CN211826609U - 一种基于mems的光开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于MEMS的光开关，包括光纤阵列、透镜和MEMS芯片，光纤阵列包括阵列布置的多个光纤，MEMS芯片上设置有反射镜，反射镜可在MEMS芯片上转动，一个光纤输出的光经过透镜后输入至MEMS芯片，反射镜反射的光经过透镜后输入至另一光纤。通过采用MEMS芯片的微机械结构，其具有无机械磨损，精度高，寿命长等优点，另外通过设置多种规格的光纤阵列，以及将其中的光纤的尾纤进行熔接，使得光纤阵列中的光纤输出后的光能够多次进过反射，并配合转动的反射镜，耦合进入不同的光纤中，继而实现不同光路的切换，充分利用器件以实现光开关以便更加利于体积小型化。

Description

一种基于MEMS的光开关

技术领域

本实用新型涉及光学器件领域，尤其涉及一种基于MEMS的光开关。

背景技术

光开关在光网络中起到十分重要的作用，它不仅构成了波分复用网络中关键设备的交换核心，本身也是光网络中的关键器件。

随着光传送网技术的发展，新型的光开关技术不断出现，同时，原有的光开关技术性能不断地改进。请参照图1和图2，图1和图2为基于棱镜的2×2机械式光开关原理图。2×2机械式光开关包括第一光纤11、第二光纤12、第三光纤13、第四光纤14、第一透镜15、第二透镜16及棱镜11，其位置关系如图1所示，棱镜17置于第一透镜15和第二透镜16之间。

当将棱镜17设置于图1的位置时，第一光纤11输入的光依次经过第一聚焦透镜15和第二聚焦透镜16后，继而输入至第四光纤14，第二光纤12输入的光依次经过第一聚焦透镜15和第二聚焦透镜16后，继而输入至第三光纤13，此时的2×2机械式光开关处于“开”状态。

当将棱镜17设置于图2的位置时，即棱镜17的反射面处于两条光线的交点位置处，此时，第一光纤11输入的光经过第一聚焦透镜15后，经由棱镜17的折射，继而输入至第三光纤13，第二光纤12输入的光经过第一聚焦透镜15后，经由棱镜17的折射，继而输入至第四光纤14，此时2×2机械式光开关处于“关”状态。上述2×2机械式光开关中的棱镜17的位置变动通过继电器的通电状态进行控制。

但是，由于上述2×2机械式光开关采用机械运动的方式来改变光路，机械件之间的配合不可避免的存在少许间隙，所以棱镜7每次位置的变动存在小许的不一致，继而影响反射光线的角度变化，从而导致插损的不同，即重复性欠佳。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种精度高、寿命长、响应快的基于MEMS的光开关。

为了实现本实用新型第一目的，本实用新型提供一种基于MEMS的光开关，其特征在于，包括光纤阵列、透镜和MEMS芯片，光纤阵列包括阵列布置的多个光纤，MEMS芯片上设置有反射镜，反射镜可在MEMS芯片上转动，一个光纤输出的光经过透镜后输入至MEMS芯片，反射镜反射的光经过透镜后输入至另一光纤。

更进一步的方案是，一个光纤的尾纤与另一光纤的尾纤熔接。

更进一步的方案是，光纤阵列排列方式为4×4，光纤阵列设置有A列、B列、C列、D列、1排、2排、3排和4排，B1光纤的尾纤与A1光纤的尾纤熔接，B2光纤的尾纤与A2光纤的尾纤熔接，D1光纤的尾纤与C2光纤的尾纤熔接，D2光纤的尾纤与C1光纤的尾纤熔接。

更进一步的方案是，B4光纤输出的光经过反射镜反射后入射至B1光纤，A1光纤输出的光经过反射镜反射后入射至A4光纤；B3光纤输出的光经过反射镜反射后入射至B2光纤，A2光纤输出的光经过反射镜反射后入射至A3光纤。

更进一步的方案是，B4光纤输出的光经过反射镜反射后入射至D1光纤，C2光纤输出的光经过反射镜反射后入射至A3光纤；

B3光纤输出的光经过反射镜反射后入射至D2光纤，C1光纤输出的光经过反射镜反射后入射至A4光纤。

由上述方案可见，通过采用MEMS芯片的微机械结构，利用在其上设置有反射镜，使得反射镜具有响应快速和小体积等有点，且MEMS微机械结构的镜面在运动过程中，全程无机械磨损，精度高，寿命长，其次，MEMS具有机械光开关的低损耗、低串扰、低偏振敏感性的优点，同时也易于大规模集成，另外通过设置多种规格的光纤阵列，以及将其中的光纤的尾纤进行熔接，使得光纤阵列中的光纤输出后的光能够多次进过反射，并配合转动的反射镜，耦合进入不同的光纤中，继而实现不同光路的切换，充分利用器件以实现光开关以便更加利于体积小型化。

