CN1762177A - 光开关和控制光开关的方法 - Google Patents

Abstract

一种光开关(100)，包括一个输入光纤(11)；多个输出光纤(18)；一个光栅(15)，用于针对每个波长成份，以不同的方向对来自所述输入光纤(11)的光束进行偏转，以便使其分束为多个光束；一个凸透镜(14)，将来自所述光栅(15)的光束变为会聚光束；一个可动镜阵列(17)，将来自所述凸透镜(14)的会聚光束导向所述多个输出光纤(18)中的一个；一个快门阵列(16)，置于所述可动镜阵列(17)前面；和一个控制电路(120)，用于控制所述可动镜阵列(17)和所述快门阵列(16)。所述可动镜阵列(17)包括多个可动镜(17a)，所述快门阵列(16)包括与所述多个可动镜(17a)数目相同的快门(16a)。快门(16a)适当地阻挡朝向所述可动镜(17a)传播的光束。

Description

光开关和控制光开关的方法

发明领域

本发明涉及一种用来改变信号光连接的光开关，尤其涉及一种利用可动镜进行光偏转的光开关。

背景技术

公开号为2002/0196520A1的美国专利申请公开了一种用于波分复用(WDM)传输的光开关，该开关能够切换输入光纤和输出光纤之间的连接，其中经由该输入光纤和输出光纤针对每个波长传输具有复用波长的信号。根据输入光纤和输出光纤的数目，该装置可应用到复用器(MUX)、解复用器(DEMUX)和光开关中。

在光开关中，来自输入光纤的光被形成为平行光，由光栅分束，通过透镜形成为会聚光，然后入射到针对每个波长的MEMS镜上。通过改变MEMS镜的方向，反射光沿着与输入光不同的路径传输，并与安放在与输入光纤不同位置处的输出光纤相结合。由此，可以通过针对每个波长来改变MEMS镜的方向选择出作为输出目标的光纤。

光开关(切换操作)将输入输出光纤的特定光，即，与输出光纤相结合的特定光，从当前的输出光纤切换到另一个输出光纤，在该光开关中，除非切换前的输出光纤与切换后的输出光纤相邻，否则在MEMS镜的方向的改变过程中，来自输入光纤的光将和与切换操作无关的中间输出光纤结合。

也就是说，在美国公开号为2002/0196520A1的美国专利申请中所描述的光开关中，关于与切换操作无关的输出光纤产生了串音。串音有可能导致光通信系统发生故障，并且这是竭力想要避免的。

发明内容

考虑到这一实际情形而提出了本发明，且本发明的一个主要目的就是提供一种光开关，该光开关在切换操作中几乎不产生关于输出光纤的串音。换言之，本发明将提供“无碰撞(hitless)操作”。

一方面，本发明旨在提出一种光开关。本发明的光开关包括至少一个输入光纤，多个输出光纤，至少一个可动镜，用于将来自输入光纤的光束有选择地导向该输出光纤中的一个上，以及至少一个快门，用来适当地阻挡(intercept)从输入光纤向可动镜传播的光束。可动镜的方向是可变的，且改变可动镜的方向以便切换与可动镜反射的光束相结合的输出光纤。当改变可动镜的方向时，该快门阻挡朝向该可动镜传播的光束。

在另一方面，本发明旨在提出一种控制光开关的方法，该光开关包括至少一个输入光纤，多个输出光纤，至少一个可动镜，用于将来自该输入光纤的光束有选择地导向该输出光纤中的一个上，以及至少一个快门，用来适当地阻挡从该输入光纤向该可动镜传播的光束。本发明的控制方法包括，在开始改变该可动镜的方向之前，使该快门进入关状态来阻挡朝向该可动镜传播的光束的步骤；当该快门处于关状态时改变该可动镜的方向的步骤，以及，在结束可动镜的方向改变之后，使快门进入开状态以便允许光束入射到该可动镜的步骤。

附图简述

图1示出根据本发明第一实施例的光开关的结构图；

图2示出图1的光开关中所用的可动镜阵列；

图3示出图1的光开关中所用的快门阵列；

图4示出图2的可动镜阵列和图3的快门阵列的透视图；

图5A示出图4所示的快门的“关状态”；

图5B示出图5A所示快门的“开状态”；

图6示出图1所示的光开关中切换操作的流程图；

图7是用于安放图3、4、5A和5B中所示快门的屏蔽部分的范围的说明图；

图8示出代替图5A和5B所示快门的另一个可适用快门的结构图；

图9示出根据本发明第二实施例的光开关的结构图；

图10示出优选地适用于图9所示光开关的快门的结构图；

图11示出优选地适用于图9所示光开关的另一个快门的结构图；

图12示出根据本发明第三实施例的光开关的结构图；

图13示出适用于根据本发明第一实施例的光开关的另一个快门的透视图；以及

图14为图13所示快门的侧视图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的实施例。

第一实施例

本实施例涉及一种光开关，该光开关针对每个波长来切换具有复用波长的信号光。图1示出根据本发明第一实施例的光开关的结构图。

如图1所示，本实施例的光开关100包括一个输入光纤11，具有复用波长的信号光(包括多个波长成份的光)入射到该输入光纤中；输出光纤18，用于输出光；准直透镜12，用于将从输入光纤11投射出的发散光束变为平行光束；以及与输出光纤18的数目相同的会聚透镜19，用于将由输出光纤18导向的平行光束变为会聚光束。

