專利名稱：電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)，主要應(yīng)用于光通信系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、光纖測(cè)量系統(tǒng)或儀器以及光纖傳感系統(tǒng)中的光信號(hào)的交換。
背景技術(shù)：
在光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，信息的傳輸是通過(guò)光信號(hào)在光纖中的傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)。雖然光信號(hào)在光纖中的傳輸與電信號(hào)在金屬導(dǎo)線中的傳輸有一定的相似之處，然而眾所周知的是將光信號(hào)從輸入光纖切換到不同的輸出光纖中要比電信號(hào)通過(guò)電子開(kāi)關(guān)的切換要難得多。
電信號(hào)在金屬導(dǎo)線中傳輸時(shí)可以非常容易地實(shí)現(xiàn)連接，而光信號(hào)要從輸入光纖進(jìn)入輸出光纖必須要有非常精確的耦合，否則光強(qiáng)的損失將非常嚴(yán)重?，F(xiàn)在在光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中普遍使用的單模光纖的橫截面非常小，它的纖芯直徑僅為9微米左右，而且它的可接收的角度(數(shù)值孔徑)也非常小，為了確保傳輸效率，入射光必須位于纖芯的數(shù)值孔徑以內(nèi)。因此，用于將輸入光切換到不同輸出端口的光開(kāi)關(guān)必須要有非常高的精度。
由于光開(kāi)關(guān)的應(yīng)用非常廣泛，在在先技術(shù)中，有很多關(guān)于光開(kāi)關(guān)的發(fā)明專利。美國(guó)專利US4589726，提供的“旋轉(zhuǎn)式光開(kāi)關(guān)”，該專利主要應(yīng)用于二路輸入光和二路輸出光(2×2)光開(kāi)關(guān)，用步進(jìn)電機(jī)將一直角棱鏡旋轉(zhuǎn)90度來(lái)完成光路的切換。該發(fā)明存在著如下一些問(wèn)題，首先是步進(jìn)電機(jī)的切換速度很慢，切換時(shí)間通常在15毫秒以上，而現(xiàn)代通信系統(tǒng)對(duì)光開(kāi)關(guān)切換時(shí)間的要求通常在10毫秒以下；其次該發(fā)明只采用了一只棱鏡，在調(diào)整中存在著很棘手的光路相互干涉的問(wèn)題，由于光路的切換是通過(guò)棱鏡在相互垂直的兩個(gè)方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)保證的，當(dāng)調(diào)整好一個(gè)方向之后，就很難保證另一個(gè)方向上光路的耦合，而且光路的調(diào)整非常耗費(fèi)時(shí)間，因此該發(fā)明在可制造性上存在很大的問(wèn)題。
美國(guó)專利US5436986，提供的“用于光纖之間信號(hào)交換的設(shè)備和方法”，該發(fā)明通過(guò)兩個(gè)相對(duì)的直角面鍍反射膜的等腰直角棱鏡的移入和移出光路來(lái)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)交換。在該發(fā)明中，由于在棱鏡移出光路時(shí)一個(gè)棱鏡必須位于兩個(gè)自聚焦透鏡之間，因此兩個(gè)自聚焦透鏡之間的距離相對(duì)較寬，從而導(dǎo)致整個(gè)開(kāi)關(guān)的尺寸變得很大，不能滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)尺寸要求越來(lái)越小的需求；其次，該發(fā)明中每個(gè)棱鏡需要在兩個(gè)直角面上鍍高反膜增加了開(kāi)關(guān)的成本；另外，在該發(fā)明中光信號(hào)的輸入端和輸出端位于開(kāi)關(guān)的兩側(cè)，不便于光通信系統(tǒng)中對(duì)開(kāi)關(guān)的集成。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)，包括有基板1，在基板1上置有基座12和繼電器11，在基座12上固定有固定棱鏡基座8，在固定棱鏡基座8上置有等腰直角棱鏡形的固定棱鏡7。