CN1427276A - 全反射式光学开关 - Google Patents

Abstract

一种全反射式光学开关，其包括：一透明多边形柱状体，具有两个端面与复数侧面，且一光讯号自一侧面入射该透明多边形柱状体，且该光讯号于该透明多边形柱状体中产生全反射；复数耦合玻璃，分别与上述透明多边形柱状体的复数侧面毗邻设置，并且该等耦合玻璃分别与上述复数侧面之间形成复数狭缝；一折射率匹配液体，具有与上述透明多边形柱状体及耦合玻璃相同的折射率；以及一推挤装置，将上述折射率匹配液体移入与移出上述复数狭缝。

Description

全反射式光学开关

技术领域

本发明涉及一种全反射式光学开关，特别系有关于一多面体内全反射的光，由控制一折射率匹配液体的有无，制作的光学开关。

背景技术

图1A系概要地显示一种习知的光学开关。如图1A所示，习知的光学开关6系利用一对光纤1a、1b，形成一马赫詹达干涉仪(Mach-ZenderInterferometer)2；并且对于此对光纤1a、1b构成的马赫詹达干涉仪2外加一加热器3。当加热器3对于马赫詹达干涉仪2中的光纤1a、1b加热时，形成周期性输出变化的光学开关6。

然而，此种光学开关的缺点在于，输出的光强度对于外加功率系周期性且非常敏感。此外，此种光学开关的另一缺点为对于波长敏感，所以此种光学开关适用的波长范围较受限制。

图1B系概要地显示另一种习知的光学开关。如图1B所示，另一种习知的光学开关7具有一Y型波导4；并且对于此Y型波导4的分支部位外加一加热器5。当加热器5对于Y型波导4加热时，根据模态渐变原理(mode-evolution)切换此种光学开关7的输出端。

然而，此种光学开关的缺点在于，必须造成很大的折射系数差异；因此，此种光学开关需要更大的热能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是为了解决上述的问题，提出一种全反射式光学开关。于此反射式光学开关中，一光讯号以全反射于其中行进。由控制一折射率匹配液体(index matching liquid)的有无，将光讯号自本发明的全反射式光学开关耦合至不同的光通路。

为实现上述目的，本发明采用如下所述的技术方案：全反射式光学开关，其包括：一透明多边形柱状体，具有两个端面与复数侧面，且一光讯号自一侧面入射该透明多边形柱状体，且该光讯号于该透明多边形柱状体中产生全反射；复数耦合玻璃，分别与上述透明多边形柱状体的复数侧面毗邻设置，并且该等耦合玻璃分别与上述复数侧面之间形成复数狭缝；一折射率匹配液体，具有与上述透明多边形柱状体及耦合玻璃相同的折射率；以及一推挤装置，将上述折射率匹配液体移入与移出上述复数狭缝。

当透明多边形柱状体的侧面与耦合玻璃的间的狭缝不具有折射率匹配液体时，光讯号通过此侧面全反射，于此透明多边形柱状体内行进；此外，当透明多边形柱状体的侧面与耦合玻璃之间的狭缝具有折射率匹配液体时，光讯号通过此折射率匹配液体与耦合玻璃移出此透明多边形柱状体。

上述推挤装置系一热气泡喷墨印刷装置，当该热气泡喷墨印刷装置加热产生一气泡且注入上述狭缝中，移出该狭缝中的折射率匹配液体；当温度降低且该气泡自上述狭缝消失后，上述折射率匹配液体移入该狭缝中，且上述光讯号自该耦合玻璃输出。

上述推挤装置还可系为一变形材料，利用变形材料受温度或电压或其它方式产生变形时，当变形材料变形拉长进入该狭缝中，移出上述折射率匹配液体，光讯号无法自该耦合玻璃输出；当变形材料变形缩回时，该变形材料离开该狭缝，上述折射率匹配液体移入该狭缝中，且上述光讯号自该耦合玻璃输出。

其更包括一准直器，将上述光讯号准直后，以一既定角度入射该透明多边形柱状体，且该光讯号于该透明多边形柱状体中产生全反射。

本发明的技术方案还可以是，一种全反射式光学开关，其包括：一N+1边形柱状体，其有两个端面与N+1个侧面，且一光讯号自一侧面入射该透明N+1边形柱状体，且该光讯号于该透明N+1边形柱状体中产生全反射；N+1个耦合玻璃，分别与上述透明N+1边形柱状体的N+1个侧面毗邻设置，并且该N+1个耦合玻璃分别与上述N+1个侧面之间形成N+1个狭缝；一折射率匹配液体，具有与上述透明N+1边形柱状体及耦合玻璃相同的折射率；以及一推挤装置，将上述折射率匹配液体移入与移出上述N+1个狭缝。

