CN2570814Y

CN2570814Y - 机械式光开关

Info

Publication number: CN2570814Y
Application number: CN 02248463
Authority: CN
Inventors: 常泽洲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-09-29
Filing date: 2002-09-29
Publication date: 2003-09-03
Anticipated expiration: 2012-09-29

Abstract

本实用新型涉及一种机械式光开关，其壳体内装有一个准直器、一个反射镜及可带动其小角度偏转的驱动装置；该驱动装置包括装在壳体内的可移动磁铁和铁磁性材料制成的两个限位器；可移动磁铁的两侧端面以及两个限位器各自与可移动磁铁相对的端面共四个端面中至少有一个为小角度倾斜端面；其中平面反射镜固定在可移动磁铁上，由准直器发出的光束可射到该平面反射镜上；并在至少一个限位器的外围缠绕有电磁线圈。电磁线圈通电时产生的磁力可带动可移动磁铁在两个限位器之间移动，由紧贴一个端面变为紧贴另一个端面，从而使反射镜的角度产生偏转，实现光路切换。本实用新型用上述结构的驱动装置来代替现有的继电器，可大大减小产品的体积。

Description

机械式光开关

技术领域

本实用新型涉及一种光学开关装置，特别涉及一种机械式光开关。

背景技术

光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。光开关可用于光纤通信系统、光纤网络系统、光纤测量系统或仪器以及光传感系统，起到开关切换的作用。

光开关种类较多，性能各有优缺点，其中机械式光开关得到了广泛的使用。目前市场上的机械式光开关，一般是采用如图1和图2所示的方案，其中单光纤准直器101中设有输入端口1，双光纤准直器102中设有两个输出端口2、3。

在图1中，由单光纤准直器101输入的光直接射入到双光纤准直器102的端口2，实现由端口1到端口2的传送。

在图2中，引入了一个有折射作用的棱镜103，通过调节棱镜到适当的位置和姿态，因棱镜的光学折射作用，使得由单光纤准直器101输入的光射入到双光纤准直器102的端口3，实现由端口1到端口3的传送。

可见，当棱镜由从光路外切入光路中，即可实现切换，由端口1到端口2变为端口1到端口3，折射棱镜的切入与退出实现了开关切换功能。

为了驱动棱镜的切入与退出，目前普遍采用的方案是使用成品继电器作为驱动装置，控制机械组件的运动，其输入端口与输出端口分别位于光开关的两端。这种光开关的结构、外形以及管脚功能均受继电器的限制，继电器所占空间的比例很大；在系统中安装这种光开关时，光开关本身和光纤线需要占用很大的空间。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有机械式光开关的上述缺陷，提供一种新的机械式光开关，用体积更小的驱动装置来代替继电器，使产品的体积更小，使用更方便，并且性能更稳定。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种机械式光开关，其特征在于，其壳体内装有一个准直器、一个平面反射镜及可带动所述平面反射镜小角度偏转的驱动装置；所述准直器的透镜端面与所述平面反射镜的反射面相对并相距适当距离，准直器的另一端伸出所述壳体并至少可连接一根输入光纤和一根输出光纤；所述平面反射镜可将由所述准直器的输入光纤发出的光束反射到对应的输出光纤。

在本实用新型所述的机械式光开关中，为减小体积，其驱动装置采用电磁线圈带动磁铁的方式，所述驱动装置包括装在所述壳体内的第一限位器、可移动磁铁和第二限位器，所述第一、第二限位器为铁磁性材料；所述准直器、第一限位器、平面反射镜、可移动磁铁以及第二限位器大致按同一中心线依次排列；所述可移动磁铁的两侧端面以及所述第一、第二限位器各自与所述可移动磁铁相对的端面共四个端面中至少有一个为小角度倾斜端面；所述平面反射镜固定装在可移动磁铁的与所述第一限位器相对的端面上，所述第一限位器为中空结构，由所述准直器发出的光束可穿过所述第一限位器射到所述平面反射镜上；所述第一、第二限位器中至少有一个的外围缠绕有电磁线圈。所述电磁线圈通电时产生的磁力可带动所述可移动磁铁在所述第一、第二限位器之间移动，由紧贴一个端面变为紧贴另一个端面，因其中至少有一个是倾斜端面，从而使平面反射镜的角度产生偏转，最终实现所需光路切换，完成光开关功能。

