CN2543085Y - 机械式光学开关 - Google Patents

Abstract

一种机械式光学开关包括一输入装置、一输出装置、一光路转换元件和一驱动装置。其中，该输入装置包括一输入光纤、一固持输入光纤的光纤插针和一第一准直透镜，该第一准直透镜用以准直从输入光纤输入的光信号。该输出装置包括多根输出光纤、一固持多根输出光纤的多光纤插针、一第二准直透镜和光纤固持器，该第二准直透镜用以准直会聚上述光信号至该多根输出光纤。该光路转换元件位于输入装置与输出装置之间，为一可旋转棱镜。该驱动装置用以驱动光路转换元件转动，使得光束传输路径发生改变，实现光路转换。

Description

机械式光学开关

【技术领域】

本实用新型是关于一种光学开关装置，尤其涉及一种机械式光学开关。

【背景技术】

光学开关是一种具有一个或多个可选择的传输埠，可对光传输线路或集成光路中的诸信号通路进行相互转换和逻辑操作的器件，可用于光纤通信系统、光纤网络、光纤测量系统和光纤传感系统中，起到光路转换的作用，是光通信领域中不可缺少的重要元件。

根据光学开关的工作原理，可将它分为非机械式光学开关与机械式光学开关两大类。其中，非机械式光学开关主要依靠电光效应、磁光效应、声光效应或热效应改变波导折射率以使光路发生改变，具有开关时间短、体积小便于光集成和光电集成的特点。但是，此类光学开关插入损耗大、隔离度低，且技术尚不成熟，制造成本较高。机械式光学开关是利用机械、电磁方式等使光纤或光元件发生移动，从而实现光束在不同输出埠之间的切换。此类光学开关插入损耗低、隔离度高，是目前应用最广泛的光学开关。

如图1所示，中国专利第00240684号揭示了一种机械式光学开关。该光学开关包括一输入输出端10、一棱镜组12和平面反射镜组13。该输入输出端10中包括三根光纤101、102、103和准直透镜104，其中光纤101为输入光纤，光纤102与103为输出光纤。该棱镜组12包含两个棱镜121与122。该平面反射镜组13包含两个平面反射镜131与132，并位于输入输出端10相对应的另一端，其中平面反射镜132位置固定，棱镜121与122设置于输入输出端10与平面反射镜组之间，平面反射镜131可于一定范围内移动，且位于棱镜组12与平面反射镜132之间，通过集电器开关(图未示)或相应传动装置(图未示)带动平面反射镜131移出或移入光路。

准直透镜104用以准直(聚焦)三光纤的输出光束(输入光束)，当光纤101发出光束时，该光束可经过棱镜121、122到A点处，在A点处放入活动平面反射镜131，活动平面反射镜131将光纤101发出的光束反射，再通过棱镜122、121回到光纤102；活动平面反射镜131是置于集电器开关上或相应的传动装置上。当活动平面反射镜131移出光路，即处于131′位置时，光纤101发出的光束继续向前到达B处，B处的固定平面反射镜132将光纤101出射的光束反射经棱镜122、121后回到光纤103，以实现光路的切换。但是，此光学开关通过移动活动平面反射镜达成光路的切换，活动平面反射镜只有两种状态，即移入光路或移出光路，如欲实现1×n的光学开关，则需使用n-1个活动平面反射镜，从而结构复杂、制造难度大，增加找光、调光等调节环节，开关速度相对较低，影响光信号传输品质。

如图2所示，美国专利第5,420,946号揭示了一种移动光学元件型光学开关。该光学开关包括一输入端14、一反射装置15和多个输出端16。其中，输入端14包括一输入光纤141和一渐变折射率透镜142，该渐变折射率透镜142用以准直输入光纤141输入的光束至反射装置15。反射装置15包括一基底151、一设置于基底151的反射镜152，且其与经渐变折射率透镜142准直的光束成45度夹角。该基底151底部具有一个孔153，其可与驱动机构的连杆(图未示)配合以驱动该反射装置15转动，为使反射装置15转动时输入光纤141的输入光束能耦合至输出端16，该孔153与渐变折射率透镜142的中心轴共线，且该反射装置15可以该中心轴为轴旋转。多个输出端16分别包括输出光纤161，且各光纤161分别与一个渐变折射率透镜162相配合，该多个输出端16沿与孔153和渐变折射率透镜142共轴的圆周固定排列。

