专利名称：1×2机械光开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种1×2机械光开关，特别是涉及一种1×2机械光开关的光路。本发明应用于光通讯系统、光纤网络系统、光纤测量系统或仪器以及光纤传感系统中的光信号交换。
电信号在金属导线中传输时可以非常容易地实现连接，而光信号要从输入光纤进入输出光纤必须要有非常精确的耦合，否则光强的损失将非常严重。现在，在光网络系统中普遍使用的单模光纤的横截面非常小，它的纤芯直径仅为9微米左右，而且它的可接受的角度(数值孔径)也非常小，为了确保传输效率，入射光必须位于数值孔径以内。因此，用于将输入光切换到不同输出端口的光开关必须要有非常高的精度。
由于光开关的应用非常广泛，在先技术有很多关于光开关的发明专利。美国专利商标局在1984年5月7日公布的专利号为4589726的“旋转式光开关”它主要应用于2×2光开关，用步进电机将一直角棱镜旋转90度来完成光路的切换。该发明存在着如下一些问题，首先是步进电机的切换速度很慢，切换时间通常在15毫秒以上，而现代通信系统对光开关切换时间的要求通常在10毫秒以下；其次该发明只采用了一只棱镜，在调整中存在着很棘手的相互干涉的问题，由于光路的切换是通过棱镜在相互方向上的转动来保证的，当调整好一个方向之后，就很难保证另一个方向上光路的耦合，而且光路的调整非常耗费时间，因此该发明在可制造性上存在很大的问题。
美国专利商标局在1993年5月9日公布的专利号为4589726“用于光纤之间信号交换的设备和方法”的发明，该发明通过两个相对的直角面镀反射膜的等腰直角全反射棱镜的移入和移出光路来实现光信号交换。在该发明中，由于在棱镜移出光路时一个棱镜必须位于两个自聚焦透镜之间，因此两个自聚焦透镜之间的距离相对较宽，从而导致整个开关的尺寸变得很大，不能满足现代通信系统对开关尺寸要求越来越小的需求；其次，该发明中每个棱镜需要在两个直角面上镀高反射膜，增加了开关的成本；另外，在该发明中光信号的输入端和输出端位于开关的两侧，不便于光通信系统中对开关的集成。
本发明的1×2机械光开关的结构如
图1、2、3、4、5、6、7、8所示。它包括带上盖9的基座1，基座1上的第一平台101，第二平台102和准直器夹具103，继电器2，悬臂梁3，固定棱镜4，活动棱镜5，输入准直器6，第一输出准直器7，第二输出准直器8和上盖9。
基座1上中间位置上是第二平台102，在第二平台102一边的基座1上是第一平台101，在第二平台102的另一边基座1上是准直器夹具103。固定棱镜4置放在第二平台102上。输入准直器6、第一输出准直器7和第二输出准直器8相互平行地置放在同一准直器夹具103上。在第一平台101上置有继电器2，继电器2上带有悬臂梁3，在悬臂梁3的末端上固定有活动棱镜5。
所说的继电器2为单刀双掷的继电器，它包括电源输入引脚201，继电器2上的活动端子202，信号检测引脚203、204、205，触点206、207。
所说的固定棱镜4为一等腰直角全反射棱镜，包括斜面401，第一直角面402，第二直角面403。斜面401的表面上镀有增透射薄膜。固定棱镜4置于第二平台102上，其斜面401垂直于输入准直器6的中心轴线。并对准输入准直器6和第一输出准直器7。
所说的活动棱镜5为一菱形棱镜，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，两表面镀有增透射薄膜。活动棱镜5是固定在悬臂梁3的末端上。两反射面502、503相互平行。当活动棱镜5移入光路时，活动棱镜5的光束入射面501与固定棱镜4的斜面401相对平行。活动棱镜5的光束出射面504对准第二输出准直器8。并垂直于第二输出准直器8的中心轴线。
如图8的上盖9是用于把置放在基座1上的核心元件盖起来，密封起来。
固定棱镜4和活动棱镜5的相对位置如图2所示，固定棱镜4通光时，作为固定棱镜4的等腰直角全反射棱镜位于输入准直器6和第一输出准直器7的前方，斜面401即光束入射面与入射光垂直；当活动棱镜5通光时，如图5所示，活动棱镜5位于固定棱镜4和两输出准直器7、8之间，活动棱镜5的光束入射面501对着固定棱镜4的斜面401即固定棱镜4的光束出射面。活动棱镜5的光束出射面504对着第二输出准直器8。
如图4、图5所示，当继电器2通电后，继电器2产生吸力，吸合活动端子202，从而带动悬臂梁3末端的活动棱镜5插入光路中。同时活动端子202带动触点206断开，触点207吸合，继电器2的工作状态就从203和204之间的导通变为204和205之间的导通，如果在引脚上外接电路就可实现对光开关输入输出状态的判断。此时入射光经过输入准直器6从固定棱镜4的斜面401入射，经过直角边402、403的两次全反射后再从斜面401出射，再入射到活动棱镜5的光束入射面501，经过活动棱镜5的两反射面502、503的两次全反射，从光束出射面504出射，被第二输出准直器8接收。
