CN1432832A - 2×2光切换装置 - Google Patents

Abstract

一种2×2光切换装置，依靠贯通连接和反射连接两种工作状态来实现两对光纤光路的切换。当反射镜移入光路中时，处于反射连接状态；反射镜移出光路时，处于贯通连接状态。

Description

2×2光切换装置

                        技术领域

本发明是一种2×2光切换装置，简称为2×2光开关。属于光电子科学领域，应用于光电子通信和光信息处理。

在光通信中，经常需要对光传输路径进行切换，实现这一功能的器件称为光切换装置或光开关。光信号具有许多电信号无法比拟的优点，如频率高、抗干扰能力强、传输信息量大等。因此光开关的应用前景十分广泛。激光更以其能量高、单色性好、方向性强等一系列独特优点在精密测量、材料加工、通信、测距、全息检测、医疗、农业等方面获得了广泛的应用。研究用最经济高效的方法对激光或其它光信号进行高速、低损耗地切换，具有重要的现实意义，光开关也就应运而生。

光开关的功能是对光的传输路径进行选择和切换，例如从一根光纤切换到另一根光纤，根据切换通道数目的不同，可以分为1×2、2×2、N×M等不同类型。其中1×2光开关能实现从一根输入光纤到两根输出光纤之间的切换；N×M光开关能实现从N根输入光纤中的任一根到M根输出光纤中的任一根切换。本发明是一种2×2光开关。

光开关有以下几个主要技术指标：

1、插入损耗：由于将光开关插入光路而造成的光能量损失大小，单是dB。

2、响应时间：光开关动作一次完成光路切换的时间。

3、串扰：当光在不同的路径之间进行切换时，相邻信道之间的信号干扰程度，单位是dB。

                          背景技术

以光开关的现有技术看来，具有波导型、液晶型和机械型三种。波导型光开关利用光波导对温度、电场等环境因素敏感的特性，将传输光能量在不同的波导路径之间进行分配，实现开关功能。常见的有热光波导开关和电光波导开关两种，其优点是体积小，便于集成以实现大规模开关陈列；其缺点是制作工艺复杂，成本高。液晶型光开关利用液晶的光电特性，即施加电场后引起液晶光学性质(主要是偏振特性)的改变，再通过一系列偏振器件将光引导到不同的输出端口，来实现光的切换。其优点是整个器件无运动部件，控制方便；缺点是对工作环境要求严格，在高温下液晶的光学特性会发生很大变化。

机械型光开关采用机械方式在光路中加入棱镜或透镜等光学元件，对光路进行偏折，引导到不同的输出路径，实现对光的切换。机械光开关的特点是开关特性优异，工作稳定可靠，缺点是体积较大难于集成。

                      发明内容

本发明为一种2×2光开关，用以将光在两对光纤之间进行切换，具体可应用于光纤通信、光信息处理等各种有光路切换需要的场合。虽然本发明仍属于机械型光开关的范畴，但由于采用了新的光路结构并结合机电控制部件来实现光路的切换，同现有的光开关技术相比较，具备了以下优点：

1、整个装置主要由双光纤准直器，反射镜和机械切换部件构成，因而结构简单，成本较低。且上述部件的体积都很小，整个器件结构紧凑，缩小了体积。

2、由于采用了双光纤准直器，光开关采用了贯通连接和反射连接两种工作状态都能够实现低损耗连通，插入损耗很小(可降至0.5dB以下)。相对波导型光开关1dB左右的插入损耗有明显的改善。

3、器件的结构简单，可靠性高，对工作环境的要求也低。

                      附图说明

图1是2×2光开关的工作原理图。其中1和2是两根输入光纤，3和4是两根输出光纤，5是切换部件。2×2光开关两种不同的内部连接方式分别如图1中的虚线6(1→3、2→4)和点线7(1→4、2→3)所示，这两种连接状态的切换是通过切换部件5来实现的。

图2为2×2光开关的结构简图。双光纤准直器8由两根光纤1、4及准直透镜10组成；双光纤准直器9由两根光纤2、3及准直透镜11组成。准直透镜用来将从光纤输出的光转换为平行光输出，或将输入的平行光会聚到光纤输出。双光纤准直器8、9经光学对准后可实现1→3、2→4的连通状态，这是2×2光开关的工作状态之一，称为贯通连接状态；另有机械动作部件12，它由控制机构13、机械臂14和反光镜15组成，当需要切换时，控制机构13接收控制信号后可带动机械臂14及反光镜15移入双光纤准直器8和9的光路中(如图2中的虚线所示)实现光从1→4、2→3的连通状态，这是2×2光开关的另一工作状态，称为反射连接状态。撤除控制信号，反光镜退出光路，恢复贯通连接状态。这样通过机械动作部件12的动作与否，就能实现2×2光开关的全部功能。

图3为2×2光开关的实施例。

                 具体实施方式

图3为2×2光开关的一个具体实施方式。其中双光纤准直器20和21的透镜部件采用渐变折射率透镜(GRIN Lcns)或是能对点光源起准直作用的球面透镜。连接于准直器20上的光纤16、18和连接于准直器21上的光纤17、19作为光开关的输入输出的端口。双光纤准直器20和21经过精密光学对准后由套筒22固定。反射镜23采用两面镀有高反射率膜的平面镜来制作，或是一面镀有高反射率膜，另一面镀有光学增透膜的镜片来制作。反射镜23与连接臂24及电磁铁25的动片刚性连接，是光开关的机械部件。若电磁铁25通电吸合，动片产生微小位移，连接臂24将这微小位移放大，带动反射镜23移入双光纤准直器20、21的光路中；电磁铁断电释放时反射镜23退出双光纤准直器20、21的光路，这样就实现了光路连接状态的切换。电磁铁25通电吸合、断电释放则通过电控引脚26从外部控制。电磁铁25也可以用微型继电器改制，上述所有部件均故置于外壳27中。

Claims (5)

1、一种对光进行切换的2×2光开关，其特征在于：用了一对双光纤准直器20、21构成的光路，以及反射镜23、连接臂24、电磁铁25、电控引脚26等主要部件；反射镜23、连接臂24与电磁铁25的动片之间的连接是刚性连接；以贯通连接和反射连接两个工作状态之间的相互切换来实现四根光纤之间光学连接状态的切换。

2、如权利要求1所述的2×2光开关，其特征在于：通过电信号控制机械部件来带动反射镜移动，使之移入或移出光路。

3、如权利要求1所述的2×2光开关，其特征在于：反射镜为两面均镀有高反射率膜的平面镜，或者一面镀有高反射率膜，另一面镀有光学增透膜的镜片。

4、如权利要求1所述的2×2光开关，其特征在于：双光纤准直器的透镜部件可以是渐变折射率透镜，也可以是同样能对点光源起准直作用的球面透镜。

5、如权利要求1所述的2×2光开关，其特征在于：机械部件中的电磁铁可由经改制的微型继电器代替。

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