在本实用新型所述的机械式光开关中，还可将所述第一限位器、可移动磁铁以及第二限位器大致按同一中心线依次排列，所述准直器的中轴线与所述中心线垂直；所述平面反射镜固定装在所述可移动磁铁的与所述中心线平行的侧面上，其它结构可不作变化，同样可实现上述光路切换。

与现有技术的光开关相比，本实用新型的机械式光开关的输入端口和输出端口在同一端，使用和安装更为方便；因其驱动装置采用可缠绕电磁线圈的铁磁性限位器取代了原来的继电器，运动器件减少，大大减小了整个光开关的体积；另外，驱动装置中电磁线圈的通电引线可以是两根或四根，使信号控制管脚的布局更为合理。整个光开关的生产工艺简单，便于实现系列化产品。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1和图2是现有技术中的一种机械式光开关的工作原理示意图；

图3和图4是本实用新型中1×2机械式光开关的两种工作状态原理图；

图5和图6是本实用新型中1×1机械式光开关的两种工作状态原理图；

图7和图8是本实用新型中2×2A/D机械式光开关的两种工作状态原理图；

图9是本实用新型优选实施例一中利用图3和图4中所示原理的机械式光开关的结构示意图。

图10是本实用新型优选实施例二中利用图3和图4中所示原理的机械式光开关的结构示意图。

图11是本实用新型优选实施例三中利用图3和图4中所示原理的机械式光开关的结构示意图。

具体实施方式

一、1×2机械式光开关

如图3和图4所示，其中的准直器204为三光纤准直器，其右面是一个平面反射镜205。该准直器中有三根光纤201、202和203。如果这三根光纤同时输入，则它们输入的光会射到反射镜205表面上的同一点。

从图3中可以看出，实际光路并不是从三根光纤中同时出射平行光，而是仅从光纤201出射准直光束，光束射到平面反射镜205的上斜面的A点后，被双斜面平面反射镜205反射到光纤202，经光纤202输出。实现由光纤201到光纤202的传送。

当采用驱动装置使平面反射镜205的姿态偏转到如图4所示的位置后，由光纤201出射的准直光束将射到平面反射镜205上的B点处，被平面反射镜205反射到光纤203，经由光纤203输出。

如果将光纤201作为端口1，光纤202和203分别作为端口2、3，通过上述方式改变平面反射镜的姿态，即可实现端口1到端口2、端口1到端口3这两种传送方式之间的相互转换，即形成1×2开关。

二、1×1机械式光开关

如图5和图6所示，其中的准直器303为双光纤准直器，其右面是一个平面反射镜304。该准直器中有两根光纤301和302。如果这两根光纤同时输入，则它们输入的光会射到反射镜304表面上的同一点。

从图5中可以看出，实际光路并不是从两根光纤中同时出射平行光，而是仅从光纤301出射准直光束，光束射到平面反射镜304上的C点后，反射到光纤302，经光纤302输出，实现由光纤301到光纤302的传送。

当采用驱动装置使平面反射镜304的姿态偏转到如图6所示的位置后，由光纤301出射的准直光束将射到平面反射镜304上的D点处，被平面反射镜304反射后，偏离光路，不再由光纤302输出。

如果将光纤301作为端口1，光纤302作为端口2，通过上述方式改变平面反射镜的姿态，即可实现在端口1存在输入光的条件下，端口2有输出光和没有输出光这两种方式之间的相互转换，即形成1×1开关。

三、2×2A/D(add/drop)机械式光开关

如图7和图8所示，其中的准直器405为四光纤准直器，其右面是一个平面反射镜406。该准直器中有四根光纤401、402、403和404。如果这四根光纤同时输入，则光纤401、403输入的光会射到反射镜406表面上的同一点；光纤402、404输入的光会射到反射镜406表面上的另一点。

