專利名稱：1×m×n型光開關的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種機械式光開關，特別是涉及一種在光學通信領域內(nèi)可實現(xiàn)光束 偏折、平移功能，可廣泛應用于光通信系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡系統(tǒng)、光學測量系統(tǒng)或儀器以及 光纖傳感系統(tǒng)中的1 XMXN型光開關。
背景技術：
在全光網(wǎng)絡各種設備器件當中，光交叉連接設備(OXC)和光分插復用設備(OADM)可 以說是全光聯(lián)網(wǎng)的核心器件技術，而光開關又是里面的關鍵部件。隨著系統(tǒng)的不斷擴容， 對光開關的要求也越來越高。傳統(tǒng)的1XN機械式光開關一般采用級連，移動光纖或者移 動棱鏡的方式實現(xiàn)光路的切換。
傳統(tǒng)的級連方案的1XN光開關，其采用的最小級連單位為1X2光開關，以1X8光 開關為例，需要使用7個1X2光開關級連，級連方案所使用的光開關數(shù)量較多，導致1XN 光開關體積大，插入損耗大，重復性差，且穩(wěn)定性差。
傳統(tǒng)的移動光纖式1XN光開關，為了使插入損耗滿足可接受的數(shù)值，需要保證移動 光纖時有很高的精度，高精度的要求，必然引起結構設計上成本的增加，降低了生產(chǎn)率, 同時對于振動、沖擊環(huán)境的承受能力不夠。
傳統(tǒng)的移動棱鏡式1XN光開關，使用的棱鏡數(shù)量多，隨著光路端口數(shù)量的增加，棱 鏡和繼電器的數(shù)量也成倍增加，這樣就增加了制作難度，降低了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，同時橫 向光通道數(shù)量的增加，使得開關有較大的體積。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種在光學通信領域內(nèi)可實現(xiàn)光束偏折、 平移功能，可廣泛應用于光通信系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡系統(tǒng)、光學測量系統(tǒng)或儀器以及光纖傳 感系統(tǒng)中的1XMXN型光開關。
本實用新型所采用的技術方案是 一種1XMXN型光開關，包括有
l+MXN個光纖準直器， 一個為公共端口光纖準直器，其余為MXN個為排列的輸出、 輸入端口光纖準直器，其中，M代表橫向的通道數(shù)，N代表縱向的級數(shù)，M、 N均取大于或 等于1的自然數(shù)，所述的每一縱列的輸出、輸入端口光纖準直器均是沿由光纖構成的光 路串聯(lián)連接，所述的公共端口光纖準直器也連接有構成光路的光纖；
M-l個活動楔角棱鏡，沿所述的公共端口光纖準直器的光路方向上依次排列，并通過 繼電器控制；
N-l個活動斜方棱鏡，位于活動楔角棱鏡的后面，沿所述的公共端口光纖準直器的光
4路方向上依次排列，并通過繼電器控制；
一個屋脊棱鏡，位于活動斜方棱鏡的后面，其入射光為公共端口光纖準直器入射的 準直光束或經(jīng)過活動楔角棱鏡偏折或經(jīng)過活動斜方棱鏡平移后的準直光柬；
一個固定楔角棱鏡，位于屋脊棱鏡的出射端光路上；
M-2個固定棱鏡，分別設置在固定楔角棱鏡出射的各光路上，每個固定棱鏡的輸出光 路對應一列光纖準直器的光路；
所述的活動楔角棱鏡的折射面統(tǒng)一朝向活動斜方棱鏡的方向，且活動楔角棱鏡間具 有間隔的設置。
所述的活動楔角棱鏡為梯形楔角，每一個活動楔角棱鏡通過一個金屬桿連接一個繼電器。
所述的活動斜方棱鏡為平行四邊形棱鏡，每一個活動斜方棱鏡通過一個金屬桿連接 一個繼電器。
所述的繼電器帶動M-l個活動楔角棱鏡和N-l個活動斜方棱鏡在第一停留位置和第 二停留位置之間切換，所述的第一停留位置為M-1個活動楔角棱鏡和N-1個活動斜方棱 鏡的通光面在公共端口光纖準直器的光路外,第二停留位置為M-1個活動楔角棱鏡和N-l 個活動斜方棱鏡的通光面在公共端口光纖準直器的光路內(nèi)。
所述的一個固定楔角棱鏡為梯形棱鏡；M-2個固定棱鏡為固定斜方棱鏡，所述的固定 斜方棱鏡為平行四邊形棱鏡。
所述的活動楔角棱鏡與所述的固定楔角棱鏡的楔角角度相同。
所述的屋脊棱鏡為直角棱鏡。
所述屋脊棱鏡的入射光束與出射光束相互平行。
所述的l+MXN個光纖準直器分別設置在金屬基板的各金屬平臺上，其中，在金屬基 板的第l金屬平臺上，由左向右依次并排設置有公共端口光纖準直器和M個輸出、輸入 端口光纖準直器，并處于同一個水平面；在金屬基板的第2 N個金屬平臺上，均由左向 右并排設置有M個輸出、輸入端口光纖準直器，每一金屬平臺上所設置的輸出、輸入端 口光纖準直器處于同 一個水平面。