其中，当一个侧面为光讯号输入端，其它N个侧面为光讯号输出端，此为1×N一对多光开关；当N个侧面为光讯号输入端，只有一个侧面为光讯号输出端，此为N×1多对一光开关。另外该技术方案中的推挤装置可采用热气泡喷墨印刷装置，还可采用变形材料。

本发明的技术方案还可以是，一种多对多的全反射式光学开关，其包括：N个1×N一对多光开关，与M个N×1多对一光开关，其中N≥M，每一个N×1多对一光开关，分别连接于上述N个1×N一对多光开关，形成一种N×M的全反射式光学开关。

采用上述结构本发明可实现一光讯号进入此全反射式光学开关后，提供多个光路径输出；或多个光讯号进入此全反射式光学开关后，提供单一光路径输出。还可实现多个光讯号进入复数全反射式光学开关后，提供多个光路径输出。本发明的优点还在于，此全反射式光学开关适用于任何频宽的光讯号。

附图说明

图1A系概要地显示一种习知的光学开关。

图1B系概要地显示另一种习知的光学开关。

图2系一上视图，其概要地显示本发明的全反射式光学开关。

图3A与图3B系分别说明使用不同的方法将折射率匹配液体自狭缝中移出与移入。

图4系一立体图式，概要地说明本发明的全反射式光学开关。

图5系概要地显示一种n×m的全反射式光学开关。

附图标记说明：

1a、1b光纤；              2马赫詹达干涉仪；

3加热器；                 4Y型波导；

5加热器；                 6、7习知的光学开关；

10透明多边形柱状体；      11端面；

20准直器；                30光讯号；

40热气泡喷墨印刷装置；    50折射率匹配液体；

60变形材料；              B气泡；

f1、f2、f3、f4、f5  光纤；

g、g1、g2、g3、g4、g5耦合玻璃；

S、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7侧面；

t、t1、t2、t3、t4、t5狭缝。

具体实施方式

图2系一上视图，其概要地显示本发明的全反射式光学开关。

如图2所示，本发明的全反射式光学开关包括一透明多边形柱状体10：其中，此透明多边形柱状体具有两个端面11以及复数侧面s1、s2、s3、s4、s5、...。复数耦合玻璃g1、g2、g3、g4、g5...分别与复数侧面s1、s2、s3、s4、s5、...毗邻设置；并且每一耦合玻璃与侧面之间具有一狭缝t1、t2、t3、t4、t5...。

光讯号在全反射式光学开关内，其进行路径30，于复数侧面s1、s2、s3、s4、s5、...间，以全反射方式进行。每一耦合玻璃g1、g2、g3、g4、g5......具有一输出或输入端，分别与一光纤耦合器c1、c2、c3、c4、c5......及光纤f1、f2、f3、f4、f5......连接，通过控制狭缝t1、t2、t3、t4、t5...内的折射率匹配液体，可使得每一耦合玻璃与复数侧面的光通道为通路或断路。

若此透明多边形柱状体具有n+1个复数侧面，当光讯号由光纤f1经过光纤耦合器20，于复数侧面s1进入透明多边形柱状体内，以全反射方式行经其它n个复数侧面，可通过控制狭缝t1、t2、t3、t4、t5...内的折射率匹配液体，可使得其中一组耦合玻璃与复数侧面的光通道为通路，而输出光讯号到该组光纤中，所以输出通道为n个，即一个通道为输入端，其它n个通道为输出端，此时为1×n的一对多光开关。反之，其中n个通道为输入端，一个通道为输出端，此时为n×1的多对一光开关。

图3A与图3B系分别说明使用不同的方法将折射率匹配液体自狭缝中移出与移入。

如图3A所示，利用温度的上升或下降，控制气泡的产生或消失。例如，热气泡喷墨印刷装置(thermal-bubble Ink-Jet Printing Apparatus)40加热后，可产生一气泡B注入此狭缝t中。进一步，通过气泡的产生与消失，自狭缝t中移出或移入折射率匹配液体50。当气泡B产生时，折射率匹配液体50移出耦合玻璃g与透明多边形柱状体的侧面s之间的狭缝t；因此，光讯号经由此侧面全反射后继续于此透明多边形柱状体中行进。当气泡消失时，折射率匹配液体50移入耦合玻璃g与透明多边形柱状体的侧面s之间的狭缝t；因此，光讯号通过与此侧面毗邻的耦合玻璃，进入此光学开关外的光通路。

如图3B所示，利用一变形材料的变形，控制折射率匹配液体的有无。当变形材料受温度或电压或其它方式而产生变形拉长时，变形材料60变形将折射率匹配液体50推开，因此，光讯号经由此侧面全反射后继续于此透明多边形柱状体中行进。

