一种固态高速1×2开关的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种固态高速1×2开关，包括沿激光光束入射方向依次设置的准直器组件、第一双折射晶体、旋光玻璃组件、棱镜、第二双折射晶体、反射棱镜，所述第一双折射晶体与旋光玻璃组件之间设置有第一半波片和第二半波片，所述第二双折射晶体与反射棱镜之间设置有第三半波片和第四半波片，所述旋光玻璃组件包括有旋光玻璃、支撑管、线圈和磁环罩，所述支撑管、线圈和磁环罩通过粘贴相连接，该固态高速1×2开关质量稳定，性能可靠、偏振灵敏度低、无运动件、插入损耗小、响应速度快、串扰小、集成化程度高等优点，既可应用于光通讯的光交叉连接器，又可以应用于各种光路监控与维护系统、数据网络、光纤传感器系统和光纤测量系统。
【专利说明】-种固态高速1 X2开关
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种固态1?速1X2开关。
【背景技术】
[0002] 光开关组件是全光网络的重要组件之一，在光纤网络系统中对光信号进行直接、 交叉或多方的切换传输，在光学通讯系统、传感探测领域、仪器仪表领域、及国防工业等十 分广泛的应用。
[0003] 实现光开关的方式有很多种，包括机械式光开关，微电子机械（MEMS)式光开关， 电光式光开关，热光式光开关，声光式光开关及磁光光开关等，每种切换技术都有优点和缺 点。比如，机械式光开关能提供非常小的插入功耗和串扰特性。但是，机械光开关的体积大， 且采用引擎驱动部件实现光路切换，切换时间限制在毫秒范围内，开关重复性差，会有有限 的使用寿命，同时存在可靠性的问题。而全固态光开关是利用旋光玻璃来实现光路，由于没 有任何运动部件，因而有优越的可靠性和开关响应速度，全固态开关和磁光开关有些类似 唯一不同的是全固态开关利用旋光玻璃来实现光路切换，磁光开关利用法拉第旋光晶体来 实现光路切换相比来讲旋光玻璃价格便宜成本低利于大批量的生产制造不受材料限制，而 且磁光玻璃能承受更大对的功率，可利用于激光雷达，风力发电，激光打印等众多领域，而 法拉第旋光晶体成本高加工难度大并且受制于国外进口，有一定的风险。
[0004] 1X2固态开关技术一般利用双光纤准直器，单光纤准直器、双折射晶体、波片和旋 光玻璃等元件，通过处理和改变入射光的偏振状态，来实现光开关的切换。但全部采用单光 纤准直器，由于需要增加材料成本，多使用一组准直器使其成本大大提高。另一方面，目前 存在的1 X 2光开关包含机械开关等，大都采用透射式光路结构，两个端口，使用的元件数 量多，不利用用于制作模块和盘盒，且器件体积大。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于克服上述现有技术中存在的不足，提供一种新的结构形式 的固态商速1X2开关，该固态商速1X2开关设置巧妙、光路结构紧凑，可以使得光开关所 使用的元件数量较少、尺寸较小。
[0006] 为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：
[0007] -种固态高速1X2开关，包括沿激光光束入射方向依次设置的准直器组件、第一 双折射晶体、旋光玻璃组件、棱镜、第二双折射晶体、反射棱镜，所述第一双折射晶体与旋光 玻璃组件之间设置有第一半波片和第二半波片，所述第二双折射晶体与反射棱镜之间设置 有第三半波片和第四半波片，所述旋光玻璃组件包括有旋光玻璃、支撑管、线圈和磁环罩， 所述支撑管、线圈和磁环罩通过粘贴相连接，所述准直器组件包括有输入双纤准直器或单 纤准直器，以及输出单纤准直器。
[0008] 作为优选，所述光开关设置有两个状态，第一个状态为输入双纤准直器输出的光 束进入至第一输出单纤准直器，第二个状态为输入双纤准直器输出的光束进入至双线一旁 的光纤。
[0009] 作为优选，所述输出单纤准直器分别为第一输出单纤准直器和第二输出单纤准直 器。
[0010] 作为优选，所述第一双折射晶体由双折射材料构成。
[0011] 作为优选，所述第一半波片和第二半波片为一对半波片。
[0012] 作为优选，所述支撑管为不锈钢支撑管，所述线圈为铜线线圈。
