CN112987187B - 一种光开关系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种光开关系统，包括：光纤阵列、光纤组、准直单元和反射单元；从所述光纤阵列的第一端口入射的第一光束依次经光纤组和准直单元传输至反射单元；在反射单元包括的驱动电极未触发反射单元包括的反射镜转动的情况下，第一光束经反射单元反射后，依次经准直单元和光纤组入射至光纤阵列的第三端口；在所述反射单元包括的驱动电极触发反射单元包括的反射镜转动第一角度的情况下，所述第一光束经反射单元反射后，依次经准直单元和光纤组入射至光纤阵列的第二端口；其中，光纤组包括的光纤的模场直径大于所述光纤阵列包括的光纤的模场直径。通过本申请提供的光开关系统，可以降光开关的成本。

Description

一种光开关系统
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光开关系统。
背景技术
光开关是光路切换的重要部分，更是波分复用网络中的关键器件。目前，机械式1x2光开关主要是通过机械方式实现光路切换的,其低成本的优势使其应用广泛，但因机械式开关存在重复性差，体积大，不便于集成等缺陷，微电子机械系统(Micro ElectroMechanical Systems，MEMS)1x2开关又具有体积小，便于集成，切换速度快等优势，势必成为未来的主流。然而MEMS 1x2开关的成本非常高，如何降低MEMS 1x2的成本是需要解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例提供一种光开关系统，可以降低光开关的成本。
本申请实施例的技术方案是这样实现的：
本申请实施例提供的光开关系统包括：光纤阵列、光纤组、准直单元和反射单元；
从所述光纤阵列的第一端口入射的第一光束依次经所述光纤组和所述准直单元传输至所述反射单元；
在所述反射单元包括的驱动电极未触发所述反射单元包括的反射镜转动的情况下，所述第一光束经所述反射单元反射后，依次经所述准直单元和所述光纤组入射至所述光纤阵列的第三端口；
在所述反射单元包括的驱动电极触发所述反射单元包括的反射镜转动第一角度的情况下，所述第一光束经所述反射单元反射后，依次经所述准直单元和所述光纤组入射至所述光纤阵列的第二端口；
其中，所述光纤组包括的光纤的模场直径大于所述光纤阵列包括的光纤的模场直径。
上述方案中，所述系统还包括：毛细玻璃管；
所述毛细玻璃管用于固定所述光纤组包括的第一光纤；
和/或，所述毛细玻璃管用于固定所述光纤阵列包括的第二光纤的第四长度阈值部分。
上述方案中，在所述第一光束的光轴方向上，所述毛细玻璃管的后端面位于所述准直单元包括的透镜的前焦距处。
上述方案中，所述准直单元包括透镜；
所述准直单元用于对所述第一光束进行准直和汇聚。
上述方案中，所述光纤阵列包括二维四芯光纤阵列；
所述光纤阵列的第一端口对应的光纤位于光轴的左上方；
所述光纤阵列的第二端口对应的光纤位于所述光轴的右上方；
所述光纤阵列的第三端口对应的光纤位于所述光轴的右下方；
所述光纤阵列的第四端口对应的光纤位于所述光轴的左下方。
上述方案中，所述反射单元包括：驱动电极、反射镜和旋转支架；
所述旋转支架用于固定所述反射镜；和/或，在所述驱动电极的作用下带动所述反射镜旋转，改变所述反射镜与光轴之间的夹角；使得所述第一光束的输出端口在所述第二端口和所述第三端口之间切换。
上述方案中，所述光纤组经热膨胀芯处理；
所述第一光束经所述光纤组和所述准直单元产生的光斑的直径小于所述第一光束经所述准直单元产生的光斑的直径。
上述方案中，所述毛细玻璃管的外径为第一阈值；
所述毛细玻璃管的内径从第二阈值至第三阈值过渡。
上述方案中，所述光纤阵列至少包括六个端口；
所述光纤阵列的第一端口对应的光纤位于光轴的左上方；
所述光纤阵列的第二端口对应的光纤位于所述光轴的右上方；
所述光纤阵列的第三端口对应的光纤位于所述光轴的右下方；
所述光纤阵列的第四端口对应的光纤位于所述光轴的左下方；
所述光纤阵列的第五端口对应的光纤位于所述光轴的左侧，位于所述第一端口与第四端口之间；
所述光纤阵列的第六端口对应的光纤位于所述光轴的右侧，位于所述第二端口与第三端口之间。