当变形材料受温度或电压或其它方式而产生变形缩回时，变形材料60缩短而将折射率匹配液体50拉回，折射率匹配液体50移入耦合玻璃g与透明多边形柱状体的侧面s之间的狭缝t；因此，光讯号通过与此侧面毗邻的耦合玻璃，进入此光学开关外的光通路。

图4系一立体图式，概要地说明本发明的全反射式光学开关。如图4所示，当光讯号与垂直于复数侧面的平面形成一夹角进入此透明多边形柱状体时，光讯号以类似于螺旋路径于此透明多边形柱状体内行进。进一步，增加光开关的数目。

图5系概要地显示一种多对多全反射式光学开关。如图5所示，n个1×n的全反射式光学开关与m个n×1的全反射式光学开关由m条光纤连接；其中，n≥m。当一光讯号进入n个1×n的全反射式光学开关中的一个后，光讯号具有m个选择自m个n×1的全反射式光学开关中的一个输出。因此，当n个1×n的全反射式光学开关与m个n×1的全反射式光学开关通过m条光纤连接后，形成一种n×m的全反射式光学开关。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书界定的内容为准。

Claims (8)

1、一种全反射式光学开关，其包括：

一透明多边形柱状体，具有两个端面与复数侧面，且一光讯号自一侧面入射该透明多边形柱状体，且该光讯号于该透明多边形柱状体中产生全反射；

复数耦合玻璃，分别与上述透明多边形柱状体的复数侧面毗邻设置，并且该等耦合玻璃分别与上述复数侧面之间形成复数狭缝；

一折射率匹配液体，具有与上述透明多边形柱状体及耦合玻璃相同的折射率；以及

一推挤装置，将上述折射率匹配液体移入与移出上述复数狭缝。

2、根据权利要求1所述的全反射式光学开关，其特征在于：上述推挤装置系一热气泡喷墨印刷装置，当该热气泡喷墨印刷装置加热产生一气泡且注入上述狭缝中，移出该狭缝中的折射率匹配液体；当温度降低且该气泡自上述狭缝消失后，上述折射率匹配液体移入该狭缝中，且上述光讯号自该耦合玻璃输出。

3、根据权利要求1所述的全反射式光学开关，其特征在于：上述推挤装置系一变形材料，利用变形材料受温度或电压或其它方式产生变形时，当变形材料变形拉长进入该狭缝中，移出上述折射率匹配液体，光讯号无法自该耦合玻璃输出；当变形材料变形缩回时，该变形材料离开该狭缝，上述折射率匹配液体移入该狭缝中，且上述光讯号自该耦合玻璃输出。

4、根据权利要求1所述的全反射式光学开关，其特征在于：更包括一准直器，将上述光讯号准直后，以一既定角度入射该透明多边形柱状体，且该光讯号于该透明多边形柱状体中产生全反射。

5、一种全反射式光学开关，其包括：

一N+1边形柱状体，其有两个端面与N+1个侧面，且一光讯号自一侧面入射该透明N+1边形柱状体，且该光讯号于该透明N+1边形柱状体中产生全反射；

N+1个耦合玻璃，分别与上述透明N+1边形柱状体的N+1个侧面毗邻设置，并且该N+1个耦合玻璃分别与上述N+1个侧面之间形成N+1个狭缝；

一折射率匹配液体，具有与上述透明N+1边形柱状体及耦合玻璃相同的折射率；以及

一推挤装置，将上述折射率匹配液体移入与移出上述N+1个狭缝；

其中，当一个侧面为光讯号输入端，其它N个侧面为光讯号输出端，此为1×N一对多光开关；当N个侧面为光讯号输入端，只有一个侧面为光讯号输出端，此为N×1多对一光开关。

6、一种多对多的全反射式光学开关，其包括：

N个1×N一对多光开关，与M个N×1多对一光开关，其中N≥M，每一个N×1多对一光开关，分别连接于上述N个1×N一对多光开关，形成一种N×M的全反射式光学开关。

7、根据权利要求5所述的全反射式光学开关，其特征在于：上述推挤装置系一热气泡喷墨印刷装置，当该热气泡喷墨印刷装置加热产生一气泡且注入上述狭缝中，移出该狭缝中的折射率匹配液体；当温度降低且该气泡自上述狭缝消失后，上述折射率匹配液体移入该狭缝中，且上述光讯号自该耦合玻璃输出。

8、根据权利要求5所述的全反射式光学开关，其特征在于：上述推挤装置系一变形材料，当变形材料变形时，可控制折射率匹配液体有置于狭缝中，光讯号自该耦合玻璃输出，或可控制折射率匹配液体没有置于狭缝中，光讯号无法自该耦合玻璃输出。

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