CN1781045A - 使用光纤连接器的光开关 - Google Patents

Abstract

一种光开关设备，包括一个光开关以及一个与光连接器相匹配的光连接器接收设备，一种通过接通光连接器与所述接收设备来启动光开关的光开关激发设备，其特征在于当光连接器与接光接收设备接通以使光连接器用于光通信时，所述开关激发设备发挥作用或被作用。

Description

使用光纤连接器的光开关

技术领域

本发明涉及一种光开关设备，以及一种延伸包含该光开关设备的光网络功能的设备。

背景技术

在设计光学网络时的一个主要问题就是光学元件的布置，例如光分插复用器(OADMs)，光开关，放大器，均衡器以及分散-补偿元件。关于包含什么元件及如何放置这些元件的设计决定不仅要满足最初网络通讯的需要，而且还要考虑将来网络通讯的增量，这往往是很难预期的。这种情况对于那些需要将花费最小化同时其通讯增量又很难预期的大城市或城镇显得更为突出。

与本发明最相关的现有技术：

JP040366804A；(Hitachi)；

US6463189B1(Avanex)；

US6430332(Fibre)；

JP020272405A(Fujitsu)；

US5179602(Norcross)。

发明内容

根据本发明第一独立方面，本发明在于提供一种光开关组件，包括：一个光开关，一个与连接器相匹配的光连接器接收设备，一种通过匹配连接器与所说接收设备的激发开关的设备，其特征在于一旦连接器与所说的连接器接收设备充分匹配用于与连接器发生光传输时，所说的开关激发设备发生作用或者被作用。

本发明的光开关设备的一种应用是在光网络领域，可以用于改进一个光元件至光网络中。在这种情况下，本发明提供了一种用于通过增加光元件而延伸光网络功能的设备。该设备包含一个所述的光开关设备，连接器被连接到所述光元件。

使用这样复合的开关-连接器结构的优点在于，由于使用了光连接器以及可以使用无源的光设备而使得标准设备的安装得以发展。安装工人仅需清洁连接器端部并插入光元件至网络即可。在插入光元件至光网络以及激发开关以通过光元件重新进行传输动作之间没有程序上的中断。

这里所讨论的复合的开关-连接器结构，因其不依赖于使用者将连接顺插入到接收设备的速度，而显得更具效果。一旦连接器接入适当位置，开关立即发挥作用而不需要使用者特别的努力。这一点上与现有技术如Fujitsu(参见前述背景)所述的具有很大的不同。现有技术中开关输入输出端口的移动直接依赖于连接器的插入速度，而且在插入过程中连接器也没有固定在其位置上。

通过精心设计，可能使光开关在＜10ms内产生作用，这对于光元件的引入已经足够的短，不会给网络中的光传输带来明显的冲击。

在本发明的一个辅助方面，连接器接收设备设置成，使得当连接器匹配至连接器接收设备时，允许连接器通过一个栓结构锁定在其操作位置。并且提供一个设备，以允许连接器接收设备作为栓作用的一个结果引发开关。这种设置是特别有效的，因为它可以使用一个标准连接器以一种快速而安全的方式启动开关激发设备。

在进一步的辅助方面，该设备改进为由连接器杠杆引发开关。

在另一辅助方面，该连接器接收设备是一种复式接收设备，带有一个单独的杠杆接收端，以接收复式连接器杠杆引发开关。该设置因使用了复式结构而增强了准确性。同时减少了接收单一杠杆复式连接器所需的部件数量。

在进一步改进的辅助方面，用于激发开关的设备包含一个反射或折射元件，安装在弯曲板上。该弯曲板用于当连接器离开接收设备时，使所述元件复原。这种结构特别有利，因其可得到高度的重复性，并且快速开关而不改变操作器的连接动作。

在另一辅助方面，该激发开关的设备由当连接器完全置入时电回路的导通来操作。

开关的激发可以通过电的，纯机械的或者纯磁的方式来实现。电的或纯磁的激发装置的优点在于使得开关的密封简单化，从而可以防止任何不希望的外物入侵。电激发器的第二个优点在于，可以在这种复合的开关-连接器结构中使用大量现有的电激发开关。纯机械或者纯磁激发器的优点在于它不需要外部的电源来激发开关。

在第二个大的独立方面，本发明提供了一种光开关设备，包括一个光开关和一个与光连接器相匹配的光连接器接收设备，其特征在于该开关由一个外部源来激发，该外部源在应用时会引发一个锁定装置将连接器锁定在接收装置中。