上述方案中，在所述反射单元包括的驱动电极触发所述反射单元包括的反射镜转动第二角度的情况下，所述第一光束经所述反射单元反射后，依次经所述准直单元和所述光纤组入射至所述光纤阵列的第六端口。
本申请实施例提供的光开关系统，所述系统包括：光纤阵列、光纤组、准直单元和反射单元；从所述光纤阵列的第一端口入射的第一光束依次经所述光纤组和所述准直单元传输至所述反射单元；在所述反射单元包括的驱动电极未触发所述反射单元包括的反射镜转动的情况下，所述第一光束经所述反射单元反射后，依次经所述准直单元和所述光纤组入射至所述光纤阵列的第三端口；在所述反射单元包括的驱动电极触发所述反射单元包括的反射镜转动第一角度的情况下，所述第一光束经所述反射单元反射后，依次经所述准直单元和所述光纤组入射至所述光纤阵列的第二端口；其中，所述光纤组包括的光纤的模场直径大于所述光纤阵列包括的光纤的模场直径；可以降低光开关系统的成本。
附图说明
图1为本申请实施例提供的光开关系统的一种可选结构示意图；
图2为本申请实施例提供的光开关系统包括的光纤阵列的各个端口的一种可选排列方式示意图；
图3为本申请实施例提供的光开关系统的可选应用示意图；
图4为本申请实施例提供的光开关系统的另一种可选结构示意图；
图5为本申请实施例提供的光开关系统包括的光纤阵列的各个端口的另一种可选排列方式示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
光开关是光路切换的重要部分，更是波分复用网络中的关键器件。目前，机械式1x2光开关主要是通过机械方式实现光路切换的,其低成本的优势使其应用广泛，但因机械式开关存在重复性差，体积大，不便于集成等缺陷，MEMS1x2开关又具有体积小，便于集成，切换速度快等优势，势必成为未来的主流。然而，由于MEMS 1x2开关对MEMS芯片转镜角度有较高的要求，导致MEMS1x2开关的成本非常高。
基于目前MEMS 1x2开关中存在的问题，本申请提出一种光开关系统，能够解决现有技术方案中无法解决的技术难题和缺点。
图1示出了本申请实施例提供的光开关系统的一种可选结构示意图，图2示出了本申请实施例提供的光开关系统包括的光纤阵列的各个端口的一种可选排列方式示意图；图3示出了本申请实施例提供的光开关系统的可选应用示意图，将结合图1至图3进行说明。
图1中示出的光开关系统100包括：光纤阵列101、光纤组102、准直单元104和反射单元105；
从所述光纤阵列101的第一端口(图3中第1行a列的端口)入射的第一光束依次经所述光纤组102和所述准直单元104传输至所述反射单元105；
如图3的实线光路所示，在所述反射单元105包括的驱动电极未触发所述反射单元105包括的反射镜转动的情况下，所述第一光束经所述反射单元105反射后，依次经所述准直单元104和所述光纤组102入射至所述光纤阵列101的第三端口(图3中第2行b列的端口)；
如图3的虚线光路所示，在所述反射单元105包括的驱动电极触发所述反射单元105包括的反射镜转动第一角度的情况下，所述第一光束经所述反射单元105反射后，依次经所述准直单元104和所述光纤组102入射至所述光纤阵列101的第二端口(图3中第1行b列的端口)；
其中，所述光纤组102包括的光纤的模场直径大于所述光纤阵列101包括的光纤的模场直径。
可选的，所述光纤组102包括的光纤经过热膨胀(Thermally-Expanded Core，TEC)扩束处理。所述光纤组102包括的光纤经过TEC扩束处理后，模场直径大于所述光纤阵列101包括的光纤的模场直径，所述第一光束经所述光纤组102和所述准直单元104产生的光斑的直径小于所述第一光束经所述准直单元104产生的光斑的直径。即本申请实施例提供的光开关系统中，光束经过准直单元104后产生的光斑小，相对插损也降低。
在一些可选实施例中，所述光开关系统100还可以包括毛细玻璃管103。
所述毛细玻璃管103用于固定所述光纤组102包括的经过TEC扩束处理后的第一光纤；和/或，所述毛细玻璃管103用于固定所述光纤阵列101包括的第二光纤的第四长度阈值部分。
所述毛细玻璃管103的外径为第一阈值；所述毛细玻璃管103的内径从第二阈值至第三阈值过渡。
