專利名稱：三端可交換光開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于全光寬帶通信網(wǎng)絡、全光網(wǎng)絡設備及大容量數(shù)據(jù)庫或視頻IP多業(yè)務信道開關交叉交換中的三端可交換光開關。
背景技術：
三端可交換光開關器件，是構建全光網(wǎng)絡工程廣泛使用的核心器件之一。由于全光交換技術尚處于實驗階段，因此互聯(lián)網(wǎng)目前仍采用普通的電信交換機連接網(wǎng)絡的物理層。然而，從目前互聯(lián)網(wǎng)上已開始廣泛應用多媒體，網(wǎng)絡極需進一步擴容的情況來看，現(xiàn)行電信交換機所采用的光-電-光交換方式，已遠遠跟不上網(wǎng)絡發(fā)展的需求，是制約和阻礙網(wǎng)絡流量進一步擴大的“電子瓶頸”。盡管已有許多公開的專利技術都試圖解決這一難題，如美國專利US09/489264，日本專利WO00/14586等，都曾提出或研制過一些光開關交換方法，然而時至今日，未能找到一種能解決光交換長期存在的穩(wěn)定性、重復性和維護性問題的可交換光開關。
發(fā)明內容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能解決光交換目前存在的一些普遍問題及可解決M×N多信道交換矩陣的三端可交換光開關。
本發(fā)明的技術方案是三端可交換光開關由一組GRIN透鏡或C透鏡與尾纖耦合器結合固化在一起的光纖耦合的準直器，一個具有全光反射功能的、可微量位移的驅動片和一個驅動器構成，準直器中GRIN自聚焦透鏡或C透鏡的耦合平面與尾纖耦合器的光學耦合平面成一角度，驅動片上鍍有全光反射膜。
本發(fā)明的工作機理是利用GRIN自聚焦透鏡材料本身存在著一種折射率漸變效應，在GRIN透鏡與尾纖耦合器結合固化在一起時，其兩個器件光學耦合平面之間，除了加工好已存在的4-8度角之外，另外還有一個由驅動片微小位移可產生的一般小于1度的匹配角，當把具有反射功能的驅動片，預先設置在一個雙纖GRIN耦合準直器的表面位置，并且保持與光軸呈垂直狀態(tài)。當驅動器使驅動片產生一點微量的位移，這一微量的位移產生匹配角的變化，能使反射光束折回GRIN透鏡和雙尾纖耦合器后，作出由哪一根尾纖輸出的選擇，這就是三端可交換光開關的工作機理。
三端可交換光開關結構簡單，制作成本降低，而且使光交換速度加快，開關性能也更為穩(wěn)定。如果與典型的MEMS集成光開關交換系統(tǒng)相比，它的開關組合方式更顯靈活，性價比優(yōu)勢也更為明顯。從而會推動全光交換器快速發(fā)展，實現(xiàn)真正意義上的全光寬帶互聯(lián)網(wǎng)。
圖1為GRIN單/雙光纖耦合的準直器組成的三端可交換光開關結構示意圖；圖2為GRIN三線準直器組成的三端可交換光開關結構示意圖；圖3為壓電驅動器結構示意圖；圖4為GRIN三線準直器組成的三端可交開關原理說明示意圖；圖5為磁電驅動器結構示意圖；具體實施方式
由圖1示，三端可交換光開關由一組GRIN透鏡4、一個由單尾纖2耦合固化在一起的單光纖準直器3，一個雙尾纖8、9耦合固化在一起的雙光纖準直器7，一個具有全光反射功能的、可微量位移的驅動片6、一個驅動器6和兩準直器外置有的不修鋼套管1構成，準直器中GRIN自聚焦透鏡4的耦合平面與單/雙尾纖耦合器的光學耦合平面成4-8度角，驅動片6上鍍有全光反射膜，不修鋼套管1上在單光纖準直器3與雙光纖準直器7之間開有一個V形槽3。
GRIN透鏡與尾纖耦合器結合固化在一起的光纖耦合的準直器，還可由一個GRIN自聚焦透鏡4或C透鏡，對稱共扼耦合三根光學尾纖11、12、13制作成一個三纖準直器10，驅動片6置于三纖準直器10的一側，如圖2所示，當驅動片6由驅動器驅動產生仰俯反射角改變，光束就能選擇偏向其兩側的尾纖輸出，而不需要將驅動片6光軸中移開，只要在原定位置上，略微改變光反射角度，就達到光開關作用，三纖準直器的作用比單純采用兩根光纖的準直器更具有較強的反射特性。