输入光纤141输入的光束经渐变折射率透镜142准直输入至反射镜152，通过旋转至不同位置的反射镜152反射后可耦合至不同输出端16，达成光路切换的目的。但是，此光学开关结构复杂，各输出端16必须精确分布于输入端的四周，光路切换时反射装置15旋转角度的精度要求高，且每一输出端16均具一个渐变折射率透镜162，使得该光学开关成本较高，同时亦难于向小型化方向发展。

【发明内容】

本实用新型的目的在于提供一种结构紧凑、制程简单、成本低、开关速度高的机械式光学开关。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：提供一种机械式光学开关，其包括一输入装置、一输出装置、一光路转换元件和一驱动装置。该输入装置包括一输入光纤、一固持输入光纤的光纤插针和一第一准直透镜，该第一准直透镜用以准直从输入光纤输入的光信号。该输出装置包括多根输出光纤、一固持多根输出光纤的多光纤插针、一第二准直透镜和光纤固持器，该第二准直透镜用以准直会聚上述光信号至该多根输出光纤。该光路转换元件位于输入装置与输出装置之间，是一个旋转棱镜。该驱动装置用以驱动光路转换元件转动，使得光束传输路径发生改变，实现光路转换。

与现有光学开关装置相比较，本实用新型的光学开关通过一个多光纤插针固持多根光纤，且该多根光纤共享一个准直透镜，从而结构紧凑、制程简单、易于实现小型化，同时可降低光学开关的生产成本。

【附图说明】

下面结合附图和实施例对本实用新型作更详细的说明。

图1是现有机械式光学开关的光路图。

图2是另一现有机械式光学开关的立体图。

图3是本实用新型机械式光学开关的立体图。

图4是本实用新型机械式光学开关沿IV-IV剖面图。

图5是本实用新型机械式光学开关沿V-V剖面图。

图6A、图6、图6C分别是本实用新型机械式光学开关的多光纤插针左侧视图、剖面图、右侧视图。

图6D、图6E分别是本实用新型机械式光学开关的多光纤插针内芯的剖面图、右视图。

图7是本实用新型机械式光学开关的光路图。

【具体实施方式】

如图3至图6所示，本实用新型机械式光学开关100包括一输入装置200、一输出装置300、一光路转换元件400和一驱动装置500。该机械式光学开关100进一步包括一底座600，该底座600用以固持上述各装置。工作时，该光路转换元件400在驱动装置500控制下使输入光纤201的输入光传输至任一输出光纤301。

该输入装置200固定在一自基板601延伸的固定台602上，其包括一输入光纤201、一固持输入光纤201的光纤插针210和一第一准直透镜220。该第一准直透镜220用以准直从输入光纤201输入的光信号至光路转换元件400，该第一准直透镜220可采用具准直功能的光学元件，例如自聚焦透镜、模铸透镜等。该光纤插针210大致为圆柱状，其中空部位211用以容纳输入光纤201，且其输出端面212与输入光纤201的末端一同研磨成6°～8°的倾斜面，并与第一准直透镜的输入端面221相平行，以提高回波损耗。该光纤插针210和第一准直透镜220对准后套装固持在一石英套管230中，为进一步保护该输入装置200，在石英套管230外套设一金属套管240。

该输出装置300包括多根输出光纤301、一固持该多根输出光纤301的多光纤插针、一第二准直透镜320和光纤固持器350。该第二准直透镜320用以准直会聚上述光信号至该多根输出光纤301，其结构与第一准直透镜类似，其输入端面321平行于多光纤插针的输出端面312。如图6A至图6E所示，该多光纤插针包括内芯310与套管313，该内芯310外表面开设有多个均匀分布的凹槽311，以收容固持光纤301的裸纤部分302，该套管313是套设在内芯310外，以进一步固定光纤301。该光纤固持器350包括一套圈351和支撑元件353，套圈351套在支撑元件353外，所形成的中空部位352可收容固持输出光纤301，可用环氧胶固定输出光纤301。该光纤固持器350亦可用环氧胶固定在多光纤插针的一端。为保护该多光纤插针，在其外依次套设一石英套管330与一金属套管340。

