光開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種不區(qū)分輸入端和輸出端，能夠?qū)崿F(xiàn)任意兩個端口雙向通信，并可靈活配置的單邊光開關(guān)?；締卧且粋€光準(zhǔn)直器陣列、一個可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列和一個平面反射鏡，具有光學(xué)系統(tǒng)簡單易制造、成本低的優(yōu)點。同時引入?yún)R聚光束，使多路光信號經(jīng)過可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列和平面反射鏡兩次反射后會聚于可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列的中心，充分利用可變光束偏轉(zhuǎn)器的角度偏轉(zhuǎn)范圍，在一維情況下提高光開關(guān)端口數(shù)量2倍，二維情況下提高光開關(guān)端口數(shù)量4倍。
【專利說明】
光開關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及具有多個輸入和輸出端口的光開關(guān)，尤其涉及使用同一端口輸入和輸 出光信號，不區(qū)分輸入端和輸出端，能夠?qū)崿F(xiàn)任意兩個端口雙向通信的單邊光開關(guān)。同時引 入?yún)R聚光束，充分利用可變光束偏轉(zhuǎn)器的角度偏轉(zhuǎn)范圍，提高光開關(guān)的端口數(shù)量。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著數(shù)據(jù)通信的高速發(fā)展，通信節(jié)點的光纖數(shù)量激增，光纖之間的動態(tài)連接成為 下一代通信網(wǎng)絡(luò)的迫切需求。大規(guī)模的光開關(guān)設(shè)備已逐漸被開發(fā)出來，其中如圖la所示的 NxM光開關(guān)是目前較為典型的形式，它采用N個輸入端口（101)和M個輸出端口（102)，N與 M可相等也可不等，能夠?qū)崿F(xiàn)任意一個輸入端口到任意一個輸出端口的連接（通信），它需 要兩個可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（103和104)以補償連接的位置和角度偏差，這種光開關(guān)在下 面的描述中稱為雙邊光開關(guān)。
[0003] 然而，如圖lb所示，這種傳統(tǒng)的NxM雙邊光開關(guān)不能實現(xiàn)輸入端口之間的連接 (如圖中105到106)，也不能實現(xiàn)輸出端口之間的連接（如圖中107到108)。在實際使 用中，如圖lc所示，多個光收發(fā)模塊的發(fā)射端（Tx)連到雙邊光開關(guān)的輸入端，多個光收發(fā) 模塊的接收端（Rx)連到雙邊光開關(guān)的輸出端，由于通信的雙向性，某個輸入端口 一如圖 lc中的Txi(109)，與某個輸出端口 如圖lc中的Rxj(llO)連接的同時，需要輸出端口 對應(yīng)的輸入端口 如圖lc中的Txj (111)與輸入端口對應(yīng)的輸出端口 如圖lc中的 Rxi (112)連接，以實現(xiàn)兩個光收發(fā)模塊的雙向通信。因此，可以認為，由于通信的雙向性，雙 邊光開關(guān)的容量有一半是浪費的。
[0004] 不區(qū)分輸入與輸出端，能夠?qū)崿F(xiàn)任意兩個端口連接的光開關(guān)稱為單邊光開關(guān)，如 端口數(shù)量為N，則稱為N端口單邊光開關(guān)。此種特性的光開關(guān)功能如圖2a所示，當(dāng)任意兩個 端口連接，如第i端口與第j端口連接時，由于光路的可逆性，第i端口和第j端口既是發(fā) 射端口也是接收端口，圖2a中記為TxiRxi (201)和Tx jRx j (202)，實現(xiàn)兩個端口的雙向通 信，而無需額外的連接。因此，單邊光開關(guān)需要的控制單元數(shù)量是雙邊光開關(guān)的一半，對于 減少體積和成本有重要價值。與每個端口連接的光收發(fā)模塊可以是單波長單芯雙向光收發(fā) 模塊，也可以是普通雙通道光收發(fā)模塊配合一個光環(huán)形器使用。此外，單邊光開關(guān)也可以當(dāng) 作雙邊光開關(guān)使用，在這種情形下，與普通雙邊光開關(guān)不同的是，輸入端和輸出端可以連到 單邊光開關(guān)的任何一個端口，也可以是任意的MxK配置，M為輸入端口的數(shù)量，K為輸出端口 的數(shù)量，M與K之和等于N。在許多應(yīng)用場合中，可以重新配置的MxK給網(wǎng)絡(luò)連接帶來很大 的靈活性，因此，單邊光開光在下一代光網(wǎng)絡(luò)中有重要的應(yīng)用價值。
