專利名稱：光開關(guān)及切換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光開關(guān)及其切換方法，用于例如在光學(xué)通信領(lǐng)域內(nèi)切換由光纖構(gòu)成的光學(xué)傳輸線。
迄今已知的這種光開關(guān)的一個例子為日本公開專利申請公報平6-67101所公開的設(shè)備類型。此光開關(guān)具有一個第一光纖組，由若干第一光纖組成；一個光纖排布部件，用于水平排布所述第一光纖；一個第二光纖；一個光纖驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于夾持此第二光纖并機(jī)械移動此第二光纖以使之與任一第一光纖光學(xué)耦合；和一個封裝盒，用于容裝所述第一光纖組、第二光纖、光纖排布部件和光纖驅(qū)動機(jī)構(gòu)。封裝盒中填有折射率匹配劑，其折射率近似等于第一光纖和第二光纖的折射率，例如硅油。從而，將折射率匹配劑注入第一光纖和第二光纖連接端面之間的縫隙中，以減少此縫隙中由于散射等引起的光學(xué)損耗，防止由于第一光纖和第二光纖的切換所引起的光學(xué)損耗的積累，并使其光學(xué)特性保持穩(wěn)定。
然而，這種傳統(tǒng)的光開關(guān)由于其上述結(jié)構(gòu)而存在下述問題。
具體地說，由于此光開關(guān)結(jié)構(gòu)中光纖驅(qū)動機(jī)構(gòu)浸在折射率匹配劑中，外部物質(zhì)，例如由光纖驅(qū)動機(jī)構(gòu)的機(jī)械接觸或磨損而產(chǎn)生的磨屑，流入填充所述盒體的折射率匹配劑中，并在其中運(yùn)動而進(jìn)入所述光纖之間的耦合部，從而導(dǎo)致了光開關(guān)光學(xué)特性的降低。因為用作折射率匹配劑的硅油甚至通過微細(xì)的孔也能泄漏，使得封裝盒中的油封結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜(采取防泄漏措施，組裝過程中的防范措施，等等)。
本發(fā)明目的在于提供一種如下的光開關(guān)，它不會產(chǎn)生由于外部物質(zhì)侵入光纖間耦合部而導(dǎo)致的光學(xué)性能下降，并且無需復(fù)雜的封裝結(jié)構(gòu)，從而解決了上述問題。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的光開關(guān)包括一個第一光纖組，由多根端部對齊并固定的光纖組成；一活動的第二光纖，其端面位于與第一光纖組的一端面相對的位置；和一驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于移動第二光纖至如下位置，使得第二光纖位于與第一光纖組中的任一第一光纖相對處。所述光開關(guān)設(shè)置為選擇性開關(guān)所述任一第一光纖與所述第二光纖之間的光學(xué)耦合，所述光開關(guān)包括一匹配部分，其折射率匹配劑的折射率大致等于所述光纖折射率，該匹配劑位于所述第一光纖與所述第二光纖耦合端面之間的縫隙部分，一個供給機(jī)構(gòu)，用于向所述縫隙部分提供所述折射率匹配劑。
也就是說，本發(fā)明提供的光開關(guān)進(jìn)行光學(xué)傳輸線的開關(guān)是通過以所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)移動所述第二光纖，使所述第二光纖的端面與所述第一光纖組中的任意第一光纖的端面相對，從而使其彼此光學(xué)耦合。所述供給機(jī)構(gòu)向該耦合部提供折射率匹配劑，從而形成所述匹配部分。這樣可防止在所述耦合部發(fā)生散射和反射，從而穩(wěn)定了光學(xué)性能。由于所述折射率匹配劑僅提供給所述耦合部間隙，因此無須將上述驅(qū)動機(jī)構(gòu)等浸入折射率匹配劑，于是折射率匹配劑的供給量很少，可防止在驅(qū)動機(jī)構(gòu)中產(chǎn)生的磨屑流入所述耦合部。
為向耦合部提供折射率匹配劑可以有多種方法，實(shí)用的方法是下述在本發(fā)明權(quán)利要求中作出敘述的方法。
例如，將第一光纖組固定在一個基片上，其中設(shè)置有一個給定寬度的直線溝槽，并將其端面與所述槽的邊緣對齊。所述供給機(jī)構(gòu)向該槽中注入一定量的折射率匹配劑，從而將折射率匹配劑由該槽供入所述縫隙部分。
在此裝置中，注入所述槽的折射率匹配劑，由于例如折射率匹配劑和連接部件或光纖端面部分的分子間親和力所導(dǎo)致的所謂浸潤或毛細(xì)作用，使折射率匹配劑的液面，滲入所述耦合部縫隙，并保留其中，從而形成上述匹配部分。
在另一結(jié)構(gòu)中，所述供給機(jī)構(gòu)還可包括滴注裝置，此滴注裝置具有一個滴嘴，用于將小滴折射率匹配劑滴注至第二光纖的端面上。
此滴嘴可設(shè)置為正對第一光纖組中一定位置處的第一光纖的端面。
在此情況下，所述光開關(guān)最好設(shè)置為還包括一控制機(jī)構(gòu)，用于控制所述供給機(jī)構(gòu)，以便在第二光纖與一定位置處的第一光纖光學(xué)耦合時提供折射率匹配劑。
在此結(jié)構(gòu)中，在第二光纖與一定位置的第一光纖光學(xué)耦合時，由設(shè)置為正對第一光纖端面的所述滴嘴滴注折射率匹配劑，將所述匹配劑提供給所述縫隙部分。以此方式提供的匹配劑通過表面張力等保持在所述縫隙部分，形成一匹配層。當(dāng)其后移動第二光纖時，第二光纖在其端面可保持一定量的匹配劑而移動。由于此原因，當(dāng)?shù)诙饫w與不同位置的另一第一光纖耦合時，由此保持的匹配劑同樣在其縫隙處形成匹配層。另外，若第一光纖組的端面預(yù)先也由匹配劑浸潤，即，若使其端面保持既定量的匹配劑，則也一定可形成匹配層。這可通過第二光纖粘附匹配劑來實(shí)現(xiàn)。
