CN201548716U - 4×4型光开关 - Google Patents

Abstract

一种4×4型光开关，四个输入端口光纤准直器和四个输出端口光纤准直器设置在第一平面上均连接有光纤；五个反射镜设置于一位于四个输入端口光纤准直器和四个输出端口光纤准直器所围成的平面内的矩形电路板上，第一至第四反射镜分别与自己所对应的输入端口光纤准直器及输出端口光纤准直器的光路夹角为45°；第一直角棱镜设置于第四反射镜后，斜边与该第四反射镜呈90°直角设置；第二直角棱镜相对第一直角棱镜呈直角边相对、且斜边向外平行方向设置，与第一个直角棱镜的斜边呈垂直关系；第五反射镜设置在分别与第二直角棱镜的斜边及第二反射镜平行的位置，与所对应的光纤准直器的光路成45°。本实用新型结构简单，尺寸紧凑，光路切换稳定可靠，重复性好。

Description

4×4型光开关

技术领域

本实用新型涉及一种光开关，特别是涉及一种可以广泛应用于光通信系统、光纤网络系统、光学测量系统或仪器以及光纤传感系统中的光信号切换的4×4型光开关。

背景技术

光开关作为全光网络各种设备器件当中的关键器件，随着系统的不断扩容，要求也越来越高。传统的4×4机械式光开关一般采用级联原理和MEMS来实现光路的切换。

传统的级联原理的4×4光开关，其采用的最小级联单位为2×2光开关，需要使用6个2×2光开关级联，级联方案所使用的光开关数量较多，导致4×4光开关体积大，插入损耗大，重复性差，且稳定性差。

而MEMS 4×4光开关一般采用MEMS芯片和微型旋转镜的方式来实现，设备成本和制作成本较高，相关的工艺和技术要求也比较高，而且不能满足掉电保持的功能。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种体积小，成本低，结构简单，集成度高，指标好，应用广的机械式的4×4型光开关。

本实用新型所采用的技术方案是：一种4×4型光开关，包括有四个输入端口光纤准直器和四个输出端口光纤准直器，五个反射镜和两个直角棱镜，所述的四个输入端口光纤准直器和四个输出端口光纤准直器设置在第一平面上均连接有光纤，其中，第一输入端口光纤准直器和第四输入端口光纤准直器对角的设置在所述第一平面上，第三输出端口光纤准直器和第四输出端口光纤准直器也对角的设置在所述第一平面上，并且，第一输入端口光纤准直器与第三输出端口光纤准直器相邻设置，第四输出端口光纤准直器与第四输入端口光纤准直器相邻设置，所述的第一输入端口光纤准直器与第四输出端口光纤准直器之间设置第二输入端口光纤准直器，所述的第二输入端口光纤准直器的光路分别与第一输入端口光纤准直器及第四输出端口光纤准直器光路的夹角成直角，所述的第四输入端口光纤准直器至第三输出端口光纤准直器之间依次设置第三输入端口光纤准直器、第一输出端口光纤准直器和第二输出端口光纤准直器，所述的第三输入端口光纤准直器、第一输出端口光纤准直器和第二输出端口光纤准直器的光路分别与第四输入端口光纤准直器和第三输出端口光纤准直器光路的夹角成直角；所述的五个反射镜设置于一矩形电路板上，所述的电路板位于四个输入端口光纤准直器和四个输出端口光纤准直器所围成的平面内，其中第一至第四反射镜的连线构成一个矩形面，并且，第一至第四反射镜分别与自己所对应的输入端口光纤准直器及输出端口光纤准直器的光路夹角为45 °；第一直角棱镜设置于第四反射镜后，斜边与该第四反射镜呈90°直角设置；第二直角棱镜相对第一直角棱镜呈直角边相对、且斜边向外平行方向设置，并与第一个直角棱镜的斜边呈垂直关系；所述第五反射镜设置在分别与第二直角棱镜的斜边及第二反射镜平行的位置，并且与所对应的光纤准直器的光路夹角为45°。

