一種固態高速1×2開關的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種固態高速1×2開關，包括沿激光光束入射方向依次設置的準直器組件、第一雙折射晶體、旋光玻璃組件、棱鏡、第二雙折射晶體、反射棱鏡，所述第一雙折射晶體與旋光玻璃組件之間設置有第一半波片和第二半波片，所述第二雙折射晶體與反射棱鏡之間設置有第三半波片和第四半波片，所述旋光玻璃組件包括有旋光玻璃、支撐管、線圈和磁環罩，所述支撐管、線圈和磁環罩通過粘貼相連接，該固態高速1×2開關質量穩定，性能可靠、偏振靈敏度低、無運動件、插入損耗小、響應速度快、串擾小、集成化程度高等優點，既可應用于光通訊的光交叉連接器，又可以應用于各種光路監控與維護系統、數據網絡、光纖傳感器系統和光纖測量系統。
【專利說明】-種固態高速1 X2開關
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種固態1?速1X2開關。
【背景技術】
[0002] 光開關組件是全光網絡的重要組件之一，在光纖網絡系統中對光信號進行直接、 交叉或多方的切換傳輸，在光學通訊系統、傳感探測領域、儀器儀表領域、及國防工業等十 分廣泛的應用。
[0003] 實現光開關的方式有很多種，包括機械式光開關，微電子機械（MEMS)式光開關， 電光式光開關，熱光式光開關，聲光式光開關及磁光光開關等，每種切換技術都有優點和缺 點。比如，機械式光開關能提供非常小的插入功耗和串擾特性。但是，機械光開關的體積大， 且采用引擎驅動部件實現光路切換，切換時間限制在毫秒范圍內，開關重復性差，會有有限 的使用壽命，同時存在可靠性的問題。而全固態光開關是利用旋光玻璃來實現光路，由于沒 有任何運動部件，因而有優越的可靠性和開關響應速度，全固態開關和磁光開關有些類似 唯一不同的是全固態開關利用旋光玻璃來實現光路切換，磁光開關利用法拉第旋光晶體來 實現光路切換相比來講旋光玻璃價格便宜成本低利于大批量的生產制造不受材料限制，而 且磁光玻璃能承受更大對的功率，可利用于激光雷達，風力發電，激光打印等眾多領域，而 法拉第旋光晶體成本高加工難度大并且受制于國外進口，有一定的風險。
[0004] 1X2固態開關技術一般利用雙光纖準直器，單光纖準直器、雙折射晶體、波片和旋 光玻璃等元件，通過處理和改變入射光的偏振狀態，來實現光開關的切換。但全部采用單光 纖準直器，由于需要增加材料成本，多使用一組準直器使其成本大大提高。另一方面，目前 存在的1 X 2光開關包含機械開關等，大都采用透射式光路結構，兩個端口，使用的元件數 量多，不利用用于制作模塊和盤盒，且器件體積大。 實用新型內容
[0005] 本實用新型的目的在于克服上述現有技術中存在的不足，提供一種新的結構形式 的固態商速1X2開關，該固態商速1X2開關設置巧妙、光路結構緊湊，可以使得光開關所 使用的元件數量較少、尺寸較小。
[0006] 為解決上述問題，本實用新型采用如下技術方案：
[0007] -種固態高速1X2開關，包括沿激光光束入射方向依次設置的準直器組件、第一 雙折射晶體、旋光玻璃組件、棱鏡、第二雙折射晶體、反射棱鏡，所述第一雙折射晶體與旋光 玻璃組件之間設置有第一半波片和第二半波片，所述第二雙折射晶體與反射棱鏡之間設置 有第三半波片和第四半波片，所述旋光玻璃組件包括有旋光玻璃、支撐管、線圈和磁環罩， 所述支撐管、線圈和磁環罩通過粘貼相連接，所述準直器組件包括有輸入雙纖準直器或單 纖準直器，以及輸出單纖準直器。
[0008] 作為優選，所述光開關設置有兩個狀態，第一個狀態為輸入雙纖準直器輸出的光 束進入至第一輸出單纖準直器，第二個狀態為輸入雙纖準直器輸出的光束進入至雙線一旁 的光纖。
[0009] 作為優選，所述輸出單纖準直器分別為第一輸出單纖準直器和第二輸出單纖準直 器。
[0010] 作為優選，所述第一雙折射晶體由雙折射材料構成。
[0011] 作為優選，所述第一半波片和第二半波片為一對半波片。
[0012] 作為優選，所述支撐管為不銹鋼支撐管，所述線圈為銅線線圈。