另一個可行結(jié)構(gòu)為，滴嘴與第二光纖一起由所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動，使其總是保持正對第二光纖的端面。
在此情況下，由于滴嘴總是朝向所述耦合部，所以可確保折射率匹配劑提供給耦合部縫隙，從而形成匹配層。
由于此例中各光纖的端面也保持匹配劑，所以無需在每次轉(zhuǎn)換時都提供匹配劑。
以如下方式可構(gòu)造另一種結(jié)構(gòu)，所述供給機(jī)構(gòu)位于第一光纖組排列方向的延長線上，所述光開關(guān)進(jìn)一步包括一控制機(jī)構(gòu)，通過控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)將所述第二光纖的端部移動至所述供給機(jī)構(gòu)。
這種結(jié)構(gòu)允許通過移動第二光纖的端部至所述供給機(jī)構(gòu)，從而可以使匹配劑粘附在第二光纖端面上。當(dāng)?shù)诙饫w以及用此方式保持在其端面上的匹配劑與任一第一光纖光學(xué)耦合時，匹配劑保持在其間耦合部的縫隙處，從而形成所述匹配部分。
在這些情況任一個中，當(dāng)?shù)诙饫w與任一第一光纖通過切換進(jìn)行光學(xué)耦合時，在第二光纖與第一光纖之間的耦合部即形成了匹配層，從而抑制光學(xué)損耗，穩(wěn)定了光學(xué)性能。
一種更優(yōu)選的結(jié)構(gòu)為在一預(yù)定時間控制所述供給機(jī)構(gòu)等以提供一定量的折射率匹配劑。
本發(fā)明中折射率匹配劑主要保持在光纖端面上。相應(yīng)地，與傳統(tǒng)裝置中整個裝置浸在折射率匹配劑中的情況不同，由于蒸發(fā)等原因，此處所保持的折射率匹配劑存在減少的可能。由于光開關(guān)經(jīng)常用在控制場合，例如通訊設(shè)備中，所以在某種程度上可精確估計蒸發(fā)量。因此，可以通過計算補(bǔ)償蒸發(fā)量所必需的供給量，并基于此供給折射率匹配劑，可使匹配層的蒸發(fā)得到補(bǔ)償。
通過在恒定的時間間隔以匹配劑對所述端面進(jìn)行清洗的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)，即使在匹配層中混入懸浮顆粒或類似物，其影響也可消除。
在另一種結(jié)構(gòu)中，光開關(guān)可進(jìn)一步包括光電探測裝置，用于測量彼此光學(xué)耦合的第一和第二光纖中傳輸光的損耗，當(dāng)光電探測裝置探測到的傳輸光損耗超過一預(yù)定量時，控制所述供給機(jī)構(gòu)等，使其在傳輸光損耗不超出預(yù)定量之前供給折射率匹配劑。
所述耦合部的縫隙處保持的匹配劑的蒸發(fā)以及該縫隙處外部物質(zhì)的混入，增加了耦合部的光學(xué)損耗。于是，在耦合部傳輸光損耗的增加意味著或者匹配劑蒸發(fā)或者混入外部物質(zhì)的發(fā)生。在匹配劑蒸發(fā)的情況下，須添加匹配劑；在混入外部物質(zhì)的情況下，須通過清潔等方法將其除去。通過采用上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)由于匹配劑蒸發(fā)或混入外部物質(zhì)增加了傳輸光損耗時，在傳輸光損耗降低前供給匹配劑。這意味著在匹配劑蒸發(fā)的情況下，添加匹配劑直到匹配層的匹配劑量足夠?；蛘咴诨烊胪獠课镔|(zhì)的情況下，持續(xù)提供匹配劑直到除去外部物質(zhì)，也即，直到由匹配劑洗去外部物質(zhì)。其結(jié)果是，光開關(guān)的傳輸光損耗總是處于低于預(yù)定量。
在另一結(jié)構(gòu)中，光開關(guān)可設(shè)置為如下方式，一定量匹配劑根據(jù)操作者的操作供給。在此情況下，光開關(guān)的傳輸光損耗同樣得到抑制。
在這些裝置中，所述供給機(jī)構(gòu)可進(jìn)一步包括一個儲存折射率匹配劑的存儲箱，一個用于從此存儲箱中提取出一定量折射率匹配劑的泵，一個過濾裝置，用于過濾所述泵提取出的折射率匹配劑，和一個供給管，用于將這種過濾過的折射率匹配劑提供給上述槽或上述滴嘴等。
這種結(jié)構(gòu)能夠方便地提供一定量干凈的折射率匹配劑，由于匹配劑經(jīng)所述過濾裝置過濾過，所以不會混有外部物質(zhì)。它同樣易于添加或更換折射率匹配劑。
另外，本發(fā)明還包含根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的光學(xué)切換方法。
這些光學(xué)切換方法可以進(jìn)行高速光學(xué)切換并保持穩(wěn)定的光學(xué)性能。
通過下面給出的詳細(xì)說明及附圖，可更完全地理解本發(fā)明，它們僅以示例方式給出，不能認(rèn)為是限定本發(fā)明。
本發(fā)明的進(jìn)一步應(yīng)用范圍通過后面給出的詳細(xì)說明將更清楚。然而，應(yīng)當(dāng)理解，盡管此詳細(xì)說明和特例指出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但其僅以示例形式給出，由此詳細(xì)說明，在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種變化和改動，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。