光开关100还包括一个凸透镜13，用于将来自准直透镜12的平行光束变为会聚光束；一个凸透镜14，用于将来自凸透镜13的曾被会聚的发散光束变为平行光束；以及一个光栅15，使来自凸透镜14的平行光束针对每个波长成份偏转到不同的方向，分束为多个平行光束。

光栅15构成一个分束器，用于基于波长对入射的波长复用的光束进行分束。由光栅15偏转的多个平行光束入射到凸透镜14上，并被转变为会聚光束。

光开关100还包括一个可动镜阵列17，用于将来自凸透镜14的会聚光束导向多个输出光纤18中的一个；一个快门阵列16，安放在可动镜阵列17前面，即，靠近光束的入射一侧；和一个控制电路120，用于控制可动镜阵列17和快门阵列16。

可动镜阵列17包括与信号光中的各种复用波长相一致的多个可动镜17a。快门阵列16包括与可动镜阵列17的可动镜17a的数目相同的多个快门16a。多个快门16a与多个可动镜17a分别对应，并且能够适当地阻挡朝向可动镜17a传播的光束。

在光开关100中，复用波长信号光，即，包含多个波长成份的光被输入到输入光纤11。从输入光纤11投射出的光变成发散光束，穿过准直透镜12，变为平行光束。从准直透镜12发出的平行光束穿过凸透镜13，变为会聚光束。会聚光束先为会聚，然后变成发散光束。发散光束穿过凸透镜14，并被变为平行光束落到光栅15上。通过光栅15的衍射功能，针对每个波长成份将落到光栅15上的光束偏转到不同的方向，从而被分束为各个波长成份的光束。换言之，针对每个波长对落到光栅15上的光进行分束。

一种波长成份的光束穿过凸透镜14，从而变为会聚光束，并被导向可动镜阵列17的可动镜17a。当与可动镜17a对应的快门阵列16的快门16a处于开状态时，导向可动镜的会聚光束在可动镜附近会聚，并被可动镜反射。

可动镜17a的方向(法线方向)可在预定范围内围绕一个轴变化。即，可动镜17a可在预定角度范围内围绕该轴旋转。可动镜17a的方向由控制电路120控制。由此，可以调整可动镜17a反射的光束的方向。因此，可动镜17a反射的光束可导向多个输出光纤18中的一个。

可动镜17a反射的光束穿过凸透镜14，变为平行光束，由光栅15偏转，再次穿过凸透镜14，并被变为会聚光束。会聚光束先为会聚，然后变成发散光束穿过凸透镜13，并被变为平行光束。平行光束通过会聚透镜19变为会聚光束，利用对可动镜17a的方向进行适当调整来可将其入射到多个输出光纤18中的一个中，例如，图1中最上方位置的输出光纤18。入射到输出光纤18的光从输出光纤18输出。

由可动镜17a反射的光束所入射的输出光纤18依赖于可动镜17a的方向(反射角)。即，通过改变可动镜17a的方向，可选择性地切换由可动镜17a反射的光束所入射的输出光纤18。

既然光开关的操作与例如，公开号为2002/0196520A1的美国专利申请中所描述的光开关的操作类似，在此省略对其的详细描述。

图2表示用于图1的光开关中的可动镜阵列17。可动镜阵列17包括排成一排的镜子23；一对框架21，沿着镜子23的排列方向在相对的两侧延伸；和铰链22，用于将镜子23连接到框架21上。每个镜子23都通过在一条直线上延伸的两个铰链22连接到两个框架21上。由于铰链22比较容易扭转，镜子23的方向能够以铰链22为轴在预定角度范围内变化。

可动镜阵列17包括远离各个镜子23的后表面的驱动电极(未表示)和镜子23的后表面上的固定电极(GND电极)(未表示)，且可通过在驱动电极和固定电极之间施加电压而产生的静电力来改变镜子23的方向。

采用微电动机械系统(MEMS)技术能够制备出可静电驱动的可动镜，这也在例如，日本专利申请特开平2001-174724和公开号为WO01/61400A2号中进行了介绍，所以，在此省略对其的详细描述。

图3示出图1的光开关中使用的快门阵列16。快门阵列16中的快门16a包括一个平板形的屏蔽部分31，用来阻挡光束；一个横梁部分32，用于支撑屏蔽部分31；和一个固定部分33，以悬臂方式来支撑横梁部分32。屏蔽部分31被连接到横梁部分32的自由端，且基本上垂直于横梁部分32延伸。在本说明书中，“基本上垂直”意味着正好垂直和几乎垂直。横梁部分32比较柔韧，且可以弹性弯曲/变形。随着横梁部分32的弯曲/变形，屏蔽部分31在图3内向上和向下移动。

快门16a还包括一个永久磁铁34，以一定间隔安放在横梁部分32的上方；驱动线35，安放在横梁部分32中；以及焊盘36，用来向驱动线35提供电流。永久磁铁34和驱动线35构成一个致动器，其使横梁部分弯曲/变形以便移动屏蔽部分。

