專利名稱：三端可交換光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于全光寬帶通信網(wǎng)絡(luò)、全光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及大容量數(shù)據(jù)庫或視頻IP多業(yè)務(wù)信道開關(guān)交叉交換中的三端可交換光開關(guān)。
背景技術(shù)：
三端可交換光開關(guān)器件，是構(gòu)建全光網(wǎng)絡(luò)工程廣泛使用的核心器件之一。由于全光交換技術(shù)尚處于實(shí)驗(yàn)階段，因此互聯(lián)網(wǎng)目前仍采用普通的電信交換機(jī)連接網(wǎng)絡(luò)的物理層。然而，從目前互聯(lián)網(wǎng)上已開始廣泛應(yīng)用多媒體，網(wǎng)絡(luò)極需進(jìn)一步擴(kuò)容的情況來看，現(xiàn)行電信交換機(jī)所采用的光-電-光交換方式，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求，是制約和阻礙網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)一步擴(kuò)大的“電子瓶頸”。盡管已有許多公開的專利技術(shù)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(guān)交換方法，然而時(shí)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(fù)性和維護(hù)性問題的可交換光開關(guān)。

發(fā)明內(nèi)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(guān)。
本發(fā)明的技術(shù)方案是三端可交換光開關(guān)由一組GRIN透鏡或C透鏡與尾纖耦合器結(jié)合固化在一起的光纖耦合的準(zhǔn)直器，一個具有全光反射功能的、可微量位移的驅(qū)動片和一個驅(qū)動器構(gòu)成，準(zhǔn)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(xué)耦合平面成一角度，驅(qū)動片上鍍有全光反射膜。
本發(fā)明的工作機(jī)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(yīng)，在GRIN透鏡與尾纖耦合器結(jié)合固化在一起時(shí)，其兩個器件光學(xué)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(qū)動片微小位移可產(chǎn)生的一般小于1度的匹配角，當(dāng)把具有反射功能的驅(qū)動片，預(yù)先設(shè)置在一個雙纖GRIN耦合準(zhǔn)直器的表面位置，并且保持與光軸呈垂直狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動器使驅(qū)動片產(chǎn)生一點(diǎn)微量的位移，這一微量的位移產(chǎn)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(guān)的工作機(jī)理。
三端可交換光開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，制作成本降低，而且使光交換速度加快，開關(guān)性能也更為穩(wěn)定。如果與典型的MEMS集成光開關(guān)交換系統(tǒng)相比，它的開關(guān)組合方式更顯靈活，性價(jià)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(shí)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(zhǔn)直器組成的三端可交換光開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為GRIN三線準(zhǔn)直器組成的三端可交換光開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為壓電驅(qū)動器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為GRIN三線準(zhǔn)直器組成的三端可交開關(guān)原理說明示意圖；圖5為磁電驅(qū)動器結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方式
由圖1示，三端可交換光開關(guān)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(zhǔn)直器3，一個雙尾纖8、9耦合固化在一起的雙光纖準(zhǔn)直器7，一個具有全光反射功能的、可微量位移的驅(qū)動片6、一個驅(qū)動器6和兩準(zhǔn)直器外置有的不修鋼套管1構(gòu)成，準(zhǔn)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(xué)耦合平面成4-8度角，驅(qū)動片6上鍍有全光反射膜，不修鋼套管1上在單光纖準(zhǔn)直器3與雙光纖準(zhǔn)直器7之間開有一個V形槽3。
GRIN透鏡與尾纖耦合器結(jié)合固化在一起的光纖耦合的準(zhǔn)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(xué)尾纖11、12、13制作成一個三纖準(zhǔn)直器10，驅(qū)動片6置于三纖準(zhǔn)直器10的一側(cè)，如圖2所示，當(dāng)驅(qū)動片6由驅(qū)動器驅(qū)動產(chǎn)生仰俯反射角改變，光束就能選擇偏向其兩側(cè)的尾纖輸出，而不需要將驅(qū)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(dá)到光開關(guān)作用，三纖準(zhǔn)直器的作用比單純采用兩根光纖的準(zhǔn)直器更具有較強(qiáng)的反射特性。