[0013] 本实用新型的有益效果是：采用反射式光路结构，在使用过程中与入射光的偏振 态无关，具有良好的光学性能和高切换速度，并且没有移动部分，使其能够以一个很小的尺 寸实现，在实践中减少了光开关制造所需的光学元件，实现结构紧凑和模块化，可以实现对 光信号的随意控制及输入端口无阻塞地互联交换，可研制成各种类型的光纤全光交叉连接 设备和光纤保护切换开关设备，可广泛应用于光通信领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是本实用新型固态高速1X2开关中光束从第一光学输入双光纤准直器到第 二输出单光纤准直器的应用示意图。
[0015] 图2是本实用新型固态高速1X2开关中光束从第二光学输入双光纤准直器到第 一输出双光纤准直器一侧光纤的应用示意图。
【具体实施方式】
[0016] 参阅图1-图2所不，一种固态高速1X2开关，包括沿激光光束入射方向依次设置 的准直器组件、第一双折射晶体104、旋光玻璃组件、棱镜113、第二双折射晶体109、反射棱 镜112,所述第一双折射晶体104与旋光玻璃组件之间设置有第一半波片105和第二半波 片106,所述第二双折射晶体109与反射棱镜112之间设置有第三半波片110和第四半波 片111，所述旋光玻璃组件包括有旋光玻璃107、支撑管(未图示)、线圈108和磁环罩(未图 示)，所述支撑管、线圈108和磁环罩通过粘贴相连接，所述准直器组件包括有输入双纤准直 器101或单纤准直器，以及输出单纤准直器102。
[0017] 所述输出单纤准直器分别为第一输出单纤准直器(未图示）和第二输出单纤准直 器(未图不)，其中输入双纤的其中一路为输出光纤。
[0018] 所述光开关设置有两个状态，第一个状态为输入双纤准直器(或者单纤准直器） 101输出的光束114进入至第一输出单纤准直器，第二个状态为输入双纤准直器(或者单纤 准直器）101输出的光束进入至双线一旁的光纤，在光开关的第一状态下，输入双纤准直器 (或者单纤准直器)1〇1出射的光束经过第一双折射晶体104,分别被分离成两束正交的偏振 光束116,其中一束为寻常光，另一束为非寻常光，偏振光束116经过所述的第一半波片105 使其具有相同的偏振态入射至旋光玻璃107,经所述旋光玻璃107发生负45度偏振变化而 使光束具有相同的偏振态P态，该P态偏振光至所述的第二双折射晶体109,在第二双折射 晶体109内作为寻常光直射后传播至第三半波片110，P态偏振光经过第三半波片110出射 的光束偏振态相互垂直地传输至反射棱镜112,经反射棱镜112反射、相互垂直的偏振光经 第四半波片111偏振态转化为相同并传输至第二双折射晶体109,在第二双折射晶体109内 作为非寻常光发生折射后入射至旋光玻璃112,入射至旋光玻璃112使偏振态发生负45度 偏振变化后入射至第二半波片106,经所述的第二半波片106转化为两束正交偏振态的光 束入射至所述的第一双折射晶体104,经所述第一双折射晶体104合成为一道光束114入 射至所述的第一输出单纤准直器102,在光开关的第二状态下，输入双纤准直器(或者单纤 准直器）101出射的光束114经过第一双折射晶体104,分别被分离成两束正交的偏振光束 116,其中一束为寻常光，另一束为非寻常光，偏振光束116经过所述的第一半波片105使其 具有相同的偏振态入射至旋光玻璃107,经所述旋光玻璃107发生正45度偏振变化而使光 束具有相同的偏振态S态，该S态偏振光入射至所述的第二双折射晶体109,在第二双折射 晶体109内作为非寻常光发生折射并传播至第三半波片110, S态偏振光经第三半波片110 转化偏振光相互垂直的光束传输至反射棱镜112,经反射棱镜112反射的两个偏振态相互 垂直的光束经第四半波片111转化为偏振态相同传输至第二双折射晶体109,在第二双折 射晶体109内作为寻常光直射至所述的旋光玻璃107使偏振态发生正45度变化入射至第 二半波片106,经所述的第二半波片106转化为两束正交偏振态的光束入射至所述的第一 双折射晶体104,经所述第一双折射晶体104合成为一道光束114入射至所述的第二输出双 纤准直器101或单纤准直器。