[0005] 美國專利US7224861B2提出了一種利用N個lxN光開關(guān)實現(xiàn)N端口單邊光開關(guān)的 方法，如圖2b所示，單邊光開關(guān)（203)每個lxN光開關(guān)（204)的N個端口與其它lxN光開 關(guān)的端口按一定規(guī)則連接：第i個lxN光開關(guān)的第j路光纖（或光路）與第j個lxN光開 關(guān)的第i路光纖（或光路）直接物理連接。當(dāng)?shù)趇個lxN光開關(guān)切換到第j路時，第j個 lxN光開關(guān)切換到第i路，從而實現(xiàn)第i和第j端口的連接。一個特例是第i個lxN光開關(guān) 的第i路需與自己連接，可采用一個末端反射器（205)實現(xiàn)，利用此特例可實現(xiàn)第i端口的 自我檢測?？梢钥吹?，光纖（光路）連接的數(shù)量是N~2/2,當(dāng)N較小時，該方案簡單直接，易 實現(xiàn)；當(dāng)N大于141時，所需物理連接數(shù)量超過一萬個，則很難實現(xiàn)。
[0006] 美國專利US6850662B1提出了一種利用N~2/2個反射鏡矩陣實現(xiàn)N端口單邊光開 關(guān)的方案，如圖2c所示，但需要第i端口（206)和第j端口（207)連接時，處于矩陣i行j 列的反射鏡（208)和j行i列的反射鏡（209)立起，使兩端口的光路連接。該方案雖不需 要物理的連接，但當(dāng)N較大時，反射鏡的數(shù)量激增，帶來控制的復(fù)雜性和成本的升高，以及 可靠性的降低。
[0007] 在現(xiàn)有技術(shù)中，另外一種實現(xiàn)N端口單邊光開關(guān)的方案如圖3a所不。多路光信號 經(jīng)由一個具有N個單元的輸入輸出端口陣列（301)輸入和輸出，每路光信號與可變光束偏 轉(zhuǎn)器陣列（302)的N個單元 對應(yīng)。入射光信號經(jīng)由任一個端口（306,稱為輸入端口） 輸入，入射到可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列的對應(yīng)單元（303)上，被其反射并選擇性偏轉(zhuǎn)后，到達一 個平面反射鏡（305)，被反射至可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（302)的任一個單元（304)上，光信號 再次被反射并選擇性偏轉(zhuǎn)，到達與該可變光束偏轉(zhuǎn)器單元（304)對應(yīng)的端口（307,稱為輸 出端口）輸出。輸入端口（306)所對應(yīng)的可變光束偏轉(zhuǎn)器（303)可選擇不同的偏轉(zhuǎn)角度， 從而使入射光信號到達與輸出端口（307)所對應(yīng)的可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（302)的對應(yīng)單元 (304);輸出端口對應(yīng)的可變光束偏轉(zhuǎn)器單元（304)的偏轉(zhuǎn)角度補償了來自不同輸入端口 的入射光信號的角度。同時由于光路的可逆性，一旦輸入端口（306)與輸出端口（307)建 立了連接，光信號可反向傳輸，即從輸出端口（307)輸入，從輸入端口（306)輸出，不再區(qū)分 輸入端口和輸出端口，實現(xiàn)兩個端口的雙向通信。
[0008] 可以看到上述現(xiàn)有技術(shù)可實現(xiàn)N端口的單邊光開關(guān)，并且所用可變光束偏轉(zhuǎn)器的 單元數(shù)量與光開關(guān)的端口數(shù)量相同，相比傳統(tǒng)的雙邊光開關(guān)節(jié)省了一半的光學(xué)元件。但該 方案有一個重要的缺點，即可變光束偏轉(zhuǎn)器的偏轉(zhuǎn)角度范圍只有一半可以利用，以可變光 束偏轉(zhuǎn)器為可旋轉(zhuǎn)反射鏡的情況為例，如圖3b所示，當(dāng)最外兩個輸入輸出端口（308和309) 需要連接時，對應(yīng)的兩個可變光束偏轉(zhuǎn)器單元（310和311)分別需要旋轉(zhuǎn)+ 0和-0，可 以看到這兩個單元可以利用的角度范圍是（0, + 0)和（-0，〇)，只利用了可旋轉(zhuǎn)角度范圍 (_0，+0)的一半?？梢宰C明，對于其它任意的連接，可變光束偏轉(zhuǎn)器單元的角度利用范圍 是（-0 + 5,+ 5)，8的取值范圍為（〇, + 0 )，可利用角度范圍也是一半。
[0009] 可利用偏轉(zhuǎn)角度范圍大小決定了可實現(xiàn)連接的端口數(shù)量，在可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列 和輸入輸出端口陣列為二維陣列的情況下（這是目前大規(guī)模光開關(guān)普遍采用的方式），一 半的角度利用范圍意味著4倍的端口數(shù)量的降低。理論上，可以給與可變光束偏轉(zhuǎn)器的每 個單元一定的偏置，即每個可變光束偏轉(zhuǎn)器單元的偏轉(zhuǎn)中心不同，以充分利用可變光束偏 轉(zhuǎn)器偏轉(zhuǎn)角度范圍，但實際應(yīng)用中極難實現(xiàn)。
[0010] 下一代光通信網(wǎng)絡(luò)對光開關(guān)端口數(shù)量的需求與日倶增，迫切需要幾百甚至上千端 口數(shù)量的光開關(guān)，而傳統(tǒng)的由低端口數(shù)量光開關(guān)拼接形成更大規(guī)模光開關(guān)的方法具有連接 復(fù)雜、成本高昂、插入損耗大等缺點。因此，提高單個光開關(guān)端口的數(shù)量具有重要的價值。