本發(fā)明的三端光開關器件，按其反射片工作原理，驅動器結構可有壓電驅動器及磁電驅動器等等。在本發(fā)明中的壓電驅動器亦有兩種，一種是用于由GRIN單/雙光纖耦合的準直器組成的三端可交換光開關中，由圖1、圖3所示，它由壓電介質14、金屬驅動片6和其前端置有的全反射鏡片15、不銹鋼固定套管1及其中心具有一個三維可調的V形導角槽3構成。V形槽置于兩個光纖準直器3、7之間，通過調節(jié)V形導角槽，可確定驅動片上下或左右微量變化的范圍，配合壓電介質，在施加一定電壓后，驅動片可快速進入預先校準的反射位置。當施加電壓完全消失，壓電介質表面即刻恢復原來的位置狀態(tài)，其反射驅動片不再阻擋光束，使光束沿光軸方向，直接光耦合進入后一級GRIN光纖準直器。另一種是用于GRIN三線準直器組成的三端可交換光開關中，如圖4所示，通過采用三維精密微調節(jié)支架，貼近三光纖準直器表面位置，安裝和調試反射驅動片。驅動器由壓電介質和不銹鋼固定套管組成，壓電介質配合反射驅動，始終保持于三光纖準直器光軸位置垂直。校準驅動片仰俯角微量變化范圍，在施加電壓后，使驅動片快速進入預先校準的反射位置，使光束沿三光纖準直器其中一根尾纖反射輸出。當改變驅動電壓方向，驅動片又回到工作點起始位置，其反射光束進入三光纖準直器中的另一根尾纖輸出，從而可達到實現(xiàn)兩條反射光路交換之目的。
本發(fā)明的磁電驅動器是一個微型的電磁擺裝置，是將反射膜與驅動片擺軸的粘合在一起，驅動片由兩個微型電磁線圈控制來回擺動。反射驅動片平行于三光纖準直器的表面位置，為了精確的定位，本發(fā)明設計了一個T形導角槽，可限定驅動片微量擺動的范圍。根據(jù)微型電磁線圈電流方向、頻繁和幅值，可精確調整驅動片在三光纖準直器表面的反射位置，使反射膜片快速進入預先校準的反射位置，反射光束通過三光纖準直器中的一根尾纖輸出。當改變驅動電壓方向，驅動片即刻恢復到原來的起始位置，其反射光束進入三光纖準直器中的另一根尾纖輸出，如圖5所示，磁電驅動器由擺軸16、為全反鏡的驅動片17及電磁線圈18構成，擺軸16與驅動片17連接置于電磁線圈18之中。
權利要求
1.一種三端可交換光開關，其特征在于，它由一組GRIN透鏡或C透鏡與尾纖耦合器結合固化在一起的光纖耦合的準直器，一個具有全光反射功能的、可微量位移的驅動片和一個驅動器構成，準直器中GRIN自聚焦透鏡的耦合平面尾纖耦合器的光學耦合平面成一角度，驅動片上鍍有全光反射膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種三端可交換光開關，其特征在于所述的GRIN透鏡與尾纖耦合器結合固化在一起的光纖耦合的準直器，由GRIN透鏡(4)與單尾纖(2)耦合固化成單光纖準直器(3)，與雙尾纖(8)、(9)耦合固化成雙光纖準直器(7)，兩準直器外置有的不銹鋼套管(1)，準直器中GRIN自聚焦透鏡(4)的耦合平面與單/雙尾纖耦合器的光學耦合平面成8度角，驅動片(6)上鍍有全光反射膜，不銹鋼套管(1)上在單光纖準直器(3)與雙光纖準直器(7)之間開有一個V形槽(3)。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種三端可交換光開關，所述的GRIN透鏡或C透鏡與尾纖耦合器結合固化在一起的光纖耦合的準直器，還可由一個GRIN自聚焦透鏡或C透鏡(4)，對稱共扼耦合三根光學尾纖(11)、(12)、(13)制作成一個三纖準直器(10)，驅動片(6)置于三纖準直器(10)的光學平行平面一側。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種三端可交換光開關，所述的驅動器為壓電驅動器，它由壓電介質(14)、金屬驅動片(6)和其前端置有的全反射鏡片(15)、不銹鋼固定套管(1)及其中心具有一個三維可調的V形導角槽(3)構成，V形槽置于兩個光纖準直器(3)、(7)之間。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種三端可交換光開關，所述的驅動器為磁電驅動器，它是一個微型的電磁擺裝置，由擺軸(16)、全反鏡的驅動片(17)及電磁線圈(18)構成，擺軸(16)與驅動片(17)連接置于電磁線圈(18)之中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三端可交換光開關，由一組GRIN透鏡或C透鏡與尾纖耦合器結合固化在一起的光纖耦合的準直器，一個具有全光反射功能的、可微量位移的驅動片和一個驅動器構成，準直器中GRIN透鏡或C透鏡的耦合平面與尾纖耦合器的光學耦合平面成一角度，驅動片上鍍有全光反射膜。三端可交換光開關結構簡單，成本低，光交換速度快，開關性能穩(wěn)定。與典型的MEMS集成光開關交換系統(tǒng)相比，它的開關組合方式更顯靈活，性價比優(yōu)勢度更為明顯。從而為推動全光交換器快速發(fā)展，實現(xiàn)真正意義上的全光寬帶互聯(lián)網(wǎng)。
文檔編號G02B6/32GK1510447SQ02157758
公開日2004年7月7日 申請日期2002年12月26日 優(yōu)先權日2002年12月26日
發(fā)明者王海彪, 王又良, 曲世浦 申請人:上海市激光技術研究所