在基座12上，對(duì)著固定棱鏡7的斜面固定有準(zhǔn)直器夾具5。在準(zhǔn)直器夾具5內(nèi)，置有第一入射準(zhǔn)直器3，如圖1、2和3所示?；蛘咧糜械谝蝗肷錅?zhǔn)直器3和第二入射準(zhǔn)直器13如圖4、5和6所示。在準(zhǔn)直器夾具5內(nèi)，同時(shí)還置有第一出射準(zhǔn)直器4和第二出射準(zhǔn)直器2。所有的準(zhǔn)直器，包括第一入射準(zhǔn)直器3、第二入射準(zhǔn)直器13、第一出射準(zhǔn)直器4和第二出射準(zhǔn)直器2的中心軸線都相互平行，并且都垂直于固定棱鏡7的斜面。在基座12上還固定有門框形檔板10。有一懸臂梁9一端固定在繼電器11上，由門框形檔板10的門框內(nèi)穿過(guò)，另一端固定有等腰直角棱鏡形的活動(dòng)棱鏡6。當(dāng)活動(dòng)棱鏡6置于光路中時(shí)，活動(dòng)棱鏡6是置入在準(zhǔn)直器夾具5與固定棱鏡7之間，而且活動(dòng)棱鏡6的斜面對(duì)著準(zhǔn)直器夾具5，與上述各準(zhǔn)直器2、3、4和13的中心軸線垂直?；顒?dòng)棱鏡6的直角棱線垂直于固定棱鏡7的直角棱線。如圖1、2、3、4、5和6所示。
所說(shuō)的固定棱鏡7和活動(dòng)棱鏡6均是等腰直角棱鏡形，它們的斜面為光入射面，都鍍有增透膜。兩直角平面均為反射面。本實(shí)用新型中是利用等腰直角棱鏡的全反射特性，將活動(dòng)棱鏡6和固定棱鏡7置放在兩直角平面對(duì)入射光束為全反射角的位置。當(dāng)然也可以在兩直角平面上鍍有增反射膜，但這樣就增加了制造成本。
上面所說(shuō)的活動(dòng)棱鏡6是固定在懸臂梁9的一端上，懸臂梁9的另一端固定在繼電器11上，由繼電器11的吸合或斷開(kāi)，使懸臂梁9落下或抬起，帶動(dòng)活動(dòng)棱鏡6在垂直方向上落入光路中或離開(kāi)光路。這種結(jié)構(gòu)可以稱為是懸臂式結(jié)構(gòu)。也可以是另一種推拉式結(jié)構(gòu)，在準(zhǔn)直器夾具5與固定棱鏡7之間的基座12上置有導(dǎo)軌，在導(dǎo)軌上置有由繼電器驅(qū)動(dòng)的滑塊，將活動(dòng)棱鏡6置放在滑塊上。當(dāng)繼電器吸合或斷開(kāi)時(shí)，使滑塊在導(dǎo)軌上，來(lái)回移動(dòng)，帶著滑塊上的活動(dòng)棱鏡6移入光路，或移出光路。
下面詳細(xì)描述上面所述的結(jié)構(gòu)。
1. 1×2電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)所說(shuō)的1×2就是一路是輸入光，有二路輸出光。本實(shí)用新型的1×2電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3所示，它包括基板1，置于基板1之上的基座12和繼電器11；置于基座12左側(cè)(按圖示方向)有準(zhǔn)直器夾具5，置于基座12后側(cè)有固定棱鏡基座8，置于基座12上有門框形擋板10；有一端固定于繼電器11上的懸臂梁9；置于準(zhǔn)直器夾具5內(nèi)有第一入射準(zhǔn)直器3，有與第一入射準(zhǔn)直器3中心軸線相平行的第一出射準(zhǔn)直器4和第二出射準(zhǔn)直器2；置于固定棱鏡基座8上有固定棱鏡7；固定于懸臂梁9的另一端有活動(dòng)棱鏡6。
繼電器3選為單刀雙擲。
如圖2、圖3所示，當(dāng)繼電器11通電后，繼電器11的線圈產(chǎn)生的磁力吸合活動(dòng)端子帶動(dòng)懸臂梁4另一端的活動(dòng)棱鏡6插入光路中。此時(shí)入射光經(jīng)過(guò)第一入射準(zhǔn)直器3從活動(dòng)棱鏡6的斜面入射，經(jīng)過(guò)活動(dòng)棱鏡6的第一直角面和第二直角面的兩次全反射，光束再次穿過(guò)活動(dòng)棱鏡6的斜面，并經(jīng)過(guò)第二出射準(zhǔn)直器2出射。
