本發(fā)明涉及光開關，具體是一種基于磁懸浮的超靜音機械式自由空間光開關裝置。
背景技術：
光開關是一種非常重要的光學元器件，在光通信網(wǎng)絡和傳輸系統(tǒng)中可對光信號進行通斷和切換。目前，在光通信網(wǎng)絡和傳輸系統(tǒng)中，基于各種不同交換原理和實現(xiàn)技術的光開關被廣泛地提出。依據(jù)光開關的交換介質來分，光開關可分為：自由空間交換光開關和波導交換光開關。針對光通信和傳輸過程中需要對自由空間傳播的激光進行快速開啟和關斷的問題，目前通常采用的自由空間交換光開關包括電磁繼電器式機械光開關、半導體光開關、聲光和電光開關。其中，半導體光開關的開關時間在納秒量級，但是這種光開關不能完全關斷激光、會受到被關斷激光的偏振和波長的影響、價格昂貴、能耗很高的缺點制約了它的廣泛應用。聲光和電光開關可以在微秒范圍內開關激光，且其操作起來簡單易行，但存在諸多缺點：一、光路的準直性對聲光和電光晶體的衍射效率有很大影響，使得聲光和電光調制器對入射激光的準直性有很高的要求。二、即使在良好的準直條件下，聲光和電光調制器也不可能達到完全的透射和消光。三、其價格較為昂貴。與半導體光開關、聲光和電光開關相比，電磁繼電器式機械光開關的開關時間在毫秒量級，而且可以完全的關斷激光，同時不受偏振和波長的影響、且其使用簡單、價格低廉。但現(xiàn)有的電磁繼電器式機械光開關在使用過程中，靜觸點和動觸點直接碰撞會產(chǎn)生較大的噪音，進一步會對光通信網(wǎng)絡和傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，從而對光通信和傳輸?shù)男Чa(chǎn)生巨大的影響?；诖耍斜匾l(fā)明一種全新的超靜音自由空間交換光開關，以解決現(xiàn)有電磁繼電器式機械光開關在使用中容易因直接碰撞產(chǎn)生較大噪音的問題。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有電磁繼電器式機械光開關在使用中容易因直接碰撞產(chǎn)生較大噪音的問題，提供了一種基于磁懸浮的超靜音機械式自由空間光開關裝置。
本發(fā)明是采用如下技術方案實現(xiàn)的：
基于磁懸浮的超靜音機械式自由空間光開關裝置，包括不銹鋼底座、支撐柱、環(huán)形永磁鐵、鐵芯、頂蓋、減震彈簧、硬塑料管、銅線圈、徑向連接桿、遮光板、控制電路；所述控制電路包括可變電阻、固定電阻、電源插頭、固態(tài)繼電器、BNC接頭；
其中，支撐柱的下端面與不銹鋼底座的上端面中央固定；環(huán)形永磁鐵的下端面與支撐柱的上端面邊緣固定；鐵芯的下端面與支撐柱的上端面中央固定，且鐵芯的下端穿設于環(huán)形永磁鐵的內腔；頂蓋的下端面中央與鐵芯的上端面固定；減震彈簧的上端與頂蓋的下端面邊緣固定，且減震彈簧套設于鐵芯的外側；
硬塑料管滑動套設于鐵芯的外側，且硬塑料管位于減震彈簧和環(huán)形永磁鐵之間；銅線圈纏繞于硬塑料管的外側面；徑向連接桿的數(shù)目為兩根；兩根徑向連接桿的末端面分別與硬塑料管的上部外側面和下部外側面固定，且兩根徑向連接桿相互平行；遮光板固定于兩根徑向連接桿的首端，且遮光板的板面同時與硬塑料管的軸向和徑向平行；
電源插頭的正極與銅線圈的一端連接；電源插頭的負極依次通過固定電阻、可變電阻與銅線圈的另一端連接；固態(tài)繼電器的兩個輸出端分別與固定電阻的兩端連接；BNC接頭的兩極分別與固態(tài)繼電器的兩個輸入端連接。
工作時，自由空間傳播的激光從遮光板的上方穿過，通過控制電路控制遮光板進行上下運動，由此控制自由空間傳播的激光進行快速開關。具體控制過程如下：外部TTL信號經(jīng)由BNC接頭輸入至固態(tài)繼電器，使得固態(tài)繼電器交替進行導通與關斷。當TTL信號為高電平時，固態(tài)繼電器導通，銅線圈、可變電阻、固態(tài)繼電器、電源插頭共同構成閉合回路，銅線圈中產(chǎn)生一較大的電流，使得由銅線圈和硬塑料管構成的螺線管的下端產(chǎn)生較強的磁場（該磁場與環(huán)形永磁鐵上端的磁場具有相反的極性），由此使得螺線管和環(huán)形永磁鐵之間形成較強的排斥作用。在較強的排斥作用下，螺線管通過兩根徑向連接桿帶動遮光板迅速向上運動，由此將自由空間傳播的激光快速關斷。在此過程中，減震彈簧對向上運動的螺線管進行緩沖，由此防止螺線管與頂蓋碰撞產(chǎn)生回跳抖動和噪音。