从图7中可以看出，实际光路并不是从四根光纤中同时出射平行光，而是仅从光纤401和402出射准直光束，光束分别射到平面反射镜406上的E点和F点后，被平面反射镜406分别反射到光纤403和404，经光纤403和404输出。实现由光纤401到光纤403以及光纤402到光纤404的传送。

当采用驱动装置使平面反射镜406的姿态偏转到如图8所示的位置后，由光纤401和402出射的准直光束将分别射到平面反射镜406上的G点和H点处，被平面反射镜406反射后，由光纤401入射的准直光束由光纤404出射，而由光纤402入射的准直光束则偏离出光路，不能输出。

如果将光纤401作为端口1，光纤402、403和404作为端口2、3、4，通过上述方式改变平面反射镜的姿态，即可实现端口1到端口3、端口2到端口4与端口1到端口4这两种传送方式之间的相互转换，即形成2×2A/D(add/drop)开关。

四、1×2机械式光开关的优选实施例

如图9所示，其中，第一限位器由中空钢环506及其外围缠绕的电磁线圈502组成，第二限位器由铁芯503和电磁线圈509组成；两个电磁线圈502、509的通电线由开关壳体510左侧的导线501引出；平面反射镜505装在可移动磁铁504的其中一面，并与准直器507的透镜端面相对，准直器的右端为三根输入输出光纤508。

使用时，可以在同一时刻只对一个线圈通电，当电磁线圈509通电时，电磁线圈502未通电，此时铁芯503上的电磁线圈509通电后产生的磁力将可移动磁铁504吸引到左边并紧贴铁芯的倾斜端面。此时可移动磁铁504处于正常位置，由准直器507的输入光纤1入射的准直光束到达平面反射镜505反射后经输出光纤2输出，即此时的光路为端口1到端口2。

当电磁线圈502通电时，电磁线圈509断电，此时中空钢环506上的电磁线圈502通电后产生的磁力可驱动可移动磁铁504改变位置，将可移动磁铁吸引到右边并紧贴中空钢环506的倾斜端面，同时可移动磁铁的角度发生了偏转，由上部向左的倾斜方向变成了上部向右的倾斜方向，此时由准直器507的输入光纤1入射的准直光束将射到平面反射镜505的表面，反射后经输出光纤3输出，此时的光路为端口1到端口3。

可见，通过输入适当的控制信号，即可完成输出光路由2到3的转换。实际上，也可以同时对两个线圈通电，但此时要求两个线圈通电后产生的磁场方向一致，即一个对可移动磁铁504产生吸力，另一对可移动磁铁504产生推力。上述机械式光开关中的三光纤准直器507可换成双光纤准直器或四光纤准直器，其原理已在前面介绍，此处不再赘述。

上述两个限位器中可以只在一个的外围缠绕电磁线圈，例如在第二限位器只有铁芯503，没有电磁线圈，此时对第一限位器的电磁线圈502通一个方向的电流时，可对可移动磁铁504产生吸力；再通以另一个方向的电流时，即可产生推力。

本实用新型在实现光路切换时所需的驱动电流可以是时间很短暂的触发脉冲，只需几个毫秒，器件开关状态的保持是靠可移动磁铁与第一、第二限位器之间磁力的作用实现的。

图9中所示仅为本实用新型机械式光开关的放大结构示意图，实际上各器件之间的距离可设计得极小，例如0.5-1毫米；同时两个倾斜面与垂直线之间的角度可设为1-3°。通过选择准直器入射光束的方向，还可以将铁芯503的端面设计为非倾斜面结构，此时平面反射镜将在垂直方向与上部向右的倾斜方向之间变化，同样可实现光路切换功能。

本实用新型中，还可将图9中的可移动磁铁504的两侧端面设计为至少有一侧为小角度倾斜端面，如图10所示，可移动磁铁504的左侧为小角度倾斜端面，右侧与中心线垂直；此时第一、第二限位器506、503的相互面对的端面都与中心线垂直，其它结构可不作变化。当可移动磁铁在第一、第二限位器之间移动，由紧贴一个端面变为紧贴另一个端面时，同样可使平面反射镜的角度产生偏转，最终实现所需光路切换，完成光开关功能。