在本发明的第二个独立方面的一个辅助方面，提供一种装置以保证仅仅在连接器处于其接收设备内时，光线传输至连接器。

附图说明

图1是显示本发明原理的结构示意图；

图2(a)，2(b)，2(c)显示根据本发明第一实施例的光开关设备的操作示意图；

图3是根据本发明第二实施例的光开关设备示意图；

图4(a)和4(b)显示根据本发明第三实施例的光开关设备操作示意图；

图5(a)和5(b)表明使用不同类型的2×2开关的光开关设备操作示意图；

图6(a)和6(b)表明使用进一步不同类型的2×2开关的光开关设备操作示意图；

图7表明本发明进一步变化后的透视图；

图8显示根据本发明另一实施例的接收装置的后视图；

图9显示本发明另一实施例的结构设计图；

图10显示本发明另一实施例的结构设计图；

图11显示本发明另一实施例的结构设计图。

具体实施方式

图1给出了本发明的原理图，在图1所示的光开关设备中包含一个2×2开关形式的光开关10，其一端与一个现有的网络12相连，另一端与一个光连接器16的一个半边14相连。在本实施例中，该半边14作为一个接收设备。光连接器16(也可以叫做连接器)的另一个半边18连接到光学元件20，举例来说，可以是一个放大器，一个光分插复用器等等。

在本设备的第一种操作方式中，带有连接器第一半边的开关10内置插入到现有的网络12中，并且配置成使得在端口22的光信号直接路由至端口24。开关的端口26和28在这一阶段处于休止状态，仅仅是连接到连接器16的半边14上以便在需要时延伸网络12的功能。

在需要通过增加光学元件20来延伸网络时，连接器16的第二个半边18与第一个半边14相匹配。并且这种匹配这两个半边的行为同时激发开关10(参见虚线30)以使得在端口22的光信号路由至端口26，通过连接器的半边14及18向外传送至光学元件20。然后再通过连接器的半边18和14返回，并通过开关的端口24传出至网络。这样光学元件20就已经被“改进”到网络中。

通过连接器的匹配来激发开关的行为可以通过任何方式来实现。其中之一，纯机械方式，显示于图2(a)中。在图2(a)中一个2×2开关40包含一个开关主体42，在其中一端装有一对光导44，46。光导也可与相应的准直仪相连。在主体42的另一端相应地具有一对光导/准直仪48，50。同时连接到主体42另一侧的是一个金属环52，其作为光连接器的一个半边起作用。同时存在于主体内的还包括一个棱镜54，其具有两个内反射面56，58，并且一个杠杆60连接到棱镜上。该棱镜在主体内的放置方式使其通过向杠杆上施加压力的方式可以向下移动，从而不阻隔光导中的光线。该主体42具有一个扳手62，设置扳手的理由将结合图2(b)和2(c)进行描述。

在本发明开关的第一种操作模式中，进入到光导44的光信号通过表面56和58折射，并通过光导46返回。在第二种操作模式中，当需要通过增加光学元件来升级网络的时候，一个第二连接器半边70(参见图2(b))安装至金属环52的上方，使得第二连接器半边匹配表面55直接临接金属环52的末端。在这个位置上另外两个光导/准直仪72，74可以传送光线，光线最终会进入到光导48，50或者从中离开。光导72，74通过光纤连接到光学元件76。

一旦两个连接器的半边(或者换一种说法接收设备和连接器)，如图2(b)所示，向上连接到一起时，一个壁78被向前推以使枢轴地连接到壁78上的弹簧臂(spring-loaded arm)82的钩端80跨过扳手62上方，并落在扳手的后方(如图2(c)所示)。在上述操作过程中钩端80压在杠杆60上，从而推动棱镜54下降，使得光信号穿过位于主体42两端的光导。(棱镜也是通过弹簧安装在其下部以使得一旦壁78撤回时，棱镜可以恢复到其初始位置)。从而，如结合图1所述的那样，该光学元件网络的一部分连接到光导44，46。

本发明第二个实施例使用了一种电子形式激发的2×2开关。如图3所示，两个连接器半边14，18(或者换个说法接收设备和连接器)与附加的电子开关组件80和82分别相连接。如图3所示的实现方式，该开关组件82包括一个固定件84，在其末端向着与其相对的组件80的一侧具有一个栓86。该栓86固定在开关组件80的内部，其连接到连接器的半边14上，并操作一个单臂开关88，从而形成一个包括导线90，92，电池或其它电源94以及在2×2开关10内的激发设备。该激发设备可以是电磁激发设备的形式，如：非常小的螺线管，放置在如图2(a)，(b)和(c)所示的棱镜等光学元件内。

在实际使用中必须使得连接器半边的光导端在开关激发前接触。这样就需要一种布置，其中栓86只有在连接器半边充分匹配后操作开关88。这可能通过设置开关组件82，例如，相对于连接器的半边18轴向旋转，并且同时连接到其上而实现。作为一种替换方式，在如图3所示部件94和88所形成的回路中可包含一种电延迟。