所述的金屬基板上的金屬平臺為由第1金屬平臺至第N金屬平臺構成，N取大于或等 于l的自然數(shù)；所述的金屬平臺中，第l金屬平臺之外的其余各金屬平臺均為弓形結構， 且各金屬平臺形成從低到高的階梯形結構。
所述的各活動楔角棱鏡和各活動斜方棱鏡、固定屋脊棱鏡和固定楔角棱鏡以及固定 斜方棱鏡均固定在金屬基板的上面；驅動各活動楔角棱鏡和活動斜方棱鏡的繼電器連接 在控制電路上，所述的控制電路與金屬基板固定在一起。
所述的從公共端口光纖準直器至MX N個輸出、輸入端口光纖準直器的光路是可逆的。
本實用新型1XMXN型光開關具有以下優(yōu)點
1、使用了比較少的光學棱鏡，實現(xiàn)了 1XMXN光開關的功能，光學棱鏡數(shù)量較少不但降低了器件制作的成本，同時降低了制作難度。
2、 使用了比較少的繼電器來驅動活動光學棱鏡，尤其是對于較多通道數(shù)的光開關， 繼電器及活動斜方棱鏡的數(shù)目較現(xiàn)有技術光開關有很大的減少，這樣減小了產(chǎn)品的失效 率，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，節(jié)省了很大的尺寸空間，更方便于器件的小型化，同時由于 使用了較少數(shù)量的光學棱鏡，光路的傳輸距離得到縮短，使得對于多通道的光開關，其 每一個通道都均有很好的串擾指標。
3、 內(nèi)部機械結構新穎，可實現(xiàn)光通道在橫向和縱向同時擴展，使器件具有較小的體積。
本實用新型的1XMXN型光開關可廣泛應用于光通信系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡系統(tǒng)、光學測 量系統(tǒng)或儀器以及光纖傳感系統(tǒng)中。


圖1是本實用新型1XMXN光開關的整體結構示意圖2a是本實用新型1 XMXN光開關的活動斜方棱鏡第一停留位置示意圖2b是本實用新型1XMXN光開關的活動斜方棱鏡第二停留位置示意圖3是本實用新型1 XMXN光開關金屬基板的示意圖4是本實用新型1 XMXN光開關第一個優(yōu)選實施例1X4光開關示意圖5是本實用新型1XMXN光開關第二個優(yōu)選實施例1X8光開關示意圖6是本實用新型1XMXN光開關第二個優(yōu)選實施例1X 8光開關結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖給出具體實施例，進一步說明本實用新型的1XMXN型光開關是如何 實現(xiàn)的。
如圖1所示，本實用新型的1XMXN型光開關，包括有
l+MXN個光纖準直器， 一個為公共端口光纖準直器COO，其余為MXN個為排列的輸 出、輸入端口光纖準直器C (圖中Cll， C21……CM1， C12……CM2……C顧)，其中，M 代表橫向的通道數(shù)，N代表縱向的級數(shù)，M、 N均取大于或等于1的自然數(shù)，所述的每一 縱列的輸出、輸入端口光纖準直器C均是沿由光纖構成的光路串聯(lián)連接，所述的公共端 口光纖準直器COO也連接有構成光路10的光纖；每一個準直器都保持大致平行且朝向同 一個方向。
M-1個活動楔角棱鏡A，沿所述的公共端口光纖準直器C00的光路10方向上依次排 列，并通過繼電器R控制；
所述的活動楔角棱鏡A為梯形楔角，每一個活動楔角棱鏡A通過一個金屬桿L連接 一個繼電器R。
N-1個活動斜方棱鏡B，位于活動楔角棱鏡A的后面，沿所述的公共端口光纖準直器C00的光路10方向上依次排列，并通過繼電器R控制；
所述的活動斜方棱鏡B為活動斜方棱鏡，所述的活動斜方棱鏡為平行四邊形棱鏡， 每一個活動斜方棱鏡B通過一個金屬桿L連接一個繼電器R。
所述的活動楔角棱鏡A的折射面統(tǒng)一朝向活動斜方棱鏡B的方向，且活動楔角棱鏡A 間具有間隔的設置。
一個屋脊棱鏡DO,位于活動斜方棱鏡B的后面，其入射光為公共端口光纖準直器COO 入射的準直光束或經(jīng)過活動楔角棱鏡A偏折或經(jīng)過活動斜方棱鏡B平移后的準直光束； 所述的屋脊棱鏡DO為直角棱鏡。
所述屋脊棱鏡的作用是使公共端口光纖準直器入射的準直光束或者經(jīng)過活動楔角棱 鏡偏折或者平移后的準直光束，在其靠近繼電器一端的直角面上發(fā)生全反射，再經(jīng)過屋 脊棱鏡另外一個直角面的全反射，最后從斜面出射，所述屋脊棱鏡的入射光束與出射光 束相互平行。