附图说明

图1是现有技术中光开关在开状态下的光路图。

图2是现有技术中光开关在关状态下的光路图。

图3是本实用新型光开关实施例的光路原理图。

图4是本实用新型光开关实施例中MEMS芯片的结构原理图。

图5是本实用新型光开关实施例中在第一状态下的光路图。

图6是本实用新型光开关实施例中各个光纤输出端在第一状态下的光路示意图。

图7是本实用新型光开关实施例中在第二状态下的光路图。

图8是本实用新型光开关实施例中各个光纤输出端在第二状态下的光路示意图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参照图3和图4，本案提供了一种基于MEMS的光开关，光开关包括光纤阵列4、透镜2和MEMS芯片3，MEMS全称为MicroelectromechanicalSystems，即为微机械机电系统，MEMS芯片是一种在半导体Si基板上面，刻蚀出一些微机械结构，包括反射镜32、转轴31和电极33，通过在芯片的电极33上加电压，在反射镜32与芯片基底之间产生电场，反射镜32在电场力的带动下，绕转轴31发生旋转。而透镜2采用凸透镜。

参照图5和图6，并结合图3，光纤阵列4包括阵列布置的多个光纤，在本实施例中采用的是4×4的光纤阵列4，且设置有A列、B列、C列、D列、1排、2排、3排和4排，且将B1光纤的尾纤与A1光纤的尾纤熔接，B2光纤的尾纤与A2光纤的尾纤熔接，D1光纤的尾纤与C2光纤的尾纤熔接，D2光纤的尾纤与C1光纤的尾纤熔接。

在第一状态下，即当MEMS芯片不加电压，此时反射镜不发生旋转，B4光纤输出的光经过透镜2以及反射镜32反射后，再经过透镜2后入射至B1光纤，由于B1光纤的尾纤与A1光纤的尾纤熔接，A1光纤输出的光经过反射镜32反射后入射至A4光纤。

B3光纤输出的光经过透镜2以及反射镜32反射后，再经过透镜2后入射至B2光纤，由于B2光纤的尾纤与A2光纤的尾纤熔接，A2光纤输出的光经过反射镜32反射后入射至A3光纤。

这样实现了B4光纤和A4光纤的光路连通，B3光纤和A3光纤的光路连通。

参照图7和图8，在第二状态下，当MEMS芯片加电压时，反射镜绕转轴转过一定的角度，B4光纤输出的光经过透镜2以及反射镜32反射后，再经过透镜2入射至D1光纤，且由于D1光纤的尾纤与C2光纤的尾纤熔接，C2光纤输出的光经过透镜2反射镜32反射后，再经过透镜2入射至A3光纤。

B3光纤输出的光经过透镜2以及反射镜32反射后，再经过透镜2入射至D2光纤，由于D2光纤的尾纤与C1光纤的尾纤熔接，C1光纤输出的光经过透镜2以及反射镜32反射后，再经过透镜2入射至A4光纤。

这样实现了B4光纤和A3光纤的光路连通，B3光纤和A4光纤的光路连通，继而实现了2X2通道切换的光开关功能。

当然对于光纤矩阵的扩充或改变也是可以，光纤阵列4的排列方式为2×2、1×4或8×8等，通过相同的原理同样可实现多通道的光开关功能，故本案实施例中所展示的利用4×4光纤矩阵实现2X2通道切换的光开关功能，其是能够根据其原理应用在更多矩阵布置和更多通道的技术方案中，故应用与本案原理的多通道光开关功能应该在本案的保护范围当中。

Claims (5)

1.一种基于MEMS的光开关，其特征在于，包括光纤阵列、透镜和MEMS芯片，所述光纤阵列包括阵列布置的多个光纤，所述MEMS芯片上设置有反射镜，所述反射镜可在所述MEMS芯片上转动，一个所述光纤输出的光经过所述透镜后输入至所述MEMS芯片，所述反射镜反射的光经过所述透镜后输入至另一所述光纤；

一个所述光纤的尾纤与另一所述光纤的尾纤熔接。

2.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：

所述光纤阵列的排列方式为2×2、1×4或4×4。

3.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：

所述光纤阵列排列方式为4×4，所述光纤阵列设置有A列、B列、C列、D列、1排、2排、3排和4排；

B1光纤的尾纤与A1光纤的尾纤熔接，B2光纤的尾纤与A2光纤的尾纤熔接，D1光纤的尾纤与C2光纤的尾纤熔接，D2光纤的尾纤与C1光纤的尾纤熔接。

4.根据权利要求3所述的光开关，其特征在于：

B4光纤输出的光经过所述反射镜反射后入射至B1光纤，A1光纤输出的光经过所述反射镜反射后入射至A4光纤；

B3光纤输出的光经过所述反射镜反射后入射至B2光纤，A2光纤输出的光经过所述反射镜反射后入射至A3光纤。

5.根据权利要求3所述的光开关，其特征在于：

B4光纤输出的光经过所述反射镜反射后入射至D1光纤，C2光纤输出的光经过所述反射镜反射后入射至A3光纤；

B3光纤输出的光经过所述反射镜反射后入射至D2光纤，C1光纤输出的光经过所述反射镜反射后入射至A4光纤。

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