CN1309309A - 光学转换器 - Google Patents

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Abstract

一种用于在相邻的端口之间改变光的方向的单面转换器。该转换器利用一可移动的折射器与一透镜和一固定反射器组合,以将光的方向从一光学端口改变至另一光学端口。在一最简单的实施例中,光从一个输出端口改变至另一端口,是通过改变光路中的折射器的位置,并且仅使用单一透镜用来分别将光准直及聚焦在反射器上和端口附近。

Description

光学转换器
本发明涉及在光学元件之间对光进行转换，更具体地说，涉及用于提供这种转换的光学转换器。
用于可选择地将光从一根光纤或导光的光路转换至另一个的各种光学转换器，是公知的。一种这样的转换器由pan公开在1999.12.7公布的美国专利号5,999,669中，其被在此结合作为参考。尽管该发明看来像是适于执行其予定功能的，但是相信其造价是昂贵的。例如，pan的1×2转换器需要三块准直透镜于输入/输出光纤，以将从输入光纤接收的光准直和聚焦，且被指定分别用于输出光纤。此外，pan提供一双面转换器，其中的光纤从转换器的相反两端引出，以使光从具有两根不同的输出光纤的一端的输入光纤转换到另一端。双面转换器对于转换光学信号具有被证实的成功，但是对于组装到需要这种转换的装置中却保持其笨重。此外，双面光学转换器对于密封性要比单面转换器更加昂贵。
因此，本发明的目的在于提供一种能够提供类似功能但比双面转换器需要少的空间的更加紧凑的单面器件。
本发明的另一个目的在于提供一种单面光学转换器，能够避免与现有技术的双面器件相关的许多缺点。
本发明的又一个目的，在于提供一种需要比端口少的透镜的光学转换器。
根据本发明，提供一种光学转换器，其包括：
多个用于发送和接收光束的端口；
一固定的反射器，用于接收来自多个端口至少之一的光束，并且实质上用来反射该光束的至少一部分至多个端口中的其它端口；
一被配置在多个端口和固定的反射器之间的透镜，实质上用来将来自多个端口至少之一的光束准直在该固定的反射器上，而且实质上用来将此光束聚焦在多个端口附近；
一可移动的折射器，可被有选择地定位在多个端口至少之一和固定的反射器之间，用于将来自多个端口之一的光束经过该透镜和固定的反射器转换至多个端口中的其它端口。
本发明的一实施例，通过使用一可移动的折射器和一固定的反射镜而提供单面的转换器。转换作用的实现，是通过改变该折射器的位置以便将光从一输出端口改变方向至另一端口。可移动的折射元件的使用是有利的，因为折射元件可以对由有害振动引起的小的不对中比较高度的容限进行对中，而在转换装置中的有害振动对于可移动元件的影响要比固定的元件大。这对于使用可移动的反射镜作为转换元件相反，可移动的反射镜对于不对中要比折射元件要敏感。
比较有利地是，根据本发明的转换器可被成形为提供一种转换装置，从而使由第一和第二入射端口透过的两束光可以由两个输出端口转换，以提供受控的反馈，或者作为一1×2转换器，通过让从第一端口透过的光束在输出端口之间被转换。
最后，由于光纤的进入和离开是在同一侧，于是就使该装置更加紧凑，同时由于透镜比端口少，于是可降低制造成本，并且实际上减少收容一装置所需要的空间。
现在将结合附图描述本发明的示例性实施例，其中
图1A及1B为根据现有技术描绘通过引入一内反射装置可选择性地改变光束方向的示意性方框图；
图1为一牢固地夹持许多光纤的光纤套管的端视图；
图2A及2C为本发明的例图，表示一光线通过一光学转换器经过隔离器、透镜和反射器在光纤端口之间导引；
图2B及2D为表示本发明一实施例的示意性方框图，其中在端口之间导引的光线，经过一隔离器、一透镜、一反射器以及可移动折射器被改变方向，可动折射器可被定位在该透镜和反射器之间，用于可选择地在输出端口之间改变光束的方向；
图3A及3B为端口的端视图，表示本发明的两种工作方式图，按照第一种工作方式，两输入端口在转换之前与两输出端口光学耦合，而按照第二种模式，只在一输入端口和一输出端口之间存在光学耦合；
图4为一示意方框图，表示如图3A和3B描述的该转换器的功能。
现在参见图2A至2D，所表示为根据本发明一优选实施例的光学转换器。一光纤套管100按照一予定的分隔关系收容多个光纤端部，例如图1所示。这许多光纤的端面用作端口，总体上被称之为102，更具体地说，被分别称之为102a,102b,102c和102d。端口102与邻近其配置的优选为梯度折射率(GRIN)透镜的实质上的准直/聚焦透镜104光学耦合。透镜104被用于将光聚焦在端口102上，并用于在该转换器的远端将光准直在固定的反射镜形式的反射器106上。
透光光楔形式的可移动折射器110，可定位在透镜104和反射器106之间的光路之中或之外。换一种方式，该折射器110包括一棱镜或者一折射式光电子器件。致动器112的提供是为了改变折射器110的位置，以便在端口102之间将光束进行转向。一透光材料制成的隔离器108被放在端口102和透镜104之间的光路中，以减小由于透镜104和反射器106之间存在的空气间隙造成的插入损耗。
按照第一种工作方式，来自端口102a和102b中每一端口的通过透镜104准直在反射器106上的光束，在其被同一透镜104聚焦之后分别被反射到相邻的端口102c和102d上。
按照第二种工作方式，两束光通过透镜104和折射器110，用于准直在反射器106上反射。该光束通过同一折射器110和透镜104返回，并按照一定方式射出，以使从端口102b透过的光束被聚焦在端口102d上，而从端口102a透过的光束并不射向端口102c。由于该光束通过了空气-折射器界面，故其方向按照斯涅尔折射定律改变。
第一和第二种工作方式之间的转换，是靠触发该致动器112来实现的，随后由其将该折射器移动到该光路中或离开该光路。换一种方式，该折射器110可被定位在该光束的光路中，以改变该光束的方向。
图2A表示在折射器110不存在的情况下由从端口102b射向102c的光线代表的光束。图2B表示在光路中具有折射器110时由从端口102b射向102d的光线代表的光束。图2C表示在折射器110不存在的情况下由从端口102a射向102d的光线代表的光束；而且图2D表示由从端口102a射出而未射入任何其它端口的光线代表的光束，其中的光损失掉。
此前描述的该转换器的第一和第二种工作方式被表示在图3A和图3B中。按照第一种工作方式，端口102a和102b分别与端口102d和102c光学耦合。按照第二种工作方式，端口102b与端口102d光学耦合，而且端口102a和102c没有光学连接。
图4表示利用本实施例可达到的功能，其中该光学转换器的第一和第二种工作方式被分别用实线和虚线加以区别。按照第一种工作方式，发送端口A与接收端口D光学耦合，而发送端口B与接收端口C光学耦合。随后转换至第二种工作方式，端口B与端口D光学耦合，而且端口A和C未被光学耦合。
按照第三种工作方式，端口102a是不起作用的，而且一光束从端口102b发送至端口102c。随后转换至第四种工作方式，光从端口102b发送至端口102d。因而在第三和第四种工作方式之间转换，将使该装置等效为1×2的转换器。
通过重新配置输入和输出光纤的位置和数量，其它的构形和工作方式可被很容易地采纳而不越出本发明的范围。例如光纤可被配置成单行或者三角形图形而非方形阵列，或者可以使用多于四根的光纤。可以有选择性地插入额外的棱镜，以实现1×3,1×4和其它的工作方式。
比较有利地是，根据本发明的光学转换器是单面的，并且所有的光纤均在同一侧引出该转换器，这就使此转换器比双面的器件更加紧凑。由于只有一块透镜还使该装置比较小，同时可降低制造成本。最后，使用一可移动的透光的光楔作为折射器，对于通过它的光的不对中可提供高的容限。