一個固定楔角棱鏡EO，位于屋脊棱鏡DO的出射端光路上，所述固定楔角棱鏡EO為 梯形棱鏡。所述固定楔角棱鏡的作用是使從固定屋脊棱鏡斜面出射的準直光束，在經(jīng)過 固定楔角棱鏡后，光束方向與從公共端口入射的準直光束方向互相平行，且方向相反。
所述的活動楔角棱鏡A與所述的固定楔角棱鏡EO的楔角角度相同。
固定楔角棱鏡E0的楔角角度與活動楔角棱鏡A1、 A2、 A(M-l)的楔角角度相同，且楔 角均朝向與繼電器一側的方向。固定楔角棱鏡EO的位置和尺寸大小要求滿足可以完全接 收到從屋脊棱鏡D0射出的準直光束23、 33、 43、 53……經(jīng)過固定楔角棱鏡EO偏折后的 準直光束24、 34、 44、 54……與構成光路10的準直光束平行且方向相反。固定楔角棱鏡 EO的位置還應滿足，經(jīng)過偏折后的準直光束54可以耦合進入光纖準直器C(M-1) 1。
M-2個固定棱鏡F，分別設置在固定楔角棱鏡E0出射的各光路上，每個固定棱鏡F 的輸出光路對應一列光纖準直器C的光路；M-2個固定棱鏡F為固定斜方棱鏡，所述的固
定斜方棱鏡為平行四邊形棱鏡。
固定斜方棱鏡F1、 F2、 F3……依次擺放在光纖準直器與棱鏡EO之間的光路。固定斜 方棱鏡Fl的位置和尺寸要求滿足準直光束24可以完全透過其通光面而且不會遮擋住準 直光束34，同時出射光束25可以完全耦合進入光纖準直器Cll。固定斜方棱鏡F2的位 置和尺寸要求滿足準直光束34可以完全透過其通過面而且不會遮擋住準直光束44，同時 出射光束35可以完全耦合進入準直器C21，依次類推。
所述的從公共端口光纖準直器C00至MXN個輸出、輸入端口光纖準直器C的光路是 可逆的。
在圖1中，公共端口光纖準直器C00出射直接射入固定屋脊棱鏡D0的準直光束以軌 跡10表示，在固定屋脊棱鏡內(nèi)的反射光束以軌跡13表示，射出固定屋脊棱鏡，耦合進 入輸出光纖準直器CM1的準直光束以軌跡14表示。
如圖2所示，所述的繼電器R帶動M-1個活動楔角棱鏡A和N-1個活動斜方棱鏡B在第一停留位置和第二停留位置之間切換，所述的第一停留位置是M-1個活動楔角棱鏡A 和N-1個活動斜方棱鏡B的通光面在公共端口光纖準直器COO的光路10外，第二停留位 置是M-1個活動楔角棱鏡A和N-1個活動斜方棱鏡B的通光面在公共端口光纖準直器COO 的光路10內(nèi)；所述繼電器的型號為TQ2-L2-5。
圖2中C00為公共端口光纖準直器，DO為固定屋脊棱鏡，從公共端口光纖準直器C00 出射到固定屋脊棱鏡DO通光面的光路為10; A為活動楔角棱鏡，固定在粘接塊J的平面 上；粘接塊的立柱插入連接桿L的孔中，并將二者固定在一起；K為繼電器R的運動鐵芯， 連接桿L與繼電器R的運動鐵芯K固定在一起；P為繼電器R的驅動引腳。
通過在繼電器R的驅動引腳P上加載不同的電壓脈沖信號，可以實現(xiàn)其運動鐵芯K 在兩個不同位置的切換，由此帶動活動楔角棱鏡A在兩個停留位置切換。當繼電器R帶 動活動楔角棱鏡A到第一停留位置時，活動楔角棱鏡A位于光路10之外。即光路10未 透過活動楔角棱鏡A的通光面，活動楔角棱鏡對光路不產(chǎn)生任何影響；當繼電器R帶動 活動楔角棱鏡A到第二位置時，活動楔角棱鏡A位于光路IO內(nèi)，即光路10透過活動楔 角棱鏡A的通光面，活動楔角棱鏡對光路產(chǎn)生偏折或者平移的作用。
如圖3所示，所述的1+MXN個光纖準直器分別設置在金屬基板J的各金屬平臺上， 其中，在金屬基板J的第1金屬平臺1上，由左向右依次并排設置有公共端口光纖準直 器C00和M個輸出、輸入端口光纖準直器C (圖中Cll……CM1等M+1個光纖準直器)， 并處于同一個水平面；在金屬基板J的第2 N個金屬平臺2、…N上，均由左向右并排 設置有M個輸出、輸入端口光纖準直器C (圖中C12， C22……CM2等M個光纖準直器)， 每一金屬平臺上所設置的輸出、輸入端口光纖準直器C處于同一個水平面。以此類推， 光纖準直器C1N， C2N……CMN等M個光纖準直器位于金屬基板的第N個金屬平臺上方， 處于同一個水平面。
所述的金屬基板J上的金屬平臺為由第1金屬平臺1至第N金屬平臺N構成，N取大 于或等于1的自然數(shù)；所述的金屬平臺中，第1金屬平臺1之外的其余各金屬平臺均為 弓形結構，且各金屬平臺l……N形成從低到高的階梯形結構。
所述的各活動楔角棱鏡A和各活動斜方棱鏡B、固定屋脊棱鏡DO和固定楔角棱鏡E0 以及固定斜方棱鏡F均固定在金屬基板J的上面；驅動各活動楔角棱鏡A和活動斜方棱 鏡B的繼電器R連接在控制電路上，所述的控制電路與金屬基板J固定在一起。
金屬平臺2相對于金屬平臺1的高度與活動斜方棱鏡Bl透射面的長度一致，金屬平 臺3相對于金屬平臺1的高度與活動斜方棱鏡B2透射面的長度一致，依次類推，金屬平 臺N相對于金屬平臺1的高度與活動斜方棱鏡B(N-l)透射面的長度一致。