本發(fā)明的三端光開關(guān)器件，按其反射片工作原理，驅(qū)動器結(jié)構(gòu)可有壓電驅(qū)動器及磁電驅(qū)動器等等。在本發(fā)明中的壓電驅(qū)動器亦有兩種，一種是用于由GRIN單/雙光纖耦合的準(zhǔn)直器組成的三端可交換光開關(guān)中，由圖1、圖3所示，它由壓電介質(zhì)14、金屬驅(qū)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(diào)的V形導(dǎo)角槽3構(gòu)成。V形槽置于兩個光纖準(zhǔn)直器3、7之間，通過調(diào)節(jié)V形導(dǎo)角槽，可確定驅(qū)動片上下或左右微量變化的范圍，配合壓電介質(zhì)，在施加一定電壓后，驅(qū)動片可快速進(jìn)入預(yù)先校準(zhǔn)的反射位置。當(dāng)施加電壓完全消失，壓電介質(zhì)表面即刻恢復(fù)原來的位置狀態(tài)，其反射驅(qū)動片不再阻擋光束，使光束沿光軸方向，直接光耦合進(jìn)入后一級GRIN光纖準(zhǔn)直器。另一種是用于GRIN三線準(zhǔn)直器組成的三端可交換光開關(guān)中，如圖4所示，通過采用三維精密微調(diào)節(jié)支架，貼近三光纖準(zhǔn)直器表面位置，安裝和調(diào)試反射驅(qū)動片。驅(qū)動器由壓電介質(zhì)和不銹鋼固定套管組成，壓電介質(zhì)配合反射驅(qū)動，始終保持于三光纖準(zhǔn)直器光軸位置垂直。校準(zhǔn)驅(qū)動片仰俯角微量變化范圍，在施加電壓后，使驅(qū)動片快速進(jìn)入預(yù)先校準(zhǔn)的反射位置，使光束沿三光纖準(zhǔn)直器其中一根尾纖反射輸出。當(dāng)改變驅(qū)動電壓方向，驅(qū)動片又回到工作點(diǎn)起始位置，其反射光束進(jìn)入三光纖準(zhǔn)直器中的另一根尾纖輸出，從而可達(dá)到實(shí)現(xiàn)兩條反射光路交換之目的。
本發(fā)明的磁電驅(qū)動器是一個微型的電磁擺裝置，是將反射膜與驅(qū)動片擺軸的粘合在一起，驅(qū)動片由兩個微型電磁線圈控制來回?cái)[動。反射驅(qū)動片平行于三光纖準(zhǔn)直器的表面位置，為了精確的定位，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一個T形導(dǎo)角槽，可限定驅(qū)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(diào)整驅(qū)動片在三光纖準(zhǔn)直器表面的反射位置，使反射膜片快速進(jìn)入預(yù)先校準(zhǔn)的反射位置，反射光束通過三光纖準(zhǔn)直器中的一根尾纖輸出。當(dāng)改變驅(qū)動電壓方向，驅(qū)動片即刻恢復(fù)到原來的起始位置，其反射光束進(jìn)入三光纖準(zhǔn)直器中的另一根尾纖輸出，如圖5所示，磁電驅(qū)動器由擺軸16、為全反鏡的驅(qū)動片17及電磁線圈18構(gòu)成，擺軸16與驅(qū)動片17連接置于電磁線圈18之中。
權(quán)利要求
1.一種三端可交換光開關(guān)，其特征在于，它由一組GRIN透鏡或C透鏡與尾纖耦合器結(jié)合固化在一起的光纖耦合的準(zhǔn)直器，一個具有全光反射功能的、可微量位移的驅(qū)動片和一個驅(qū)動器構(gòu)成，準(zhǔn)直器中GRIN自聚焦透鏡的耦合平面尾纖耦合器的光學(xué)耦合平面成一角度，驅(qū)動片上鍍有全光反射膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三端可交換光開關(guān)，其特征在于所述的GRIN透鏡與尾纖耦合器結(jié)合固化在一起的光纖耦合的準(zhǔn)直器，由GRIN透鏡(4)與單尾纖(2)耦合固化成單光纖準(zhǔn)直器(3)，與雙尾纖(8)、(9)耦合固化成雙光纖準(zhǔn)直器(7)，兩準(zhǔn)直器外置有的不銹鋼套管(1)，準(zhǔn)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(xué)耦合平面成8度角，驅(qū)動片(6)上鍍有全光反射膜，不銹鋼套管(1)上在單光纖準(zhǔn)直器(3)與雙光纖準(zhǔn)直器(7)之間開有一個V形槽(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三端可交換光開關(guān)，所述的GRIN透鏡或C透鏡與尾纖耦合器結(jié)合固化在一起的光纖耦合的準(zhǔn)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(xué)尾纖(11)、(12)、(13)制作成一個三纖準(zhǔn)直器(10)，驅(qū)動片(6)置于三纖準(zhǔn)直器(10)的光學(xué)平行平面一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三端可交換光開關(guān)，所述的驅(qū)動器為壓電驅(qū)動器，它由壓電介質(zhì)(14)、金屬驅(qū)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(diào)的V形導(dǎo)角槽(3)構(gòu)成，V形槽置于兩個光纖準(zhǔn)直器(3)、(7)之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三端可交換光開關(guān)，所述的驅(qū)動器為磁電驅(qū)動器，它是一個微型的電磁擺裝置，由擺軸(16)、全反鏡的驅(qū)動片(17)及電磁線圈(18)構(gòu)成，擺軸(16)與驅(qū)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(guān)，由一組GRIN透鏡或C透鏡與尾纖耦合器結(jié)合固化在一起的光纖耦合的準(zhǔn)直器，一個具有全光反射功能的、可微量位移的驅(qū)動片和一個驅(qū)動器構(gòu)成，準(zhǔn)直器中GRIN透鏡或C透鏡的耦合平面與尾纖耦合器的光學(xué)耦合平面成一角度，驅(qū)動片上鍍有全光反射膜。三端可交換光開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，光交換速度快，開關(guān)性能穩(wěn)定。與典型的MEMS集成光開關(guān)交換系統(tǒng)相比，它的開關(guān)組合方式更顯靈活，性價(jià)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(shí)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(quán)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(shù)研究所