CN1253737C - 光开关及其调校方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光开关及其调校方法，该光开关具有第一、第二、第三及第四光纤的输入输出装置及具有第一、第二及第三反射面的光路转换装置，通过第一及第二反射面在第一位置及第二位置间移动而实现四光纤间的光路切换。其调校方法依次包括：固定四光纤、调校固定第三及第一、第二反射面。本发明光开关通过三个反射面完成光路的反射，完全避免了因一个反射面完成两端光路反射时所不可避免的因反射面的一定厚度而产生的两端对准差异，易于准直、插入损耗较小、成本低。

Description

光开关及其调校方法

【技术领域】

本发明是关于一种光开关，特别是关于一种利用三个反射面作为光路转换装置的双光纤平行光管式光开关及其调校方法。

【背景技术】

光开关是一种重要的光无源器件，其可用于光纤通信系统、光纤网络、光纤测量系统及光纤传感系统中，起光路转换的作用，是光通讯领域中不可缺少的重要元件。

根据光开关的工作原理，可分为机械式光开关及非机械式光开关两大类。机械式光开关是利用机械、电磁等方式使光纤或光学元件产生移动，从而实现光路在不同输出端口之间的切换。其中，移动光纤型机械式光开关是通过移动光纤来实现光路的切换，但是，因光纤直径小，移动过程中容易产生弯曲变形，从而导致插入损耗增大，影响光信号传输，是这种光开关难以克服的缺点。另一种机械式光开关，即移动光学元件型光开关，它的输入端光纤与输出端光纤固定不动，通过光学元件的移动来实现光路的切换，这种光开关插入损耗较低(一般不大于2dB)，隔离度较高(一般大于45dB)，且不受波长及偏振的影响，是目前较为普遍应用的一种机械式光开关。

如图8所示，美国专利第5,436,986号所揭示的一种机械式光开关，光纤101通过渐变折射率透镜111、114与光纤104光路对准，光纤103通过渐变折射率透镜113、112与光纤102光路对准，棱镜201与棱镜200分别处于输入端与输出端之间，当光开关处于第一位置时，光纤101沿输入光路输入的光信号经渐变折射率透镜111准直，经棱镜201及棱镜200侧面两次反射，通过渐变折射率透镜112准直后由光纤102输出，光纤103输入的光信号经棱镜200与棱镜201的另一侧面两次反射，通过渐变折射率透镜准直后由光纤104输出；当光开关处于第二位置时，两棱镜201及200离开输入光路，光纤101输入的光信号不经反射直接通过渐变折射率透镜准直后由光纤104输出，光纤103输入的光信号不经反射直接通过渐变折射率透镜准直后由光纤102输出，从而，通过驱动装置使两棱镜移入或移出光路，实现光信号的切换。

上述光开关是利用两棱镜的两反射面实现光信号反射，需将两棱镜的两反射面镀膜，增加成本；而且，由于光是经棱镜200及201两次反射之后，才会进入预设的光路中，且同一棱镜两个面同时反射两不同的光信号，所以棱镜200及201间的相对位置必须精确设定，同时，棱镜200与201又必须固定于托板203上，所以为达到光路精确对准会增加制造及调校的时间。

再请参见图9，美国专利第5,742,712号所揭示的光开关装置，输入光纤522与输出光纤524紧靠一起构成双光纤平行光管置于同一套管526内，另一输入光纤530与输出光纤532亦紧靠一起构成双光纤平行光管置于同一套管534内，分别通过渐变折射率透镜528与渐变折射率透镜536实现输入光纤与输出光纤之间的光学对准，一反射镜520可移动地设置于渐变折射率透镜528与渐变折射率透镜536之间，当光开关处于第一位置时，反射镜520处于渐变折射率透镜528与渐变折射率透镜536间的光路中，光纤522输入的光信号经渐变折射率透镜528准直后，经由反射镜520的一反射面反射回渐变折射率透镜528，并经渐变折射率透镜528准直至光纤524输出，光纤530输入的光信号经渐变折射率透镜536准直后，经由反射镜520的另一反射面反射回渐变折射率透镜536，并经渐变折射率透镜536准直至光纤532输出；当光开关处于第二位置时，反射镜520离开渐变折射率透镜528与渐变折射率透镜536之间的光路，光纤522输入的光信号不经反射直接经两渐变折射率透镜准直后输出至光纤532，光纤530输入的光信号不经反射直接经两渐变折射率透镜准直后输出至光纤524。因而，通过反射镜520的移入或移出光路实现光信号的切换。