[0019] 所述第一双折射晶体由双折射材料构成，如钒酸钇等，其将一束光分开或分离成 两束正交的偏振光束或光线：一个具有折射率no的寻常光和一个具有折射率ne的非寻常 光，其中，寻常光简称为0光，非寻常光简称e光。
[0020] 所述第一半波片105和第二半波片106为一对半波片，其被设置在第一双折射晶 体104的前面，目的是为使从双折射晶体出来的光具有相同的偏振态。
[0021] 所述支撑管为不锈钢支撑管，所述线圈为铜线线圈，所述磁环罩为特殊材料磁环 罩，且磁环罩可以用于屏蔽磁场。
[0022] 所述的旋光玻璃组件通过两个方向的不同数值电磁场改变光束的偏振态以使输 出单纤准直器在两个输入准直器之间切换。
[0023] 所述的第一双折射晶体104接收来自输入单纤准直器101的激光光束114,将一个 激光光束114分离成为两个正交的偏振光束116,所述的第一半波片105接收来自第一双折 射晶体104的正交偏振光束116,将两个正交的偏振光束116转化为具有相同的偏振态，所 述的旋光玻璃107接收来自第一半波片105组的具有相同偏振态的光束116,通过线圈108 在旋光玻璃107周围施加电磁场改变通过光束116的偏振态，所述的第二双折射晶体109 接收来自旋光玻璃107具有特定偏振态的光束116,使具有相同偏振态的光束116折射或 直射：若入射光的偏振态与光轴垂直则直射，若入射光的偏振态与光轴平行则折射，所述的 第三波片110接收来自第二双折射晶体109的偏振光束116,使通过的光束90度改变偏振 态，所述的反射棱镜112接收并反射来自第三半波片110的光束116,反射的光束116依次 经过第四半波片111、第二双折射晶体109、旋光玻璃107、第二半波片106和第一双折射晶 体104,根据施加在旋光玻璃上的电磁场不同而选择性地入射至不同的输出单纤准直器。
[0024] 实施例1 :
[0025] 在路由光束过程中，电磁场的存在改变光束的旋转，从输入准直器101的输入端 射出的光束114入射到第一双折射晶体104,第一双折射晶体104的光轴位于水平面（即纸 面内），可以将由输入准直器101射出的光束114 (任意偏振态）分解为偏振方向正交且在 空间上隔开的两个平行的子光束，其中子光束116 (e光）的偏振方向平行于光轴所在的平 面，子光束115 (ο光）的偏振方向垂直于光轴。其中子光束115 (ο光）不发生偏折的通过 第一双折射晶体104,子光束116 (e光）则产生一侧移。两子光束然后通过第一半波片组 105和106,使两个子光束的偏振态方向相同。两个偏振态相同的子光束116和子光束115 然后入射到旋光玻璃107,此时旋光玻璃在外加磁场下，子光束116和子光束115的偏振态 相对于在第一半波片组105和106中光束的偏振态被旋光玻璃107逆时针改变了 45度。 此时子光束116和子光束115的偏振态相同，且相对于第二双折射晶体109(第二双折射晶 体的光轴垂直于水平面）为〇光，两光束不发生偏折的通过第二双折射晶体109,接着两光 束通过第二半波片组110和111后，两光束的偏振态互相垂直，最后入射到直角棱镜112被 全反射，子光束116和子光束115被反射后，位置发生互换，再次通过第二半波片组111和 110,此时两光束的偏振态相同，且相对于第二双折射晶体109来说为e光，发生偏折的通过 第二双折射晶体109。接着再次通过旋光玻璃107,由于旋光玻璃的不可逆性，两光束的偏 振态继续被逆时针旋转45度。接着通过第一半波片组105和106后，两光束的偏振态互相 垂直，入射到第一双折射晶体104合成为一个单光束入射到输入准直器102,最后被引导输 出。
[0026] 实施例2 :