所述的第一平面是一中空的金属底板的上平面，所述的电路板镶嵌在所述的金属底板的下平面上。

所述的第一至第五反射镜分别对应通过金属连杆与嵌入在电路板上的具有切换两种停留位置的反射镜驱动装置相连，并且所述的第一至第五反射镜活动于光路内或光路外两种位置。

所述的第一至第五反射镜均为矩形反射片，双面镀高反膜，且具有两个停留位置。

所述的第一直角棱镜和第二直角棱镜为固定棱镜。

所述的四个输入端口光纤准直器对应的第一、第三反射镜在一条直线上。

所述的第一直角棱镜和第二直角棱镜在一条直线上。

本实用新型的4×4型光开关，具有如下特点：

1、光开关结构简单优化，尺寸紧凑，光路切换稳定可靠，重复性好，易于制作；

2、光开关通过外壳进行密封和机械保护，外壳缝隙使用胶密封，可靠性好；

3、可以广泛应用于光通信系统、光纤网络系统、光学测量系统或仪器以及光纤传感系统中。

附图说明

图1是本实用新型4×4型光开关的光路示意图；

图2是本实用新型4×4型光开关总体示意图；

图3是本实用新型4×4型光开关整体结构示意图；

图4是本实用新型中的凸槽和准直器组合示意图；

图5是本实用新型中的凹槽和驱动装置组合示意图；

图6是驱动装置驱动反射镜在光路外的状态示意图；

图7是驱动装置驱动反射镜在光路内正反两面反射的状态示意图。

其中：

11：第一输入端口光纤准直器    12：第二输入端口光纤准直器

13：第三输入端口光纤准直器    14：第四输入端口光纤准直器

21：第一输出端口光纤准直器    22：第二输出端口光纤准直器

23：第三输出端口光纤准直器    24：第四输出端口光纤准直器

A：第一反射镜                 B：第二反射镜

C：第三反射镜                 D：第四反射镜

E：第五反射镜                 G：第一直角棱镜：

F：第二直角棱镜

具体实施方式

下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型的4×4型光开关是如何实现的。

如图1、图2、图3所示，本实用新型的4×4型光开关，包括有四个输入端口光纤准直器11、12、13、14和四个输出端口光纤准直器21、22、23、24，五个反射镜A、B、C、D、E和两个直角棱镜F、G。所述的四个输入端口光纤准直器11、12、13、14和四个输出端口光纤准直器21、22、23、24设置在第一平面1上均连接有光纤，所述的第一平面1是一中空的金属底板3的上平面。

金属底板3的上平面，即第一平面1上带有8个凸起的带圆槽的方块，与四个输入端口光纤准直器11、12、13、14和四个输出端口光纤准直器21、22、23、24相连，如图4所示，四个输入端口光纤准直器11、12、13、14和四个输出端口光纤准直器21、22、23、24均连接有光纤。

其中，第一输入端口光纤准直器11和第四输入端口光纤准直器14对角的设置在所述第一平面1上，第三输出端口光纤准直器23和第四输出端口光纤准直器24也对角的设置在所述第一平面1上，并且，第一输入端口光纤准直器11与第三输出端口光纤准直器23相邻设置，第四输出端口光纤准直器24与第四输入端口光纤准直器14相邻设置，所述的第一输入端口光纤准直器11与第四输出端口光纤准直器24之间设置第二输入端口光纤准直器12，所述的第二输入端口光纤准直器12的光路分别与第一输入端口光纤准直器11及第四输出端口光纤准直器24光路的夹角成直角，所述的第四输入端口光纤准直器14至第三输出端口光纤准直器23之间依次设置第三输入端口光纤准直器13、第一输出端口光纤准直器21和第二输出端口光纤准直器22，所述的第三输入端口光纤准直器13、第一输出端口光纤准直器21和第二输出端口光纤准直器22的光路分别与第四输入端口光纤准直器14和第三输出端口光纤准直器23光路的夹角成直角；所述的五个反射镜A、B、C、D、E设置于一矩形电路板2上，如图5所示，所述的电路板2镶嵌在所述的中空金属底板3的上平面上，并且，所述的电路板2位于四个输入端口光纤准直器11、12、13、14和四个输出端口光纤准直器21、22、23、24所围成的平面内，其中第一至第四反射镜A、B、C、D的连线构成一个矩形面，并且，第一至第四反射镜A、B、C、D分别与自己所对应的输入端口光纤准直器及输出端口光纤准直器的光路夹角为45°，所述的四个输入端口光纤准直器11、12、13、14所对应的第一、第三反射镜A、C在一条直线上。

