專利名稱：1×2機械光開關的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種1×2機械光開關，特別是涉及一種1×2機械光開關的光路。本發明應用于光通訊系統、光纖網絡系統、光纖測量系統或儀器以及光纖傳感系統中的光信號交換。
電信號在金屬導線中傳輸時可以非常容易地實現連接，而光信號要從輸入光纖進入輸出光纖必須要有非常精確的耦合，否則光強的損失將非常嚴重。現在，在光網絡系統中普遍使用的單模光纖的橫截面非常小，它的纖芯直徑僅為9微米左右，而且它的可接受的角度(數值孔徑)也非常小，為了確保傳輸效率，入射光必須位于數值孔徑以內。因此，用于將輸入光切換到不同輸出端口的光開關必須要有非常高的精度。
由于光開關的應用非常廣泛，在先技術有很多關于光開關的發明專利。美國專利商標局在1984年5月7日公布的專利號為4589726的“旋轉式光開關”它主要應用于2×2光開關，用步進電機將一直角棱鏡旋轉90度來完成光路的切換。該發明存在著如下一些問題，首先是步進電機的切換速度很慢，切換時間通常在15毫秒以上，而現代通信系統對光開關切換時間的要求通常在10毫秒以下；其次該發明只采用了一只棱鏡，在調整中存在著很棘手的相互干涉的問題，由于光路的切換是通過棱鏡在相互方向上的轉動來保證的，當調整好一個方向之后，就很難保證另一個方向上光路的耦合，而且光路的調整非常耗費時間，因此該發明在可制造性上存在很大的問題。
美國專利商標局在1993年5月9日公布的專利號為4589726“用于光纖之間信號交換的設備和方法”的發明，該發明通過兩個相對的直角面鍍反射膜的等腰直角全反射棱鏡的移入和移出光路來實現光信號交換。在該發明中，由于在棱鏡移出光路時一個棱鏡必須位于兩個自聚焦透鏡之間，因此兩個自聚焦透鏡之間的距離相對較寬，從而導致整個開關的尺寸變得很大，不能滿足現代通信系統對開關尺寸要求越來越小的需求；其次，該發明中每個棱鏡需要在兩個直角面上鍍高反射膜，增加了開關的成本；另外，在該發明中光信號的輸入端和輸出端位于開關的兩側，不便于光通信系統中對開關的集成。
本發明的1×2機械光開關的結構如
圖1、2、3、4、5、6、7、8所示。它包括帶上蓋9的基座1，基座1上的第一平臺101，第二平臺102和準直器夾具103，繼電器2，懸臂梁3，固定棱鏡4，活動棱鏡5，輸入準直器6，第一輸出準直器7，第二輸出準直器8和上蓋9。
基座1上中間位置上是第二平臺102，在第二平臺102一邊的基座1上是第一平臺101，在第二平臺102的另一邊基座1上是準直器夾具103。固定棱鏡4置放在第二平臺102上。輸入準直器6、第一輸出準直器7和第二輸出準直器8相互平行地置放在同一準直器夾具103上。在第一平臺101上置有繼電器2，繼電器2上帶有懸臂梁3，在懸臂梁3的末端上固定有活動棱鏡5。
所說的繼電器2為單刀雙擲的繼電器，它包括電源輸入引腳201，繼電器2上的活動端子202，信號檢測引腳203、204、205，觸點206、207。
所說的固定棱鏡4為一等腰直角全反射棱鏡，包括斜面401，第一直角面402，第二直角面403。斜面401的表面上鍍有增透射薄膜。固定棱鏡4置于第二平臺102上，其斜面401垂直于輸入準直器6的中心軸線。并對準輸入準直器6和第一輸出準直器7。
所說的活動棱鏡5為一菱形棱鏡，包括光束入射面501，第一反射面502，第二反射面503和光束出射面504。光束入射面501和光束出射面504相互平行，兩表面鍍有增透射薄膜。活動棱鏡5是固定在懸臂梁3的末端上。兩反射面502、503相互平行。當活動棱鏡5移入光路時，活動棱鏡5的光束入射面501與固定棱鏡4的斜面401相對平行。活動棱鏡5的光束出射面504對準第二輸出準直器8。并垂直于第二輸出準直器8的中心軸線。
如圖8的上蓋9是用于把置放在基座1上的核心元件蓋起來，密封起來。
固定棱鏡4和活動棱鏡5的相對位置如圖2所示，固定棱鏡4通光時，作為固定棱鏡4的等腰直角全反射棱鏡位于輸入準直器6和第一輸出準直器7的前方，斜面401即光束入射面與入射光垂直；當活動棱鏡5通光時，如圖5所示，活動棱鏡5位于固定棱鏡4和兩輸出準直器7、8之間，活動棱鏡5的光束入射面501對著固定棱鏡4的斜面401即固定棱鏡4的光束出射面。活動棱鏡5的光束出射面504對著第二輸出準直器8。
如圖4、圖5所示，當繼電器2通電后，繼電器2產生吸力，吸合活動端子202，從而帶動懸臂梁3末端的活動棱鏡5插入光路中。同時活動端子202帶動觸點206斷開，觸點207吸合，繼電器2的工作狀態就從203和204之間的導通變為204和205之間的導通，如果在引腳上外接電路就可實現對光開關輸入輸出狀態的判斷。此時入射光經過輸入準直器6從固定棱鏡4的斜面401入射，經過直角邊402、403的兩次全反射后再從斜面401出射，再入射到活動棱鏡5的光束入射面501，經過活動棱鏡5的兩反射面502、503的兩次全反射，從光束出射面504出射，被第二輸出準直器8接收。