如圖1所示，當(dāng)繼電器11斷電后，繼電器11維持吸合作用的電磁力消失，簧片帶動(dòng)活動(dòng)端子反彈，從而帶動(dòng)懸臂梁9另一端的活動(dòng)棱鏡6移出光路。此時(shí)，入射光經(jīng)過(guò)第一入射準(zhǔn)直器3穿過(guò)固定棱鏡7的斜面入射，在豎直面上經(jīng)過(guò)固定棱鏡7的第一直角面和第二直角面的兩次全反射，光束再次穿過(guò)固定棱鏡7的斜面，并經(jīng)過(guò)第一出射準(zhǔn)直器4出射。當(dāng)懸臂梁9被彈起時(shí)，因有門框形擋板10的門框擋牢，不致于由彈起的沖力損壞懸臂梁9和活動(dòng)棱鏡6。而且使懸臂梁9彈起的路程短，當(dāng)繼電器11再次吸合時(shí)，能夠迅速返回。
2. 2×2電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)所說(shuō)的2×2即是輸入有二路光，輸出也有二路光。本實(shí)用新型的2×2電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4、圖5、圖6所示，它所包括的如同上述，有基板1，置于基板1之上有基座12和繼電器11；置于基座12上有準(zhǔn)直器夾具5，置于基座12上有固定棱鏡基座7，固定于基座12上有門框形擋板10；一端固定于繼電器11上的懸臂梁9，置于固定棱鏡基座7上有固定棱鏡7；固定于懸臂梁4另一端有活動(dòng)棱鏡6。與上述1×2電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)所不同的是，在準(zhǔn)直器夾具5中，除了有中心軸線相互平行的第一入射準(zhǔn)直器3、第一出射準(zhǔn)直器4和第二出射準(zhǔn)直器2外，還有中心軸線與上述準(zhǔn)直器3、4、2中心軸線相互平行的第二入射準(zhǔn)直器13。如圖4、5、6所示第一、第二兩入射準(zhǔn)直器3、13使入射光變成平行光束射進(jìn)活動(dòng)棱鏡6或固定棱鏡7；第一、第二兩出射準(zhǔn)直器4、2，使出射光束會(huì)聚，以避免產(chǎn)生發(fā)散的損耗。
繼電器11也選為單刀雙擲。
如圖5、圖6所示，當(dāng)繼電器11通電后，線圈產(chǎn)生的磁力吸合帶動(dòng)懸臂梁9另一端的活動(dòng)棱鏡6插入光路中。此時(shí)第一束入射光經(jīng)過(guò)第一入射準(zhǔn)直器3從活動(dòng)棱鏡6的斜面入射，在水平面上先后經(jīng)過(guò)活動(dòng)棱鏡6的第一直角面和第二直角面的兩次全反射，光束再次穿過(guò)活動(dòng)棱鏡6的斜面，并經(jīng)過(guò)第二出射準(zhǔn)直器2出射；與此同時(shí)，第二束入射光經(jīng)過(guò)第二入射準(zhǔn)直器13從活動(dòng)棱鏡6的斜面入射，在水平面上先后經(jīng)過(guò)活動(dòng)棱鏡6的第二直角面和第一直角面的兩次全反射，光束再次穿過(guò)活動(dòng)棱鏡6的斜面，并經(jīng)過(guò)第一出射準(zhǔn)直器4出射。
如圖4所示，當(dāng)繼電器11斷電后，繼電器11維持吸合作用的電磁力消失，簧片帶動(dòng)活動(dòng)端子反彈，從而帶動(dòng)懸臂梁9另一端的活動(dòng)棱鏡6移出光路。此時(shí)，第一束入射光經(jīng)過(guò)第一入射準(zhǔn)直器3穿過(guò)固定棱鏡6的斜面入射，在豎直面上經(jīng)過(guò)固定棱鏡7的第一直角面和第二直角面的兩次全反射，光束再次穿過(guò)固定棱鏡7的斜面，并經(jīng)過(guò)第一出射準(zhǔn)直器4出射；與此同時(shí)，第二束入射光經(jīng)過(guò)第二入射準(zhǔn)直器13穿過(guò)固定棱鏡7的斜面入射，在豎直面上先后經(jīng)過(guò)固定棱鏡7的第二直角面和第一直角面的兩次全反射，光束再次穿過(guò)固定棱鏡7的斜面，并經(jīng)過(guò)第二出射準(zhǔn)直器2出射。
如上所述本實(shí)用新型1×2、2×2電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)活動(dòng)棱鏡6的驅(qū)動(dòng)還可以通過(guò)一維精密導(dǎo)軌來(lái)實(shí)現(xiàn)，就是上面所述的推拉式結(jié)構(gòu)。置于一維精密導(dǎo)軌滑塊之上有活動(dòng)棱鏡6，滑塊在導(dǎo)軌上的來(lái)回運(yùn)動(dòng)由繼電器驅(qū)動(dòng)。當(dāng)滑塊在繼電器的磁力的驅(qū)動(dòng)下被推向?qū)к壍囊粋?cè)，活動(dòng)棱鏡6移入光路；當(dāng)外接直流電源給出反向脈沖時(shí)，繼電器產(chǎn)生的電磁力反向，滑塊被推向?qū)к壍牧硪粋?cè)，活動(dòng)棱鏡6移出光路，從而實(shí)現(xiàn)了如上述的1×2、2×2的光開(kāi)關(guān)切換。