如图5、图6、图7所示，所述的第一至第五反射镜A、B、C、D、E分别对应通过金属连杆A2、B2、C2、D2、E2与嵌入在电路板2上的具有切换两种停留位置的反射镜驱动装置A1、B1、C1、D1、E1相连，并且所述的第一至第五反射镜A、B、C、D、E活动于光路内或光路外两种位置。

所述的第一至第五反射镜A、B、C、D、E均为矩形反射片，双面镀高反膜。并且所述的第一至第五反射镜A、B、C、D、E具有两个停留位置。

第一直角棱镜G设置于第四反射镜D后，斜边与该第四反射镜D呈90°直角设置；第二直角棱镜F相对第一直角棱镜G呈直角边相对、且斜边向外平行方向设置，并与第一个直角棱镜的斜边呈垂直关系；所述第五反射镜E设置在分别与第二直角棱镜F的斜边及第二反射镜B平行的位置，并且与所对应的光纤准直器的光路夹角为45°。

所述的第一直角棱镜G和第二直角棱镜F为固定棱镜。并且，所述的第一直角棱镜G和第二直角棱镜F在一条直线上。

如图6、图7所示，以第一反射镜A所在的驱动装置为例：反射镜驱动装置A1与一根金属连杆A2相连，第一反射镜A固定在金属连杆A2上。对驱动装置A1的电引脚加电后带动金属连杆A2上下活动，使得第一反射镜A停留在两个不同高度的位置，从而使得光路切换为两种状态，分别是第一反射镜A在光路内的状态和第一反射镜A在光路外的状态。依次类推，通过由电引脚对各反射镜驱动装置A1、B1、C1、D1、E1施加不同的电信号，可以驱动不同的反射镜到不同的状态，来完成整个光路。其工作原理是：光束经输入端口光纤准直器变为准直光，反射镜起始位置位于光路之外，通过上下切换位置，达到反射镜在光路内外切换的两种状态，起到将光路向特定方向偏折90°的作用，直角棱镜位于光路之内，起到将光路顺时针偏折90°的作用。输入准直光经过每个反射镜时都会产生两种状态，分别为：反射镜切换到光路外的时候的直射(如图6所示)和反射镜切换到光路内的时候光束打到反射镜上产生的反射，而第二种状态又分为光打到反射镜正面的反射和光打到反射镜反面的反射两种(如图7所示)。输入准直光在经过不同反射镜后，通过每个反射镜切换不同的状态，每次有且至少有一个反射镜切换到光路内，使得准直光向相应的方向偏折90°，从而按照不同的路径传输，最后到达每一个预定的输出端口并向外输出，光路是可逆的，实现了光路由4个输入端口到4个输出端口的光路切换。

本实用新型4×4型光开关的工作过程具体描述：首先来看第一种情况，当第一、四、五反射镜A、D、E切换到光路内状态时，第二、三反射镜B、C切换到光路外，第一路入射光通过第一输入端口光纤准直器11入射，经过第一反射镜A反射后直接从第一输出端口光纤准直器21出射。第二路入射光通过第二输入端口光纤准直器12入射，经过第一反射镜A反射后到达第四反射镜D，再经过第四反射镜D反射后进入第一直角棱镜G和第二直角棱镜F，通过2次反射后再经第五反射镜E反射从第三输出端口光纤准直器23出射。第三路入射光从第三输入端口光纤准直器13入射，由第四反射镜D反射后，直接从第四输出端口光纤准直器24出射。第四路入射光从第四输入端口光纤准直器14入射，由第五反射镜E反射后直接从第二输出端口光纤准直器22出射。至此，四路不同的入射光经由四个输入端口光纤准直器入射，分别从四路输出端口光纤准直器出射，完成了4×4光开关的功能。