如圖1、圖2、圖3所示，當繼電器2斷電后，繼電器2維持吸合作用的電磁力消失，活動端子202反彈，從而帶動懸臂梁3末端的活動棱鏡5移出光路。同時活動端子202帶動觸點207斷開，觸點206吸合，繼電器2的工作狀態就從204和205之間的導通變為204和203之間的導通，如果在引腳上外接電路就可實現對光開關光路輸入輸出狀態的判斷。此時，入射光經過輸入準直器6穿過固定棱鏡4的斜面401入射，經過固定棱鏡4的第一直角面402和第二直角面403的兩次全反射，光束再次穿過固定棱鏡4的斜面401，并經過第一輸出準直器7出射。
本發明的有益效果是采用了一個等腰直角全反射棱鏡和一個菱形棱鏡，利用全反射原理來實現光路的交換。與在先技術的美國專利商標局公布的專利號4589726的發明相比較，本發明由于采用了電磁驅動，光信號切換時間短，典型的切換時間為6毫秒，最長的切換時間為10毫秒；本發明由于采用了一個等腰直角全反射棱鏡和一個菱形棱鏡，很好地解決了在光路準直時的相互干涉問題，生產效率得到了很大的提高。與在先技術的美國專利商標局公布的專利號5436986相比較，本發明中每個棱鏡僅需在入射面鍍增透射薄膜，節省了成本；其次，本發明中準直器之間的距離很小，結構緊湊，減少了開關的尺寸；還有本發明將入射端和出射端置于一側，不僅優化了空間布局，進一步突出了結構緊湊、體積小的優點，非常便于系統的集成。
圖2為本發明的1×2機械光開關固定棱鏡4通光時的光路示意圖。
圖3為本發明的1×2機械光開關固定棱鏡4通光時的總體效果示意。
圖4為本發明的1×2機械光開關活動棱鏡5通光時的側視示意圖。
圖5為本發明的1×2機械光開關活動棱鏡5通光時的光路示意圖。
圖6為本發明的1×2機械光開關分解示意圖。
圖7為本發明的1×2機械光開關去掉上蓋9后，內部總體結構示意圖。
圖8為本發明的1×2機械光開關的上蓋9的示意圖。其中圖8-1是上蓋9的內部示意圖。圖8-2是上蓋9的外部形狀示意圖。
所說的基座1是不銹鋼制成的。繼電器2是單刀雙擲的繼電器，額定電壓5伏特，額定電流28.1毫安。繼電器2上的懸臂梁3是鐵鎳合金材料的。固定棱鏡4和活動棱鏡5的材料是K9玻璃。活動棱鏡5用膠水固定在懸臂梁3的末端。固定棱鏡4用膠水固定在第二平臺102上。
本發明光開關的特征尺寸是長度38毫米，寬度14毫米，高度13毫米，典型規格為光信號切換時間為8毫秒，插入損耗一端(固定棱鏡4通光)為0.35dB，另一端(活動棱鏡5)為0.40dB，切換重復性±0.02dB，回波損耗62dB，使用壽命1×107次。
權利要求
1.一種1×2機械光開關，包括帶有上蓋(9)的基座(1)，固定棱鏡(4)，基座(1)上的第二平臺(102)和準直器夾具(103)，輸入準直器(6)，第一輸出準直器(7)和第二輸出準直器(8)，其特征在于所說的第二平臺(102)是在基座(1)的中間位置上，在第二平臺(102)一邊的基座(1)上是第一平臺(101)，在第二平臺(102)的另一邊基座(1)上是準直器夾具(103)，固定棱鏡(4)置放在第二平臺(102)上，輸入準直器(6)、第一輸出準直器(7)和第二輸出準直器(8)相互平行地置放在同一準直器夾具(103)上，在第一平臺(101)上置有繼電器(2)，繼電器(2)上帶有懸臂梁(3)，在懸臂梁(3)的末端固定有活動棱鏡(5)。
2.根據權利要求1所述的1×2機械光開關，其特征在于所說的固定棱鏡(4)是等腰直角全反射棱鏡，它置于第二平臺(102)上，它的斜面(401)垂直于輸入準直器(6)的中心軸線，并對準輸入準直器(6)和第一輸出準直器(7)，斜面(401)的表面鍍有增透射薄膜。
3.根據權利要求1或2所述的1×2機械光開關，其特征在于所說的活動棱鏡(5)是菱形棱鏡，它的光束入射面(501)和光束出射面(504)是相互平行的兩個面，表面鍍有增透射薄膜，另兩個平行面(502、503)是反射面，它的光束入射面(501)與固定棱鏡(4)的斜面(401)相對平行，它的光束出射面(504)垂直于第二輸出準直器(8)的中心軸線，并對準第二輸出準直器(8)。
4.根據權利要求1所述的1×2機械光開關，其特征在于所說的繼電器(2)是單刀雙擲的繼電器。
全文摘要
一種1×2機械光開關，適用于光通訊、光纖網絡、光纖測量以及光纖傳感系統和儀器中的光信號交換。主要包括置于基座上第二平臺上的固定棱鏡，固定于繼電器上懸臂梁末端的活動棱鏡。輸入準直器和兩個輸出準直器平行地置放在同一個準直器夾具上。與在先技術相比，本發明采用的是電磁驅動，光信號切換時間短，典型的切換時間是6毫秒。最長的切換時間為10毫秒。解決了在光路準直時，光束相互干涉問題，從而提高了生產率。光信號的輸入端和輸出端均在一側，結構緊湊，體積小，便于系統的集成。
文檔編號G02B6/34GK1427277SQ0214532
公開日2003年7月2日 申請日期2002年11月21日 優先權日2002年11月21日
發明者陳海榮, 錢玉彬, 劉浩鋒, 謝虎, 梁聯長 申請人:上海泛太光龍通訊設備有限公司