[0011] 綜上所述，單邊光開關(guān)和更大端口數(shù)量是下一代光網(wǎng)絡(luò)對光開關(guān)的迫切需求，本 發(fā)明根據(jù)這一需要，提供了一種具有大端口數(shù)量的單邊光開關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 米用輸入輸出端口陣列（即輸入和輸出共用一個端口）、可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列和 一個平面反射鏡實現(xiàn)單邊光開關(guān)具有光學(xué)元件少，光路簡單明快的特點，但只能利用可變 光束偏轉(zhuǎn)器可偏轉(zhuǎn)角度范圍的一半，造成4倍的端口數(shù)量的降低。本發(fā)明的思路是，在輸入 輸出端引入會聚特性，使多路入射光信號的方向不平行，每路光信號入射到可變光束偏轉(zhuǎn) 器陣列的對應(yīng)單元上的角度不同，從而完全利用可變光束偏轉(zhuǎn)器單元的偏轉(zhuǎn)角度范圍，在 一維情況下，使單邊光開關(guān)的端口數(shù)量提高2倍，在二維情況下，使單邊光開關(guān)的端口數(shù)量 提高4倍。
[0013] 如圖4所示，本發(fā)明提供的光開關(guān)（400)，其特征在于，包含：
[0014] 1. -個輸入輸出端口陣列（401)，包含有多個輸入輸出端口，用于輸入和輸出多 路光信號（406);
[0015] 2. -個基底（402)，包含一個可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（403)，并具有一個中心 (404);
[0016] 3?-個平面反射鏡（405)。
[0017] 可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（403)每個單元與輸入輸出端口陣列的各個端口一一對應(yīng)， 其位置與對應(yīng)端口的光信號到達基底的位置重合。
[0018] 從任一輸入輸出端口（401)輸入的光信號入射到可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（403)對應(yīng) 的單元上，并被反射，產(chǎn)生選擇性角度改變，到達平面反射鏡（405)，被平面反射鏡（405)反 射后，返回到可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（403)任一單元上，被反射并再次產(chǎn)生選擇性角度改變， 到達任一所述輸入輸出端口（401)輸出。
[0019] 多路光信號（406)是不平行的，在可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（403)各單元沒有角度偏 轉(zhuǎn)的情況下（處于偏轉(zhuǎn)中心狀態(tài)），入射到可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（403)的對應(yīng)單元上、被反 射至平面反射鏡（405)、被平面反射鏡（405)反射、再次到達可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（403)時， 多路光信號（406)匯聚于可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（403)的中心（404)。當(dāng)可變光束偏轉(zhuǎn)器產(chǎn) 生角度偏轉(zhuǎn)時，其角度范圍覆蓋輸入輸出端口陣列（401)的所有端口，從而每個可變光束 偏轉(zhuǎn)器單元的偏轉(zhuǎn)角度范圍得到充分利用。
[0020] 輸入輸出端口陣列（401)和可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（403)可以是一維排布的也可以 是二維排布的，優(yōu)選二維排布的方式，可使光開關(guān)的端口數(shù)量相對一維排布成平方關(guān)系增 加。針對二維排布方式，可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（403)的每個單元需在兩個方向上產(chǎn)生角度 偏轉(zhuǎn)。排布方式可以是矩陣式排布，也可以是蜂窩式排布，其它具有一定中心對稱性的排布 方式也是可以的。
[0021] 可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列可由一個可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列和一個驅(qū)動器陣列組成，每個 驅(qū)動器驅(qū)動對應(yīng)的可變光束偏轉(zhuǎn)器對入射光信號的角度沿一維或二維方向產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)?？勺?光束偏轉(zhuǎn)器優(yōu)選微機械可旋轉(zhuǎn)反射鏡，驅(qū)動器陣列優(yōu)選具有較高集成度和占空比的微機械 驅(qū)動，驅(qū)動方式可以是靜電驅(qū)動、壓電驅(qū)動、熱驅(qū)動和電磁驅(qū)動。