该光开关体积较小，易于集成多端口光开关，但是，该光开关是利用同一反射镜的两反射面实现光信号反射，因反射镜厚度的影响，反射光信号难以实现精确对准，导致光损耗增大，且该损耗随渐变折射率透镜528与渐变折射率透镜536间距增大而急剧增大，影响光信号传输，且，反射镜仍需两面镀膜，生产成本较高。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种利用三个反射面的反射实现光路切换的光开关。

本发明另一目的在于提供一种光开关调校的方法。

本发明光开关包括：输入输出装置，具有第一光纤、第二光纤、第三光纤及第四光纤，该光开关还包括一光路转换装置，具有第一反射面、第二反射面及第三反射面，该第一反射面与第二反射面可移动于第一位置与第二位置之间，而第三反射面则相对固定，当第一反射面与第二反射面处于第一位置时，第三反射面可使来自第一光纤的光信号反射至第二光纤，且使来自第四光纤的光信号反射至第三光纤，而当第一反射面与第二反射面处于第二位置时，则第一反射面将来自第一光纤的光信号反射至第三光纤，第二反射面则将来自第四光纤的光信号反射至第二光纤。

本发明光开关调校方法，包括下列步骤：1)提供第一光纤与第三光纤，使其平行并固定于适当位置；2)提供第二光纤与第四光纤，使其平行并固定于与该第一光纤及第三光纤形成特定夹角的适当位置；3)提供一第三反射镜，并设置该第三反射镜于光开关的光路中；4)调整第三反射镜与第一光纤、第二光纤、第三光纤及第四光纤的相对位置，使来自第一光纤的光信号入射至第二光纤，而来自第四光纤的光信号入射至第三光纤；5)固定第三反射镜；6)提供一第一反射镜、第二反射镜及一可移动底座，并设置第一反射镜及第二反射镜于光开关的光路中；7)调整第一反射镜与第一光纤及第三光纤的相对位置，使来自第一光纤的光信号可入射至第三光纤；8)固定第一反射镜于一可移动底座；9)调整第二反射镜与第二光纤及第四光纤的相对位置，使来自第四光纤的光信号可入射至第二输出光纤；10)固定第二反射镜于该可移动底座。

相对于现有技术，本发明光开关通过三个反射面完成光路的反射，完全避免了因一个反射面完成两端光路反射时所不可避免的因反射面的一定厚度而产生的两端对准差异，易于准直、插入损耗较小，另，三个反射面只需单面反射性质即可，结构简单、成本较低。

