專利名稱：光學開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用在光纖通信系統(tǒng)中的光學開關。
背景技術：
通常涉及的此類光學開關是眾所周知的，可將它們用于光學通信系統(tǒng)或線路以對沿線路傳播的激光光束進行切換。一種典型的光學開關結合了一光學系統(tǒng)和一致動器，致動器剛性地連接于光學系統(tǒng)并使之移動。
致動器或其移動部件以及光學系統(tǒng)在移動時的總質量會產生固有的缺陷，例如響應速度延遲、切換時間延長、回彈和電力浪費。還有，為實現(xiàn)光學系統(tǒng)的精確定位，致動器的機械精度是非常關鍵的，否則就會導致光損失。此外，致動器和光學系統(tǒng)必須精確地固定并相互對準，這在給定的機械約束范圍內以及通常的-40℃至+80℃的工作溫度范圍內是很難實現(xiàn)的。
本發(fā)明旨在通過提供一種改進的光學開關來解決或至少是部分地緩解上述的缺陷和問題。

發(fā)明內容
按照本發(fā)明，提供了一種用于對光纖通信線路中的光束進行切換的光學開關。這種開關包括一中空本體，該中空本體具有第一和第二部分；一光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)由本體的第一部分支承而移動，以便作用于光束；以及一致動器，該致動器由本體的第二部分支承，以便使光學系統(tǒng)在相對于本體第一部分而言的第一位置和第二位置之間移動，至少在其中一個位置上將光學系統(tǒng)定位成可作用于光束。還包括一彈性元件，該彈性元件具有一連接于致動器的第一部分和一連接于光學系統(tǒng)的第二部分，藉以使致動器帶動光學系統(tǒng)移動。
在第一較佳實施例中，彈性元件可在穿過光學系統(tǒng)和致動器的方向上可彈性變形。
更佳的是，彈性元件包括一磁性聯(lián)接器，該磁性聯(lián)接器由分別連接于光學系統(tǒng)和致動器的兩部分組成，兩部分之一具有一相對于兩部分中的另一個而言的平衡位置，這個平衡位置是由兩部分之間的磁性相互作用來限定的。
還有更佳的是，磁性聯(lián)接器的一個部分包括兩塊相對的磁鐵，而另一個部分則包括一設置在這兩塊磁鐵之間的磁鐵。
較佳的是，彈性元件包括分別連接于光學系統(tǒng)和致動器的兩部分，兩部分在穿過光學系統(tǒng)和致動器的方向上不形成物理接觸。
較佳的是，光學系統(tǒng)和致動器的一驅動元件可沿基本相同的方向移動。
在第二較佳實施例中，彈性元件可橫向于一穿過光學系統(tǒng)和致動器的軸線作彈性變形。
更佳的是，彈性元件包括一柔性的細長元件，該元件的兩端分別連接于光學系統(tǒng)和致動器，元件在壓縮時被彎曲，并布置成可由致動器迅速翻轉，進而使光學系統(tǒng)移動。
還有更佳的是，光學系統(tǒng)和致動器的一光學元件可沿相反的方向轉動。
較佳的是，彈性元件包括一柔性的細長元件，該細長元件的兩端分別連接于光學系統(tǒng)和致動器，元件是布置成可在致動器移動時觸發(fā)，進而使光學系統(tǒng)移動。


下面將結合附圖僅以舉例的方式來描述本發(fā)明，附圖中圖1A和1B是根據本發(fā)明第一實施例的一光學開關的側視圖和俯視平面圖；圖2A和2B是根據本發(fā)明第二實施例的一光學開關的側視圖，所述開關包括一致動器和一光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)可由致動器驅動而在伸出和縮進位置之間移動；圖3A和3B是根據本發(fā)明第三實施例的一光學開關的側視圖，所述開關包括一致動器和一光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)可由致動器驅動而在左斜和右斜位置之間轉動；圖4A、4B和4C是根據本發(fā)明第四實施例的一光學開關的俯視平面圖，所述開關包括一致動器和一光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)可由致動器驅動而在左轉和右轉位置之間轉動；圖5A和5B是根據本發(fā)明第五實施例的一光學開關的俯視平面圖，所述開關包括一致動器和一光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)可由致動器驅動而在左、右位置之間滑動；圖6A和6B是圖1A和1B所示光學開關的側剖視圖，所述開關包括一致動器和一光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)可由致動器驅動而在相對縮進和相對伸出的位置之間移動；以及圖7和7A至7C是根據本發(fā)明第六實施例的一光學開關的側剖視圖，所述開關包括一致動器和一光學系統(tǒng)，所述光學系統(tǒng)可由致動器驅動而在縮進位置和伸出位置之間轉動。