该2×2开关不仅可能通过机械或电子方式来激发，也可通过单纯的磁设备来激发。如图4所示即为一例。在图4(a)中一个2×2开关100包括一个在其相对端含有光导/准直仪104，106的主体102。在光导之间与光导轴线相偏离设置棱镜108。棱镜具有两个折射面。与棱镜相固定是一个具有两个腿112，114的铁的框架110，其两个腿与光导轴相垂直，相应的端部116，118与光导的轴线相平行。在腿上设有切除部分以允许光线无障碍通过。垂直于光导104，106进一步设置光导130和132。第一连接器半边117(或者换句话说接收设备)通过一些适合的设备连接到主体102上。

连接到第二连接器半边124(换句话说为连接器)的相对的两端如图所示安装两个小的永磁体120，122。(两个磁极也可是如图所示的反方向)。磁铁较好的为浸入到连接器半边，例如位于在连接器半边内的相应孔内，或者他们可以是对应于连接器半边的外部。在本实施例中有必对应于开关本身准确设置第二连接器半边的方向和位置。这不仅是从可靠的磁激发角度的要求，更为重要的是，从保证光线由光开关至第二连接器半边好的传输的要求。第一连接器半边117相对于开关主体102精确放置，并且在其上具有一个孔119，该孔设计成与第二连接器半边124精确吻合。为保证在光导130，132以及光导126和128之间好的布置，两个连接器半边117，124相互锁定，例如：在第一连接器半边117内设置轴向凹槽，相应地在第二连接器半边124内设置轴向脊。同样也可以设置可释放的闭锁设备(未示出)，用于选择性地闩住或当他们已很好地配合在一起时释放第二连接器半边至/从第一连接器半边。

在操作过程中，当第二连接器半边124插入到第一连接器半边117内时，框架被磁铁吸引，棱镜向下移动，框架的末端部分116，118接触主体102的底部(如图4(b))。(应当注意到棱镜被限制任何横向的移动以在光导104，106接触时保持其同样的轴向位置)。在这个位置处，棱镜全反射进入/离开任何一个光导的光线，参见图4(b)中的箭头。在本发明的版本中，网络连接至光导104，106，同时被改进到网络中的光学元件与第二连接器半边124内的光导126，128相连。

并非整个框架110都是由磁性材料制成的，仅仅其端部116，118是磁性的，其它部分由如合成材料等组成。另外，也可将如图4(a)和(b)所示的矩形框架布置成其中的腿116，118由水平的部件代替以形成矩形的一个边，或者是仍然以两个腿的形式，但却向内伸出而不是向外。可以使用如图所示的两个磁体，或者仅仅是一个磁体，可以放置在第二连接器半边的中心。

用磁体激发的优点在于便于开关密封，因为与开关内部组件没有直接的连接。

另外一种2×2开关功能可替换的实施方式示于图5。这里，在开关主体142内部放置了一个四边形(优选方形)的棱镜140，其可绕轴心转动，并使该轴心与光导144，146，148和150的轴心垂直。在第一种操作方式中，当开关是现有网络的一部分时，允许光信号在网络各个路径间穿过，信号从光导144，通过棱镜140并由光导148穿出。由于棱镜的相关表面与光线号在光导144和148内的传输路径正交，因此并不发生光信号的折射。此时光导146和150并不传输信号。在另一种操作方式中，一些类型的激发装置(如本发明前面实施例中所述的机械的，电子的或磁的)使得棱镜旋转45°以呈现如图5(b)所示的位置。因而发生折射使得来自网络的信号通过光导150离开，并且在通过光学元件后再次进入。光学元件上连接有第二连接器半边(图中未示出)。光线穿过光导146，再次通过棱镜并经由光导148离开。

图6(a)显示了另一种开关的形式。在图6(a)中四个光导以X形安装在开关主体168内部，但在中心处不接触。位于一端的光导160及164和另一端光导162和166之间是一个反射元件170，在反射元件170的两侧均有反射表面。该反射元件170连接到致动臂172上，该致动臂以前述任一种方法来致动。

在操作过程中，以较早描述的第一种模式，反射元件170升高到光导中信号交叉点上方，使得网络信号穿过光导160并通过光导166穿出。另一方面，在第二种操作模式下，当连接至光导162及164的光连接器半边相接触以使得光学元件被匹配至网络时，该臂172被移动，引起反射元件170向下移。因此，来自光导160的信号经由光导164被反射出。并且，在光导162中的返回信号被经由光导166被反射出开关，回到网络。

尽管到目前为止，仅描述了本发明的光学开关设备应用到通过光学元件来改进光网络中，它同样也可以有别的应用。其中一个应用就是光传感器分散系统，例如一个光温度传感器可以按照需要插入到光纤回路中。另一个可以是光能分散系统，其中光能能够通过连接到已经插入到环路中的连接器开关而从环路中分散。第三个可替换的方案是使用本发明的连接器开关来允许收发器夹至安全传输回路，例如一个军事网络中。

