CN214097869U - 一种自由空间式的机械光开关装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自由空间式的机械光开关装置，包括双光纤准直器，双光纤准直器固定连接在支撑壳体上，支撑壳体上位于与双光纤准直器相对位置固定连接单光纤准直器，还包括连接在支撑壳体底部的旋转伸缩结构，旋转伸缩结构连接能够折射光线的楔角块，楔角块位于双光纤准直器与单光纤准直器之间，并且楔角块置于双光纤准直器的焦距处，双光纤准直器、单光纤准直器形成光学系统A，双光纤准直器、楔角块、单光纤准直器形成光学系统B；通过改变楔角块的位置，实现光学系统的切换，还具有装配简单、尺寸小、生产成本低的优点，适合批量化生产，便于集成或级联使用。

Description

一种自由空间式的机械光开关装置

技术领域

本实用新型属于光无源器件设备技术领域，具体涉及一种自由空间式的机械光开关装置。

背景技术

光开关作为光通信技术中的一个重要部件，是一种具有一个或多个可选的传输端口的光路转换器件。其主要作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作，在波分/时分复用系统，全光交换系统，光学测试系统及光学传感系统等都有广泛的应用。

绝大多数机械式光开关都是靠光纤或光学元件(如棱镜或反射镜)的移动，来完成光路的切换。由于光纤的芯径一般都比较小，尤其是单模光纤(如常用的28E光纤芯径只有9微米)，靠机械移动来对准输出，损耗比较大，重复性很差，使用寿命短。依靠棱镜或者反射镜来实现光路“开”“关”的模块，一般装配工艺复杂，生产耗时长，成本高，模块尺寸大，不利于集成或级联组合，更不利于批量生产。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自由空间式的机械光开关装置，通过改变楔角块的位置，实现光学系统的切换。

本实用新型所采用的技术方案是，一种自由空间式的机械光开关装置，包括双光纤准直器，双光纤准直器固定连接在支撑壳体上，支撑壳体上位于与双光纤准直器相对位置固定连接单光纤准直器，还包括连接在支撑壳体底部的旋转伸缩结构，旋转伸缩结构连接能够折射光线的楔角块，楔角块位于双光纤准直器与单光纤准直器之间，双光纤准直器、单光纤准直器形成光学系统A，双光纤准直器、楔角块、单光纤准直器形成光学系统B。

本实用新型的特点还在于：

旋转伸缩结构的伸开状态下，楔角块位于双光纤准直器的焦距处。

旋转伸缩结构包括连接在支撑壳体内侧壁的长方形平板，长方形平板上一体化连接两组支撑板，每组支撑板之间连接沿支撑壳体高度方向设置的滑杆，滑杆上滑动连接L型滑块，L型滑块上连接楔角块，L型滑块底部开设两个滑块凹槽，每个滑块凹槽内连接一个磁铁，且两个滑块凹槽内的磁铁极性相反；还包括正对L型滑块底部的旋转盘，旋转盘一面开设两个旋转凹槽，每个旋转凹槽内连接一个磁铁，且两个旋转凹槽内的磁铁极性相反，旋转盘另一面中部连接旋转轴，旋转轴穿过支撑壳体连接手轮。

两个滑块凹槽之间的距离与两个旋转凹槽之间的距离相同。

每组支撑板包括两个V槽板，两个V槽板平行且相对，滑杆两端分别固定连接在一个V槽板内。

旋转盘底部连接支撑法兰，支撑法兰接触连接支撑壳体内底面，手轮接触连接支撑壳体外壁。

楔角块的正对双光纤准直器、单光纤准直器的两个面上均镀有红外带宽增透膜层。

单光纤准直器包括单纤尾纤、透镜，单纤尾纤、透镜通过玻璃管连接，单纤尾纤、透镜的通光面均镀红外带宽增透膜层。

双光纤准直器5包括双纤尾纤、透镜，双纤尾纤包括第一光纤7、第二光纤9、间距毛细管，第一光纤7、第二光纤9通过间距毛细管固定连接，双纤尾纤、透镜的通光面均镀红外带宽增透膜层。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型一种自由空间式的机械光开关装置，通过旋转伸缩结构改变楔角块的位置，进而实现光学系统的切换；楔角块两个通光面镀红外宽带增透膜层，减少光路中的光能量损耗，避免因有效光信号太弱湮没在噪声中；本实用新型光开关装置通过永磁铁的吸力或斥力来推动L型滑块的运动，避免了使用继电器或者电机等复杂设备来带动L型滑块的运动，装配简单，尺寸小，生产成本低，适合批量化生产，便于集成或级联使用。