如图1所示，所述光纤组102包括的第一光纤和所述光纤阵列101包括的第二光纤的第四长度阈值部分被封装在所述毛细玻璃管103中。
在一些可选实施例中，在所述第一光束的光轴方向上，所述毛细玻璃管103的后端面位于所述准直单元104包括的透镜的前焦距处。
在一些实施例中，所述准直单元104包括的透镜可以是C透镜；所述准直单元104用于对所述第一光束进行准直和汇聚。
在一些实施例中，所述光纤阵列101可以包括二维四芯光纤阵列；
具体的，所述光纤阵列101的第一端口对应的光纤位于光轴的左上方；所述光纤阵列101的第二端口对应的光纤位于所述光轴的右上方；所述光纤阵列101的第三端口对应的光纤位于所述光轴的右下方；所述光纤阵列101的第四端口对应的光纤位于所述光轴的左下方。如图2所示，光轴方向为垂直于纸面(X轴方向)。
在一些实施例中，所述反射单元105包括：驱动电极、反射镜和旋转支架；所述旋转支架用于固定所述反射镜；和/或，在所述驱动电极的作用下带动所述反射镜旋转，改变所述反射镜与光轴之间的夹角；使得所述第一光束的输出端口在所述第二端口和所述第三端口之间切换。
可选的，如图1所示的光开关系统；从所述光纤阵列101的第二端口入射的第二光束依次经所述光纤组102和所述准直单元104传输至所述反射单元105；
在所述反射单元105包括的驱动电极未触发所述反射单元包括的反射镜转动的情况下，所述第二光束经所述反射单元反射后，依次经所述准直单元104和所述光纤组102入射至所述光纤阵列的第四端口；
在所述反射单元105包括的驱动电极触发所述反射单元105包括的反射镜转动第一角度的情况下，所述第二光束经所述反射单元105反射后，依次经所述准直单元104和所述光纤组102入射至所述光纤阵列101的第一端口。
如此，通过本申请实施例提供的光开关系统，通过TEC对光纤组进行扩束处理制作的4芯准直器的封装结构，光纤组经过TEC处理后，使模场直径达到一个特定的值，制作的准直器的光斑小，插入损耗(Insertion Loss，IL)低，对光开关系统中反射单元的芯片角度要求低，同时保证所有通道的指标一致性高，还兼具体积小的优势。
在一些可选实施例中，上述图1至图3所示的光开关系统101中，所述光纤阵列101可以是二维四芯光纤阵列；所述光纤组102可以是TEC处理的光纤组；所述准直单元104可以是准直透镜；所述反射单元105可以是以为MEMES反射镜。
具体实施时，所述二维四芯光纤阵列是一组常规250光纤阵列，未经过TEC技术处理的光纤阵列，光纤阵列对称排列(如图2所示)，便于实现对所述反射单元105包括的芯片转角的对称转动，更易于定标转角电压，降低生产加工制作难度；提升通道定标效率；用于光束的输入与输出。
具体实施时，所述光纤组102是一组经TEC扩束处理的特殊模场直径的光纤组，其模场直径比常规250光纤大，经过透镜聚焦后光斑变小。
具体实施时，所述毛细玻璃管103是一种外径固定，内孔从锥孔到直孔的玻璃管，用于使得光纤组102和光纤阵列101包括的光纤保持平直，并且固定光纤组102包括的光纤和光纤阵列101包括的部分长度的光纤。
具体实施时，所述准直器透镜可以包括C透镜，用于对经过所述准直器透镜的光束进行准直；
具体实施时，所述一维MEMS反射镜是一个一维微光机电系统反射镜，包括：衬底、一个驱动电极，一个反射镜，一个旋转梁，可进行度旋转，用于切换接收的通道。
在一些实施例中，如图1所示，所述二维四芯光纤阵列包括的光纤与TEC处理的扩束光纤包括的光纤相接触部分位于毛细玻璃管内部(由毛细玻璃管封装)。
在一些实施例中，所述TEC处理的光纤组是特殊模场直径的光纤组，位于二维四芯光纤阵列与所述毛细玻璃管103之间。
在一些实施例中，如图1所示，所述毛细玻璃管103后端面位于准直器透镜04的前焦距处。
在一些实施例中，一维MEMS反射镜在旋转时，可以把出射光切换至另一个通道。
在一些实施例中，如图1所示，Z为垂直纸面方向。二维光纤阵列由4根250um光纤组成，光纤呈2×2排列(如图2所示)；将被TEC技术扩束处理的光纤组102包括的部分光纤，穿入毛细玻璃管103中，每根光纤排列如图2所示，将光纤组包括的光纤固定在毛细玻璃管103内，固定好之后，将所述毛细玻璃管103的后端面与所述准直器透镜的前端面进行耦合封装。