图7显示了一种带有接收装置的光开关-连接器设备170，其中接收装置如171所示，是适配器套管182的一部分。该接收装置被设置成接收相应的连接器172，连接器172可由本领域普通技术人员从现有技术中选择。该接收装置可以做成与杠杆173的一部分相匹配，并且接收装置的内部通道被设计成，当操作者插入连接器172时，引导杠杆173至内部通道的一个锁定位置。当连接器放置在充分允许连接器和连接器开关之间的光传输的吻合部位时，接收设备的内部通道将允许受压的杠杆突然弹到一个锁定的位置-开关的瞬时动作(snap action)。当杠杆升至其锁定位置时，杠杆可以作用于传输臂174，从而提升折光设备175使其从光传输线路的外部升到光传输线路的内部，所说的光传输线路在一个输入端口176和输出端口177之间。这将导致光线从端口176折射到端口178，从端口177折射到端口179。图中所示的导线180和181也可以与插入适配器套管182中的合适的连接器(图中未标明)相配制。

当连接器172从它的接收设备171中移开时，一个弯曲板183压低折射元件175使其移开端口76和77间的光通道，以便恢复通常的通讯。

输入端口176等可以包括直径接近1mm、长约7mm的准直仪。折射元件的厚度大约为1mm，宽为2mm。当然，本领域普通技术人员在特殊应用时也可根据需要选取别的尺寸。

图8描述了一个带接收设备185的适配器184，该接收设备185可以容纳一个双线电缆，并带有单个杠杆以激活折射元件。可以参照如图7所述的方式设置内部通道186以引导和锁定一个适合的连接器杠杆。两个匹配的光学通道187和188被用来接合各自连接器末端的光线。

图9示例性说明了一种2×1的光学开关189，通常位于一种适配器套管190顶部，目的是和单个连接器191一同操作。当单个连接器固定在相应的接收设备上时，开关的瞬时切换和连接器在其对应位置上的锁定一起提升一个手臂192和它相应的折射元件193，使得光在准直仪194和195之间通过。折射元件在其提升位置的作用是将光从准直仪194折射到准直仪196，再通过适配器套管190到连接器191上。

本领域普通技术人员对图7到图9所述的实施方式可作相应的修改，以使得当操作者接通连接器时、开关激发装置如手臂192被激发。开关激发装置可以包括磁的、电的和别的适合的机械激发方式，这些开关激发装置在连接器置入适当的光连接位置时激发。系统可以达到10ms级的开关速度，以便信息传输的阻断最小，或几乎无阻断。

图10描述了一个带有标准结构的连接器201和接收设备202。一旦连接器和接收设备匹配，就意味着光学元件203加载到了网络上。开关204可以是标准开关的一种，其中开关通过外部源-键205控制。一旦连接器固定在接收设备内，当键激发开关时，栓、螺线管组件206被固定。如果使用带有杠杆的标准连接器，可以选择栓使其能够插入到杠杆的后部锁定连接器的位置。

图11(与图10所示相同部件使用同样的附图标记)显示了微开关207的使用，该微开关位于电路中。

Claims (10)

1.一种光开关设备，包括一个光开关和一个与光连接器相匹配的光连接器接收设备，一个通过匹配连接器至所说的接收设备来激发开关的设备，其特征在于：一旦连接器充分匹配至接收设备使连接器用于光通讯时，所述的光开关激发设备主动或被动发生作用或者被作用。

2.根据权利要求1所述的设备，其中连接器接收设备设置成使得当连接器与其相匹配时，允许连接器通过一个栓锁定在其操作位置，并且提供一个设备使得作为栓锁行为的一个结果，连接器接收设备引发开关。

3.根据权利要求2所述的设备，其中该设备适于由连接器杠杆引发开关。

4.根据前述任一项权利要求所述的设备，其中连接器接收设备是一种带有一个单一杠杆接收端的复式接收设备，通过复式连接器杠杆引发开关。

5.根据权利要求1所述的设备，其中用于激发开关的设备结合一个安装在弯曲板上的反射或折射元件，该弯曲板设置成当连接器离开接收设备时用于使所说元件复位。

6.根据权利要求1所述的设备，其中用于激发开关的设备，通过在连接器完全推至其位置时接通电回路来操作。

7.根据权利要求1所述的设备，其中用于激发开关的设备，通过磁设备来操作。

8.一种通过增加光学元件来延伸光网络功能的设备，包含一个如权利要求1所述的光开关设备。

9.一种光开关设备，包含一个光开关，一个与连接器相匹配的光连接器接收设备，其特征在于光开关通过一个外源来激发，所述的外源在应用时引发一个锁定机构使连接器锁定在接收设备中。

10.根据权利要求9所述的设备，其中包含一个装置以保证只有在连接器位于接收设备中时光线传输给连接器。

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