圖1是顯示本發(fā)明第一實(shí)施例的光開關(guān)的剖面圖；圖2是圖1所示光開關(guān)主要部分的透視圖；圖3是顯示圖1所示光開關(guān)中第一光纖和第二光纖間光學(xué)耦合狀態(tài)的剖面圖4至圖6是說明圖1所示光開關(guān)切換時第一光纖和第二光纖之間位置關(guān)系的剖面圖；圖7是本發(fā)明第二實(shí)施例光開關(guān)的剖面透視圖；圖8是圖7所示光開關(guān)的連接部件的細(xì)節(jié)透視圖；圖9是說明圖7所示光開關(guān)中第一光纖和第二光纖之間光學(xué)耦合狀態(tài)的剖面圖；圖10至圖13是說明圖7所示光開關(guān)切換時第一光纖和第二光纖之間位置關(guān)系的剖面圖。
下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。在


和參照這些附圖所作的說明中，相同的元件以相同的附圖標(biāo)記表示，并省略重復(fù)的說明。
圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的光開關(guān)1的剖面圖。圖2為其主要部分的透視圖，圖3為其光纖之間的耦合部的剖面圖。
如圖1所示，光開關(guān)1封裝在直角平行六面體的封裝盒中。在此封裝盒10內(nèi)的一端設(shè)置有一個塊狀光纖排布部件21，用于將多個第一光纖(例如，88根光纖)20以其端部對齊加以固定。用于夾持多個第二光纖(2根)30端部的活動臂31位于封裝盒10內(nèi)中央部分與光纖排布部件21相對的位置。該活動臂31附著在用于垂直驅(qū)動該活動臂31的活動臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)40上。在此封裝盒10內(nèi)的另一端設(shè)置有耦合位置選擇機(jī)構(gòu)50，用于沿第一光纖20的排布方向(X方向)驅(qū)動活動臂31。光纖20、30的直徑都為125μm。
與活動臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)40固定有一滴嘴61，用于向光學(xué)耦合的第一光纖20和第二光纖30的間隙逐滴滴入折射率匹配劑液滴。此折射率匹配劑具有與光纖芯層近似相等的折射率，例如最好是硅油。由于此折射率匹配劑在滴入后需要沿所述端面擴(kuò)散開，因此不宜采用具有過高粘度的匹配劑。特別地，當(dāng)粘度超過100cP時，這種液體中易含有氣泡，則由這些氣泡引起的光學(xué)散射會引起接頭損耗。相應(yīng)地，合適的折射率匹配劑粘度應(yīng)不超過100cP。另一方面，如果其粘度低于5cP，則其表面張力太低，使在光纖端面形成的液層或液滴厚度變薄，從而難于在所述耦合部間隙形成折射率匹配層。因而，優(yōu)選的折射率匹配劑其粘度應(yīng)不低于5cP。因此，本實(shí)施例采用了粘度為50cP的折射率匹配劑。以此方式滴入的折射率匹配劑由表面張力附著在第一光纖20的端面與第二光纖30的端面處(見圖3)。附著在此二端面的折射率匹配劑填充第一光纖20和第二光纖30之間的間隙，從而形成匹配層25。以此方式形成的匹配層25的存在抑制了信號光在第一光纖20和第二光纖30端面的反射。也即，它能防止在第一光纖20和第二光纖30間光學(xué)傳輸效率的降低。
基于聚四氟乙烯(例如，特氟龍)的彈性導(dǎo)管62與滴嘴61的基座端61a相連。導(dǎo)管62穿過封裝盒10伸至其外部，伸出的導(dǎo)管62與設(shè)置在封裝盒10外的供給泵63的供給出口63a相連。與供給泵63的入口63b連接有基于聚四氟乙烯(例如，特氟龍)的導(dǎo)管64，它由用于存儲折射率匹配劑的匹配劑箱65伸出。因此，當(dāng)驅(qū)動供給泵63時，存儲在匹配劑箱65中的折射率匹配劑通過導(dǎo)管64、62內(nèi)部供給滴嘴61，然后由滴嘴61的端部61b滴下。另外，用于濾去折射率匹配劑中雜質(zhì)的過濾器66安裝在滴嘴61和供給泵63之間的導(dǎo)管62上。過濾器66具有1μm的網(wǎng)孔，能夠從折射率匹配劑中濾去幾乎所有雜質(zhì)。因此，向滴嘴61提供的總是純凈的折射率匹配劑。在此實(shí)施例中，供給泵63為一膜片式磁控泵，但亦可為旋轉(zhuǎn)泵。從匹配劑箱65至滴嘴60這些元件構(gòu)成供給機(jī)構(gòu)60。
供給泵63的驅(qū)動由最佳液滴控制器67和過量液滴控制器68加以控制。最佳液滴控制器67通過光電探測器70經(jīng)由耦合器69對第一光纖20的光傳輸效率進(jìn)行探測，并根據(jù)光電探測器70提供的代表光傳輸效率的信號對供給泵63進(jìn)行控制。具體地說。當(dāng)光電探測器70探測的光傳輸效率顯示出降低時，最佳液滴控制器67斷定第一光纖20和第二光纖30之間的折射率匹配劑減少，進(jìn)而驅(qū)動供給泵63向上述間隙補(bǔ)充最佳量的折射率匹配劑。設(shè)置過量液滴控制器68，使得在操作員接通開關(guān)68a時，控制器68驅(qū)動供給泵63，將多于上述“最佳量”的過量折射率匹配劑注入第一光纖20和第二光纖30之間的間隙。
如圖2所示，在光纖排布部件2的上表面，有既定數(shù)量的相同形狀的V形槽22，沿光纖耦合方向(Y-方向)直線伸展，并沿X-方向等間隔設(shè)置。這些V形槽22的間距和深度分別為0.25mm和0.17mm，各V形槽22的一側(cè)用作第一光纖固定槽22a，以通過粘接劑固定88根第一光纖20的每一根，而各V形槽22的另一側(cè)用作第二光纖引導(dǎo)槽22b，以導(dǎo)引固定在活動臂31上的第二光纖30進(jìn)入其中。U形蓋板23附著在第一光纖固定槽22a上，從而通過由頂端壓此蓋板23，確保第一光纖20固定在第一光纖固定槽22a中。