附图说明

图1为本实用新型一种自由空间式的机械光开关装置结构示意图；

图2为本实用新型一种自由空间式的机械光开关装置另一个视角结构示意图；

图3为本实用新型旋转盘结构示意图；

图4为本实用新型L型滑块和V槽板等组装后的结构示意图；

图5为本实用新型光学系统A通光时光学原理示意图；

图6为本实用新型光学系统B通光时光学原理示意图。

图中，1.手轮，2.旋转盘，3.L型滑块，4.楔角块，5.双光纤准直器，6.单光纤准直器，7.第一光纤，8.长方形平板，9.第二光纤，10.V槽板，11.支撑壳体，12.支撑法兰，13.滑杆，14.旋转轴，15.滑块凹槽，16.旋转凹槽。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种自由空间式的机械光开关装置，如图1及图2所示，一种自由空间式的机械光开关装置，包括双光纤准直器5，双光纤准直器5固定连接在支撑壳体11上，支撑壳体11上位于与双光纤准直器5相对位置固定连接单光纤准直器6，还包括连接在支撑壳体11底部的旋转伸缩结构，旋转伸缩结构连接能够折射光线的楔角块4，楔角块4位于双光纤准直器5与单光纤准直器6之间，双光纤准直器5、单光纤准直器6形成光学系统A，双光纤准直器5、楔角块4、单光纤准直器6形成光学系统B。

旋转伸缩结构的伸开状态下，楔角块4位于双光纤准直器5的焦距处。

旋转伸缩结构包括连接在支撑壳体11内侧壁的长方形平板8，长方形平板8上一体化连接两组支撑板，每组支撑板之间连接沿支撑壳体11高度方向设置的滑杆13，滑杆13上滑动连接L型滑块3，L型滑块3上连接楔角块4，L型滑块3底部开设两个滑块凹槽15，每个滑块凹槽15内连接一个磁铁，且两个滑块凹槽15内的磁铁极性相反；还包括正对L型滑块3底部的旋转盘2，如图3所示，旋转盘2一面开设两个旋转凹槽16，每个旋转凹槽16内连接一个磁铁，且两个旋转凹槽16内的磁铁极性相反，旋转盘2另一面中部连接旋转轴14，旋转轴14穿过支撑壳体11连接手轮1。

两个滑块凹槽15之间的距离与两个旋转凹槽16之间的距离相同。

如图4所示，每组支撑板包括两个V槽板10，两个V槽板10平行且相对，滑杆13两端分别固定连接在一个V槽板10内。

旋转盘2底部连接支撑法兰12，支撑法兰12接触连接支撑壳体11内底面，手轮1接触连接支撑壳体11外壁。

楔角块4的正对双光纤准直器5、单光纤准直器6的两个面上均镀有红外带宽增透膜层。

单光纤准直器6包括单纤尾纤、透镜，单纤尾纤、透镜通过玻璃管连接，单纤尾纤、透镜的通光面均镀红外带宽增透膜层。

双光纤准直器5包括双纤尾纤、透镜，双纤尾纤包括第一光纤7、第二光纤9、间距毛细管，第一光纤7、第二光纤9通过间距毛细管固定连接，双纤尾纤、透镜的通光面均镀红外带宽增透膜层。

本实用新型一种自由空间式的机械光开关装置中各部件的作用如下：

手轮1带动旋转盘360°旋转，通过旋转轴14连接旋转盘2中部，手轮1位于支撑壳体11的外部，旋转盘2位于支撑壳体11的内部，通过旋转手轮1带动旋转旋转盘2，使得旋转盘上的磁铁和L型滑块上的磁铁相吸或者相斥，通过磁铁的吸力和斥力来推动滑块在滑杆上前后运动，进而使得楔角块是否在光路中。

旋转盘2上开设旋转凹槽16，每个旋转凹槽16内连接一个磁铁，两个磁铁极性相反，当旋转盘2在手轮1的带动下旋转时，能够使磁铁随之旋转，依次能够实现改变固定位置处磁铁极性的目的。