当驱动线35上加有电流时，横梁部分32在图3内向上弯曲/变形，且通过由流过驱动线35的电流和永久磁铁34产生的磁场的相互作用而产生的电磁力，使得屏蔽部分31向上移动。当停止向驱动线35提供电流时，横梁部分32的弯曲/变形被消除，且屏蔽部分31返回到它原始的位置。也就是说，由电信号，即电流，驱动快门16a。在图3中，通过控制该电信号，即电流，可向上和向下移动屏蔽部分31。在快门阵列16中，利用MEMS技术可以容易地对屏蔽部分31、横梁部分32、驱动线35和焊盘36进行集成生产。

图4为可动镜阵列17和快门阵列16的透视图。如图4所示，可动镜阵列17的镜子23和快门阵列16的屏蔽部分31以相同间距排列。在横梁部分32不发生弯曲/变形时，屏蔽部分31正好位于镜子23的前方。

图5A示出快门阵列16的一个快门16a的“关状态”，且图5B示出快门16a的“开状态”。当不提供电信号时，快门16a处于“关状态”，横梁部分32不发生弯曲/变形，且屏蔽部分31正好位于镜子23的前方。因此，基本上从前表面朝向镜子23传播的光束被位于镜子前方的屏蔽部分31所阻挡。当提供电信号时，如图5B所示，快门阵列处于“开状态”，在此状态下横梁部分32弯曲/变形，且屏蔽部分31被向上移动，并从镜子23的前方移开。因此，基本上从前表面朝向镜子23传播的光束能够入射到镜子23上而不被屏蔽部分31所阻挡。也就是说，允许光束入射到镜子23上。

在图4、5A、5B中，未示出用来驱动可动镜阵列17的快门阵列16的引线(外接电源线)。为了避免机械干扰，可将引线从图中上方连接到快门阵列16，从图中下方连接到可动镜阵列17。

随后，将参照图6的流程图描述本实施例的光开关中的切换操作，即，在防止串音产生的同时通过可动镜来有选择性地切换输出光纤的操作。这里，作为一个例子，将描述一个输出信道从图1中最上方的输出光纤18切换到第三个输出光纤18的情况。

通常，在信号光通过状态下，快门阵列16的所有快门都处于开状态。即，快门阵列16完全处于电源向驱动线35供电的状态。

在将切换命令从高级控制器(未表示)(S601)传送到控制电路120时，控制电路120停止对与一个构成切换目标的波长相对应的快门16a的驱动线35的电力供应，并将该快门置于关状态(S602)。其后，控制电路120向相应的可动镜，即与置于关状态的快门结成一对的可动镜17a，提供一个驱动信号，并控制可动镜17的方向，使得光束导向第三个输出光纤18，即一个新的输出目标(S603)。

在这种情况下，当快门16a处于关状态时，来自输入光纤11的光束被屏蔽部分31所阻挡，且不能落到可动镜17a上。因此，当可动镜17a的方向改变时，任何来自可动镜17a的反射光束都不会产生。因此，来自可动镜17a的光束不会落到任何输出光纤18或输入光纤11上。由此，可以避免产生与切换操作无关的光纤有关的串音。

结束可动镜17a的方向改变之后，控制电路120恢复对快门16a的驱动线35的电力供应，并使快门16a返回到开状态(S604)。由此，建立了从输入光纤11到第三个输出光纤18的新的光学连接。控制电路120向高级控制器报告切换操作结束(S605)，且一系列的切换操作因此而结束。

如上所述，根据本实施例，在通过改变可动镜的方向，即旋转，来选择性地切换输出光纤的光开关中，快门被安放在可动镜的附近。在改变可动镜的方向的过程中，向可动镜传播的光束被快门阻挡，并由此在改变可动镜的方向的过程中，防止了在与开关操作无关的输出光纤中产生串音。即，开关操作(输出光纤的切换)过程中串音的产生可针对开关单元，即每个波长，而独立控制。

此外，根据本实施例，当没有向驱动线35提供任何驱动信号时，使得快门16a处于关状态。因此，例如，即使在电源关断的时候光被输入到输入光纤，也不会有任何光从输出光纤输出。由此，防止出现设备故障，并且提高了操作的简易性。

在本实施例中，通过一个简单的结构就能实现快门16a，并能导致小型化和降低成本。

屏蔽部分31的前表面(光束落到其上)可具有低反射率。而且，屏蔽部分31的前表面可具有不规则的反射性能。例如，屏蔽部分31的前表面可以是粗糙表面，从而可以漫射该入射光束。可选地，也可在屏蔽部分31的前表面上形成一个光栅，该光栅能够以一特定方向偏转该入射光束。该结构具有减少不需要的散射光的作用。即，由于屏蔽部分31的前表面反射的光被散射且不能返回到输入光纤或输出光纤，因而可以更加有效地抑制串音的产生。

例如，通过MEMS技术来制备快门。在这种情况下，屏蔽部分31通常由Si制成。在远距离光通信中，通常使用红外光(1.3至1.6μm)。不期望的是，红外光可在一定程度上透过Si。因此，为了确保阻挡穿过屏蔽部分31的光束，还可将金属薄膜等置于屏蔽部分31的后表面上。