【附图说明】

图1是本发明光开关的立体示意图。

图2是本发明光开关的光路转换装置处于第一位置时的示意图。

图3是本发明光开关的光路转换装置处于第二位置时的示意图。

图4是本发明光开关图1沿A-A剖面线的套筒剖面示意图。

图5是本发明光开关的光路转换装置处于第二位置时的光路示意图。

图6是本发明光开关的光路转换装置处于第一位置时渐变折射率透镜与反射镜的光路示意图。

图7是本发明光开关的调校方法流程图。

图8是现有技术光开关的立体图。

图9是另一现有技术光开关的光路示意图。

【具体实施方式】

请参见图1至图3，本发明光开关1包括一基板50、输入/输出端及光路转换装置三部分。输入/输出端包括：平行紧靠设置于第一套筒20内的第一光纤11与第三光纤13，平行紧靠设置于第二套筒22内的第二光纤12与第四光纤14，第一渐变折射率透镜21与第二渐变折射率透镜23分别贴靠于第一套筒20与第二套筒22，且第一渐变折射率透镜21与第一套筒20的轴心相互对准，第二渐变折射率透镜23与第二套筒22的轴心相互对准，第一套筒20与第一渐变折射率透镜21固设于支持座51上，第二套筒22与第二渐变折射率透镜23固设于支持座52上，两支持座固定于基板50上；光路转换装置30包括第一反射镜31、第二反射镜32、第三反射镜33及驱动装置，其中，第一反射镜31与第二反射镜32固定设置于底座41上，该两反射镜31、32的光轴方向分别与第一渐变折射率透镜21及第二渐变折射率透镜23的输入光路相互对准，第三反射镜33固设于基板50上，且它的位置设置使得沿第一渐变折射率透镜21光路入射的光信号经该第三反射镜33反射后可与第二渐变折射率透镜23对准并输出，驱动装置40通过移动臂42连接至底座41，并可将底座41在第一位置与第二位置之间移动，其中，驱动装置可以是压电陶瓷、伺服电机等。

图2是本发明光开关的光路转换装置30处于第一位置时的光路示意图，第一反射镜31位于第一渐变折射率透镜21与第三反射镜33之间的光路中，第一光纤11输入光信号经第一渐变折射率透镜21准直为平行光后，经第一反射镜31反射回第一渐变折射率透镜21，并由第三光纤13输出；第二反射镜32位于第二渐变折射率透镜23与第三反射镜33之间的光路中，第四光纤14输入光信号经第二渐变折射率透镜23准直为平行光后，经第二反射镜32反射回第二渐变折射率透镜23中，并由第二光纤12输出。

图3是本发明光开关的光路转换装置30处于第二位置时光路示意图，第一渐变折射率透镜21与第三反射镜33之间的光路及第二渐变折射率透镜23与第三反射镜33之间的光路成一角度，且第一反射镜31与第二反射镜32处于两光路之外，第一光纤11输入的光信号经第一渐变折射率透镜21准直，经第三反射镜33反射至第二渐变折射率透镜23后，通过第二渐变折射率透镜23会聚于第二光纤12并输出，第四光纤14输入的光信号经第二渐变折射率透镜23准直，经第三反射镜33反射至第一渐变折射率透镜21后，通过第一渐变折射率透镜21会聚于第三光纤13并输出。

再请参见图4，本发明光开关的第一光纤11及第三光纤13是水平并置于套管20内，第二光纤12及第四光纤14是水平并置于套管22内。光纤11、12、13及14可为单模光纤或多模光纤。

请参见图5，本发明光开关光路转换装置处于第二位置时的光路示意图，第一光纤11输入光路11’经第三反射镜33反射后，反射光路12’输出至第二光纤12；第四光纤14输入光路14’经第三反射镜33反射后，反射光路13’输出至第三光纤13。

再请参见图6，本发明光开关光路转换装置处于第一位置时渐变折射率透镜与反射镜间的光路示意图，因光纤直径非常小，第一光纤11传输光可以A点代表，第三光纤13输入光接收点以B点代表，则A点射出的光信号经过渐变折射率透镜21，发散后由反射镜31反射，反射光经渐变折射率透镜21准直，会聚于B点输出，以使第三光纤13接收到输出光最大光功率，减少光损耗。

请参见图7，本发明光开关对应的调校流程图，包括下列步骤：

步骤702是设置第三反射镜于光路中，即，将光开关设定于第二位置，设置第三反射镜33于光路中；

步骤704是调整第三反射镜位置，即调整第三反射镜33与第一光纤11、第三光纤13、第二光纤12及第四光纤14的相对位置，使来自第一光纤11及第四光纤14的光信号可分别入射至第二光纤12及第三光纤13中；