M-1個活動楔角棱鏡A1， A2……A(M-l)以及N-1個活動斜方棱鏡B1， B2……B(N-l) 依次擺放在光路10上，其之間有一定的間隙。活動楔角棱鏡A1通過金屬桿L1與繼電器 Rll固定在一起，活動楔角棱鏡A2通過金屬桿L2與繼電器R21固定在一起……活動楔角 棱鏡A(M-l)通過金屬桿L(M-l)與繼電器R(M-1)1固定在一起；活動斜方棱鏡B1通過金屬桿II與繼電器RM1固定在一起，活動斜方棱鏡B2通過金屬桿12與繼電器賜2固定在 一起……活動斜方棱鏡B(N-l)通過金屬桿I(N-l)與繼電器RM(N-l)固定在一起。繼電器 并列排放在靠近公共端口光纖準直器一側，活動楔角棱鏡的頂角朝向繼電器一側，活動 斜方棱鏡的反射面面對金屬基板方向擺放。
活動楔角棱鏡A2處于光路10時，其位置和尺寸可以滿足完全遮擋住準直光束經(jīng)過 楔角棱鏡Al后的偏折光束；楔角棱鏡A3處于光路10時，其位置和尺寸可以滿足完全遮 擋住準直光束經(jīng)過楔角棱鏡A1，或者A2后的偏折光束；以此類推，斜方棱鏡B(N-1)處 于光路10時，其位置和尺寸可以滿足完全遮擋住準直光束經(jīng)過楔角棱鏡A1，A2……A(M-1) 或者斜方棱鏡Bl， B2……B(N-2)中任意一組后的偏折或者平移光束。
結合圖1說明本實用新型的工作原理當光開關處于第一狀態(tài)時，活動楔角棱鏡A1 插入光路10中，活動楔角棱鏡A2， A3……A(M-1)， Bl……B(N-1)保持在光路10之外。 光束10經(jīng)過活動楔角棱鏡A1后，以出射光21射出，光束21相對于光束10順時針偏向 一定角度。光束21在屋脊棱鏡D0的直角面D01發(fā)生全反射，以光束22入射到直角面D02 上，并在D02上發(fā)生全反射，以光束23射出。光束23射到與活動楔角棱鏡A1楔角角度 及楔角方向相同的固定楔角棱鏡EO的通光面上，以光束24射出，光束24相對于光束23 逆時針偏向一定角度。光束24的光路上有一個固定斜方棱鏡F1，光束24在固定斜方棱 鏡F1的兩個側面經(jīng)過全反射后，使光束平移了一個距離后以光束25射出，所平移的距 離等于固定斜方棱鏡Fl透射面的長度，這個長度的選擇與光纖準直器C00和Cll之間的 距離有關系。出射光束25耦合進入光纖準直器Cl 1后輸出，這樣就建立了光纖準直器C00 與C1J之間的光路連接，該光路是可逆的，光束可以從光纖準直器Cll輸入，從光纖準 直器C00輸出。這就是光開關的第一個狀態(tài)。
當光開關處于第二狀態(tài)時，活動楔角棱鏡A2插入光路10中，活動楔角棱鏡Al ， A3…… A(M-1)， Bl……B(N-1)保持在光路10之外。光束10經(jīng)過活動楔角棱鏡A2后，以出射光 31射出，光束31相對于光束10順時針偏向一定角度。光束31在屋脊棱鏡D0的直角面 D01發(fā)生全反射，以光束32入射到直角面D02上，并在D02上發(fā)生全反射，以光束33 射出。光束33射到與活動楔角棱鏡A2楔角角度及楔角方向相同的固定楔角棱鏡E0的通 光面上，以光束34射出，光束34相對于光束33逆時針偏向一定角度。光束34在固定 斜方棱鏡F2的兩個側面經(jīng)過全反射后，使光束平移了一個距離后以光束35射出，所平 移的距離等于固定斜方棱鏡F2透射面的長度，這個長度的選擇與光纖準直器Cll和C21 之間的距離有關系。出射光束35耦合進入光纖準直器C21后輸出，這樣就建立了光纖準 直器C00與C21之間的光路連接，該光路是可逆的，光束可以從光纖準直器C21輸入， 從光纖準直器COO輸出。這就是光開關的第二個狀態(tài)。
當光開關處于第M-1個狀態(tài)時，活動楔角棱鏡A(M-l)插入光路10中，活動楔角棱鏡 Al， A2……A(M-2)， Bl……B(N-1)保持在光路IO之外。光束10經(jīng)過活動楔角棱鏡A(M-1)
9后，以出射光51射出，光束51相對于光束10順時針偏向一定角度。光束51在屋脊棱 鏡DO的直角面D01發(fā)生全反射，以光束52入射到直角面D02上，并在D02上發(fā)生全反 射，以光束53射出。光束53射到與活動楔角棱鏡A(M-1)楔角角度及楔角方向相同的固 定楔角棱鏡EO的通光面上，以光束54射出，光束54相對于光束53逆時針偏向一定角 度。光束54耦合進入光纖準直器C(M-l)l后輸出，這樣就建立了光纖準直器C00與 C(M-l)l之間的光路連接，該光路是可逆的，光束可以從光纖準直器C(M-l)l輸入，從光 纖準直器C00輸出。這就是光開關的第(M-l)個狀態(tài)。