L型滑块3分为一体化的两个部分，一个竖板，一个底板，竖板上穿接两个滑杆13，并位于两个V槽板10之间，其底板的底部开设两个滑块凹槽15，每个滑块凹槽15内连接一个磁铁，且两个磁铁极性相反，当两个滑块凹槽15内磁铁与旋转凹槽16内磁铁相互相斥时，L型滑块3沿滑杆13向上移动，进而带动楔角块4向上移动。

楔角块4采用具有折射功能的玻璃材料，其两个通光斜面镀红外宽带增透膜，减少了光路中的光能量损耗；楔角块4的楔角能够使得光路发生偏转，进而来达到光路切换的目的；当两个滑块凹槽15内磁铁与旋转凹槽16内磁铁相互吸引时，楔角块4位于支撑壳体内底部，第一光纤7对应的双光纤准直器5、单光纤准直器6形成光学系统A，当两个滑块凹槽15内磁铁与旋转凹槽16内磁铁相互排斥时，L型滑块3带动楔角块4向上移动至双光纤准直器5与单光纤准直器6之间，并且楔角块4置于双光纤准直器的焦距处。则第二光纤9对应的双光纤准直器5、楔角块4、单光纤准直器6形成光学系统B。

双纤准直器5的双纤间距和楔角块4的角度是一一对应的，比如双纤准直器的间距为0.125mm时，楔角块的角度约为9°；双纤准直器的间距为0.25mm时，楔角块的角度为16.8°。

双光纤准直器5与单光纤准直器6均包括尾纤和透镜，透镜是自聚焦透镜或球面透镜或非球面透镜；尾纤和透镜之间有间隙，间隙处的端面平行放置，根据回损要求，确定尾纤和透镜的角度。尾纤和透镜通光面均镀红外宽带增透膜，减少了光路中的光能量损耗。

单纤准直器6也可以做成双纤准直器，用的时候就只用其中一个光纤(等同于单光纤准直器)，这样的话，调节的时候，两边的准直器就不会倾斜很多，有利于调试。

双光纤准直器5与单光纤准直器6能够耦合即可，能够实现当楔角块4位于支撑壳体11底部时，光通过第一光纤7进入双光纤准直器5、耦合进单光纤准直器6；且当楔角块4上移后，光通过第二光纤9进入双光纤准直器5，双光纤准直器5出射的光通过楔角块4、耦合进单光纤准直器6，得到最大光功率的光信号，通过对单光纤准直器6连接单光纤，将该最大光功率的光信号传输出去。

V槽板10是开设V型槽的板结构，L型滑块3穿在滑杆13上，滑杆13两端固定V槽内。

支撑壳体11起到支撑固定双光纤准直器5、单光纤准直器6、旋转伸缩结构的作用。

支撑法兰12起到支撑旋转盘2的作用，使旋转盘2与支撑壳体11内底面的距离恒定，且不影响旋转盘2转动，这样能够确保只有L型滑块3会随磁铁的排斥而在滑杆13上移动。

本实用新型一种自由空间式的机械光开关装置工作原理为：

单纤准直器6入光时，旋转手轮1使得楔角块4不在单纤准直器6和双纤准直器5得光路上，即旋转盘2和L型滑块3相吸的状态，光信号通过单光纤准直器6耦合进入双光纤准直器5的第一光纤7(即形成光学系统A)；如图5所示；需要改变光路时，旋转手轮1至180°，即旋转盘2和L型滑块3相斥的状态，斥力推动L型滑块3移动，使得楔角块4进入到单纤准直器6和双纤准直器5之间的光路中，并且楔角块4置于双光纤准直器5的焦距处。光信号通过单光纤准直器6、楔角块4、耦合进入双光纤准直器5的第二光纤9(即形成光学系统B)，如图6所示，这样就实现了光路的切换。

双光纤准直器5入光时，光接入第一光纤7，旋转手轮1使得楔角块4不在双纤准直器5和单纤准直器6得光路上，即旋转盘2和L型滑块3相吸的状态，光信号通过第一光纤7对应的双光纤准直器5，耦合进入单光纤准直器6(即形成光学系统A)；需要改变光路时，光接入到第二光纤9，旋转手轮1至180°，即旋转盘2和L型滑块3相斥的状态，斥力推动L型滑块3移动，使得楔角块4进入到双纤准直器5和单纤准直器6之间的光路中，并且楔角块4置于双光纤准直器的焦距处。光信号通过第二光纤9对应的双光纤准直器5、楔角块4、耦合进入单光纤准直器6(即形成光学系统B)。这样就实现了双纤准直器入射光时的光路切换。