具體實施例方式
先請參見圖1A和1B，其中示出了一能體現(xiàn)本發(fā)明的第一光學開關100，該開關可用來在一光纖通信系統(tǒng)中對激光束進行切換。開關100具有一本體，該本體由同軸固定在一起的、大致呈圓柱形的上部主殼體110和下部輔助殼體120形成。主殼體110中容納著一個可通過電—機、電磁、電容、靜電或壓電系統(tǒng)來執(zhí)行的致動器(將在下文中詳細描述)。輔助殼體120可支承一光學系統(tǒng)(將在下文中詳細描述)，該光學系統(tǒng)可包括一能作用于激光束的鏡子、棱鏡或濾光鏡。在殼體110和120中，光學系統(tǒng)借助一彈性元件(將在下文中詳細描述)連接于致動器，以通過致動器進行移動而控制或調節(jié)光學系統(tǒng)相對于激光束路徑的位置。
該光學開關100是設計成用在一光纖通信線路的某一特定中間位置，以便對光束進行切換，所述光束可沿著光纖通信線路從一個位置行進至另一個位置。作為第一個例子，激光束可以有一個以上的目的地，在此情況下，光學開關100可結合一鏡子或棱鏡(作為前述的光學系統(tǒng))來改變激光束從一個目的地到另一個目的地的行進方向。作為第二個例子，可能必須改變激光束的特性，例如其強度或彩色分量，在此情況下，光學開關100可結合一濾光器(作為前述的光學系統(tǒng))來用于此目的。
致動器能以非常精確和迅速的方式使光學系統(tǒng)移動，使其通常在兩個不同的位置上工作。
圖2A和2B示出了一能體現(xiàn)本發(fā)明的第二光學開關100A，這個開關具有類似于第一光學開關100的總的構造，其中與第一開關等同的部件用加了后綴字母“A”的相同標號來表示。在該光學開關100A中，光學系統(tǒng)包括一鏡子，該鏡子可以由主殼體110A中的致動器驅動，在相對于輔助殼體120A完全伸出和完全縮進的位置之間移動。
圖3A和3B示出了一能體現(xiàn)本發(fā)明的第三光學開關100B，這個開關具有類似于第一光學開關100的總的構造，其中與第一開關等同的部件用加了后綴字母“B”的相同標號來表示。在該光學開關100B中，光學系統(tǒng)包括一鏡子，該鏡子可以由主殼體110B中的致動器驅動，在相對于輔助殼體120B左斜和右斜的位置之間移動。
圖4A和4B示出了一能體現(xiàn)本發(fā)明的第四光學開關100C，這個開關具有類似于第一光學開關100的總的構造，其中與第一開關等同的部件用加了后綴字母“C”的相同標號來表示。在該光學開關100C中，光學系統(tǒng)包括一鏡子，該鏡子可以由主殼體110C中的致動器驅動，在相對于輔助殼體120C左轉和右轉的位置之間移動。
圖5A和5B示出了一能體現(xiàn)本發(fā)明的第五光學開關100D，這個開關具有類似于第一光學開關100的總的構造，其中與第一開關等同的部件用加了后綴字母“D”的相同標號來表示。在該光學開關100D中，光學系統(tǒng)包括一鏡子，該鏡子可以由主殼體110D中的致動器驅動，在相對于輔助殼體120D向左和向右的位置之間移動。
現(xiàn)請參見圖6A和6B，其中示出了第一光學開關100的詳細構造。一固定在主殼體110中的致動器130包括一固定的中空電磁缸131和一永磁鐵活塞134，所述永磁鐵活塞134可在缸131內同軸地滑動。缸131具有由軟鐵制成的上、下端壁132和133。活塞134是由上、下圓盤135和136形成的，上、下圓盤的兩個相對的外側呈現(xiàn)同一磁極，例如北極?；钊?34具有一中軸137，該中軸穿過缸131的上端壁132的中心孔而向上伸出。
在主殼體110的下端設置有三個電氣端子138，這些端子電連接于缸131，以便接收一可逆電流來改變缸131的相對端壁132和133的極性。
在其中一個電流方向上，上端壁132被磁化成北極，而下端壁133被磁化成南極，從而借助磁性相互作用而使活塞134向下滑動并抵靠于下端壁133(圖6A)。在相反的電流方向上，上端壁132被磁化成南極，而下端壁133被磁化成北極，從而借助磁性相互作用而使活塞134向上滑動并抵靠于上端壁132(圖6B)。