在光纖排布部件21的上表面，且在第一光纖20與第二光纖30間的耦合部下面，設(shè)置有匹配劑漏槽24。此匹配劑漏槽24沿第一光纖20的排列方向(X-方向)延伸。該漏槽24的寬度為0.2mm，其深度為0.5mm。該漏槽24能夠?qū)o益于形成匹配層25的自滴嘴61滴下的過量匹配劑排出光纖排布部件21的外部。這可防止折射率匹配劑蓄積在光纖排布部件2的上表面上，從而防止光纖排布部件21上表面上的灰塵(外部物質(zhì))混入填充第一光纖20與第二光纖30間隙的折射率匹配劑中。這樣可以防止由于光纖排布部件21上表面粘附灰塵的影響而導(dǎo)致的光開關(guān)1的光學(xué)性能下降。
該漏槽24還用于對齊第一光纖20的端面。多個第一光纖20由蓋板23固定，從而其端部伸至該漏槽24的上面。然后，平行于蓋板23的側(cè)面和漏槽24的側(cè)面切割這些第一光纖20，從而對齊這些光纖的端面。這種方法便于光纖相應(yīng)端面位置的對齊。
接下來描述設(shè)置在封裝盒10中部的活動臂31以及活動臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)40。如圖2所示，活動臂31由位于外部具有彈性的第一活動臂32與位于內(nèi)部具有彈性的第二活動臂33構(gòu)成。此第一活動臂32的基端由螺釘?shù)裙潭ㄔ谖挥趬K狀基座34的中間梯階上表面34b上，第二活動臂33的基端由螺釘?shù)裙潭ㄔ谖挥诨?4的較低梯階的上表面34a上。
在第二活動臂33的中央設(shè)置有一個單片簧的彈簧部分33a。該彈簧部分33a促使第二活動臂33在穩(wěn)定狀態(tài)時朝下，并且為補(bǔ)償在第二光纖30導(dǎo)入V形槽22時產(chǎn)生的位置偏移，允許其有一位移量。另外，在第二活動臂33的端部固定有塊狀活動頭33b，并且在該活動頭33b上固定有兩根第二光纖30，并與光纖排布部件21的V形槽22相對。第一活動臂32同樣由片簧制成，并且在穩(wěn)定狀態(tài)時朝下。
活動臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)40設(shè)置在上述活動臂31的旁邊。該活動臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)40由如下的部件構(gòu)成固定在基座34上的電磁線圈41，設(shè)置為當(dāng)由電磁線圈41的鐵芯41a推動時旋轉(zhuǎn)的L形旋轉(zhuǎn)部分42，由旋轉(zhuǎn)部分42的內(nèi)側(cè)面沿X-方向延伸并設(shè)置在第一活動臂32與第二活動臂33之間用于向上推動第一活動臂32的第一操縱桿43，以及由旋轉(zhuǎn)部分42的內(nèi)側(cè)面沿X-方向延伸并設(shè)置在第二活動臂33的內(nèi)部用于向上推動第二活動臂33的第二操縱桿44。
當(dāng)活動臂31處于穩(wěn)態(tài)時(處于第二光纖30置于光纖排布部件21的V形槽中的V-接觸狀態(tài))，鐵芯41a收縮，通過在基座34與旋轉(zhuǎn)部分42間拉伸的卷簧(未畫出)的推動力，使得旋轉(zhuǎn)部分42沿箭頭A的方向旋轉(zhuǎn)，從而使第一活動臂32從第一操縱桿43脫開，且使第二活動臂33從第二操縱桿44脫開。結(jié)果由第一活動臂32的端部推動第二活動臂33的端部，從而第二光纖30與光纖排布部件21達(dá)到V-接觸。
當(dāng)活動臂31為切換光學(xué)耦合而沿X-方向移動時，鐵芯41a向前運(yùn)動以脫開第一光纖30的V-接觸狀態(tài)。隨著該鐵芯41a對旋轉(zhuǎn)部分42的推動，使得旋轉(zhuǎn)部分42沿箭頭B方向旋轉(zhuǎn)。結(jié)果通過第一操縱桿43向上推動第一活動臂32，以及通過第二操縱桿44向上推動第二活動臂33，使得第二光纖30的V-接觸狀態(tài)得以脫開。
下面描述設(shè)置在封裝盒10另一端部的耦合位置選擇機(jī)構(gòu)50。如圖1所示，該耦合位置選擇機(jī)構(gòu)50具有，在封裝盒10中沿X-方向延伸的螺桿51，固定在基座34上并與螺桿51相配合的螺母部分52，帶有編碼器53a用于驅(qū)動螺桿51的步進(jìn)電機(jī)53，以及用于導(dǎo)引基座34運(yùn)動的導(dǎo)軌54。導(dǎo)軌54固定在封裝盒10中并沿X-方向延伸。在基座34的下表面內(nèi)形成的滑槽34C設(shè)置為沿導(dǎo)軌54滑動，從而可形成基座34穩(wěn)定的X-方向運(yùn)動。
下面描述滴嘴61，它用于將折射率匹配劑滴入第一光纖20與第二光纖30間的間隙。如圖2所示，滴嘴61的基部61C固定在定位器45的端頭，定位器45固定在位于基座34的上梯階的上表面34d上。滴嘴61的基部61C沿X-方向延伸，然后在中間折彎，以使其端部61b伸向下面。結(jié)果使得滴嘴61的端部61b位于第二光纖30的端部附近。
具有柔性的導(dǎo)管62的一端62a連接至滴嘴61的基端61a，導(dǎo)管62的另一端62b通過形成在封裝盒10上的導(dǎo)管出孔10a伸向外面。這里，導(dǎo)管出孔10a與滴嘴61間的導(dǎo)管62設(shè)置有足夠的松弛部分，以使滴嘴61能與基座34一起沿X-方向滑動。因此，即使在基座34滑離導(dǎo)管出孔10a時，也不會使導(dǎo)管62在由滴嘴61拉動時滑出滴嘴61。