[0022] -般微機械驅(qū)動的可變光束偏轉(zhuǎn)器響應(yīng)速度在毫秒量級，對光開關(guān)的開關(guān)速度要 求快于毫秒的應(yīng)用情況，可選擇基于液晶或硅基液晶的相位型可變光束偏轉(zhuǎn)器。
[0023] 通常入射光信號具有高斯光束的特性，并有一個束腰w，為使任意兩個輸入輸出 端口的連接具有最低的插入損耗，多路光信號的束腰應(yīng)設(shè)在平面反射鏡（405)處。同時 為了使插入損耗對于驅(qū)動器噪聲的敏感度最低，基底（402)到平面反射鏡（405)的距離 R(407)優(yōu)選為束腰co所對應(yīng)的瑞利長度，設(shè)光信號的波長為A，瑞利長度由下式表示：
(1)
[0025] 輸入輸出端口陣列（401)到基底（402)的距離為L(408)，L無特殊要求，只要使多 路光信號（406)的束腰處在平面反射鏡（405)處，并經(jīng)可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（403)和平面 反射鏡（405)反射后再次到達可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（403)時，會聚于可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列 (403)的中心（404)就可以了。最低的要求是輸入輸出端口陣列（401)不會阻擋由可變光 束偏轉(zhuǎn)器陣列（403)和平面反射鏡（405)的反射光信號。
[0026] 輸入輸出端口陣列（401)有多種方式實現(xiàn)多路光信號的會聚特性，如圖5、圖6、圖 7和圖8所示，為了說明方便，將可變光束偏轉(zhuǎn)器和平面反射鏡的光學(xué)特性用其鏡像表示， 因此多路光信號的會聚特性表現(xiàn)為從輸入輸出端口陣列平面匕開始，經(jīng)由L+2R距離后，第 二次到達可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列平面P 3時會聚。從鏡像光學(xué)的角度，P i表示可變光束偏轉(zhuǎn)器 陣列第一次反射時的位置，P2表示平面反射鏡的位置。P c到P :的距離為L，P :到P 2以及P 2 到匕距離都為R。
[0027] 圖5表不輸入輸出端口陣列（501)由多個獨立的光準(zhǔn)直器構(gòu)成，每個獨立的光準(zhǔn) 直器傾斜一定的角度，形成一個會聚光準(zhǔn)直器陣列，每個光準(zhǔn)直器的光信號入射到可變光 束偏轉(zhuǎn)器陣列（503)的對應(yīng)單元上，在該單元處于偏轉(zhuǎn)中心狀態(tài)下被反射后，到達平面反 射鏡，再次被反射至可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（503)的中心（504)。鏡像后的基底（502)到輸入 輸出端口的距離為L+2R。
[0028] 圖6表不輸入輸出端口陣列（601)也是一個會聚光準(zhǔn)直器陣列，它由一個小透鏡 陣列（606)和一個光纖（光波導(dǎo)）陣列（605)組成。光波導(dǎo)陣列各單元與小透鏡陣列對應(yīng)單 元的光軸的相對位置有不同的偏離量，以實現(xiàn)多路光信號的會聚性。小透鏡陣列（606)焦 距為f，設(shè)第i個小透鏡到小透鏡陣列（606)中心的距離為山，對應(yīng)的第i個光纖（光波導(dǎo)） 偏離小透鏡光軸的距離為A Xi，為使該端口的光信號會聚到可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（603)的 中心（604)，A X;可表示為：
(2)
[0030] 圖7表不輸入輸出端口陣列（701)由一個同軸光準(zhǔn)直器陣列（706)和一個透過式 會聚透鏡（705)組成。同軸光準(zhǔn)直器陣列（706)出射的光信號互相平行。透過式會聚透鏡 (705)的焦距為L+2R，可將同軸光準(zhǔn)直器陣列（706)的多路平行的光信號會聚到可變光束 偏轉(zhuǎn)器陣列（703)的中心（704)。
[0031] 圖8表示輸入輸出端口陣列由一個同軸光準(zhǔn)直器陣列（806)和一個反射型會聚透 鏡（805)組成。與圖7所示的方案類似，會聚透鏡（805)的焦距為L+2R，可將光準(zhǔn)直器陣列 (806)多路平行的光信號會聚到可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（803)的中心（804)。
[0032] 光開關(guān)的端口數(shù)量N由可變光束偏轉(zhuǎn)器的角度旋轉(zhuǎn)范圍（記為± 0)和R以及可 變光束偏轉(zhuǎn)器驅(qū)動器的噪聲水平?jīng)Q定。對于給定的驅(qū)動器噪聲水平，在二維矩陣式排布方 式下，端口數(shù)量N由下式給出：
[0034] 上述（3)式中的a為光信號光斑大小與可變光束偏轉(zhuǎn)器周期的比值，一般為0. 15 到0. 25之間。如果取a為0. 25, R取50毫米，0取2. 5度，《取0. 154毫米，由（3)式可 算出光開關(guān)端口數(shù)量為400。