图4示出了本申请实施例提供的光开关系统的另一种可选结构示意图，图5示出了本申请实施例提供的光开关系统包括的光纤阵列的各个端口的另一种可选排列方式示意图；将结合图4至图5进行说明。
图4中示出的光开关系统200包括：光纤阵列201、光纤组202、毛细玻璃管203、准直单元204和反射单元205；
其中，所述光纤组202包括的光纤的模场直径大于所述光纤阵列201包括的光纤的模场直径。
可选的，所述光纤组202包括的光纤经过TEC扩束处理。所述光纤组202包括的光纤经过TEC扩束处理后，模场直径大于所述光纤阵列201包括的光纤的模场直径，光束经所述光纤组202和所述准直单元204产生的光斑的直径小于光束经所述准直单元204产生的光斑的直径。即本申请实施例提供的光开关系统中，光束经过准直单元204后产生的光斑小，相对插损也降低。
所述毛细玻璃管203用于固定所述光纤组202包括的经过TEC扩束处理后的第一光纤；和/或，所述毛细玻璃管203用于固定所述光纤阵列201包括的第二光纤的第四长度阈值部分。
所述毛细玻璃管203的外径为第一阈值；所述毛细玻璃管203的内径从第二阈值至第三阈值过渡。
如图4所示，所述光纤组202包括的第一光纤和所述光纤阵列101包括的第二光纤的第四长度阈值部分被封装在所述毛细玻璃管203中。
在一些可选实施例中，在光轴方向上，所述毛细玻璃管203的后端面位于所述准直单元204包括的透镜的前焦距处。
在一些实施例中，所述准直单元204可以包括C透镜；所述准直单元204用于对光束进行准直和汇聚。
在一些实施例中，所述光纤阵列201可以包括六条光纤；
具体的，如图5所示，所述光纤阵列201的第一端口对应的光纤位于光轴的左上方；所述光纤阵列201的第二端口对应的光纤位于所述光轴的右上方；所述光纤阵列201的第三端口对应的光纤位于所述光轴的右下方；所述光纤阵列201的第四端口对应的光纤位于所述光轴的左下方；所述光纤阵列201的第五端口对应的光纤位于所述光轴的左侧，位于所述第一端口与第四端口之间；所述光纤阵列201的第六端口对应的光纤位于所述光轴的右侧，位于所述第二端口与第三端口之间。
在一些实施例中，所述反射单元205包括：驱动电极、反射镜和旋转支架；所述旋转支架用于固定所述反射镜；和/或，在所述驱动电极的作用下带动所述反射镜旋转，改变所述反射镜与光轴之间的夹角。
从所述光纤阵列201的第一端口入射的第一光束依次经所述光纤组202和所述准直单元204传输至所述反射单元205；
在所述反射单元205包括的驱动电极未触发所述反射单元205包括的反射镜转动的情况下，所述第一光束经所述反射单元205反射后，依次经所述准直单元204和所述光纤组202入射至所述光纤阵列201的第三端口；
在所述反射单元205包括的驱动电极触发所述反射单元205包括的反射镜转动第二角度的情况下，所述第一光束经所述反射单元205反射后，依次经所述准直单元204和所述光纤组202入射至所述光纤阵列201的第六端口；
在所述反射单元205包括的驱动电极触发所述反射单元205包括的反射镜转动第三角度的情况下，所述第一光束经所述反射单元205反射后，依次经所述准直单元204和所述光纤组202入射至所述光纤阵列201的第二端口；
从所述光纤阵列201的第二端口入射的第二光束依次经所述光纤组202和所述准直单元204传输至所述反射单元205；
在所述反射单元205包括的驱动电极未触发所述反射单元205包括的反射镜转动的情况下，所述第二光束经所述反射单元205反射后，依次经所述准直单元204和所述光纤组202入射至所述光纤阵列201的第四端口；
在所述反射单元205包括的驱动电极触发所述反射单元205包括的反射镜转动第二角度的情况下，所述第二光束经所述反射单元205反射后，依次经所述准直单元204和所述光纤组202入射至所述光纤阵列201的第五端口；
在所述反射单元205包括的驱动电极触发所述反射单元205包括的反射镜转动第三角度的情况下，所述第二光束经所述反射单元205反射后，依次经所述准直单元204和所述光纤组202入射至所述光纤阵列201的第一端口。