當TTL信號為低電平時，固態(tài)繼電器關斷，銅線圈、可變電阻、固定電阻、電源插頭共同構成閉合回路，銅線圈中產(chǎn)生一較小的電流，使得由銅線圈和硬塑料管構成的螺線管的下端產(chǎn)生較弱的磁場（該磁場與環(huán)形永磁鐵上端的磁場具有相反的極性），由此使得螺線管和環(huán)形永磁鐵之間形成較弱的排斥作用，且螺線管受到的排斥力遠小于螺線管、兩根徑向連接桿、遮光板的重力。在此情況下，螺線管通過兩根徑向連接桿帶動遮光板迅速向下運動，由此將自由空間傳播的激光快速開啟。在此過程中，隨著螺線管迅速向下運動并靠近環(huán)形永磁鐵，螺線管受到的排斥力會迅速增大。當螺線管向下運動至一定位置時（即螺線管受到的排斥力與螺線管、兩根徑向連接桿、遮光板的重力相等時），螺線管會懸浮在環(huán)形永磁鐵的上方（即螺線管的下端面與環(huán)形永磁鐵的上端面之間保持一個微小的距離），由此防止螺線管與環(huán)形永磁鐵碰撞產(chǎn)生噪音。在上述過程中，通過調節(jié)可變電阻的阻值，可以調節(jié)銅線圈中的電流的大小，由此調節(jié)螺線管受到的排斥力的大小，從而更徹底地防止噪音的產(chǎn)生。
基于上述過程，與現(xiàn)有電磁繼電器式機械光開關相比，本發(fā)明所述的基于磁懸浮的超靜音機械式自由空間光開關裝置基于全新的結構，徹底有效地解決了現(xiàn)有電磁繼電器式機械光開關在使用中容易因直接碰撞產(chǎn)生較大噪音的問題，由此有力保證了光通信網(wǎng)絡和傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
本發(fā)明結構合理、設計巧妙，有效解決了現(xiàn)有電磁繼電器式機械光開關在使用中容易因直接碰撞產(chǎn)生較大噪音的問題，適用于光通信網(wǎng)絡和傳輸系統(tǒng)。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結構示意圖。
圖中：1-不銹鋼底座，2-支撐柱，3-環(huán)形永磁鐵，4-鐵芯，5-頂蓋，6-減震彈簧，7-硬塑料管，8-銅線圈，9-徑向連接桿，10-遮光板，11-可變電阻，12-固定電阻，13-電源插頭，14-固態(tài)繼電器，15-BNC接頭，16-殼體。
具體實施方式
基于磁懸浮的超靜音機械式自由空間光開關裝置，包括不銹鋼底座1、支撐柱2、環(huán)形永磁鐵3、鐵芯4、頂蓋5、減震彈簧6、硬塑料管7、銅線圈8、徑向連接桿9、遮光板10、控制電路；所述控制電路包括可變電阻11、固定電阻12、電源插頭13、固態(tài)繼電器14、BNC接頭15；
其中，支撐柱2的下端面與不銹鋼底座1的上端面中央固定；環(huán)形永磁鐵3的下端面與支撐柱2的上端面邊緣固定；鐵芯4的下端面與支撐柱2的上端面中央固定，且鐵芯4的下端穿設于環(huán)形永磁鐵3的內腔；頂蓋5的下端面中央與鐵芯4的上端面固定；減震彈簧6的上端與頂蓋5的下端面邊緣固定，且減震彈簧6套設于鐵芯4的外側；
硬塑料管7滑動套設于鐵芯4的外側，且硬塑料管7位于減震彈簧6和環(huán)形永磁鐵3之間；銅線圈8纏繞于硬塑料管7的外側面；徑向連接桿9的數(shù)目為兩根；兩根徑向連接桿9的末端面分別與硬塑料管7的上部外側面和下部外側面固定，且兩根徑向連接桿9相互平行；遮光板10固定于兩根徑向連接桿9的首端，且遮光板10的板面同時與硬塑料管7的軸向和徑向平行；
電源插頭13的正極與銅線圈8的一端連接；電源插頭13的負極依次通過固定電阻12、可變電阻11與銅線圈8的另一端連接；固態(tài)繼電器14的兩個輸出端分別與固定電阻12的兩端連接；BNC接頭15的兩極分別與固態(tài)繼電器14的兩個輸入端連接。
還包括殼體16；不銹鋼底座1、支撐柱2、環(huán)形永磁鐵3、鐵芯4、頂蓋5、減震彈簧6、硬塑料管7、銅線圈8、徑向連接桿9、遮光板10、控制電路均設于殼體16的內腔。工作時，殼體起到保護作用。
具體實施時，所述減震彈簧6采用長度為8mm的壓縮彈簧；所述可變電阻11的最大阻值為銅線圈8的阻值的10倍；所述固定電阻12的阻值為銅線圈8的阻值的100倍；所述固態(tài)繼電器14采用開關時間為10μs的固態(tài)繼電器。工作時，通過控制開關時間為10μs的固態(tài)繼電器交替進行導通與關斷，即可在1ms內對自由空間傳播的激光進行開關。