專利名稱：一種光學開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學開關，特別涉及一種具有復數(shù)個輸入和輸出端口以及復數(shù)個實現(xiàn)輸入端口和輸出端口之間切換的可移動的光學元件的光學開關。
背景技術：
現(xiàn)有三種不同類別的現(xiàn)有技術構成了本發(fā)明的相關背景技術。
第一類別的現(xiàn)有技術的光學開關包含了僅有的一個可移動的元件面對復數(shù)個固定的輸出端口。該種類開關存在多個例子。如US6335993B1(Takahashi)中一個單獨的可移動的準直器被固定在一個圓盤上，所述圓盤圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)；US4896935(Lee)中一個單獨的可移動的準直器朝著一系列徑向延伸的準直器可以旋轉(zhuǎn)至某一點；以及US657339(Fick)中一個單獨的可移動的光纖，通過一個一維的壓電裝置的壓縮允許該光纖在兩個位置之間彎曲，在這兩個位置處設置有固定的光纖。該種類的其他例子可以用一個固定的輸入端口與多個固定的輸出端口以及一個可以通過移動來實現(xiàn)開關功能的光學元件來獲得，如JP2004287124(Nin Sensho)和CA20022386309(Sun De-Gui)。
現(xiàn)有技術中的第二個類別公開了具有與端口總數(shù)相等的多個驅(qū)動裝置的多輸入和輸出開關。換句話說，這些經(jīng)常需要該輸入和該輸出端口的移動來實現(xiàn)開關的功能。WO01/50176(Polatis)和US6005998(Lee)均公開了每個端口具有至少一個驅(qū)動裝置。換句話說，為了總共M+N個端口，需要提供至少M+N個驅(qū)動裝置來移動光學元件。US6859120(SweattWilliam et al)也公開了一種在一個光學開關的輸入側和輸出側都使用驅(qū)動裝置的系統(tǒng)。
第三個類別的光開關基于在固定的輸入和輸出端口陣列之間使用了至少兩個可移動的光學元件。例如，US6456751B1(Bowers et al)公開了使用反射鏡兩個微驅(qū)動陣列。在JP2001350105中可以找到另一個例子，其中一系列的至少兩個可移動棱鏡被考慮在多輸入和多輸出開關中從一個端口向另一個端口切換光束。這個種類的開關也需要至少與它的端口總數(shù)相同數(shù)量的驅(qū)動光學元件。
由于大量的端口以及大量驅(qū)動裝置的需要，這些開關需要了其實不必要的大量的昂貴的驅(qū)動裝置，而這些裝置需要精確的控制。

發(fā)明內(nèi)容
作為較寬的獨立項，本發(fā)明提供了一種光學開關包括復數(shù)個輸入端口和復數(shù)個輸出端口；復數(shù)個可移動的光學元件來引導光束從一個選定的輸入到一個選定的輸出；其中可移動元件的數(shù)量相當于輸入端口的數(shù)量或者輸出端口的數(shù)量。這種結構具有特別的優(yōu)勢因為它大大減少了多輸入和輸出端口光學開關所需要的驅(qū)動裝置的數(shù)量。它使得光開關能夠制作地具有更大的緊湊性和成本效率。它所需要的控制系統(tǒng)更簡單，可移動元件也更少。
作為本發(fā)明第一個較寬的獨立項的進一步補充，所述的復數(shù)個輸入端口和所述復數(shù)個輸出端口位置被固定；以及所述開關包括一第一反射組合來從一個輸入端口捕捉一光束并且引導一光束至一第二反射組合，第二反射組合捕捉從所述第一反射組合射出的光束并且引導一光束到達一輸出端口；其中所述的反射組合之一為所述的可移動光學元件，該可移動光學元件與相應的被固定的反射組合通訊，以及復數(shù)對第一和第二反射組合用來引導一光束從選定的輸入端口到一個選定的輸出端口。