當光開關處于第M個狀態(tài)時，所有活動楔角棱鏡均保持在光路10之外，光束10在 屋脊棱鏡D0的直角面D01發(fā)生全反射，以光束13入射到直角面D02上，并在D02上發(fā) 生全反射，以光束14射出。出射光束耦合進入光纖準直器CM1后輸出，這樣就建立了光 纖準直器C00與CM1之間的光路連接，該光路是可逆的，光束可以從光纖準直器CM1輸 入，從光纖準直器COO輸出。這就是光開關的第M個狀態(tài)。
當光開關處于第M+l個狀態(tài)時，活動楔角棱鏡A1和活動斜方棱鏡B1插入光路10中， 其他活動楔角棱鏡均保持在光路10之外。光束10透過活動楔角棱鏡Al后，以出射光21 射出，光束21相對于光束10順時針偏向一定角度。光束21經(jīng)過活動斜方棱鏡B1后， 以出射光61射出，出射光61相對于入射光21向上偏移了一個高度，這個高度與活動斜 方棱鏡B1透射面的長度以及第二個金屬平臺相對于第一個金屬平臺的高度相一致。光束 61經(jīng)過屋脊棱鏡DO的平移及反向后，以出射光62入射到與活動楔角棱鏡Al楔角角度及 楔角方向相同的固定楔角棱鏡EO的通光面上，以光束63射出，光束63相對于光束62 逆時針偏向一定角度。光束63在固定斜方棱鏡Fl的兩個側面經(jīng)過全反射后，使光束平 移了一個距離后以光束64射出，所平移的距離等于固定斜方棱鏡F1透射面的長度，這 個長度的選擇與光纖準直器C12和C00之間在水平方向的距離有關系。出射光束64耦合 進入光纖準直器C12后輸出，這樣就建立了光纖準直器C00與C12之間的光路連接，該 光路是可逆的，光束可以從光纖準直器C12輸入，從光纖準直器COO輸出。這就是光開 關的第M+l個狀態(tài)。 、
當光開關處于第M+(M-1)-2M-1個光路狀態(tài)時，活動楔角棱鏡A(M-1)和活動斜方棱鏡 Bl插入光路10中，其他活動楔角棱鏡均保持在光路10之外。光束10透過活動楔角棱鏡 A(M-l)后，以出射光51射出，光束51相對于光束10順時針偏向一定角度。光束51經(jīng) 過活動斜方棱鏡B1后，以出射光71射出，出射光71相對于入射光51向上偏移了一個 高度，這個高度與活動斜方棱鏡B1透射面的長度以及第二個金屬平臺相對于第一個金屬 平臺的高度相一致。光束71經(jīng)過屋脊棱鏡D0的平移及反向后，以出射光72入射到與活 動楔角棱鏡A(M-1)楔角角度及楔角方向相同的固定楔角棱鏡EO的通光面上，以光束73 射出，光束73相對于光束72逆時針偏向一定角度。光束73耦合進入光纖準直器C(M-1)2 后輸出，這樣就建立了光纖準直器COO與C(M-1)2之間的光路連接，該光路是可逆的，光束可以從光纖準直器C(M-1)2輸入，從光纖準直器COO輸出。這就是光開關的第2M-1 個狀態(tài)。
當光開關處于第M+M:2M個光路狀態(tài)時，活動斜方棱鏡B1插入光路10中，其他活動 楔角棱鏡均保持在光路10之外。光束10經(jīng)過棱鏡B1后，以出射光ll射出，出射光ll 相對于入射光10向上偏移了一個高度，這個高度與活動斜方棱鏡Bl透射面的長度以及 第二個金屬平臺相對于第一個金屬平臺的高度相一致。光束11經(jīng)過屋脊棱鏡DO的平移 及反向后，以出射光15出射。光束15耦合進入光纖準直器CM2后輸出，這樣就建立了 光纖準直器C00與CM2之間的光路連接，該光路是可逆的，光束可以從光纖準直器CM2 輸入，從光纖準直器COO輸出。這就是光開關的第2M個狀態(tài)。
當光開關處于第(N-l) XM+1個光路狀態(tài)時，活動楔角棱鏡Al和活動斜方棱鏡B(N-l) 插入光路10中，其他活動楔角棱鏡均保持在光路10之外。光束10透過活動楔角棱鏡Al 后，以出射光21射出，光束21相對于光束10順時針偏向一定角度。光束21經(jīng)過活動 斜方棱鏡B(N-1)后，以出射光91射出，出射光91相對于入射光21向上偏移了一個高度， 這個高度與活動斜方棱鏡B1透射面的長度以及第N個金屬平臺相對于第一個金屬平臺的 高度相一致。光束91經(jīng)過屋脊棱鏡D0的平移及反向后，以出射光92入射到與活動楔角 棱鏡A1楔角角度及楔角方向相同的棱鏡E0的通光面上，以光束93射出，光束93相對 于光束92逆時針偏向一定角度。光束93在固定斜方棱鏡Fl的兩個側面經(jīng)過全反射后， 使光束平移了一個距離后以光束94射出，所平移的距離等于棱鏡F1透射面的長度，這 個長度的選擇與光纖準直器C1N和C00之間在水平方向的距離有關系。出射光束94耦合 進入光纖準直器C1N后輸出，這樣就建立了準直器C00與C1N之間的光路連接，該光路 是可逆的，光束可以從光纖準直器C1N輸入，從光纖準直器COO輸出。這就是光開關的 第(N-1) XM+1個狀態(tài)。