本實(shí)用新型采用了兩個(gè)等腰直角全反射棱鏡作為活動(dòng)棱鏡6和固定棱鏡7，利用直角棱鏡的兩直角平面的全反射原理來(lái)實(shí)現(xiàn)光路的交換。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理。與在先技術(shù)美國(guó)專利4589726的發(fā)明相比較，本實(shí)用新型由于采用了電磁驅(qū)動(dòng)活動(dòng)棱鏡切換時(shí)間短，典型的切換時(shí)間可達(dá)6毫秒，最大切換時(shí)間僅為10毫秒。插入損耗低，重復(fù)性好，回波損耗高。而且光路切換容易，操作方便；本實(shí)用新型由于采用了兩個(gè)全反射棱鏡，一固定、一活動(dòng)的結(jié)構(gòu)很好地解決了在光路準(zhǔn)直時(shí)的相互干涉問(wèn)題，調(diào)整時(shí)間短，生產(chǎn)效率得到了很大的提高。與在先技術(shù)美國(guó)專利5436986相比較，本實(shí)用新型中每個(gè)棱鏡僅需在斜面鍍抗反射膜即增透膜，節(jié)省了成本；其次，本實(shí)用新型中各準(zhǔn)直器2、3、4、13之間的距離很小，結(jié)構(gòu)緊湊，降低了開(kāi)關(guān)的尺寸；還有本實(shí)用新型將所有的入射準(zhǔn)直器3、13和出射準(zhǔn)直器4、2全部置入一個(gè)準(zhǔn)直器夾具5中，即入射端和出射端在一側(cè)，不僅優(yōu)化了空間布局，進(jìn)一步突出了結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小的優(yōu)點(diǎn)，非常便于系統(tǒng)的集成。


圖1.為本實(shí)用新型的1×2電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)在固定棱鏡7通光時(shí)的總體示意圖圖2.為本實(shí)用新型的1×2電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)在活動(dòng)棱鏡6通光時(shí)的總體示意圖圖3.為本實(shí)用新型的1×2電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)在活動(dòng)棱鏡6通光時(shí)的分解示意圖圖4.為本實(shí)用新型的2×2電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)在固定棱鏡7通光時(shí)的總體示意圖圖5.為本實(shí)用新型的2×2電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)在活動(dòng)棱鏡6通光時(shí)的總體示意圖圖6.為本實(shí)用新型的2×2電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)在活動(dòng)棱鏡6通光時(shí)的分解示意圖具體實(shí)施方式
如上述的結(jié)構(gòu)和圖1、2、3、4、5、6所示。其中繼電器11為單刀雙擲，額定電壓為5伏特，額定電流為40毫安?；顒?dòng)棱鏡6和固定棱鏡7均為K9玻璃制成的等腰直角全反射棱鏡，斜面鍍?cè)鐾改?。將上述結(jié)構(gòu)1×2、2×2的電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)投入實(shí)際使用中。應(yīng)用于光通信系統(tǒng)的光上下路模塊(OADM)中。本實(shí)用新型光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的特征尺寸為長(zhǎng)度為45毫米，寬度18毫米，高度14毫米，典型規(guī)格為切換時(shí)間為8毫秒，插入損耗小于0.6分貝(dB)，切換重復(fù)性±0.03dB，回波損耗大于62dB，可預(yù)期使用壽命107次。這些數(shù)據(jù)充分證明了本實(shí)用新型的光開(kāi)關(guān)比在先技術(shù)的光開(kāi)關(guān)有顯著的進(jìn)步。