该光路转换元件400位于输入装置200与输出装置300之间，为一可旋转棱镜，该光路转换元件400大致为圆柱状结构，其输入端面401与输入的平行光束互相垂直，其输出端面402设置成一特定倾角。该倾角可使输出端面402输出的光束偏转为与光轴成一特定微小角度的平行光束。

该驱动装置500包括一第一转动装置501、与其配合的第二转动装置502和外部控制装置。该第一、第二转动装置可为齿轮，该第一转动装置501具一第一齿区503与一轴承510，该第一转动装置501内开设一中空通孔511，该中空通孔511用以收纳固持上述光路转换元件400，使得光路转换元件400随第一转动装置501的转动而转动。该第二转动装置502具一第二齿区504与一传动轴505，其齿区504与第一转动装置的第一齿区503相互配合。当外部控制装置驱动时，第二转动装置的传动轴505驱动第二齿区504转动，第二齿区504将驱动与之配合的第一齿区503发生相应转动，从而使得固持在第一转动装置501的光路转换元件400旋转一定角度。

该底座600包括一基板601和由基板601往上延伸的四个固定台602、603、604和605。该固定台602与603结构一样，其顶部均具一凹槽610，两个凹槽610分别收纳固持输入装置200与输出装置300。该固定台604具一圆孔612，以收纳第二转动装置502的传动轴505。该固定台605具一支撑台613和两个由其往上延伸的支撑板614、615。该支撑板614、615在相对位置上分别开设一通孔616、617，上述轴承510分别收容在该通孔616、617中。

图7是本实用新型机械式光学开关100的光路示意图。输入光纤201输入的光束经第一准直透镜220准直后成为平行光束，该平行光束通过一光路转换元件400偏转为与光轴成一特定微小角度的平行光束，该特定方向的平行光束经准直透镜320会聚至多根输出光纤301之一根输出光纤中。当光路转换元件400在外界作用下发生旋转时，平行光束经旋转至不同位置的光路转换元件400转变为不同方向的平行光束，该不同方向的平行光束分别聚焦至多根输出光纤301的不同输出光纤中，从而实现光路转换。由此，本实用新型机械式光学开关100可实现输入光纤201与多根输出光纤301之间的光路转换。

Claims (10)

1.一种机械式光学开关，包括一输入装置、一输出装置、一光路转换元件、一驱动装置，该输入装置包括一输入光纤、一固持输入光纤的光纤插针和一第一准直透镜，该输出装置包括多根输出光纤、一固持该多根输出光纤的多光纤插针和一第二准直透镜，该光路转换元件位于输入装置与输出装置之间，其特征在于该光路转换元件包括一棱镜，该棱镜在驱动装置的作用下旋转，而将输入光纤输入的光束选择性地传输到任意一输出光纤中。

2.如权利要求1所述的机械式光学开关，其特征在于该驱动装置包括一第一转动装置，该第一转动装置具一中空通孔，该光路转换元件收纳固持于上述第一转动装置之中空通孔中，并可随第一转动装置之转动而相应旋转。

3.如权利要求1所述的机械式光学开关，其特征在于该多光纤插针进一步包括一内芯、一套管，该内芯上均匀开设有多个用于容纳光纤的凹槽，该套管套设于该内芯外。

4.如权利要求2所述的机械式光学开关，其特征在于该驱动装置进一步包括一第二转动装置，该第二转动装置与第一驱动装置相互卡合，驱动第一转动装置转动。

5.如权利要求4所述的机械式光学开关，其特征在于该第一、第二转动装置为齿轮。

6.如权利要求4所述的机械式光学开关，其特征在于第二转动装置具一传动轴，该第二转动装置由外部控制装置驱动。

7.如权利要求1所述的机械式光学开关，其特征在于输出装置中进一步包括一光纤固持器，其通过胶固定于多光纤插针的一端。

8.如权利要求7所述的机械式光学开关，其特征在于该输出装置的光纤固持器包括一套圈和一支撑元件，该套圈套设于该支撑元件外侧，所成中空部位可进一步固持输出光纤。

9.如权利要求1所述的机械式光学开关，其特征在于该输入装置和输出装置均包括一内套管和一外套管，该内套管套设光纤插针和准直透镜，该外套管套设于内套管外侧。

10.如权利要求1所述的机械式光学开关，其特征在于该机械式光学开关进一步包括一底座，其固持该输入装置、输出装置、光路转换元件和驱动装置。

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