本实用新型还可以采用另一种结构，如图11所示，即第一限位器506、可移动磁铁504以及第二限位器503大致按同一中心线依次排列；准直器507与这一中心线垂直摆放，平面反射镜505固定装在可移动磁铁504的面对准直器507的端面上；可移动磁铁504与两个限位器接触的两侧端面中至少有一侧为小角度倾斜端面，第一、第二限位器506、503的相互面对的端面与中心线垂直，其它结构可不作变化。当可移动磁铁504在两个限位器之间移动，由紧贴一个端面变为紧贴另一个端面时，同样也可使平面反射镜505的角度产生偏转，最终实现所需光路切换，完成光开关功能。

Claims

1、一种机械式光开关，其特征在于，其壳体内装有一个准直器、一个平面反射镜及可带动所述平面反射镜小角度偏转的驱动装置；所述准直器的透镜端面与所述平面反射镜的反射面相对并相距适当距离，准直器的另一端伸出所述壳体并至少可连接一根输入光纤和一根输出光纤；所述平面反射镜可将由所述准直器的输入光纤发出的光束反射到对应的输出光纤。

2、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于，所述驱动装置包括装在所述壳体内的第一限位器、可移动磁铁和第二限位器，所述第一、第二限位器为铁磁性材料；所述准直器、第一限位器、平面反射镜、可移动磁铁以及第二限位器大致按同一中心线依次排列；所述可移动磁铁的两侧端面以及所述第一、第二限位器各自与所述可移动磁铁相对的端面共四个端面中至少有一个为小角度倾斜端面；所述平面反射镜固定装在可移动磁铁的与所述第一限位器相对的端面上，所述第一限位器为中空结构，由所述准直器发出的光束可穿过所述第一限位器射到所述平面反射镜上；所述第一、第二限位器中至少有一个的外围缠绕有电磁线圈。

3、根据权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于，所述驱动装置包括装在所述壳体内的第一限位器、可移动磁铁和第二限位器，所述第一、第二限位器为铁磁性材料；所述第一限位器、可移动磁铁以及第二限位器大致按同一中心线依次排列，所述准直器的中轴线与所述中心线垂直；所述可移动磁铁的两侧端面以及所述第一、第二限位器各自与所述可移动磁铁相对的端面共四个端面中至少有一个为小角度倾斜端面；所述平面反射镜固定装在所述可移动磁铁的与所述中心线平行的侧面上；所述第一、第二限位器中至少有一个的外围缠绕有电磁线圈。

4、根据权利要求2或3所述的机械式光开关，其特征在于，所述平面反射镜的反射面与可移动磁铁的两侧端面相互平行；所述第一、第二限位器的相互面对的端面中只有一个是小角度倾斜端面，另一个是与所述中心线垂直的端面。

5、根据权利要求2或3所述的机械式光开关，其特征在于，所述平面反射镜的反射面与可移动磁铁的两侧端面相互平行；所述第一、第二限位器的相互面对的端面都是小角度倾斜端面，并且倾斜方向相反。

6、根据权利要求2或3所述的机械式光开关，其特征在于，所述可移动磁铁的其中一个端面为小角度倾斜端面，另一端面与所述中心线垂直；所述第一、第二限位器的相互面对的端面与所述中心线垂直。

7、根据权利要求2或3所述的机械式光开关，其特征在于，所述可移动磁铁的两个端面都是小角度倾斜端面，并且倾斜方向相反；所述第一、第二限位器的相互面对的端面与所述中心线垂直。

8、根据权利要求2或3所述的机械式光开关，其特征在于，所述准直器内含有三根光纤，其伸出端可连接一根输入光纤和两根输出光纤。

9、根据权利要求2或3所述的机械式光开关，其特征在于，所述准直器内含有两根光纤，其伸出端可连接一根输入光纤和一根输出光纤。

10、根据权利要求2或3所述的机械式光开关，其特征在于，所述准直器内含有四根光纤，其伸出端可连接两根输入光纤和两根输出光纤。