一由輔助殼體120支承的光學系統(tǒng)140包括一外部的鏡子142和一底座144，所述底座144可使鏡子142定位，并且能在殼體120內同軸地滑動。底座144具有一中軸146，該中軸向下延伸，其端部借助彈性元件(以磁性聯(lián)接器150的形式出現(xiàn))連接于活塞134的軸137。
磁性聯(lián)接器150是由一豎直的、非磁性的、端部敞開的圓筒151；固定于圓筒151兩端的一對上、下永磁鐵圓盤152和153；以及一設置在上、下圓盤152和153之間的中間永磁鐵圓盤154。上、下圓盤152和153沿軸向在同一個方向上被磁化，從而使它們相互面對的側面處于相反的極性。中間圓盤154沿軸線在相反的方向上被磁化，從而使其能借助上、下圓盤152和153之間的磁性相互作用而懸浮在一個平衡位置上。這種布置可使中間圓盤154不會與上圓盤152或下圓盤153形成物理接觸。
致動器130和光學系統(tǒng)140的軸137和146分別從下和從上同軸地連接于磁性聯(lián)接器150的下圓盤153和中間圓盤154。通過磁性聯(lián)接器150的磁性相互作用，致動器130可使光學系統(tǒng)140的鏡子142在如圖6A所示的相對縮進位置和如圖6B所示的相對伸出位置之間移動。
在致動器130和光學系統(tǒng)140之間形成有一個彈性接頭，這個彈性接頭可沿與致動器130和光學系統(tǒng)140同軸的方向彈性變形。該接頭可允許兩個相互連接的系統(tǒng)130和140在軸向和橫向具有有限的自由度來進行相對的移動。這樣就有幾個方面的優(yōu)點。
在致動器130和光學系統(tǒng)140之間允許略微有一些不對準。由于磁性聯(lián)接器150可充當緩沖器，因而光學系統(tǒng)140可免于在移動結束時受到由致動器130所帶來的、不可避免的振動和回彈。由于光學系統(tǒng)140不是剛性地連接于致動器130，因而不會在致動器130的活塞134和軸137剛開始移動的瞬間就開始移動，這樣就使初始的移動質量最小，有助于提高響應速度。由于光學系統(tǒng)140僅在其自身重量下移動，因而還可以改善切換時間。
最后請參見圖7和圖7A-7C，其中示出了一能體現(xiàn)本發(fā)明的第六光學開關200，開關200包括一具有上部220和下部210的中空圓筒體。下部210可容納一電子致動器230，而上部220可支承一光學系統(tǒng)240。光學系統(tǒng)240包括一鏡子242，該鏡子被支承為能借助一彈性元件并通過致動器230來轉動，所述彈性元件為相對堅硬但仍能柔性彎曲的合成拉線250(或拉索、帶子)。
致動器230包括一固定的電磁鐵231和一半圓形的永磁鐵轉子236，所述電磁鐵是由一具有一弧形上端面233的軟鐵芯232以及一卷繞在鐵芯232上的繞組234形成的。轉子236具有一面對著鐵芯端面233的平的前側面237以及一連接于所述拉線250之下端的彎曲的后側面238。轉子前側面237的兩端被做成分開的北極和南極，以便與鐵芯端面233發(fā)生磁性相互作用。轉子236可根據電磁鐵231的被勵磁的極性而在相對于鐵芯端面133左傾和右傾的位置(圖7A和7B)之間轉動。
光學系統(tǒng)240包括一用于使鏡子242定位的框架244，該框架是鉸接的，以便圍繞上部220的橫軸線作樞轉運動。拉線250的上端在靠近框架244之鉸接位置的位置上連接于框架244，以便在轉子236轉動時使框架244樞轉，進而使鏡子242樞轉。
鏡子242可在一豎直位置(圖7A)和一側倒位置(圖7C)之間樞轉，在前一位置上，鏡子242透過上部220的一小孔241暴露出來，在后一位置上，鏡子242離開小孔241。小孔241位于激光束的路徑內，因此，當鏡子242處于豎直位置時，它對光束加以攔截，使光束向不同的方向反射。
在下部210的下端設置有兩個電氣端子235，這兩個端子連接于繞組234，以便接收一可逆的電流來改變鐵芯232的端面233的極性。當電流逆轉時，鐵芯端面233的極性也逆轉，這樣就使轉子236迅速地從兩個傾斜位置(圖7A和7C)之一經過一中間位置(圖7B)轉向另一個傾斜位置。
拉線250在框架244和轉子236之間起作用，當拉線的下端被轉子236帶動樞轉時，拉線可以在觸發(fā)作用下沿橫向從一側迅速翻轉到另一側，從而轉動框架244進而是鏡子242，如圖7A-7C所示，反之亦然。應該注意，轉子236和鏡子242是沿相反的方向轉動的。
拉線250可以在框架244和轉子236之間被彎曲和壓縮成一個彈性的或可彈性變形的形狀，至少橫向地彎過致動器230和光學系統(tǒng)240的軸線。當轉子236沿相反的方向轉動以進行釋放或操控，繼而框架244允許轉動時，拉線將返回或再次呈現(xiàn)其初始形狀，盡管是沿著相反的方向。