[0013] 本實用新型的有益效果是：采用反射式光路結構，在使用過程中與入射光的偏振 態無關，具有良好的光學性能和高切換速度，并且沒有移動部分，使其能夠以一個很小的尺 寸實現，在實踐中減少了光開關制造所需的光學元件，實現結構緊湊和模塊化，可以實現對 光信號的隨意控制及輸入端口無阻塞地互聯交換，可研制成各種類型的光纖全光交叉連接 設備和光纖保護切換開關設備，可廣泛應用于光通信領域。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1是本實用新型固態高速1X2開關中光束從第一光學輸入雙光纖準直器到第 二輸出單光纖準直器的應用示意圖。
[0015] 圖2是本實用新型固態高速1X2開關中光束從第二光學輸入雙光纖準直器到第 一輸出雙光纖準直器一側光纖的應用示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 參閱圖1-圖2所不，一種固態高速1X2開關，包括沿激光光束入射方向依次設置 的準直器組件、第一雙折射晶體104、旋光玻璃組件、棱鏡113、第二雙折射晶體109、反射棱 鏡112,所述第一雙折射晶體104與旋光玻璃組件之間設置有第一半波片105和第二半波 片106,所述第二雙折射晶體109與反射棱鏡112之間設置有第三半波片110和第四半波 片111，所述旋光玻璃組件包括有旋光玻璃107、支撐管(未圖示)、線圈108和磁環罩(未圖 示)，所述支撐管、線圈108和磁環罩通過粘貼相連接，所述準直器組件包括有輸入雙纖準直 器101或單纖準直器，以及輸出單纖準直器102。
[0017] 所述輸出單纖準直器分別為第一輸出單纖準直器(未圖示）和第二輸出單纖準直 器(未圖不)，其中輸入雙纖的其中一路為輸出光纖。
[0018] 所述光開關設置有兩個狀態，第一個狀態為輸入雙纖準直器(或者單纖準直器） 101輸出的光束114進入至第一輸出單纖準直器，第二個狀態為輸入雙纖準直器(或者單纖 準直器）101輸出的光束進入至雙線一旁的光纖，在光開關的第一狀態下，輸入雙纖準直器 (或者單纖準直器)1〇1出射的光束經過第一雙折射晶體104,分別被分離成兩束正交的偏振 光束116,其中一束為尋常光，另一束為非尋常光，偏振光束116經過所述的第一半波片105 使其具有相同的偏振態入射至旋光玻璃107,經所述旋光玻璃107發生負45度偏振變化而 使光束具有相同的偏振態P態，該P態偏振光至所述的第二雙折射晶體109,在第二雙折射 晶體109內作為尋常光直射后傳播至第三半波片110，P態偏振光經過第三半波片110出射 的光束偏振態相互垂直地傳輸至反射棱鏡112,經反射棱鏡112反射、相互垂直的偏振光經 第四半波片111偏振態轉化為相同并傳輸至第二雙折射晶體109,在第二雙折射晶體109內 作為非尋常光發生折射后入射至旋光玻璃112,入射至旋光玻璃112使偏振態發生負45度 偏振變化后入射至第二半波片106,經所述的第二半波片106轉化為兩束正交偏振態的光 束入射至所述的第一雙折射晶體104,經所述第一雙折射晶體104合成為一道光束114入 射至所述的第一輸出單纖準直器102,在光開關的第二狀態下，輸入雙纖準直器(或者單纖 準直器）101出射的光束114經過第一雙折射晶體104,分別被分離成兩束正交的偏振光束 116,其中一束為尋常光，另一束為非尋常光，偏振光束116經過所述的第一半波片105使其 具有相同的偏振態入射至旋光玻璃107,經所述旋光玻璃107發生正45度偏振變化而使光 束具有相同的偏振態S態，該S態偏振光入射至所述的第二雙折射晶體109,在第二雙折射 晶體109內作為非尋常光發生折射并傳播至第三半波片110, S態偏振光經第三半波片110 轉化偏振光相互垂直的光束傳輸至反射棱鏡112,經反射棱鏡112反射的兩個偏振態相互 垂直的光束經第四半波片111轉化為偏振態相同傳輸至第二雙折射晶體109,在第二雙折 射晶體109內作為尋常光直射至所述的旋光玻璃107使偏振態發生正45度變化入射至第 二半波片106,經所述的第二半波片106轉化為兩束正交偏振態的光束入射至所述的第一 雙折射晶體104,經所述第一雙折射晶體104合成為一道光束114入射至所述的第二輸出雙 纖準直器101或單纖準直器。
