器，令所述输入准直器输入的光束通过折反射至所述输出准直器；所述驱动组件设置于所述阵列盘和/或折反射组件上，令所述阵列盘和/或折反射组件以所述输入准直器为圆心同轴旋转。

2.根据权利要求1所述的多通道光开关结构，其特征在于：在所述折反射组件上存在朝向所述输入准直器的反射面；所述输入准直器和输出准直器的光束相交，并且其交点投射在所述反射面上；所述光纤准直器与所述反射面之间满足以下条件：α+β/2＝90°，其中α为输入准直器的光束与所述反射面之间的夹角，β为输入准直器与输出准直器的光束之间的夹角。

3.根据权利要求2所述的多通道光开关结构，其特征在于：所述折反射组件为楔形的镜面反射镜；在所述镜面反射镜上朝向所述输入准直器的侧面为所述反射面；所述光纤准直器与所述反射面之间满足以下条件：α+β/2＝90°，其中α为输入准直器的光束与所述反射面之间的夹角，β为输入准直器与输出准直器的光束之间的夹角。

4.根据权利要求3所述的多通道光开关结构，其特征在于：所述光纤准直器与在所述镜面反射镜上与所述反射面相对的端面之间满足以下条件：γ＝90°-{arctan[a/(b+c)]}/2，其中γ为所述输入准直器与所述端面之间的夹角，a为所述输入准直器与输出准直器之间的距离，b为所述输入准直器与所述反射面之间的距离，c为所述反射面与所述端面之间于所述输入准直器的光束方向的距离。

5.根据权利要求4所述的多通道光开关结构，其特征在于：所述镜面反射镜的制作材质为折射率大于空气的光密介质，且所述输入准直器与所述端面之间的夹角γ小于或等于90°与所述镜面反射镜发生全反射时的临界角之间的差值。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的多通道光开关结构，其特征在于：在所述镜面反射镜上的反射面和/或端面上涂覆有反光层。

7.根据权利要求2所述的多通道光开关结构，其特征在于：所述折反射组件为弧面朝向所述光纤准直器的半圆柱形透镜；在所述半圆柱形透镜上与所述弧面相对的端面为所述反射面；所述输入准直器和输出准直器的光束均透过所述半圆柱形透镜的弧面投射在所述反射面上，且均落在所述半圆柱形透镜的圆心处；所述光纤准直器与所述反射面之间满足以下条件：α+β/2＝90°，其中α为输入准直器的光束与所述反射面之间的夹角，β为输入准直器与输出准直器的光束之间的夹角。

8.根据权利要求7所述的多通道光开关结构，其特征在于：所述半圆柱形透镜的制作材质为折射率大于空气的光密介质，且所述输入准直器与所述反射面之间的夹角α小于或等于90°与所述半圆柱形透镜发生全反射时的临界角之间的差值。

9.根据权利要求7或8所述的多通道光开关结构，其特征在于：在所述半圆柱形透镜上与所述弧面相对的端面上涂覆有反光层。

10.根据上述权利要求中任一项所述的多通道光开关结构，其特征在于：所述阵列盘呈圆盘状；在所述阵列盘的外围均匀形成有U形、V形或方形的定位槽，所述输出准直器固定于所述定位槽内。