[0027] 在路由光束过程中，外加电磁场消失的情况下操作，从输入准直器101射出的光 束114入射到第一双折射晶体104,第一双折射晶体104的光轴位于水平面（即纸面内），可 以将由输入准直器101射出的、任意偏振态的光束114分解为偏振方向正交且在空间上隔 开的子光束116和子光束115。子光束116为非寻常光，其偏振方向平行于光轴所在的平 面；作为寻常光的子光束115偏振方向垂直于光轴。其中子光束116不发生偏折的通过第一 双折射晶体104,子光束115则产生一侧移。两子光束然后通过由半波片对组成的第一半波 片组105和106,第一半波片组105和106使子光束116和子光束115的偏振态方向相同。 偏振态相同的子光束116和子光束115然后入射到旋光玻璃107,此时旋光玻璃外加磁场消 失，子光束116和子光束115的偏振态相对于在第一半波片组105和106中光束的偏振态 被旋光玻璃107顺时针改变了 45度。此时子光束116和子光束115的偏振态相同，且相对 于第二双折射晶体109 (该第二双折射晶体的光轴垂直于水平面）为e光，两个子光束发生 偏折的通过第二双折射晶体109,两个子光束通过第二半波片组110和111后，两光束的偏 振态互相垂直，最后入射到直角棱镜112被全反射，子光束116和子光束115被反射后，位 置发生互换，再次通过第二半波片组110和111，此时子光束116和子光束115的偏振态相 同，且相对于第二双折射晶体109来说为寻常光，不发生偏折的通过第二双折射晶体109， 至IJ 113斜方棱镜，由于113棱镜有一个大约8度左右的倾斜角度，使从109出来的光束发 生8度左右的偏折进入107旋光玻璃，由于旋光玻璃的不可逆性，两光束的偏振态继续被顺 时针旋转45度。接着通过第一半波片组105和106后，两个子光束的偏振态互相垂直地入 射到第一双折射晶体104合成为一个单光束，最后入射到双纤准直器(或者单纤准直器）侧 边的光纤，由于侧边光纤入射有一个和113棱镜相匹配的角度，最后相匹配接收输出。
[0028] 以上实施例的光开关是不可逆的。
[0029] 本实用新型的有益效果是：采用反射式光路结构，在使用过程中与入射光的偏振 态无关，具有良好的光学性能和高切换速度，并且没有移动部分，使其能够以一个很小的尺 寸实现，在实践中减少了光开关制造所需的光学元件，实现结构紧凑和模块化，可以实现对 光信号的随意控制及输入端口无阻塞地互联交换，可研制成各种类型的光纤全光交叉连接 设备和光纤保护切换开关设备，可广泛应用于光通信领域。
[0030] 以上所述，以上实例为反射式不可逆磁光开关。在本设计基础上只用在光路中加 以改动增加个别的零部件即可实现光路的可逆，因此任何未脱离本实用新型的精神与范 畴，而对其进行的修改或变更，均应包含于本实用新型所主张的保护范围内。
【权利要求】
1. 一种固态高速1X2开关，其特征在于：包括沿激光光束入射方向依次设置的准直器 组件、第一双折射晶体、旋光玻璃组件、棱镜、第二双折射晶体、反射棱镜，所述第一双折射 晶体与旋光玻璃组件之间设置有第一半波片和第二半波片，所述第二双折射晶体与反射棱 镜之间设置有第三半波片和第四半波片，所述旋光玻璃组件包括有旋光玻璃、支撑管、线圈 和磁环罩，所述支撑管、线圈和磁环罩通过粘贴相连接，所述准直器组件包括有输入双纤准 直器或单纤准直器，以及输出单纤准直器，所述输入准直器载有输入光束的输入端准直器 和输出端，所述输出单纤准直器分别为第一输出单纤准直器和第二输出单纤准直器，其中 输入双纤的其中一路为输出光纤，所述第一输出准直器载有输出光束的输出端准直器。
2. 根据权利要求1所述的固态高速1X2开关，其特征在于：包括有两个状态，第一个 状态为输入双纤准直器输出的光束进入至第一输出单纤准直器，第二个状态为输入双纤准 直器输出的光束进入至双线一旁的光纤。
3. 根据权利要求1所述的固态高速1X2开关，其特征在于：所述输出单纤准直器分别 为第一输出单纤准直器和第二输出单纤准直器。
4. 根据权利要求1所述的固态高速1X2开关，其特征在于：所述第一半波片和第二半 波片为一对半波片。
5. 根据权利要求1所述的固态高速1X2开关，其特征在于：所述第一双折射晶体由双 折射材料构成。
6. 根据权利要求1所述的固态高速1X2开关，其特征在于：所述支撑管为不锈钢支撑 管，所述线圈为铜线线圈。
【文档编号】G02B6/35GK203881971SQ201420074576
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年2月20日 优先权日:2014年2月20日
【发明者】王跃平, 杜建义, 王万欣, 李坡 申请人:珠海普奥光电科技有限公司