當光開關處于第(N-1)XM+(M-1)=NXM-1個光路狀態(tài)時，活動楔角棱鏡A(M-1)和活 動斜方棱鏡B(N-1)插入光路10中，其他活動楔角棱鏡均保持在光路10之外。光束10 透過棱鏡A(M-1)后，以出射光51射出，光束51相對于光束10順時針偏向一定角度。光 束51經(jīng)過活動斜方棱鏡B(N-1)后，以出射光81射出，出射光81相對于入射光51向上 偏移了一個高度，這個高度與活動斜方棱鏡Bl透射面的長度以及第N個金屬平臺相對于 第一個金屬平臺的高度相一致。光束81經(jīng)過屋脊棱鏡D0的平移及反向后，以出射光82 入射到與活動楔角棱鏡A(M-1)楔角角度及楔角方向相同的固定楔角棱鏡EO的通光面上， 以光束83射出，光束83相對于光束82逆時針偏向一定角度。光束83耦合進入光纖準 直器C(M-l)N后輸出，這樣就建立了光纖準直器COO與C(M-1)N之間的光路連接，該光 路是可逆的，光束可以從光纖準直器C(M-1)N輸入，從光纖準直器COO輸出。這就是光 開關的第NXM-1個狀態(tài)。當光開關處于第(N-1) XM+M^XM個光路狀態(tài)時，活動斜方棱鏡B(N-l)插入光路10 中，其他活動楔角棱鏡均保持在光路10之外。光束10經(jīng)過活動斜方棱鏡B(N-l)后，以 出射光12射出，出射光12相對于入射光10向上偏移了一個高度，這個高度與活動斜方 棱鏡B(N-l)透射面的長度以及第N個金屬平臺相對于第一個金屬平臺的高度相一致。光 束12經(jīng)過屋脊棱鏡D0的平移及反向后，以出射光16出射。光束16耦合進入光纖準直 器CMN后輸出，這樣就建立了光纖準直器COO與C顧之間的光路連接，該光路是可逆的， 光束可以從光纖準直器CMN輸入，從光纖準直器COO輸出。這就是光開關的第NXM個狀 態(tài)。
圖4是本實用新型1XMXN光開關的第一個實施例，1X4光開關。公共端口準直器 C0與4個輸出端口準直器C1、 C2、 C3、 C4相互平行且朝向同一個方向。公共端口出射光 束到固定屋脊棱鏡D之間這段光路標記為10，光路10方向上擺放有3個活動楔角棱鏡 Al、 A2、 A3。 3個活動楔角棱鏡分別通過金屬桿L1、 L2、 L3與繼電器R1、 R2、 R3連接在
一起，繼電器可驅動每個活動楔角棱鏡在光路io內(nèi)外切換。
在第一個工作狀態(tài)，活動楔角棱鏡A1位于光路10中，其他活動楔角棱鏡均在光路 10之外。光束10經(jīng)過活動楔角棱鏡Al后，以出射光11射出，光束11相對于光束10 順時針偏向一定角度。光束11經(jīng)過屋脊棱鏡D的平移及反向后，以出射光21入射到與 活動楔角棱鏡Al楔角角度及楔角方向相同的固定楔角棱鏡E的通光面上，以光束31射 出，光束31相對于光束21逆時針偏向一定角度。光束31經(jīng)過固定斜方棱鏡Fl的平移 后，耦合進入光纖準直器C1。
在第二個工作狀態(tài)，活動楔角棱鏡A2位于光路10中，其他活動楔角棱鏡均在光路 10之外。光束10經(jīng)過活動楔角棱鏡A2后，以出射光12射出，光束12相對于光束10 順時針偏向一定角度。光束12經(jīng)過屋脊棱鏡D的平移及反向后，以出射光22入射到與 活動楔角棱鏡A2楔角角度及楔角方向相同的固定楔角棱鏡E的通光面上，以光束32射 出，光束32相對于光束22逆時針偏向一定角度。光束32經(jīng)過固定斜方棱鏡F2的平移 后，耦合進入光纖準直器C2。
在第三個工作狀態(tài)，活動楔角棱鏡A3位與公路10中，其他活動楔角棱鏡均在光路 10之外。光束10經(jīng)過活動楔角棱鏡A3后，以出射光13射出，光束13相對于光束10 順時針偏向一定角度。光束13經(jīng)過屋脊棱鏡D的平移及反向后，以出射光23入射到與 活動楔角棱鏡A3楔角角度及楔角方向相同的固定楔角棱鏡E的通光面上，以光束33射 出，光束33相對于光束23逆時針偏向一定角度。光束33耦合進入光纖準直器C3。
在第四個工作狀態(tài)，所有活動楔角棱鏡均在光路10之外。光束10經(jīng)過屋脊棱鏡D 的平移及反向后，以出射光20出射并耦合進入光纖準直器C4。
4個工作狀態(tài)光路均可逆，這樣就實現(xiàn)了 1X4光開關的功能。