此外，如图5A所示，在关状态中，可将屏蔽部分31的前表面可关于朝向可动镜17a传播的光束中的主光线，特别是关于基本上垂直于可动镜17a的旋转轴且沿着可动镜17a的前表面延伸的一个轴，倾斜一定角度(如一度或更大)。该结构具有减少不需要的散射光的作用。即，屏蔽部分31的前表面反射的光不能入射，即，与任何输出光纤结合，并且能够确保抑制串音。

在本实施例中，可动镜17a与快门16a之间的距离是重要的。当距离过短时，二者发生机械碰撞。当距离较长时，不能充分地实现对具有作为切换目标(串音抑制)的波长的光束的阻挡。相反地，具有非切换目标的波长的光束也受到了影响。为了避免这些问题，需要将快门16a的屏蔽部分安放在如图7中箭头所示的光束没有重叠的范围内。

将考虑这样一种典型的或易于设计的数值的情形，其中镜子23的间距为0.5mm，在镜子23上的光束直径为0.1mm，且光束的数值孔径(NA)为0.1，包括镜子23的旋转角。由于光束边缘之间的距离为0.4mm，并且这里光束以NA＝0.1(在一侧大约5.7度)扩散，从镜子23到屏蔽部分31的距离d为d＜0.4/2/tan 5.7°≈2mm。由此，屏蔽部分31可被安放在距离镜子23为2mm或更近的位置。因此，可确保抑制针对待经历切换操作的目标的串音，而且还能抑制对另一信道的影响(光损失等)的产生。在实际设计中，由于光栅15生产中的限制(为了增大镜子间隔，即波长间隔，需要将槽间距变窄)或可动镜阵列17的小型化，优选将镜子23的间距设计得更小一些。这样，需要将快门16a置于更靠近可动镜17a的位置。

此外，如图4、5A、和5B所示，由于快门16a的横梁部分32位于可动镜17a远离屏蔽部分31的一侧，即，横梁部分32在与入射到可动镜17a的光束的相反方向延伸，在远离屏蔽部分31的凸透镜14的一侧没有任何元件突出，且光学设计的自由度增加了。例如，凸透镜14很容易由透镜构成，结果，可提高光学性能，并且，例如，还可以改善插入损耗。

在图5A和5B中，朝向可动镜17a传播的光束被设定为基本落在可动镜17a的中间，但是光束的入射位置也可以偏离可动镜17a的基本中间的位置。在本说明书中，“基本中间”意味着正好中间和接近中间。通常，为了确保可动镜的偏转角度，增加可动镜的驱动力是有利的，因此，镜子部分可能较大。在这种情况下，如图8所示，当可动镜被设计得比较大时，光束的入射位置可能偏离可动镜的中间(移到一端)。因此，当驱动力增加，且可动镜的偏转角得以保证时，可以避免增大快门的屏蔽部分或可动范围。

此外，在本实施例中，快门16a是电磁驱动的，从而能产生较大的驱动力，因此可将由快门的开/关产生的切换时间的增加减到最小。由于驱动力较大，可以实现屏蔽部分的较大进程。因此，可以提高关于可动镜(包括快门)的设计部分的自由度。

不必说，快门16a的驱动系统并不局限于电磁驱动，可以考虑各种系统。例如，还可以考虑如本实施例的可动镜一样由静电力驱动。在这种情况下，驱动力略小一些，但是可以使快门结构简化和小型化。

图13为可适用于本实施例的光开关100的另一个快门的透视图。图14为图13所示快门的侧视图。如图13和14所示，本改进型的快门70包括一个横梁部分72，其由一个固定部分71以悬臂方式支撑且具有可弹性变形的平板形状。以与朝向可动镜17a传播的光束中的主光线基本平行的方式支撑横梁部分72。在本说明书中，“基本平行”意味着恰好平行和接近平行。横梁部分72包括屏蔽部分73，和弹性部分74，其将屏蔽部分73连接到固定部分71。即，横梁部分72包括位于其自由端部的屏蔽部分73。弹性部分74的抗弯刚性小于屏蔽部分73的抗弯刚性，因此基本上只有弹性部分74是可弹性弯曲/变形的。随着弹性部分74的弯曲/变形，屏蔽部分73在图14中向上和向下移动。

如上所述，屏蔽部分73通常由Si制成，并且在远距离光通信中，通常使用红外光(1.3至1.6μm)。不期望的是，红外光可在一定程度上透过Si。因此，为了确保阻挡穿过屏蔽部分31的光束，在其上形成有驱动线圈75的表面上形成例如金属薄膜的屏蔽膜78。可在其上形成有驱动线圈75的表面的相对表面上形成屏蔽膜78。

快门70还包括一个永久磁铁79，安放在距屏蔽部分73一定间隔的位置，和一个驱动圈75，安放在屏蔽部分73中。永久磁铁79的磁通量和流过驱动线圈75的电流通过相互作用产生电磁力，且通过所产生的电磁力可移动屏蔽部分73。即，永久磁铁79和驱动线圈75构成一个致动器，其使横梁部分72弯曲/变形以便移动屏蔽部分73。