[0035] 綜上所述，本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)，具有很大的靈活性，可充分利用可變光束偏 轉(zhuǎn)器的角度旋轉(zhuǎn)范圍，在一維情況下提高光開關(guān)端口數(shù)量2倍，二維情況下提高光開關(guān)端 口數(shù)量4倍。還具有光學(xué)系統(tǒng)簡單，成本低的特點。
【附圖說明】
[0036] 圖la現(xiàn)有技術(shù)，傳統(tǒng)的雙邊光開關(guān)
[0037] 圖lb現(xiàn)有技術(shù)，傳統(tǒng)的雙邊光開關(guān)不能實現(xiàn)輸入或輸出端口之間的連接
[0038] 圖lc現(xiàn)有技術(shù)，傳統(tǒng)的雙邊光開關(guān)需要兩個連接以實現(xiàn)雙向通信
[0039] 圖2a單邊光開關(guān)的功能圖
[0040] 圖2b現(xiàn)有技術(shù)，通過連接N個lxN光開關(guān)實現(xiàn)N端口單邊光開關(guān)
[0041] 圖2c現(xiàn)有技術(shù)，通過矩陣反射鏡實現(xiàn)N端口單邊光開關(guān)
[0042] 圖3a現(xiàn)有技術(shù)，一種單邊光開關(guān)
[0043] 圖3b現(xiàn)有技術(shù)，可變光束偏轉(zhuǎn)器的偏旋角度范圍只利用了一半
[0044] 圖4本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)
[0045] 圖5本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)中的輸入輸出端口陣列的第一種實現(xiàn)方式
[0046] 圖6本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)中的輸入輸出端口陣列的第二種實現(xiàn)方式
[0047] 圖7本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)中的輸入輸出端口陣列的第三種實現(xiàn)方式
[0048] 圖8本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)中的輸入輸出端口陣列的第四種實現(xiàn)方式
[0049] 圖9本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)中的第一個實施例
[0050] 圖10本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)中的第二個實施例
[0051] 圖11本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)中的第三個實施例
[0052] 圖12本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)中的第四個實施例
【具體實施方式】
[0053] [實施例1]
[0054] 如圖9所示，本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)的一個實施例（900)，包含：
[0055] 1. -個輸入輸出端口陣列（901)，包含有多個輸入輸出端口，用于輸入和輸出多 路光信號（906);
[0056] 2. 一個基底（902)，包含一個可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（903)，并具有一個中心 (904)；
[0057] 3?-個平面反射鏡（905)。
[0058] 可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（903)每個單元與輸入輸出端口陣列（901)的各個端口一一 對應(yīng)，其位置與對應(yīng)端口的光信號達到基底（902)的位置重合。
[0059] 輸入輸出端口陣列（901)由一個會聚的光準(zhǔn)直器陣列組成。在可變光束偏轉(zhuǎn)器陣 列（903)各單元處于偏轉(zhuǎn)中心狀態(tài)下，多路光信號入射到可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（903)的對 應(yīng)單元上、被反射至平面反射鏡（905)、被平面反射鏡（905)反射、再次到達可變光束偏轉(zhuǎn) 器陣列（903)時，多路光信號（906)匯聚于可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（903)的中心（904)。當(dāng) 可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（903)每個單元產(chǎn)生角度偏轉(zhuǎn)時，其角度范圍覆蓋輸入輸出端口陣列 (901)的所有端口，從而每個可變光束偏轉(zhuǎn)器單元的偏轉(zhuǎn)角度范圍得到充分利用。