如图1、图2、图3所示，当继电器2断电后，继电器2维持吸合作用的电磁力消失，活动端子202反弹，从而带动悬臂梁3末端的活动棱镜5移出光路。同时活动端子202带动触点207断开，触点206吸合，继电器2的工作状态就从204和205之间的导通变为204和203之间的导通，如果在引脚上外接电路就可实现对光开关光路输入输出状态的判断。此时，入射光经过输入准直器6穿过固定棱镜4的斜面401入射，经过固定棱镜4的第一直角面402和第二直角面403的两次全反射，光束再次穿过固定棱镜4的斜面401，并经过第一输出准直器7出射。
本发明的有益效果是采用了一个等腰直角全反射棱镜和一个菱形棱镜，利用全反射原理来实现光路的交换。与在先技术的美国专利商标局公布的专利号4589726的发明相比较，本发明由于采用了电磁驱动，光信号切换时间短，典型的切换时间为6毫秒，最长的切换时间为10毫秒；本发明由于采用了一个等腰直角全反射棱镜和一个菱形棱镜，很好地解决了在光路准直时的相互干涉问题，生产效率得到了很大的提高。与在先技术的美国专利商标局公布的专利号5436986相比较，本发明中每个棱镜仅需在入射面镀增透射薄膜，节省了成本；其次，本发明中准直器之间的距离很小，结构紧凑，减少了开关的尺寸；还有本发明将入射端和出射端置于一侧，不仅优化了空间布局，进一步突出了结构紧凑、体积小的优点，非常便于系统的集成。
图2为本发明的1×2机械光开关固定棱镜4通光时的光路示意图。
图3为本发明的1×2机械光开关固定棱镜4通光时的总体效果示意。
图4为本发明的1×2机械光开关活动棱镜5通光时的侧视示意图。
图5为本发明的1×2机械光开关活动棱镜5通光时的光路示意图。
图6为本发明的1×2机械光开关分解示意图。
图7为本发明的1×2机械光开关去掉上盖9后，内部总体结构示意图。
图8为本发明的1×2机械光开关的上盖9的示意图。其中图8-1是上盖9的内部示意图。图8-2是上盖9的外部形状示意图。
所说的基座1是不锈钢制成的。继电器2是单刀双掷的继电器，额定电压5伏特，额定电流28.1毫安。继电器2上的悬臂梁3是铁镍合金材料的。固定棱镜4和活动棱镜5的材料是K9玻璃。活动棱镜5用胶水固定在悬臂梁3的末端。固定棱镜4用胶水固定在第二平台102上。
本发明光开关的特征尺寸是长度38毫米，宽度14毫米，高度13毫米，典型规格为光信号切换时间为8毫秒，插入损耗一端(固定棱镜4通光)为0.35dB，另一端(活动棱镜5)为0.40dB，切换重复性±0.02dB，回波损耗62dB，使用寿命1×107次。
权利要求
1.一种1×2机械光开关，包括带有上盖(9)的基座(1)，固定棱镜(4)，基座(1)上的第二平台(102)和准直器夹具(103)，输入准直器(6)，第一输出准直器(7)和第二输出准直器(8)，其特征在于所说的第二平台(102)是在基座(1)的中间位置上，在第二平台(102)一边的基座(1)上是第一平台(101)，在第二平台(102)的另一边基座(1)上是准直器夹具(103)，固定棱镜(4)置放在第二平台(102)上，输入准直器(6)、第一输出准直器(7)和第二输出准直器(8)相互平行地置放在同一准直器夹具(103)上，在第一平台(101)上置有继电器(2)，继电器(2)上带有悬臂梁(3)，在悬臂梁(3)的末端固定有活动棱镜(5)。
2.根据权利要求1所述的1×2机械光开关，其特征在于所说的固定棱镜(4)是等腰直角全反射棱镜，它置于第二平台(102)上，它的斜面(401)垂直于输入准直器(6)的中心轴线，并对准输入准直器(6)和第一输出准直器(7)，斜面(401)的表面镀有增透射薄膜。
3.根据权利要求1或2所述的1×2机械光开关，其特征在于所说的活动棱镜(5)是菱形棱镜，它的光束入射面(501)和光束出射面(504)是相互平行的两个面，表面镀有增透射薄膜，另两个平行面(502、503)是反射面，它的光束入射面(501)与固定棱镜(4)的斜面(401)相对平行，它的光束出射面(504)垂直于第二输出准直器(8)的中心轴线，并对准第二输出准直器(8)。
4.根据权利要求1所述的1×2机械光开关，其特征在于所说的继电器(2)是单刀双掷的继电器。
全文摘要
一种1×2机械光开关，适用于光通讯、光纤网络、光纤测量以及光纤传感系统和仪器中的光信号交换。主要包括置于基座上第二平台上的固定棱镜，固定于继电器上悬臂梁末端的活动棱镜。输入准直器和两个输出准直器平行地置放在同一个准直器夹具上。与在先技术相比，本发明采用的是电磁驱动，光信号切换时间短，典型的切换时间是6毫秒。最长的切换时间为10毫秒。解决了在光路准直时，光束相互干涉问题，从而提高了生产率。光信号的输入端和输出端均在一侧，结构紧凑，体积小，便于系统的集成。
文档编号G02B6/34GK1427277SQ0214532
公开日2003年7月2日 申请日期2002年11月21日 优先权日2002年11月21日
发明者陈海荣, 钱玉彬, 刘浩锋, 谢虎, 梁联长 申请人:上海泛太光龙通讯设备有限公司