下面描述本實(shí)施例光開關(guān)1的工作過程。首先，在第二光纖30與光纖排布部件21處于V-接觸狀態(tài)時驅(qū)動供給泵63，由匹配劑箱65中抽取折射率匹配劑供入導(dǎo)管62。通過導(dǎo)管62內(nèi)部將折射率匹配劑提供給滴嘴61，然后由滴嘴61的端部61b滴下折射率匹配劑，如圖3所示。一部分如此滴下的折射率匹配劑通過在第一光纖20與第二光纖30間隙處形成的表面張力，附著在第一光纖20的端面與第二光纖30的端面。未附著在這些端面的過量折射率匹配劑向下流入匹配劑漏槽24中。
由于滴嘴61以此方式逐滴向第一光纖20與第二光纖30之間的間隙供給折射率匹配劑液滴，可使此間隙注入不可減少的最小量折射率匹配劑。由于活動臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)40并未浸入向第一光纖20與第二光纖30間的間隙注入的折射率匹配劑中，例如在活動臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)40中產(chǎn)生的磨屑等粉塵不會混入注入在第一光纖20與第二光纖30間隙的折射率匹配劑中。這可防止由于活動臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)40中產(chǎn)生的粉塵的影響導(dǎo)致光開關(guān)1光學(xué)性能的降低。另外，因為所用的折射率匹配劑量很少，從而可簡化封裝盒10中的油封結(jié)構(gòu)。
由于第一光纖20與第二光纖30之間的間隙小至約20μm，所以折射率匹配劑的液滴量可很小。下面將參見圖3至圖6描述本實(shí)施例的切換過程。在如圖3中所示形成折射率匹配層25后，如圖2所示的旋轉(zhuǎn)部分42沿箭頭B方向旋轉(zhuǎn)，從而向上移動第二活動臂33。這導(dǎo)致提升第二光纖30同時使它們離開耦合部移回，如圖4和圖5所示。與第一光纖20的連接通過此種方式脫接。此時附著在第二光纖30端面處的折射率匹配劑由于折射率匹配劑的表面張力得以保持，從而在其端面上形成液層25a。
然后保持該液層25a驅(qū)動活動臂31(見圖1和圖2)，以將第二光纖30沿X-方向移動至位于固定槽22a延長線上的引導(dǎo)槽22b正上方，在固定槽22a中放置有需耦合對接的另一個第一光纖20。此后，圖2所示旋轉(zhuǎn)部分42沿箭頭A方向旋轉(zhuǎn)，從而向下移動第二活動臂33。這導(dǎo)致將第二光纖30壓在引導(dǎo)槽22b上，并將其端部向前移向第一光纖20，如圖6所示。然后第二光纖30再次如圖3所示與第一光纖進(jìn)行光學(xué)耦合。此時第一光纖20與第二光纖30間的間隙填充有保持在第二光纖30端面上的折射率匹配劑。因此，不需在第一光纖20與第二光纖30間光學(xué)連接的每次切換中都向其間隙補(bǔ)充折射率匹配劑。另外，折射率匹配劑主要以蒸發(fā)方式損耗，而蒸發(fā)量是很小的。具體地說，即使在光開關(guān)1連續(xù)使用十年情況下，其折射率匹配劑消耗量也僅約50cc。
如上所述，供給泵63的驅(qū)動由最佳液滴控制器67和過量液滴控制器68加以控制。具體地說，最佳液滴控制器67監(jiān)測來自光電探測器70的指示光傳輸效率的信號，并在探測到光傳輸效率降低時自動驅(qū)動供給泵63。這樣驅(qū)動供給泵63使折射率匹配劑由滴嘴以少量滴下，從而向第一光纖20與第二光纖30間的間隙補(bǔ)充必需量的折射率匹配劑。最佳液滴控制器67可設(shè)置為定時地向上述間隙補(bǔ)充折射率匹配劑，而不監(jiān)測光傳輸效率信號。例如，通過采用如下設(shè)置，即向上述間隙隔天補(bǔ)充一滴左右折射率匹配劑，可使第一光纖20與第二光纖30間的間隙總是保持充滿折射率匹配劑。
過量液滴控制器68設(shè)置方式為，當(dāng)粉塵粘附在第一光纖20與第二光纖30間的間隙時，操作員接通開關(guān)68a以啟動供給泵63。這樣驅(qū)動供給泵63使得大量(大約10cc)折射率匹配劑由滴嘴滴下，從而使此大量折射率匹配劑流入第一光纖與第二光纖間的間隙。這導(dǎo)致對第一光纖20與第二光纖間的間隙處粉塵的清洗，并通過匹配劑漏槽24將其排出光纖排布部件21。以此方式可方便地清洗第一光纖20與第二光纖30間的間隙，并使光開關(guān)1的光學(xué)特性總是保持在一個優(yōu)良的工作狀態(tài)。
該過量液滴控制器68可以如下方式設(shè)置，即監(jiān)測前述來自光電探測器70的輸出信號，并且僅在光傳輸效率不能通過最佳液滴控制器67的操作加以改善時，才斷定混入外部物質(zhì)，從而驅(qū)動供給泵63。另一種方式，可不監(jiān)測光電探測器70的輸出，定時進(jìn)行清洗。
圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例的概略示意圖。圖8為第二實(shí)施例的連接部件的放大透視圖，圖9為其徑向截面圖。
參照圖7至圖9。與第一實(shí)施例的區(qū)別在于用于將折射率匹配劑滴入漏槽24的滴嘴61b設(shè)置在光纖排布部件21的匹配劑漏槽24上面。其它結(jié)構(gòu)基本與圖1至圖3所示第一實(shí)施例相同。
下面參照圖7至圖13說明該裝置的工作過程。圖10至圖13表示在切換過程中第一光纖20與第二光纖30之間的關(guān)系。圖8表示兩根第二光纖30，但下面說明只對其中一個移動的情況作出。同樣也可能單獨(dú)移動兩根或多根第二光纖30，且其操作按照下列描述進(jìn)行。