如此，通过本申请实施例提供的光开关系统，通过TEC对光纤组进行扩束处理制作的准直器的封装结构，光纤组经过TEC处理后，使模场直径达到一个特定的值，制作的准直器的光斑小，插入损耗(Insertion Loss，IL)低，对光开关系统中反射单元的芯片角度要求低，同时保证所有通道的指标一致性高，还兼具体积小的优势。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种光开关系统，其特征在于，所述系统包括：光纤阵列、光纤组、准直单元和反射单元；
从所述光纤阵列的第一端口入射的第一光束依次经所述光纤组和所述准直单元传输至所述反射单元；
在所述反射单元包括的驱动电极未触发所述反射单元包括的反射镜转动的情况下，所述第一光束经所述反射单元反射后，依次经所述准直单元和所述光纤组入射至所述光纤阵列的第三端口；
在所述反射单元包括的驱动电极触发所述反射单元包括的反射镜转动第一角度的情况下，所述第一光束经所述反射单元反射后，依次经所述准直单元和所述光纤组入射至所述光纤阵列的第二端口；
其中，所述光纤组包括的光纤的模场直径大于所述光纤阵列包括的光纤的模场直径；
所述系统还包括：毛细玻璃管；所述光纤组经热膨胀扩束处理后固定至所述毛细玻璃管内；
在所述第一光束的光轴方向上，所述毛细玻璃管的后端面位于所述准直单元包括的透镜的前焦距处；
将所述毛细玻璃管的后端面与所述准直单元的前端面进行耦合封装；
所述第一光束经所述光纤组和所述准直单元产生的光斑的直径小于所述第一光束经所述准直单元产生的光斑的直径；所述反射单元为微电子机械系统反射镜。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述毛细玻璃管用于固定所述光纤组包括的第一光纤；
和/或，所述毛细玻璃管用于固定所述光纤阵列包括的第二光纤的第四长度阈值部分。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述准直单元包括透镜；
所述准直单元用于对所述第一光束进行准直和汇聚。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光纤阵列包括二维四芯光纤阵列；
所述光纤阵列的第一端口对应的光纤位于光轴的左上方；
所述光纤阵列的第二端口对应的光纤位于所述光轴的右上方；
所述光纤阵列的第三端口对应的光纤位于所述光轴的右下方；
所述光纤阵列的第四端口对应的光纤位于所述光轴的左下方。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反射单元包括：驱动电极、反射镜和旋转支架；
所述旋转支架用于固定所述反射镜；和/或，在所述驱动电极的作用下带动所述反射镜旋转，改变所述反射镜与光轴之间的夹角；使得所述第一光束的输出端口在所述第二端口和所述第三端口之间切换。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述毛细玻璃管的外径为第一阈值；
所述毛细玻璃管的内径从第二阈值至第三阈值过渡。
7.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述光纤阵列至少包括六个端口；
所述光纤阵列的第一端口对应的光纤位于光轴的左上方；
所述光纤阵列的第二端口对应的光纤位于所述光轴的右上方；
所述光纤阵列的第三端口对应的光纤位于所述光轴的右下方；
所述光纤阵列的第四端口对应的光纤位于所述光轴的左下方；
所述光纤阵列的第五端口对应的光纤位于所述光轴的左侧，位于所述第一端口与第四端口之间；
所述光纤阵列的第六端口对应的光纤位于所述光轴的右侧，位于所述第二端口与第三端口之间。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
在所述反射单元包括的驱动电极触发所述反射单元包括的反射镜转动第二角度的情况下，所述第一光束经所述反射单元反射后，依次经所述准直单元和所述光纤组入射至所述光纤阵列的第六端口。
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