[0060] 從輸入輸出端口陣列（901)任一端口輸入的光信號入射到可變光束偏轉(zhuǎn)器陣 列（903)對應(yīng)的單元上，被反射后，到達平面反射鏡（905)，再次被平面反射鏡（905)反射 后，返回到可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（903)任一單元上，再次被反射后，到達輸入輸出端口陣列 (901)任一端口輸出。
[0061] 可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（903)在此實施例中采用靜電驅(qū)動的微機械可旋轉(zhuǎn)反射鏡 陣列，并采用二維矩陣式排布，微機械可旋轉(zhuǎn)反射鏡陣列的每個單元可在兩個方向上旋轉(zhuǎn)。
[0062] 入射光信號的高斯光束束腰w設(shè)在平面反射鏡（905)處，微機械可旋轉(zhuǎn)反射鏡陣 列（903)所在的基底（902)到平面反射鏡（905)的距離R設(shè)為束腰co所對應(yīng)的瑞利長度， 由前述⑴描述。
[0063] 本實施例的實質(zhì)是將圖4中所示的輸入輸出端口陣列（401)用圖5所示的會聚光 準(zhǔn)直器陣列（501)實現(xiàn)。
[0064] 本實施例中取a為0. 25, R取50毫米，0取2. 5度，《取0. 154毫米，由前述（3) 式可得到光開關(guān)端口數(shù)量為400。
[0065] [實施例2]
[0066] 本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)的一個實施例（1000)如圖10所示。
[0067] 與實施例1類似，只是將圖4中所示的輸入輸出端口陣列（401)用圖6所示的會聚 光準(zhǔn)直器陣列（601)實現(xiàn)，會聚光準(zhǔn)直器陣列是由一個小透鏡陣列（1006)和一個光纖（光 波導(dǎo)）陣列（1007)組成。光波導(dǎo)陣列（1007)各單元與小透鏡陣列（1006)對應(yīng)單元的光 軸的相對位置有不同的偏離量，以實現(xiàn)多路光信號的會聚性。光纖（光波導(dǎo)）與對應(yīng)小透 鏡光軸的偏移量Ax;*與小透鏡焦距f、小透鏡位置cl;的關(guān)系由前述（2)式描述。
[0068] [實施例3]
[0069] 本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)的一個實施例（1100)如圖11所示。
[0070] 與實施例1類似，只是將圖4中所示的輸入輸出端口陣列（401)用圖7所示的同 軸光準(zhǔn)直器陣列（706,對應(yīng)圖11中的1107)和一個透過式會聚透鏡（705,對應(yīng)圖11中的 1108)實現(xiàn)，并采用蜂窩排布方式以進一步提高集成度，增大光開關(guān)的端口數(shù)量。透過式會 聚透鏡（1108)的焦距為L+2R，L為透過式會聚透鏡（1108)至I」基底（1102)的距離，R為平 面反射鏡（1105)到基底（1102)的距離。
[0071] 在可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（1103)各單元處于偏轉(zhuǎn)中心狀態(tài)下，由同軸光準(zhǔn)直器陣 列（1107)發(fā)出的多路光信號經(jīng)會聚透鏡（1108)形成會聚的光信號（1106)，并經(jīng)可變光束 偏轉(zhuǎn)器陣列（1103)和平面反射鏡（1105)反射后，會聚于可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列（1103)的中 心（1104)〇
[0072] [實施例4]
[0073] 本發(fā)明提供的單邊光開關(guān)的一個實施例（1200)如圖12所示。
[0074] 與實施例3類似，只是將圖11中所示的透過式會聚透鏡（1108)用圖8所示的反 射式會聚透鏡（805,對應(yīng)圖12中的1208)代替，并將同軸光準(zhǔn)直器陣列（1207)移到反射位 置。反射式會聚透鏡（1208)的焦距與實施例3相同，為L+2R，L為會聚透鏡（1208)到基底 (1202)的距離，R為平面反射鏡（1205)到基底（1202)的距離。
【主權(quán)項】
1. 一種光開關(guān)，其特征在于，包含有： 一個輸入輸出端口陣列，包含有多個輸入輸出端口，用于輸入和輸出多路光信號； 一個基底，包含一個可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列，并具有一個中心； 一個平面反射鏡。 所述可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列的每個單元與所述輸入輸出端口陣列的各個端口一一對應(yīng)， 其位置與對應(yīng)端口的光信號到達所述基底的位置重合。 從任一輸入輸出端口輸入的光信號入射到所述可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列對應(yīng)的單元上，并 被反射，產(chǎn)生選擇性角度改變，到達所述平面反射鏡，被所述平面反射鏡反射后，返回到所 述可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列任一單元上，被反射并再次產(chǎn)生選擇性角度改變，到達任一所述輸 入輸出端口輸出。 