驱动线圈75通过在弹性部分74内延伸的引线76连接到在固定部分71上形成的突出电极77，并且可从外部提供电流。永久磁铁79在屏蔽部分73移动的方向上被极化，且以安放永久磁铁79使得磁铁的一端置于屏蔽部分73的上方，而另一端置于固定部分71的上方。因此，只可能在驱动线圈75靠近屏蔽部分73的自由端的部分产生电磁力。

如上所述，也可用碳、TiN等用来散射反射光的物质在屏蔽部分73的前表面(光束落在该表面上)上形成薄膜。然而，在快门中，由于屏蔽部分73以关于入射光束成一个小角度放入，换言之，规则反射光的传播方向与入射光束的传播方向大不相同，更适合将具有高反射率的金属膜等安放在屏蔽部分73的前表面来有规则地反射光束。在这种情况下，结果是，能够更好地再次抑制入射到输入光纤11或输出光纤18的不需要的散射光的产生。即，屏蔽部分73的前表面具有关于光束的规则反射性能。因此，在屏蔽部分73的前表面上的反射角较大，反射光束不能射入任何输出光纤或与输出光纤结合，并且能够确保抑制串音。

本改进型的快门可根据，例如，日本专利申请特开平10-20226所描述的制备方法来制备。

根据本改进型的快门70，如图14所示，当可动镜17a切换时，即，当可动镜17a的方向改变时，可向快门提供驱动电流来阻挡朝向可动镜17a传播的光束，并且能够抑制串音。此外在本改进型中，能够简化快门70的结构。另外，在本改进型的快门70中，由于能够通过屏蔽部分73的相对较小的移动来阻挡光束，因而提高了设计中的自由度。

图13示出当向驱动线圈75提供电流时达到屏蔽状态。然而，该结构也可作如此改变，即，当没有提供电流时达到屏蔽状态，并且屏蔽部分73被永久磁铁79吸引以便在提供电流时达到非屏蔽状态。在这种情况下，如第一实施例中已经描述过的，能够避免设备故障，并提高操作的简易性。

第二实施例

本实施例涉及另一种光开关，其针对每个波长来切换波长复用的信号光。图9示出根据本发明第二实施例的光开关的结构图。在图9中，以与图1所示元件的标记相同的标记指示的元件是相似的元件，并省略对其的详细描述。

如图9所示，在本实施例的光开关200中，与图1所示第一实施例的光开关相比，增加了一个固定镜42和一个中继镜43，且可动镜17a被安放在远离快门16a的位置上。

快门16a被安放在来自凸透镜14的会聚光束的会聚点附近。固定镜42使穿过快门16a射向中继镜43的光束偏转。来自凸透镜14的会聚光束穿过快门16a并变为发散光束，中继镜43将发散光束变为会聚光束。可动镜17a被安放在来自中继镜43的会聚光束的会聚点附近。

快门16a和可动镜17a被安放在通过中继镜43具有共焦关系的位置处。因此，本实施例的光开关200在光学上等同于第一实施例的光开关100。因此，本实施例的光开关200以与第一实施例的光开关100同样的方式操作。

在本实施例的光开关200中，与第一实施例的光开关100相比，增加了固定镜和中继镜，因此，整体尺寸增大，但是可动镜的位置远离快门的位置，由此可动镜和快门设计中的自由度较高。即，在本实施例中，第一实施例的光开关中的可动镜17a被移到光学上等同的位置，而由此增加了整体布局中的余量。

当按照本实施例，将可动镜和快门安放光学等同位置时，优选地，快门应安放在与可动镜完全共焦的位置，或者如第一实施例中所述的距离完全共焦位置2mm或更近的位置。

图10示出优选适用于本实施例的光开关200的快门的结构。如图10所示，快门包括一个横梁部分52，由一对固定部分53以中心叶轮(center impeller)的方式支撑，且可弹性变形，以及一个平板形屏蔽部分51，其基本上由横梁部分52的中部支撑。横梁部分52沿着屏蔽部分51的前表面(光束落在的表面)延伸。屏蔽部分51在安放在横梁部分52的中部附近的驱动电极(未表示)的静电力的牵引下被上、下推动。例如，在日本专利申请特开平第2000-258704号中对快门的详细情况进行了描述。

由于在关于深度方向(光束的传播方向)可对该快门进行小型化，快门部分可被构造得更小一些。

图11表示优选适用于本实施例的光开关200的另一个快门的结构。如图11所示，本改进型的快门60包括一个平板形的横梁部分61，其由一个固定部分63以悬臂方式支撑，且可弹性变形，且横梁部分61在其自由端部包括一个屏蔽部分62。快门还包括一个永久磁铁64，安放在距横梁部分61一定间隔的一侧；一个驱动线65，安放在横梁部分61上；和焊盘66，用来向驱动线65提供电流。永久磁铁64和驱动线65构成一个致动器，使横梁部分61弯曲/变形来移动屏蔽部分62。

在该快门中，以与图3中所示快门相同的方式，当在流过驱动线65的电流和永久磁铁64形成的磁场的相互作用下产生的电磁力使得横梁部分61发生弯曲/变形时，可移动屏蔽部分62。