圖5是本實用新型1XMXN光開關的第二個實施例，1X8光開關。公共端口準直器 C0與8個輸出端口光纖準直器C1、 C2、 C3、 C4、 C5、 C6、 C7、 C8相互平行且朝向同一個方向。其中光纖準直器CO、 Cl、 C2、 C3、 C4固定在金屬基板的第一級金屬平臺上面，光 纖準直器C5、 C6、 C7、 C8固定在金屬基板的第二級金屬平臺上面。公共端口出射光束到 固定屋脊棱鏡D之間這段光路標記為10，光路10方向上擺放有3個活動楔角棱鏡Al、 A2、 A3和1個活動斜方棱鏡A4, 3個活動楔角棱鏡A1、 A2、 A3和1個活動斜方棱鏡A4 分別通過金屬桿L1、 L2、 L3、 L4與繼電器R1、 R2、 R3、 R4連接在一起，繼電器可驅動3 個活動楔角棱鏡A1、 A2、 A3和1個活動斜方棱鏡A4在光路10內(nèi)外切換。
當活動楔角棱鏡Al 、 A2、 A3依次處于光路10內(nèi)，活動斜方棱鏡A4位于光路10之 外時，光束10分別經(jīng)過三個活動楔角棱鏡的偏折，形成出射光束41、 31、 21， 3束輸出 光相比較于光束10，均順時針偏轉了一定角度。光束41、 31， 21經(jīng)過固定屋脊棱鏡D 的平移及反向作用后，分別以光束42、 32、 22出射并透過與活動楔角棱鏡Al， A2， A3 楔角角度及楔角方向相同的固定楔角棱鏡E的通光面上，以光束43， 33、 23出射，3束 光相比較于光束42、 32、 22均逆時針旋轉了一定角度。光束43經(jīng)過固定斜方棱鏡F1的 平移后，以出射光44耦合進入光纖準直器C1，光束33經(jīng)過固定斜方棱鏡F2的平移后， 以出射光34耦合進入光纖準直器C2，光束23直接耦合進入準光纖直器C3。
當所有3個活動楔角棱鏡A1、 A2、 A3和1個活動斜方棱鏡A4均在光路10之外時，光束 10經(jīng)過屋脊棱鏡D的平移和反射后，以出射光20耦合進入光纖準直器C4。
當活動斜方棱鏡A4位于光路10之內(nèi)時，活動楔角棱鏡Al、 A2、 A3依次切換到光路10內(nèi)， 光束10分別經(jīng)過三個棱鏡的偏折，形成出射光束41、 31、 21， 3束輸出光相比較于光束10， 均順時針偏轉了一定角度。光束41、 31、 21經(jīng)過活動斜方棱鏡A4后，均向上偏移了一定高度， 該高度與活動斜方棱鏡A4通光面的長度及第二級金屬平臺相比較于第一級金屬平臺的高度一 致，出射光束71、 61、 51經(jīng)過固定屋脊棱鏡D的平移和反向后，以光束72、 62、 52出射并透 過與活動楔角棱鏡A1、 A2、 A3楔角角度及楔角方向相同的固定楔角棱鏡E的通光面上，以光 束73、 63、 53出射，3束光相比較于光束72、 62、 52均逆時針旋轉了一定角度。光束73經(jīng)過 固定斜方棱鏡F1的平移后，以出射光74耦合進入光纖準直器C5，光束63經(jīng)過固定斜方棱鏡 F2的平移后，以出射光64耦合進入光纖準直器C6，光束53直接耦合進入光纖準直器C7。
當活動斜方棱鏡A4位于光路10之內(nèi)，其他活動楔角棱鏡位于光路10之外時，光束10經(jīng) 過活動斜方棱鏡A4后，向上偏移了一定高度，該高度與活動斜方棱鏡A4通光面的長度及第二 級金屬平臺相比較于第一級金屬平臺的高度一致，光束10經(jīng)過固定屋脊棱鏡D的平移和反射 后，以出射光21耦合進入光纖準直器C8。
這樣就實現(xiàn)了1X8光開關的功能，在8種工作狀態(tài)下，光路均可逆。
圖6是本實用新型1XMXN光開關的第二個實施例，1X8光開關的立體結構圖。其中3 為金屬基板，Al、 A2、 A3、 A4為活動斜方棱鏡，D為固定屋脊棱鏡，E為固定楔角棱鏡，F(xiàn)l、 F2為固定斜方棱鏡，1為金屬基板的第一級金屬平臺，光纖準直器CO、 Cl、 C2、 C3、 C4固定 在金屬平臺1上面，2為第二級金屬平臺，光纖準直器C5、 C6、 C7、 C8固定在第二級金屬平 臺上面。
權利要求1.一種1×M×N型光開關，其特征在于，包括有1+M×N個光纖準直器，一個為公共端口光纖準直器(C00)，其余為M×N個排列的輸出、輸入端口光纖準直器(C)，其中，M代表橫向的通道數(shù)，N代表縱向的級數(shù)，M、N均取大于或等于1的自然數(shù)，所述的每一縱列的輸出、輸入端口光纖準直器(C)均是沿由光纖構成的光路串聯(lián)連接，所述的公共端口光纖準直器(C00)也連接有構成光路(10)的光纖；M-1個活動楔角棱鏡(A)，沿所述的公共端口光纖準直器(C00)的光路(10)方向上依次排列，并通過繼電器(R)控制；N-1個活動斜方棱鏡(B)，位于活動楔角棱鏡(A)的后面，沿所述的公共端口光纖準直器(C00)的光路(10)方向上依次排列，并通過繼電器(R)控制；一個屋脊棱鏡(D0)，位于活動斜方棱鏡(B)的后面，其入射光為公共端口光纖準直器(C00)入射的準直光束或經(jīng)過活動楔角棱鏡(A)偏折或經(jīng)過活動斜方棱鏡(B)平移后的準直光束；一個固定楔角棱鏡(E0)，位于屋脊棱鏡(D0)的出射端光路上；M-2個固定棱鏡(F)，分別設置在固定楔角棱鏡(E0)出射的各光路上，每個固定棱鏡(F)的輸出光路對應一列光纖準直器(C)的光路。