所述多路光信號是會聚的，在可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列各單元處于偏轉(zhuǎn)中心狀態(tài)情況下， 入射到所述可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列的對應(yīng)單元上、被反射至所述平面反射鏡、被平面反射鏡 反射、再次到達所述可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列時，多路光信號匯聚于所述可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列 的中心。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光開關(guān)，其特征在于，所述輸入輸出端口陣列包含一個 光準(zhǔn)直器陣列。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光開關(guān)，其特征在于，所述光準(zhǔn)直器陣列由多個獨立的 光準(zhǔn)直器單元組成，各光準(zhǔn)直器單元傾斜以實現(xiàn)多路光信號的會聚。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光開關(guān)，其特征在于，所述光準(zhǔn)直器陣列由一個光波導(dǎo) 陣列和一個小透鏡陣列組成。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光開關(guān)，其特征在于，所述光波導(dǎo)陣列各單元與所述小 透鏡陣列對應(yīng)單元的光軸的相對位置有不同的偏離量，以實現(xiàn)多路光信號的會聚性。6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光開關(guān)，其特征在于，所述輸入輸出端口陣列還包含一 個會聚透鏡，所述光準(zhǔn)直器陣列是同軸的，由所述會聚透鏡實現(xiàn)多路光信號的會聚。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光開關(guān)，其特征在于，所述會聚透鏡的焦距等于會聚透 鏡到所述基底的距離與2倍的基底到所述平面反射鏡距離之和。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光開關(guān)，其特征在于，所述會聚透鏡是一個透過式聚焦 透鏡。9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種光開關(guān)，其特征在于，所述會聚透鏡是一個凹面反射式 聚焦透鏡。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光開關(guān)，其特征在于，所述可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列是由一 個反射鏡陣列和一個微機械驅(qū)動器陣列組成的。11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種光開關(guān)，其特征在于，所述微機械驅(qū)動器陣列的驅(qū)動 方式為靜電驅(qū)動、壓電驅(qū)動、熱驅(qū)動和電磁驅(qū)動中的一種。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光開關(guān)，其特征在于，所述可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列是一個 位相型液晶光束偏轉(zhuǎn)器陣列或硅基液晶光束偏轉(zhuǎn)器陣列。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光開關(guān)，其特征在于，所述輸入輸出端口陣列為一維或 二維排列，所述可變光束偏轉(zhuǎn)器陣列可在一個或兩個方向上旋轉(zhuǎn)。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種光開關(guān)，其特征在于，所述二維排列方式為矩形式或 蜂窩式排布。15. 根據(jù)權(quán)利要求1-14所述的任一種光開關(guān)，其特征在于，所述多路光信號的束腰位 于所述平面反射鏡處。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的任一種光開關(guān)，其特征在于，所述平面反射鏡到所述基底 的距離等于所述多路光信號的束腰所對應(yīng)的瑞利長度。
【文檔編號】G02B6/32GK105891963SQ201410789624
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月15日
【發(fā)明人】陳波, 陳亮, 許輝杰, 賴泓基
【申請人】徐州旭海光電科技有限公司