在本改进型的快门60中，结构简化和小型化是可能的。由于很容易降低与光束垂直的方向上的尺寸，因而可提高光学设计中的自由度。

这里所描述的快门的结构不仅适用于本实施例的光开关，还适用于第一实施例中所描述的光开关。

在第一和第二实施例中，已经描述了包括四个输出光纤的光开关，但是输出光纤的数目并不局限于此，也可以安放两个、三个或五个或更多的输出光纤。

此外，第一和第二实施例提供了一种1:n分裂型光开关，包括一个输入光纤和多个输出光纤。然而，当将输入光纤和输出光纤的光反向时，也可提供一种n:1多路复用器型光开关。

第三实施例

本实施例涉及一种交叉连接型光开关，其包括多个输入光纤和多个输出光纤。图12示出根据本发明第三实施例的光开关的结构图。在图12中，以与图1所示元件的标记相同的标记指示的元件是相似的元件，并省略对其详细描述。

如图12所示，本实施例的光开关300包括多个输入光纤11，与输入光纤11的数目相同的多个准直透镜112，多个输出光纤18，和与输出光纤18的数目相同的多个会聚透镜119。

准直透镜112分别与输入光纤11对应，并将从相应的输入光纤11投射出的发散光束转变为平行光束。会聚透镜119分别与输出光纤18对应，并将导向相应的输出光纤18的平行光束转变为会聚光束。

光开关300还包括一个快门阵列116，一个输入方可动镜阵列117，和一个输出方可动镜阵列118。

快门阵列116位于多个输入光纤11和多个准直透镜112之间，且包括与输入光纤11的数目相同的多个快门116a。快门116a分别与输入光纤11对应，并适当地阻挡从相应的输入光纤11投射出的光束。快门116a也可由上述各种快门构成。

输入方可动镜阵列117包括与输入光纤11的数目相同的多个可动镜117a。各个可动镜117a分别与输入光纤11对应，并改变从相应的输入光纤11投射出的光束的方向。

输出方可动镜阵列118包括与输出光纤18的数目相同的多个可动镜118a。各个可动镜118a分别与输出光纤18对应，并将从输入方可动镜阵列117射出的光束导向相应的输出光纤18。

在本实施例的光开关300中，从输入光纤11投射出的发散光束穿过相应的准直透镜112，变成平行光束，然后落到相应的输入方可动镜阵列117中的可动镜117a上。可动镜117a将落到镜子上的光束导向与用于输出信号光的输出光纤18相应的输出方可动镜阵列118中的相应的可动镜118a。可动镜118a将来自输入方可动镜阵列117的光束导向相应的输出光纤18。来自可动镜118a的平行光束穿过相应的会聚透镜119，变成会聚光束，然后射入相应的输出光纤18或与相应的输出光纤结合。因此，建立了光学连接。

在本实施例的光开关300中，为了切换来自输入光纤11的光束的输出目标，改变与输入光纤11相应的可动镜117a的方向和与切换目标的输出光纤18相应的可动镜118a的方向。

在这种情况下，以与第一实施例中相同的方式，在开始改变可动镜117a和可动镜118a的方向之前，首先，使得相应的快门置于关状态，由此阻挡从相应的输入光纤11向可动镜117a传播的光束。随后，当快门116a保持在关状态时，改变可动镜117a和可动镜118a的方向。接着，在结束可动镜117a和可动镜118a的方向改变之后，将快门116a切换到开状态，所以，允许光束从输入光纤11落到可动镜117a上。

相应地，从输入光纤11投射出的光束，通过可动镜117a和与一个新切换目标的输出光纤18相应的可动镜118a，射入新切换目标的输出光纤18或与之结合。从而，建立了光学连接。

根据本实施例，当可动镜的方向被改变时，向可动镜传播的光束被快门阻挡。因此，即使是在交叉连接型光开关中，也能抑制在输出光纤一方不需要的串音的产生。

需要注意，例如，在日本专利申请特开平2001-174724中描述了交叉连接型光开关的结构或操作的详细情况。

在本实施例中，描述了图12中所示的所谓3D-MEMS型或日本专利申请特开平2001-174724中所述的光开关，但是，本发明可适用于各种类型的光开关，如2D-MEMS型光开关。

已经参照附图描述了本发明的实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，可以在不脱离此范围的条件下进行各种改进和变化。

工业应用

根据本发明，提供了一种光开关，其在切换操作中几乎不产生关于输出光纤的串音。

Claims (35)

1、一种光开关(100；200；300)，包括：

至少一个输入光纤(11)；

多个输出光纤(18)；和

至少一个可动镜(17a)，用来有选择地将来自所述输入光纤(11)的光束导向到所述多个输出光纤(18)中的一个上，其中，所述可动镜(17a)的方向是可变的，并且改变所述可动镜(17a)的方向，以便切换与由所述可动镜(17a)反射的光束相结合的所述输出光纤(18)，所述光开关的特征在于包括：

至少一个快门(16a)，用来适当地阻挡从所述输入光纤(11)向所述可动镜(17a)传播的光束，当改变所述可动镜(17a)的方向时，所述快门(16a)阻挡朝向所述可动镜(17a)传播的光束。