4×4光开关状态的各个反射镜不同状态下的输入输出关系表如下，表中还描述了其它状态，即各个反射镜不同状态下的输入输出关系表，即通过相应的继电器将下表所述的反射镜切换到相应状态，就可以实现相应光路的切换。

表中表示棱镜的位置：1——反射镜位于光路内；0——反射镜位于光路外

Claims (7)

1.一种4×4型光开关，包括有四个输入端口光纤准直器(11、12、13、14)和四个输出端口光纤准直器(21、22、23、24)，五个反射镜(A、B、C、D、E)和两个直角棱镜(F、G)，其特征在于，所述的四个输入端口光纤准直器(11、12、13、14)和四个输出端口光纤准直器(21、22、23、24)设置在第一平面(1)上均连接有光纤，其中，第一输入端口光纤准直器(11)和第四输入端口光纤准直器(14)对角的设置在所述第一平面(1)上，第三输出端口光纤准直器(23)和第四输出端口光纤准直器(24)也对角的设置在所述第一平面(1)上，并且，第一输入端口光纤准直器(11)与第三输出端口光纤准直器(23)相邻设置，第四输出端口光纤准直器(24)与第四输入端口光纤准直器(14)相邻设置，所述的第一输入端口光纤准直器(11)与第四输出端口光纤准直器(24)之间设置第二输入端口光纤准直器(12)，所述的第二输入端口光纤准直器(12)的光路分别与第一输入端口光纤准直器(11)及第四输出端口光纤准直器(24)光路的夹角成直角，所述的第四输入端口光纤准直器(14)至第三输出端口光纤准直器(23)之间依次设置第三输入端口光纤准直器(13)、第一输出端口光纤准直器(21)和第二输出端口光纤准直器(22)，所述的第三输入端口光纤准直器(13)、第一输出端口光纤准直器(21)和第二输出端口光纤准直器(22)的光路分别与第四输入端口光纤准直器(14)和第三输出端口光纤准直器(23)光路的夹角成直角；所述的五个反射镜(A、B、C、D、E)设置于一矩形电路板(2)上，所述的电路板(2)位于四个输入端口光纤准直器(11、12、13、14)和四个输出端口光纤准直器(21、22、23、24)所围成的平面内，其中第一至第四反射镜(A、B、C、D)的连线构成一个矩形面，并且，第一至第四反射镜(A、B、C、D)分别与自己所对应的输入端口光纤准直器及输出端口光纤准直器的光路夹角为45°；第一直角棱镜(G)设置于第四反射镜(D)后，斜边与该第四反射镜(D)呈90°直角设置；第二直角棱镜(F)相对第一直角棱镜(G)呈直角边相对、且斜边向外平行方向设置，并与第一个直角棱镜的斜边呈垂直关系；所述第五反射镜(E)设置在分别与第二直角棱镜(F)的斜边及第二反射镜(B)平行的位置，并且与所对应的光纤准直器的光路夹角为45°。

2.根据权利要求1所述的4×4型光开关，其特征在于，所述的第一平面(1)是一中空的金属底板(3)的上平面，所述的电路板(2)镶嵌在所述的金属底板(3)的下平面上。

3.根据权利要求1所述的4×4型光开关，其特征在于，所述的第一至第五反射镜(A、B、C、D、E)分别对应通过金属连杆(A2、B2、C2、D2、E2)与嵌入在电路板(2)上的具有切换两种停留位置的反射镜驱动装置(A1、B1、C1、D1、E1)相连，并且所述的第一至第五反射镜(A、B、C、D、E)活动于光路内或光路外两种位置。

4.根据权利要求1所述的4×4型光开关，其特征在于，所述的第一至第五反射镜(A、B、C、D、E)均为矩形反射片，双面镀高反膜，且具有两个停留位置。

5.根据权利要求1所述的4×4型光开关，其特征在于，所述的第一直角棱镜(G)和第二直角棱镜(F)为固定棱镜。

6.根据权利要求1所述的4×4型光开关，其特征在于，所述的四个输入端口光纤准直器(11、12、13、14)对应的第一、第三反射镜(A、C)在一条直线上。

7.根据权利要求1所述的4×4型光开关，其特征在于，所述的第一直角棱镜(G)和第二直角棱镜(F)在一条直线上。

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