權(quán)利要求1.一種電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)，包括<1>有基板(1)，在基板(1)上置有基座(12)，在基座(12)上固定有固定棱鏡基座(8)，在固定棱鏡基座(8)上置有等腰直角棱鏡形的固定棱鏡(7)；<2>在基座(12)上對(duì)著固定棱鏡(7)的斜面固定有準(zhǔn)直器夾具(5)，在準(zhǔn)直器夾具(5)內(nèi)置有第一入射準(zhǔn)直器(3)，或者第一入射準(zhǔn)直器(3)和第二入射準(zhǔn)直器(13)；其特征是<3>在基座(12)上的準(zhǔn)直器夾具(5)內(nèi)，還置有第一出射準(zhǔn)直器(4)和第二出射準(zhǔn)直器(2)，所說(shuō)的第一入射準(zhǔn)直器(3)、第二入射準(zhǔn)直器(13)、第一出射準(zhǔn)直器(4)和第二出射準(zhǔn)直器(2)的中心軸線相互平行，并且都垂直于固定棱鏡(7)的斜面；<4>在基座(12)上固定有門框形檔板(10)，在基板(1)上置有繼電器(11)，有一懸臂梁(9)一端固定在繼電器(11)上，由門框形檔板(10)的門框內(nèi)穿過(guò)，另一端固定有等腰直角棱鏡形的活動(dòng)棱鏡(6)；<5>當(dāng)活動(dòng)棱鏡(6)置于光路中時(shí)，活動(dòng)棱鏡(6)是置放在準(zhǔn)直器夾具(5)與固定棱鏡(7)之間，活動(dòng)棱鏡(6)的斜面對(duì)著準(zhǔn)直器夾具(5)、與上述各準(zhǔn)直器(2、3、4、13)的中心軸線垂直，活動(dòng)棱鏡(6)的直角棱線垂直于固定棱鏡(7)的直角棱線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)，其特征是所說(shuō)的等腰直角棱鏡形的固定棱鏡(7)和活動(dòng)棱鏡(6)的斜面是透光面都鍍有增透膜，兩直角平面均為反射面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)，其特征是所說(shuō)的活動(dòng)棱鏡(6)或者是置于在一導(dǎo)軌上的滑塊上，滑塊在繼電器的驅(qū)動(dòng)下，在導(dǎo)軌上來(lái)回移動(dòng)，帶動(dòng)活動(dòng)棱鏡(6)移入光路或移出光路，導(dǎo)軌是置于準(zhǔn)直器夾具(5)與固定棱鏡(7)之間的基座(12)上。
專利摘要一種電控機(jī)械光開(kāi)關(guān)，主要應(yīng)用于光通信系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、光纖測(cè)量系統(tǒng)或儀器和光纖傳感系統(tǒng)中的光信號(hào)的交換。包括固定棱鏡和對(duì)著固定棱鏡斜面的準(zhǔn)直器夾具。所有兩路出射準(zhǔn)直器和一路入射準(zhǔn)直器或兩路入射準(zhǔn)直器均中心軸線相互平行地置于同一個(gè)準(zhǔn)直器夾具內(nèi)。有活動(dòng)棱鏡由繼電器控制移入或移出光路。活動(dòng)棱鏡和固定棱鏡均是等腰直角全反射棱鏡，斜面為光入射面鍍有增透膜，兩直角面為反射面。活動(dòng)棱鏡和固定棱鏡的兩直角棱線在光路中相互垂直。與在先技術(shù)比，本實(shí)用新型具有切換時(shí)間短，切換時(shí)間可達(dá)6毫秒。插入損耗低，重復(fù)性好，調(diào)整時(shí)不存在光路相互干涉問(wèn)題。輸入端和輸出端均在一側(cè)，便于空間分布。
文檔編號(hào)G02B6/35GK2525540SQ01253678
公開(kāi)日2002年12月11日 申請(qǐng)日期2001年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月14日
發(fā)明者謝虎, 錢玉彬, 陳海榮, 黃立天 申請(qǐng)人:上海上詮光纖通信設(shè)備有限公司