2、如权利要求1所述的光开关(100；200)，其特征在于还包括：一个分束器(15)，用于根据来自所述输入光纤(11)的光束的波长，将从所述输入光纤(11)投射出的波长复用光(包括多个波长成份的光)的光束分束为多个光束；和一个透镜(14)，用于将分束的多个光束变为多个会聚光束，所述光开关(100；200)还包括：包括所述可动镜(17a)的多个可动镜(17a)，可动镜(17a)的数目大于或等于由所述分束器(15)分束的多个光束的数目，所述多个可动镜(17a)分别与由所述分束器(15)分束的多个光束相对应，所述光开关(100；200)还包括：包括所述快门(16a)的多个快门(16a)，快门(16a)的数目等于可动镜(17a)的数目，所述多个快门(16a)分别与所述多个可动镜(17a)相对应，且每个快门(16a)在所述透镜(14)和所述可动镜(17a)之间阻挡朝向所述可动镜(17a)传播的光束。

3、如权利要求2所述的光开关(100；200)，其特征在于，所述快门(16a)包括一个横梁部分(61；72)，其以悬臂方式得到支撑，并可弹性变形，且呈平板形状，所述横梁部分(61；72)在其自由端部包括一个屏蔽部分(62，73)，且所述快门(16a)还包括一个致动器(64，65；75，79)，其使得所述横梁部分(61；72)弯曲/变形以便移动所述屏蔽部分(62；73)。

4、如权利要求3所述的光开关(100；200)，其特征在于，以与朝向所述可动镜(17a)传播的光束中的主光线基本平行的方式支撑所述横梁部分(72)。

5、如权利要求4所述的光开关(100；200)，其特征在于，所述致动器(75，79)通过电磁力使所述横梁部分(72)变形。

6、如权利要求4所述的光开关(100；200)，其特征在于，所述屏蔽部分(73)的前表面(其上落有所述光束的表面)对于所述光具有规则反射特性。

7、如权利要求4所述的光开关(100)，其特征在于，所述快门(16a)在距所述可动镜(17a)大约2mm或更近的位置处阻挡朝向所述可动镜(17a)传播的光束。

8、如权利要求4所述的光开关(200)，其特征在于，所述快门(16a)在所述快门与所述可动镜(17a)具有光学共焦关系的位置处阻挡朝向所述可动镜(17a)传播的光束。

9、如权利要求3所述的光开关(100；200)，其特征在于，以与朝向所述可动镜(17a)传播的光束中的主光线基本垂直的方式支撑所述横梁部分(61)。

10、如权利要求9所述的光开关(100；200)，其特征在于，所述屏蔽部分(62)的前表面(其上落有光束的表面)对于所述光具有不规则反射特性。

11、如权利要求3所述的光开关(100；200)，其特征在于，依照驱动电信号驱动所述快门(16a)，并且所述快门在没有提供所述驱动电信号的状态下阻挡朝向所述可动镜(17a)传播的光束。

12、如权利要求2所述的光开关(100；200)，其特征在于，所述快门(16a)包括一个横梁部分(32)，其以悬臂方式支撑并且可弹性变形，和一个屏蔽部分(31)，其被连接到所述横梁部分(32)的一个自由端，且具有平板形状，所述屏蔽部分(31)以与所述横梁部分(32)基本垂直的方式延伸，且所述快门还包括一个致动器(34，35)，其使所述横梁部分(32)弯曲/变形以便移动所述屏蔽部分(31)。

13、如权利要求12所述的光开关(100；200)，其特征在于，所述横梁部分(32)位于所述可动镜(17a)的一侧，该侧远离所述屏蔽部分(31)。

14、如权利要求12所述的光开关(100；200)，其特征在于，在所述快门(16a)阻挡朝向所述可动镜(17a)传播的光束的状态下，相对于朝向所述可动镜(17a)传播的光束中的主光线，围绕基本上垂直于所述可动镜(17a)的旋转轴且沿着所述可动镜(17a)的所述前表面延伸的轴，将所述屏蔽部分(31)倾斜一度或更大。

15、如权利要求12所述的光开关(100；200)，其特征在于，所述致动器(34，35)通过电磁力使所述横梁部分(32)变形。

16、如权利要求12所述的光开关(100；200)，其特征在于，在关于所述快门(16a)的所述屏蔽部分(17a)的移动方向上的所述可动镜(17a)的尺寸大于所述屏蔽部分(31)的尺寸，且朝向所述可动镜(17a)传播的光束落到偏离所述可动镜(17a)中心的位置。

17、如权利要求12所述的光开关(100；200)，其特征在于，依照驱动电信号驱动所述快门(16a)，并且在没有提供所述驱动电信号的状态下阻挡朝向所述可动镜(17a)传播的光束。

18、如权利要求2所述的光开关(100；200)，其特征在于，快门(16a)包括一个横梁部分(52)，其以中心叶轮的方式支撑，且可弹性变形，和一个屏蔽部分(51)，其由横梁部分(52)的中部支撑，且具有平板形状，所述横梁部分(52)沿着所述屏蔽部分(51)的前表面(其上落有光束的表面)延伸，并且所述快门还包括一个致动器，其使所述横梁部分(52)变形以便沿着前表面移动所述屏蔽部分(51)。