[0019] 所述第一雙折射晶體由雙折射材料構成，如釩酸釔等，其將一束光分開或分離成 兩束正交的偏振光束或光線：一個具有折射率no的尋常光和一個具有折射率ne的非尋常 光，其中，尋常光簡稱為0光，非尋常光簡稱e光。
[0020] 所述第一半波片105和第二半波片106為一對半波片，其被設置在第一雙折射晶 體104的前面，目的是為使從雙折射晶體出來的光具有相同的偏振態。
[0021] 所述支撐管為不銹鋼支撐管，所述線圈為銅線線圈，所述磁環罩為特殊材料磁環 罩，且磁環罩可以用于屏蔽磁場。
[0022] 所述的旋光玻璃組件通過兩個方向的不同數值電磁場改變光束的偏振態以使輸 出單纖準直器在兩個輸入準直器之間切換。
[0023] 所述的第一雙折射晶體104接收來自輸入單纖準直器101的激光光束114,將一個 激光光束114分離成為兩個正交的偏振光束116,所述的第一半波片105接收來自第一雙折 射晶體104的正交偏振光束116,將兩個正交的偏振光束116轉化為具有相同的偏振態，所 述的旋光玻璃107接收來自第一半波片105組的具有相同偏振態的光束116,通過線圈108 在旋光玻璃107周圍施加電磁場改變通過光束116的偏振態，所述的第二雙折射晶體109 接收來自旋光玻璃107具有特定偏振態的光束116,使具有相同偏振態的光束116折射或 直射：若入射光的偏振態與光軸垂直則直射，若入射光的偏振態與光軸平行則折射，所述的 第三波片110接收來自第二雙折射晶體109的偏振光束116,使通過的光束90度改變偏振 態，所述的反射棱鏡112接收并反射來自第三半波片110的光束116,反射的光束116依次 經過第四半波片111、第二雙折射晶體109、旋光玻璃107、第二半波片106和第一雙折射晶 體104,根據施加在旋光玻璃上的電磁場不同而選擇性地入射至不同的輸出單纖準直器。
[0024] 實施例1 :
[0025] 在路由光束過程中，電磁場的存在改變光束的旋轉，從輸入準直器101的輸入端 射出的光束114入射到第一雙折射晶體104,第一雙折射晶體104的光軸位于水平面（即紙 面內），可以將由輸入準直器101射出的光束114 (任意偏振態）分解為偏振方向正交且在 空間上隔開的兩個平行的子光束，其中子光束116 (e光）的偏振方向平行于光軸所在的平 面，子光束115 (ο光）的偏振方向垂直于光軸。其中子光束115 (ο光）不發生偏折的通過 第一雙折射晶體104,子光束116 (e光）則產生一側移。兩子光束然后通過第一半波片組 105和106,使兩個子光束的偏振態方向相同。兩個偏振態相同的子光束116和子光束115 然后入射到旋光玻璃107,此時旋光玻璃在外加磁場下，子光束116和子光束115的偏振態 相對于在第一半波片組105和106中光束的偏振態被旋光玻璃107逆時針改變了 45度。 此時子光束116和子光束115的偏振態相同，且相對于第二雙折射晶體109(第二雙折射晶 體的光軸垂直于水平面）為〇光，兩光束不發生偏折的通過第二雙折射晶體109,接著兩光 束通過第二半波片組110和111后，兩光束的偏振態互相垂直，最后入射到直角棱鏡112被 全反射，子光束116和子光束115被反射后，位置發生互換，再次通過第二半波片組111和 110,此時兩光束的偏振態相同，且相對于第二雙折射晶體109來說為e光，發生偏折的通過 第二雙折射晶體109。接著再次通過旋光玻璃107,由于旋光玻璃的不可逆性，兩光束的偏 振態繼續被逆時針旋轉45度。接著通過第一半波片組105和106后，兩光束的偏振態互相 垂直，入射到第一雙折射晶體104合成為一個單光束入射到輸入準直器102,最后被引導輸 出。
[0026] 實施例2 :