在圖7至圖9所示裝置中，首先由滴嘴61b滴下一定量的匹配劑液滴。滴下的液滴沿著板23的側(cè)壁流動，充滿漏槽24的內(nèi)部。其結(jié)果為，在相連的第一光纖20的端面20a與第二光纖30的端面30a之間的間隙由毛細(xì)作用形成匹配層25a，如圖10所示。匹配劑同時也浸潤與第二光纖30不相對的其它不相連第一光纖20。
在達(dá)到此狀態(tài)后，進(jìn)行光開關(guān)的切換操作。首先，如圖9所示的夾持第二光纖30的第二活動臂33向上移動(此操作同上述第一實(shí)施例)。隨著第二活動臂33向上運(yùn)動，由該第二活動臂33夾持的第二光纖30也向上運(yùn)動。在該操作前，第二光纖30置于引導(dǎo)槽22b中，其端部壓在光纖排布部件21上的引導(dǎo)槽22b的V形槽表面上，如圖9所示。隨著第二活動臂33的提升，第二光纖30的端面30a即脫離第一光纖20在固定端的端面20a，如圖11所示。在此情況下，在所述間隙已經(jīng)形成的匹配層25a被分成第一和第二光纖20，30的相應(yīng)端面上的液層25b、25c。
隨著第二活動臂33的進(jìn)一步提升，第二光纖30與引導(dǎo)槽22b完全脫離，如圖12所示。第二活動臂33以此狀態(tài)沿漏槽24的徑向移動，并停止在與待連接的第一光纖20相對的另一引導(dǎo)槽22b正上方。
然后，再次降低第二活動臂33，以使第二光纖30在其端部接觸引導(dǎo)槽22b的V形槽表面，如圖13所示。隨著第二活動臂33的進(jìn)一步降低，第二光纖30的端面30a向第一光纖20的端面20a運(yùn)動。接著在該二端面形成的匹配劑液層25d、25e最終合并，重新如圖10所示形成匹配層25a，從而使兩光纖20，30相互光學(xué)連接。
本發(fā)明人制做了該實(shí)施例光開關(guān)的試樣，并進(jìn)行了實(shí)施此開關(guān)連續(xù)操作的試驗，其中每天進(jìn)行一次切換操作并且每天供給兩滴折射率匹配劑。試驗結(jié)果證實(shí)，所需性能保持一年以上而未增加接合損耗。
為檢驗混入外部物質(zhì)的影響，進(jìn)行了與上述試驗類似的進(jìn)一步試驗，試驗條件為，在蓋板23上各放置如下材料的粉末0.01g用作襯底材料的硅，用作光纖涂層材料的可光固化的環(huán)氧樹脂，和用作驅(qū)動機(jī)構(gòu)材料的不銹鋼，以便混入折射率匹配劑。試驗結(jié)果證實(shí)，未觀測到由于外部物質(zhì)引起的接合損耗的任何增加。
其原因被認(rèn)為是，本發(fā)明中外部物質(zhì)本身不易移動，并且附著在連接部件21上，因為使匹配劑附著在光纖耦合部的匹配層25上的動力是基于毛細(xì)作用的，即液體和所述表面等之間的吸附力。
如果附著有外部物質(zhì)，通過提供高于蒸發(fā)消耗量的折射率匹配劑，可洗去該附著的外部物質(zhì)。另外，由于長期退化等原因致使性能降低的匹配劑也可以同樣方式加以替換。
由于折射率匹配劑蒸發(fā)的消耗量為每天0.05cc以下，使用十年所需量也僅為50cc。還有一個優(yōu)點(diǎn)是，與需要大量匹配劑并且須替換混有外部物質(zhì)的全部匹配劑的傳統(tǒng)液體浸入型光開關(guān)相比，此處匹配劑用量很小。
匹配劑25的優(yōu)選滴注位置為高于所述耦合部的間隙，但也可在低于該間隙的位置供給匹配劑25，或直接供入漏槽24。
不必局限于上述兩個實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明精神要旨的范圍內(nèi)，本發(fā)明也可作出一些改動，例如下面所述。
(1)上述第一實(shí)施例設(shè)置為使得基座12運(yùn)動，以選擇第一光纖20與第二光纖30進(jìn)行光學(xué)耦合，但也可使光纖排布部件21設(shè)置為運(yùn)動，以選擇第一光纖20。
(2)上述第一實(shí)施例設(shè)置為使得滴嘴61固定在活動臂驅(qū)動機(jī)構(gòu)40上，但它也可如此固定，使得可導(dǎo)引其在任意位置朝向第一光纖。在此情況下，當(dāng)?shù)诙饫w與滴嘴朝向的第一光纖耦合時，可注入匹配劑。
(3)上述第一實(shí)施例設(shè)置為使得供給泵63的驅(qū)動由兩個控制器，即最佳液滴控制器67和過量液滴控制器68加以控制，但也可設(shè)置具有那些控制器功能的一個單一控制器來控制供給泵的驅(qū)動。
(4)上述第一實(shí)施例設(shè)置為使得匹配劑提供給第一光纖和第二光纖之間的間隙，但另一種可行的設(shè)置為，第二光纖移動至與任何第一光纖都不耦合的位置，例如，移動至光纖排布部件21的一端，并通過朝向該端部的滴嘴61向第二光纖的端面滴注匹配劑。
根據(jù)本發(fā)明的光開關(guān)由于上述結(jié)構(gòu)，可達(dá)到如下效果。