Claims (11)

1．一种光学转换器，其包括：
多个用于发送和接收光学信号的端口；
一固定的反射器，用于接收来自多个端口至少之一的光学信号，并且实质上用来反射该光学信号的至少一部分至多个端口中的其它端口；
一被配置在多个端口和固定的反射器之间的透镜，实质上用来将来自多个端口至少之一的光学信号准直在该固定的反射器上，而且实质上用来将此光学信号聚焦在多个端口附近；
一可移动的折射器，可被有选择地定位在多个端口至少之一和固定的反射器之间，用于有选择地将来自多个端口之一的光学信号经过该透镜和固定的反射器改变至多个端口中另一端口的方向。
2．如权利要求1所限定的光学转换器，其中的可移动折射器被配置在该透镜和固定的反射器之间。
3．如权利要求1所限定的光学转换器，其中的可移动折射器被配置在该透镜和固定的反射器之间的光路之外。
4．如权利要求1所限定的光学转换器，其中的可移动折射器可被定位在该透镜和固定的反射器之间。
5．如权利要求1所限定的光学转换器，其中可移动的折射器可被有选择性地将位置改变到越出光学信号的光路的第一种可选择位置，以及光学信号的光路中的第二种可选择位置。
6．如权利要求5所限定的光学转换器，其中的可移动折射器可从越出光学信号的光路的第一种可选择位置移动到光学信号的光路中第二种可选择位置，用于转换此光学信号；或者换一种方式，其中的可移动折射器可从光学信号的光路中的第一种可选择位置移动到光学信号的光路中的第二种可选择位置，用于转换此光学信号。
7．如权利要求1所限定的光学转换器，其中可移动的折射器所具有的折射率不同于相邻外围介质的折射率。
8．如权利要求6所限定的光学转换器，其中可移动的折射器用于有选择地将来自第一种可选择位置的光学信号，通过使光学信号折射而改变方向至第二种可选择位置。
9．如权利要求8所限定的光学转换器，其中可移动的折射器为一实质上透光的光楔或者棱镜。
10．权利要求1描述的装置，进一步包括一可定位在多个端口和准直透镜之间的隔离器，用于减少光学信号对准直透镜的插入损耗。
11．权利要求1描述的装置，包括被配置在多个端口和固定的反射器之间的多个可移动的折射器。
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