[0027] 在路由光束過程中，外加電磁場消失的情況下操作，從輸入準直器101射出的光 束114入射到第一雙折射晶體104,第一雙折射晶體104的光軸位于水平面（即紙面內），可 以將由輸入準直器101射出的、任意偏振態的光束114分解為偏振方向正交且在空間上隔 開的子光束116和子光束115。子光束116為非尋常光，其偏振方向平行于光軸所在的平 面；作為尋常光的子光束115偏振方向垂直于光軸。其中子光束116不發生偏折的通過第一 雙折射晶體104,子光束115則產生一側移。兩子光束然后通過由半波片對組成的第一半波 片組105和106,第一半波片組105和106使子光束116和子光束115的偏振態方向相同。 偏振態相同的子光束116和子光束115然后入射到旋光玻璃107,此時旋光玻璃外加磁場消 失，子光束116和子光束115的偏振態相對于在第一半波片組105和106中光束的偏振態 被旋光玻璃107順時針改變了 45度。此時子光束116和子光束115的偏振態相同，且相對 于第二雙折射晶體109 (該第二雙折射晶體的光軸垂直于水平面）為e光，兩個子光束發生 偏折的通過第二雙折射晶體109,兩個子光束通過第二半波片組110和111后，兩光束的偏 振態互相垂直，最后入射到直角棱鏡112被全反射，子光束116和子光束115被反射后，位 置發生互換，再次通過第二半波片組110和111，此時子光束116和子光束115的偏振態相 同，且相對于第二雙折射晶體109來說為尋常光，不發生偏折的通過第二雙折射晶體109， 至IJ 113斜方棱鏡，由于113棱鏡有一個大約8度左右的傾斜角度，使從109出來的光束發 生8度左右的偏折進入107旋光玻璃，由于旋光玻璃的不可逆性，兩光束的偏振態繼續被順 時針旋轉45度。接著通過第一半波片組105和106后，兩個子光束的偏振態互相垂直地入 射到第一雙折射晶體104合成為一個單光束，最后入射到雙纖準直器(或者單纖準直器）側 邊的光纖，由于側邊光纖入射有一個和113棱鏡相匹配的角度，最后相匹配接收輸出。
[0028] 以上實施例的光開關是不可逆的。
[0029] 本實用新型的有益效果是：采用反射式光路結構，在使用過程中與入射光的偏振 態無關，具有良好的光學性能和高切換速度，并且沒有移動部分，使其能夠以一個很小的尺 寸實現，在實踐中減少了光開關制造所需的光學元件，實現結構緊湊和模塊化，可以實現對 光信號的隨意控制及輸入端口無阻塞地互聯交換，可研制成各種類型的光纖全光交叉連接 設備和光纖保護切換開關設備，可廣泛應用于光通信領域。
[0030] 以上所述，以上實例為反射式不可逆磁光開關。在本設計基礎上只用在光路中加 以改動增加個別的零部件即可實現光路的可逆，因此任何未脫離本實用新型的精神與范 疇，而對其進行的修改或變更，均應包含于本實用新型所主張的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種固態高速1X2開關，其特征在于：包括沿激光光束入射方向依次設置的準直器 組件、第一雙折射晶體、旋光玻璃組件、棱鏡、第二雙折射晶體、反射棱鏡，所述第一雙折射 晶體與旋光玻璃組件之間設置有第一半波片和第二半波片，所述第二雙折射晶體與反射棱 鏡之間設置有第三半波片和第四半波片，所述旋光玻璃組件包括有旋光玻璃、支撐管、線圈 和磁環罩，所述支撐管、線圈和磁環罩通過粘貼相連接，所述準直器組件包括有輸入雙纖準 直器或單纖準直器，以及輸出單纖準直器，所述輸入準直器載有輸入光束的輸入端準直器 和輸出端，所述輸出單纖準直器分別為第一輸出單纖準直器和第二輸出單纖準直器，其中 輸入雙纖的其中一路為輸出光纖，所述第一輸出準直器載有輸出光束的輸出端準直器。
2. 根據權利要求1所述的固態高速1X2開關，其特征在于：包括有兩個狀態，第一個 狀態為輸入雙纖準直器輸出的光束進入至第一輸出單纖準直器，第二個狀態為輸入雙纖準 直器輸出的光束進入至雙線一旁的光纖。
3. 根據權利要求1所述的固態高速1X2開關，其特征在于：所述輸出單纖準直器分別 為第一輸出單纖準直器和第二輸出單纖準直器。
4. 根據權利要求1所述的固態高速1X2開關，其特征在于：所述第一半波片和第二半 波片為一對半波片。
5. 根據權利要求1所述的固態高速1X2開關，其特征在于：所述第一雙折射晶體由雙 折射材料構成。
6. 根據權利要求1所述的固態高速1X2開關，其特征在于：所述支撐管為不銹鋼支撐 管，所述線圈為銅線線圈。
【文檔編號】G02B6/35GK203881971SQ201420074576
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年2月20日 優先權日:2014年2月20日
【發明者】王躍平, 杜建義, 王萬欣, 李坡 申請人:珠海普奧光電科技有限公司