具體地說，由于折射率匹配劑注入第一光纖與第二光纖之間的間隙，使得在第一光纖與第二光纖端面處的信號光反射得以抑制，從而可防止第一光纖與第二光纖間光傳輸效率的降低。由于折射率匹配劑只注入第一光纖與第二光纖之間的間隙而不浸濕活動臂驅(qū)動裝置，外部物質(zhì)例如在活動臂驅(qū)動裝置中產(chǎn)生的磨屑不會混入第一光纖與第二光纖間的折射率匹配劑中。這可防止由于活動臂驅(qū)動裝置中產(chǎn)生的外部物質(zhì)的影響導(dǎo)致光開關(guān)光學(xué)性能的降低。另外，由于所用的折射率匹配劑量少，可簡化封裝盒中油封結(jié)構(gòu)。這樣可減小設(shè)備的尺寸和重量。根據(jù)此處描述的本發(fā)明，顯然可以多種方式對其作出改動。這種改動不應(yīng)認(rèn)為是脫離了本發(fā)明的精神和范圍，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說明顯的所有這種改動都應(yīng)理解為包括在下述權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光開關(guān)，包括一個第一光纖組，由多根端部對齊并固定的光纖組成，一活動的第二光纖，其端面置于與所述第一光纖組端面相對的位置，和一個驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于移動所述第二光纖至與所述第一光纖組中任一第一光纖相對的位置，所述光開關(guān)設(shè)置為選擇性切換所述任意第一光纖與所述第二光纖之間的光學(xué)耦合，所述光開關(guān)包括在所述第一光纖與第二光纖的耦合端面之間的間隙部分的折射率匹配劑構(gòu)成的匹配部分；和一個供給機(jī)構(gòu)，用于向所述間隙部分提供折射率匹配劑。
2.如權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，其中所述第一光纖組固定在一個設(shè)置有一定寬度線槽的襯底上，使得其端面與所述槽的邊緣對齊，并且其中所述供給機(jī)構(gòu)將一定量的折射率匹配劑注入所述槽中，從而通過此槽將折射率匹配劑供入所述間隙部分。
3.如權(quán)利要求2所述的光開關(guān)，其中所述供給機(jī)構(gòu)還包括一個存儲箱，用于存儲所述折射率匹配劑；一個泵，用于從所述存儲箱中提取出一定量的折射率匹配劑；一個過濾裝置，用于過濾由所述泵提取出的折射率匹配劑；和一個供給導(dǎo)管，用于將經(jīng)過濾的折射率匹配劑供入所述槽中。
4.如權(quán)利要求3所述的光開關(guān)，還包括一個控制機(jī)構(gòu)，用于控制所述供給機(jī)構(gòu)以在一設(shè)定時間內(nèi)向所述槽提供一定量折射率匹配劑。
5.如權(quán)利要求3所述的光開關(guān)，還包括光電探測裝置，用于測量光學(xué)耦合的所述第一光纖和第二光纖的傳輸光損耗；和一個控制機(jī)構(gòu)，當(dāng)由所述光電探測裝置探測到的傳輸光損耗超過預(yù)定值時，控制所述供給機(jī)構(gòu)，以便在傳輸光損耗不高于預(yù)定值之前向所述槽提供折射率匹配劑。
6.如權(quán)利要求3所述的光開關(guān)，其中所述供給機(jī)構(gòu)，根據(jù)操作員的操作，向所述槽提供一定量的折射率匹配劑。
7.如權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，其中所述供給機(jī)構(gòu)還包括滴注裝置，具有一個滴嘴，用于向所述第二光纖端面滴注折射率匹配劑液滴。
8.如權(quán)利要求7所述的光開關(guān)，其中所述供給機(jī)構(gòu)還包括一個存儲箱，用于存儲所述折射率匹配劑；一個泵，用于從所述存儲箱中提取出一定量的折射率匹配劑；一個過濾裝置,用于過濾由所述泵提取出的折射率匹配劑；和一個供給導(dǎo)管，用于將經(jīng)過濾的折射率匹配劑供入所述滴嘴。
9.如權(quán)利要求7所述的光開關(guān)，其中所述第一光纖組固定在一個襯底上，襯底上沿光纖端面排布方向形成有一定寬度的槽。
10.如權(quán)利要求7所述的光開關(guān)，其中所述滴嘴固定為能被導(dǎo)向所述第一光纖組中一定位置處的第一光纖端面。
11.如權(quán)利要求10所述的光開關(guān)，還包括一個控制機(jī)構(gòu)，當(dāng)所述第二光纖與預(yù)定位置的第一光纖光學(xué)耦合時，控制所述供給機(jī)構(gòu)以提供折射率匹配劑。
12.如權(quán)利要求11所述的光開關(guān)，其中在前一次供給折射率匹配劑之后經(jīng)過一個預(yù)定時間間隔時，所述控制機(jī)構(gòu)控制所述供給機(jī)構(gòu)以提供一預(yù)定量的折射率匹配劑。
13.如權(quán)利要求11所述的光開關(guān)，還包括光電探測裝置，用于測量光學(xué)耦合的所述第一光纖和第二光纖的傳輸光損耗，其中當(dāng)所述光電探測裝置探測到的傳輸光損耗超過預(yù)定值時，所述控制機(jī)構(gòu)控制所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)和所述供給機(jī)構(gòu)，以提供預(yù)定量的折射率匹配劑。
14.如權(quán)利要求11所述的光開關(guān)，其中所述控制機(jī)構(gòu)，根據(jù)操作員的操作，提供預(yù)定量的折射率匹配劑。
15.如權(quán)利要求7所述的光開關(guān)，其中所述滴嘴與所述第二光纖一起由所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動，并且總是使其朝向所述第二光纖的端面。
16如權(quán)利要求15所述的光開關(guān)，還包括一個控制機(jī)構(gòu)，用于控制所述供給機(jī)構(gòu)在一預(yù)定時間向所述滴嘴提供預(yù)定量的折射率匹配劑。
17.如權(quán)利要求15所述的光開關(guān)，還包括光電探測裝置，用于探測光學(xué)耦合的所述第一光纖和第二光纖的傳輸光損耗，和一個控制機(jī)構(gòu)，當(dāng)所述光電探測裝置探測到的傳輸光損耗超過預(yù)定值時，控制所述供給機(jī)構(gòu)以便在傳輸光損耗不高于預(yù)定值之前向所述滴嘴提供折射率匹配劑。