步骤706是固定第三反射镜，即，将第三反射镜33固定于基板50上；

步骤708是设置第一及第二反射镜于光路中，即，将光开关设于第一位置，使第一反射镜31及第二反射镜32位于光路中；

步骤710是调整第一反射镜位置，即调整第一反射镜31与第一光纤11及第三光纤13的相对位置，使来自第一光纤11的光信号可入射至第三光纤13；

步骤712是固定第一反射镜，即，将第一反射镜31固定于底座41；

步骤714是调整第二反射镜位置，即调整第二反射镜32与第二光纤12及第四光纤14的相对位置，使来自第四光纤14的光信号可入射至第二光纤12；

步骤716是固定第二反射镜，即，将第二反射镜30固定于底座41。

本发明光开关的开关速度基本上取决于驱动机构，例如压电陶瓷的反应速度，一般可达毫秒级或更快；光开关因通过三个反射面完成光路的反射，故，完全避免了因一个反射面完成两端光路反射时所不可避免的因反射面的一定厚度而产生的两端对准差异，容易对准；三个反射面只需单面反射性质即可，成本较低；且，结构简单，容易实现。

Claims (10)

1.一种光开关，其包括：输入输出装置，具有第一光纤、第二光纤、第三光纤及第四光纤，其特征在于：该光开关还包括一光路转换装置，具有第一反射面、第二反射面及第三反射面，该第一反射面与第二反射面可移动于第一位置与第二位置之间，而第三反射面则相对固定，当第一反射面与第二反射面处于第一位置时，第三反射面可使来自第一光纤的光信号反射至第二光纤，且使来自第四光纤的光信号反射至第三光纤，而当第一反射面与第二反射面处于第二位置时，则第一反射面将来自第一光纤的光信号反射至第三光纤，第二反射面则将来自第四光纤的光信号反射至第二光纤。

2.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：其中该第一光纤与第三光纤是平行紧靠设置于同一套管中。

3.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：其中该第二光纤与第四光纤是平行紧靠设置于同一套管中。

4.根据权利要求2所述的光开关，其特征在于：其中该光开关可进一步设置一第一渐变折射率透镜并贴靠于该套管。

5.根据权利要求3所述的光开关，其特征在于：其中该光开关可进一步设置一第二渐变折射率透镜并贴靠于套管。

6.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：其中该光开关进一步包括驱动机构，可使第一反射面与第二反射面移动于第一位置与第二位置之间。

7.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：其中该第一反射面与第二反射面形成一特定的夹角。

8.一种光开关调校方法，其特征在于包括下列步骤：

1)提供第一光纤与第三光纤，使其平行并固定于适当位置；

2)提供第二光纤与第四光纤，使其平行并固定于与该第一光纤及第三光纤形成特定夹角的适当位置；

3)提供一第三反射镜，并设置该第三反射镜于光开关的光路中；

4)调整第三反射镜与第一光纤、第二光纤、第三光纤及第四光纤的相对位置，使来自第一光纤的光信号入射至第二光纤，而来自第四光纤的光信号入射至第三光纤；

5)固定第三反射镜；

6)提供一第一反射镜、第二反射镜及一可移动底座，并设置第一反射镜及第二反射镜于光开关的光路中；

7)调整第一反射镜与第一光纤及第三光纤的相对位置，使来自第一光纤的光信号可入射至第三光纤；

8)固定第一反射镜于一可移动底座；

9)调整第二反射镜与第二光纤及第四光纤的相对位置，使来自第四光纤的光信号可入射至第二输出光纤；

10)固定第二反射镜于该可移动底座。

9.根据权利要求8所述的光开关调校方法，其特征在于：其中该可移动底座可移动于第一及第二位置。

10.根据权利要求8所述的光开关调校方法，其特征在于：其中光开关可进一步设置一驱动装置用以驱动该可移动底座。

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