2. 根據(jù)權利要求1所述的1XMXN型光開關，其特征在于，所述的活動楔角棱鏡(A) 的折射面統(tǒng)一朝向活動斜方棱鏡(B)的方向，且活動楔角棱鏡(A)間具有間隔的設置。
3. 根據(jù)權利要求1所述的1XMXN型光開關，其特征在于，所述的活動楔角棱鏡(A) 為梯形楔角，每一個活動楔角棱鏡(A)通過一個金屬桿(L)連接一個繼電器(R)。
4. 根據(jù)權利要求1所述的1XMXN型光開關，其特征在于，所述的活動斜方棱鏡(B) 為平行四邊形棱鏡，每一個活動斜方棱鏡(B)通過一個金屬桿(L)連接一個繼電器(R)。
5. 根據(jù)權利要求3或4所述的1XMXN型光開關，其特征在于，所述的繼電器(R) 帶動M-l個活動楔角棱鏡(A)和N-1個活動斜方棱鏡(B)在第一停留位置和第二停留位置 之間切換，所述的第一停留位置為M-1個活動楔角棱鏡(A)和N-l個活動斜方棱鏡(B)的 通光面在公共端口光纖準直器(C00)的光路(10)外，第二停留位置為M-l個活動楔角棱鏡 (A)和N-l個活動斜方棱鏡(B)的通光面在公共端口光纖準直器(C00)的光路(10)內(nèi)。
6. 根據(jù)權利要求1所述的1XMXN型光開關，其特征在于，所述的一個固定楔角棱 鏡(E0)為梯形棱鏡；M-2個固定棱鏡(F)為固定斜方棱鏡，所述的固定斜方棱鏡為平行四 邊形棱鏡。
7. 根據(jù)權利要求1所述的1XMXN型光開關，其特征在于，所述的活動楔角棱鏡(A) 與所述的固定楔角棱鏡(EO)的楔角角度相同。
8. 根據(jù)權利要求1所述的1XMXN型光開關，其特征在于，所述的屋脊棱鏡(DO)為 直角棱鏡。
9. 根據(jù)權利要求1所述的1XMXN型光開關，其特征在于，所述屋脊棱鏡(DO)的入 射光束與出射光束相互平行。
10. 根據(jù)權利要求1所述的1XMXN型光開關，其特征在于，所述的1+MXN個光纖 準直器分別設置在金屬基板(J)的各金屬平臺上，其中，在金屬基板(J)的第1金屬平臺 (l)上，由左向右依次并排設置有公共端口光纖準直器(COO)和M個輸出、輸入端口光纖 準直器(C)，并處于同一個水平面；在金屬基板(J)的第2 N個金屬平臺(2、…N)上，均 由左向右并排設置有M個輸出、輸入端口光纖準直器(C)，每一金屬平臺上所設置的輸出、 輸入端口光纖準直器(C)處于同 一個水平面。
11. 根據(jù)權利要求10所述的1XMXN型光開關，其特征在于，所述的金屬基板(J) 上的金屬平臺為由第1金屬平臺(1)至第N金屬平臺(N)構成,N取大于或等于1的自然數(shù); 所述的金屬平臺中，第l金屬平臺(1)之外的其余各金屬平臺均為弓形結構，且各金屬 平臺(1……N)形成從低到高的階梯形結構。
12. 根據(jù)權利要求1或10所述的1XMXN型光開關，其特征在于，所述的各活動楔 角棱鏡(A)和各活動斜方棱鏡(B)、固定屋脊棱鏡(D0)和固定楔角棱鏡(E0)以及固定斜方 棱鏡(F)均固定在金屬基板(J)的上面；驅動各活動楔角棱鏡(A)和活動斜方棱鏡(B)的繼 電器(R)連接在控制電路上，所述的控制電路與金屬基板(J)固定在一起。
13. 根據(jù)權利要求1所述的1XMXN型光開關，其特征在于，所述的從公共端口光 纖準直器(C00)至MXN個輸出、輸入端口光纖準直器(C)的光路是可逆的。
專利摘要一種1×M×N型光開關，有1+M×N個光纖準直器，一個為公共端口光纖準直器，其余為M×N個排列的輸出、輸入端口光纖準直器，M、N為大于或等于1的自然數(shù)，每一縱列的光纖準直器均是沿由光纖構成的光路串聯(lián)連接，公共端口光纖準直器也連接有構成光路的光纖；M-1個活動楔角棱鏡和位于活動楔角棱鏡的后面的N-1個活動斜方棱鏡，沿公共端口光纖準直器的光路方向上依次排列，并通過繼電器控制；一個屋脊棱鏡，位于活動斜方棱鏡的后面；一個固定楔角棱鏡，位于屋脊棱鏡的出射端光路上；M-2個固定棱鏡，分別設置在固定楔角棱鏡出射的各光路上，每個固定棱鏡的輸出光路對應一列光纖準直器的光路。本實用新型可廣泛應用于光通信系統(tǒng)、光纖網(wǎng)絡系統(tǒng)、光學測量系統(tǒng)或儀器以及光纖傳感系統(tǒng)中。
文檔編號G02B6/35GK201278031SQ20082014160
公開日2009年7月22日 申請日期2008年8月15日 優(yōu)先權日2008年8月15日
發(fā)明者周大海, 楊育峰, 肖清明, 賀瑩瑩 申請人:武漢光迅科技股份有限公司