通过上述方式，本实用新型是一种自由空间式的机械光开关装置，只采用楔角块一个光学元件，便实现光路的切换，结构简单；楔角块两个通光面镀红外宽带增透膜，减少光路中的光能量损耗，避免因有效光信号太弱湮没在噪声中。本实用新型方案属于机械式光开关，主要通过楔角块的角度实现光路的切换，光路中只有楔角块在不在光路中两个状态，光学性能稳定，重复性好。基于准直器的机械式光开关，通过镀膜技术及准直器调试技术，可以很好地将插入损耗控制的比较低，隔离度较高。通过永磁铁的吸力或斥力来推动L型滑块的运动，避免了使用继电器或者电机等复杂设备来带动L型滑块的运动，装配简单，尺寸小，生产成本低，适合批量化生产，便于集成或级联使用。

Claims (9)

1.一种自由空间式的机械光开关装置，其特征在于，包括双光纤准直器（5），所述双光纤准直器（5）固定连接在支撑壳体（11）上，所述支撑壳体（11）上位于与双光纤准直器（5）相对位置固定连接单光纤准直器（6），还包括连接在支撑壳体（11）底部的旋转伸缩结构，所述旋转伸缩结构连接能够折射光线的楔角块（4），所述楔角块（4）位于双光纤准直器（5）与单光纤准直器（6）之间，所述双光纤准直器（5）、单光纤准直器（6）形成光学系统A，所述双光纤准直器（5）、楔角块（4）、单光纤准直器（6）形成光学系统B。

2.根据权利要求1所述的一种自由空间式的机械光开关装置，其特征在于，所述旋转伸缩结构的伸开状态下，楔角块（4）位于双光纤准直器（5）的焦距处。

3.根据权利要求1或2所述的一种自由空间式的机械光开关装置，其特征在于，所述旋转伸缩结构包括连接在支撑壳体（11）内侧壁的长方形平板（8），所述长方形平板（8）上一体化连接两组支撑板，每组所述支撑板之间连接沿支撑壳体（11）高度方向设置的滑杆（13），所述滑杆（13）上滑动连接L型滑块（3），所述L型滑块（3）上连接楔角块（4），所述L型滑块（3）底部开设两个滑块凹槽（15），每个所述滑块凹槽（15）内连接一个磁铁，且两个滑块凹槽（15）内的磁铁极性相反；还包括正对L型滑块（3）底部的旋转盘（2），所述旋转盘（2）一面开设两个旋转凹槽（16），每个所述旋转凹槽（16）内连接一个磁铁，且两个旋转凹槽（16）内的磁铁极性相反，所述旋转盘（2）另一面中部连接旋转轴（14），所述旋转轴（14）穿过支撑壳体（11）连接手轮（1）。

4.根据权利要求3所述的一种自由空间式的机械光开关装置，其特征在于，两个所述滑块凹槽（15）之间的距离与两个所述旋转凹槽（16）之间的距离相同。

5.根据权利要求3所述的一种自由空间式的机械光开关装置，其特征在于，每组所述支撑板包括两个V槽板（10），两个所述V槽板（10）平行且相对，所述滑杆（13）两端分别固定连接在一个V槽板（10）内。

6.根据权利要求3所述的一种自由空间式的机械光开关装置，其特征在于，所述旋转盘（2）底部连接支撑法兰（12），所述支撑法兰（12）接触连接支撑壳体（11）内底面，所述手轮（1）接触连接支撑壳体（11）外壁。

7.根据权利要求1所述的一种自由空间式的机械光开关装置，其特征在于，所述楔角块（4）的正对双光纤准直器（5）、单光纤准直器（6）的两个面上均镀有红外带宽增透膜层。

8.根据权利要求1所述的一种自由空间式的机械光开关装置，其特征在于，所述单光纤准直器（6）包括单纤尾纤、透镜，所述单纤尾纤、透镜通过玻璃管连接，所述单纤尾纤、透镜的通光面均镀红外带宽增透膜层。

9.根据权利要求1所述的一种自由空间式的机械光开关装置，其特征在于，所述双光纤准直器（5）包括双纤尾纤、透镜，所述双纤尾纤包括第一光纤（7）、第二光纤（9）、间距毛细管，所述第一光纤（7）、第二光纤（9）通过间距毛细管固定连接，所述双纤尾纤、透镜的通光面均镀红外带宽增透膜层。

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