光學系統(tǒng)240和致動器230不是剛性地連接在一起，而是通過可彈性變形/柔性的拉線250來連接，該拉線以一種彈性的方式將來自致動器230的力傳遞給光學系統(tǒng)240，這樣就允許在兩個互聯(lián)的系統(tǒng)230和240之間有一個可進行相對移動的有限的自由度。
致動器230與光學系統(tǒng)240之間的不對準幾乎不是問題。由于拉線250可充當緩沖器，因而光學系統(tǒng)240可免于在移動結束時受到來自于致動器230的不可避免的振動和回彈。光學系統(tǒng)240不會在致動器230的轉子236剛開始移動的瞬間就開始移動，這樣就使初始的移動質量最小，有助于提高響應速度。由于光學系統(tǒng)240僅在其自身重量下移動，因而還可以改善切換時間。
以上僅以舉例的方式對本發(fā)明進行了描述，但熟悉本領域的人員應該可以對上述的實施例作出各種變型和/或改動而不脫離由所附權利要求限定的本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種用于對光纖通信線路中的光束進行切換的光學開關，包括一中空本體，該中空本體具有第一和第二部分；一光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)由所述本體的第一部分支承而移動，以便作用于所述光束；一致動器，該致動器由所述本體的第二部分支承，以便使所述光學系統(tǒng)在相對于本體第一部分而言的第一位置和第二位置之間移動，至少在其中一個位置上將所述光學系統(tǒng)定位成可作用于所述光束；以及一彈性元件，該彈性元件具有一連接于所述致動器的第一部分和一連接于所述光學系統(tǒng)的第二部分，藉以使所述致動器帶動所述光學系統(tǒng)移動。
2.如權利要求1所述的光學開關，其特征在于，所述彈性元件可在穿過所述光學系統(tǒng)和所述致動器的方向上彈性變形。
3.如權利要求2所述的光學開關，其特征在于，所述彈性元件包括一磁性聯(lián)接器，該磁性聯(lián)接器由分別連接于所述光學系統(tǒng)和所述致動器的兩部分組成，所述兩部分之一具有一相對于所述兩部分中的另一個而言的平衡位置，這個平衡位置是由所述兩部分之間的磁性相互作用來限定的。
4.如權利要求3所述的光學開關，其特征在于，所述磁性聯(lián)接器的一個部分包括兩塊相對的磁鐵，而另一個部分則包括一設置在這兩塊磁鐵之間的磁鐵。
5.如權利要求2所述的光學開關，其特征在于，所述彈性元件包括分別連接于所述光學系統(tǒng)和所述致動器的兩部分，所述兩部分在穿過所述光學系統(tǒng)和所述致動器的方向上不形成物理接觸。
6.如權利要求2所述的光學開關，其特征在于，所述光學系統(tǒng)和所述致動器的一驅動元件可沿基本相同的方向移動。
7.如權利要求1所述的光學開關，其特征在于，所述彈性元件可橫向于一穿過光學系統(tǒng)和致動器的軸線作彈性變形。
8.如權利要求7所述的光學開關，其特征在于，所述彈性元件包括一柔性的細長元件，該元件的兩端分別連接于所述光學系統(tǒng)和所述致動器，所述元件在壓縮時被彎曲，并布置成可由致動器迅速翻轉，進而使所述光學系統(tǒng)移動。
9.如權利要求8所述的光學開關，其特征在于，所述光學系統(tǒng)和所述致動器的一驅動元件可沿相反的方向轉動。
10如權利要求7所述的光學開關，其特征在于，所述彈性元件包括一柔性的細長元件，該細長元件的兩端分別連接于所述光學系統(tǒng)和所述致動器，所述元件是布置成可在致動器移動時觸發(fā)，進而使所述光學系統(tǒng)移動。
全文摘要
一種用于對光纖通信線路中的光束進行切換的光學開關。這種開關包括一中空本體，該中空本體具有第一和第二部分；一光學系統(tǒng)，該光學系統(tǒng)由本體的第一部分支承而移動，以便作用于光束；以及一致動器，該致動器由本體的第二部分支承，以便使光學系統(tǒng)在相對于本體第一部分而言的第一位置和第二位置之間移動，至少在其中一個位置上將光學系統(tǒng)定位成可作用于光束。還包括一彈性元件，該彈性元件具有一連接于致動器的第一部分和一連接于光學系統(tǒng)的第二部分，藉以使致動器帶動光學系統(tǒng)移動。
文檔編號G02B6/35GK1412588SQ02107928
公開日2003年4月23日 申請日期2002年3月20日 優(yōu)先權日2001年6月8日
發(fā)明者R·扎費里 申請人:偉盈光纖通訊有限公司