19、如权利要求1所述的光开关(300)，其特征在于，还包括：包括所述输入光纤(11)的多个输入光纤(11)，和至少一个可动镜阵列(17)，其中每个可动镜阵列(17)包括与所述多个输入光纤(11)的数目相同的所述可动镜(17a)，且每个可动镜阵列(17)的多个所述可动镜(17a)控制来自多个输入光纤(11)的多个光束。

20、如权利要求19所述的光开关(300)，其特征在于，所述快门(16a)包括一个横梁部分(61；72)，其以悬臂方式支撑，且可弹性变形，并具有平板形状，横梁部分(61；72)在其自由端部包括一个屏蔽部分，并且所述快门(16a)还包括一个致动器(64，65；75，79)，其使所述横梁部分(61；72)弯曲/变形，以便移动所述屏蔽部分(62；73)。

21、如权利要求20所述的光开关(300)，其特征在于，以与朝向所述可动镜(17a)传播的光束中的主光线基本平行的方式支撑所述横梁部分。

22、如权利要求21所述的光开关(300)，其特征在于，所述致动器(75，79)通过电磁力使所述横梁部分(72)变形。

23、如权利要求21所述的光开关(300)，其特征在于，所述屏蔽部分(73)的前表面(其上落有光束的表面)对于所述光具有规则反射性能。

24、如权利要求21所述的光开关(300)，其特征在于，所述快门(16a)在所述快门与所述可动镜(17a)具有光学共焦关系的位置处阻挡朝向所述可动镜(17a)传播的光束。

25、如权利要求20所述的光开关(300)，其特征在于，以基本上垂直于朝向所述可动镜(17a)传播的光束中的主光线的方式支撑所述横梁部分(61)。

26、如权利要求25所述的光开关(300)，其特征在于，所述屏蔽部分(62)的前表面(其上落有光束的表面)对于所述光具有不规则反射性能。

27、如权利要求20所述的光开关(300)，其特征在于，依照驱动电信号驱动所述快门(16a)，并且所述快门在没有提供所述驱动电信号的状态下阻挡朝向所述可动镜(17a)传播的光束。

28、如权利要求19所述的光开关(300)，其特征在于，所述快门(16a)包括一个横梁部分(32)，其以悬臂方式支撑，且可弹性变形，和一个屏蔽部分(31)，其连接到所述横梁部分(32)的自由端，且具有平板形状，所述屏蔽部分(31)以基本上垂直于所述横梁部分(32)的方式延伸，且所述快门还包括一个致动器(34，35)，其使所述横梁部分(32)弯曲/变形以便移动所述屏蔽部分(31)。

29、如权利要求28所述的光开关(300)，其特征在于，所述横梁部分(32)位于所述可动镜(17a)远离所述屏蔽部分(31)的一侧。

30、如权利要求28所述的光开关(300)，其特征在于，在所述快门(16a)阻挡朝向所述可动镜(17a)传播的光束的状态下，相对于朝向所述可动镜(17a)传播的光束中的主光线，围绕基本上垂直于所述可动镜(17a)的旋转轴且沿着所述可动镜(17a)的前表面延伸的轴，将所述屏蔽部分(31)倾斜一度或更大。

31、如权利要求28所述的光开关(300)，其特征在于，所述致动器(34，35)通过电磁力使所述横梁部分(32)变形。

32、如权利要求28所述的光开关(300)，其特征在于，在所述快门(16a)的所述屏蔽部分(17a)的移动方向上所述可动镜(17a)的尺寸大于所述屏蔽部分(31)的尺寸，且朝向所述可动镜(17a)传播的光束落在偏离所述可动镜(17a)中心的位置。

33、如权利要求28所述的光开关(300)，其特征在于，依照驱动电信号驱动所述快门(16a)，并且所述快门在没有提供所述驱动电信号的状态下阻挡朝向所述可动镜(17a)传播的光束。

34、如权利要求19所述的光开关(300)，其特征在于，所述快门(16a)包括一个横梁部分(52)，其以中心叶轮的方式支撑，且可弹性变形，和一个屏蔽部分(51)，其基本上由所述横梁部分(52)的中部支撑，且具有平板形状，所述横梁部分(52)沿着所述屏蔽部分(51)的前表面(其上落有光束的表面)延伸，并且所述快门还包括一个致动器，其使所述横梁部分(52)变形以便沿着所述前表面移动所述屏蔽部分(51)。

35、一种控制光开关(100；200；300)的方法，该光开关包括：至少一个输入光纤(11)，多个输出光纤(18)，至少一个可动镜(17a)，用来有选择地将来自所述输入光纤(11)的光束导向到所述多个输出光纤(18)中的一个上，以及至少一个快门(16a)，用来适当地阻挡从所述输入光纤(11)朝向所述可动镜(17a)传播的光束，该方法的特征在于，包括：

在开始改变所述可动镜(17a)的方向之前，使所述快门(16a)进入关状态来阻挡朝向所述可动镜(17a)传播的光束的步骤；

当所述快门(16)处于关状态时，改变所述可动镜(17a)的方向的步骤；以及

在结束所述可动镜(17a)的方向改变之后，使所述快门(16a)进入开状态以便允许光束入射到所述可动镜(17a)的步骤。

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