18.如權(quán)利要求15所述的光開關(guān)，其中所述供給機(jī)構(gòu)根據(jù)操作員的操作向所述滴嘴提供預(yù)定量的折射率匹配劑。
19.如權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，其中所述供給機(jī)構(gòu)設(shè)置在所述第一光纖組排列方向的延長線上，所述光開關(guān)還包括一個控制機(jī)構(gòu)，用于控制所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)，以移動所述第二光纖端部至所述供給機(jī)構(gòu)。
20.如權(quán)利要求19所述的光開關(guān)，其中所述第一光纖組固定在一個襯底上，襯底上沿光纖端面排列方向形成有一定寬度的槽。
21.如權(quán)利要求19所述的光開關(guān)，還包括一個控制機(jī)構(gòu)，用于在預(yù)定時間內(nèi)控制所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)和所述供給機(jī)構(gòu)，以向所述第二光纖端部提供預(yù)定量的折射率匹配劑。
22.如權(quán)利要求19所述的光開關(guān)，還包括光電探測裝置，用于探測光學(xué)耦合的所述第一光纖和第二光纖的傳輸光損耗，和一個控制機(jī)構(gòu)，當(dāng)所述光電探測裝置探測到的傳輸光損耗超過預(yù)定值時，控制所驅(qū)動機(jī)構(gòu)和所述供給機(jī)構(gòu)以便在傳輸光損耗不高于預(yù)定值之前向所述第二光纖的端部提供折射率匹配劑。
23.如權(quán)利要求19所述的光開關(guān)，其中所述控制機(jī)構(gòu)根據(jù)操作員的操作向所述第二光纖端部提供預(yù)定量的折射率匹配劑。
24.一種光學(xué)切換方法，用于將一根第二光纖端部的端面移動至使所述第二光纖與由多根端部準(zhǔn)直并固定的光纖組成的第一光纖組中任一第一光纖端部的端面相對的位置，從而選擇性切換所述第一光纖與所述第二光纖間的光學(xué)耦合。其中所述切換通過向所述第一光纖和所述第二光纖耦合端面之間的間隙填充折射率大致等于所述兩光纖芯部折射率的折射率匹配劑來實(shí)現(xiàn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光學(xué)切換方法，包括如下步驟，將預(yù)定量所述折射率匹配劑注入固定有所述第一光纖組的襯底上沿光纖端面排列方向設(shè)置的一定寬度槽中，從而利用折射率匹配劑的表面張力向所述間隙部分提供匹配劑。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光學(xué)切換方法，包括一個滴注步驟，使滴嘴朝向所述第一光纖組中預(yù)定位置處的第一光纖端面，在所述第二光纖與所述第一光纖光學(xué)耦合時滴注所述折射率匹配劑。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光學(xué)切換方法，包括一個滴注步驟，使滴嘴設(shè)置為與所述第二光纖一起移動并朝向所述第二光纖的端面，向所述端面滴注所述折射率匹配劑。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光學(xué)切換方法，包括一個將所述第二光纖移動至所述第一光纖排列方向延長線上位置的步驟，和一個向其端面添加所述折射率匹配劑的步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光學(xué)切換方法，還包括一個在預(yù)定時間向所述間隙提供預(yù)定量折射率匹配劑的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光學(xué)切換方法，還包括如下步驟測量光學(xué)耦合的所述第一和第二光纖的傳輸光損耗；當(dāng)所測的傳輸光損耗超過預(yù)定值時，在此傳輸光損耗不高于預(yù)定值之前，向所述間隙提供折射率匹配劑。
31.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光學(xué)切換方法，還包括一個根據(jù)操作員的操作向所述間隙提供預(yù)定量折射率匹配劑的步驟。
全文摘要
一種光開關(guān),其包括:使多個第一光纖端部對齊并置的光纖排布部件;與光纖排布部件相對用于夾持至少一個第二光纖的端部的活動臂;驅(qū)動活動臂以使第二光纖與任一第一光纖選擇性光學(xué)耦合的驅(qū)動機(jī)構(gòu);在第一光纖與第二光纖光學(xué)耦合時向其間的間隙滴注折射率匹配劑的供給機(jī)構(gòu);和控制供給機(jī)構(gòu)的液滴控制器,其中僅向光纖間的間隙滴注折射率匹配劑,使得在驅(qū)動機(jī)構(gòu)等中產(chǎn)生的外部物質(zhì)不會進(jìn)入光纖的耦合部,從而確保穩(wěn)定的光學(xué)性能。
文檔編號G02B6/38GK1183568SQ9712607
公開日1998年6月3日 申請日期1997年11月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月21日
發(fā)明者齊藤和人, 小宮健雄, 田村充章, 小澤一雅, 富田研一, 中尾直樹, 黑巖真人 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社, 日本電信電話株式會社