這種設置具有特別的優(yōu)勢因為它能夠?qū)崿F(xiàn)從多個輸入和輸出系統(tǒng)中的切換功能，并且相對于每個端口都具有一個驅(qū)動裝置的開關具有更大的緊湊性和成本效率的高質(zhì)量的開關性能。
作為更進一步的補充，一個第一潛望鏡棱鏡來用于從一輸入端口捕捉一光束并引導一光束至一第二潛望鏡棱鏡，第二潛望鏡棱鏡捕捉從所述第一潛望鏡棱鏡射出的一光束并且引導一光束到達一個輸出端口；其中所述潛望鏡棱鏡之一是所述的移動光學元件并與相應的潛望鏡棱鏡通訊來引導一光束從一選定的輸入端口至一選定的輸出端口。
作為更進一步的補充，所述的反射組合中的一個或兩個都是棱鏡。這樣具有特別的優(yōu)勢因為它允許該開關的光學性能獨立于所述棱鏡的軸向和徑向定位。由于潛望鏡棱鏡的幾何特性，它也限定了最嚴格的系統(tǒng)中的公差角度在目前直接商業(yè)生產(chǎn)的棱鏡之內(nèi)。
作為更進一步的補充，所述棱鏡是一種潛望鏡棱鏡。
作為更進一步的補充，該輸入端口和/或該輸出端口制成各自的弧形并且所述的移動是旋轉(zhuǎn)移動，同時該第一和第二反射組合沿著旋轉(zhuǎn)的軸線通訊。這使得非常精確的開關轉(zhuǎn)換能夠被實現(xiàn)。
作為更進一步的補充，輸入端口和輸出端口的弧線是同心的。這樣減少了為了獲得精確的開關功能所需要的元件的數(shù)量。
作為更進一步的補充，具有不同長度的潛望鏡棱鏡的第一和第二反射組合對應于輸入端口和輸出端口各自弧線的半徑。這樣避免了光不經(jīng)過該潛望鏡棱鏡裝置而直接從一輸入端口交叉到一個輸出端口來通訊。
作為更進一步的補充，在開關期間向一個可移動的反射組合提供移動到一個位置的裝置，在該位置處，當在移動期間，所述的裝置不會干涉目標開關端口以外的端口之間的通訊。
作為更進一步的補充，一個或多個端口集成了一個棒狀透鏡，棒狀透鏡用至少兩個從透鏡向支撐結構在棒狀透鏡縱軸的垂直方向上延伸的彎曲物支撐在彎曲固定架上，彎曲物的間隔放置以使得其相對支撐位置改變可以改變上述棒狀透鏡的位置。
作為更進一步的補充，一個槽型棱鏡位于輸入端口和/或輸出端口的前面，這樣，就可以在開關中使用更多的輸入輸出端口。
作為更進一步的補充，所述可移動反射組合的移動可以通過堆疊在一起的垂直于開關縱軸的多個旋轉(zhuǎn)電機來實現(xiàn)。一個機械機構將上述旋轉(zhuǎn)電機聯(lián)接到可移動反射組合上，這樣，反射組合沿著開關的縱軸旋轉(zhuǎn)。這時的開關顯得比電機安裝在開關縱軸上時要緊湊。這樣的架構將提高開關的整體緊湊性。
作為更進一步的補充，所述多個輸入端固定在位置上，上述多個輸出端和上述輸入端之間進行光通訊；所述開關包括第一反射器，用于接收從上述輸入端射入的光束并將這些光束導向輸出端；其中，整個或每個輸出端集成一個反射器，該反射器有一個光通道，該光通道允許光束通過所述反射器，并從上述輸出端射出，還可提供一種裝置，移動所述反射器中的一個或兩個到光束被引導至一個或多個另外的輸出端口的位置，或者移到使一個進入的光束可通過所述反射器上的通道射出的位置。
這也允許僅僅只有M個驅(qū)動裝置，用于實現(xiàn)任意的輸入端和輸出端之間的切換。
作為更進一步的補充，可以用一個二維壓電彎曲梁來移動所述輸出反射器。
作為更進一步的補充，除了上述可移動端口之外，輸出端上集成了端口被動陣列，這樣當被動陣列置于合適位置時，就可以捕捉任何一個沒有被輸出端口捕捉的光束。
作為更進一步的補充，將一種衍射光柵應用到所述開關中，這樣，開關就成為一個頻選開關。
在第二個較寬的獨立項中，本發(fā)明提供了一種驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置包含兩個連接到一個支撐結構的二維壓電曲梁，這兩個梁共同作用在一個器件上以對該器件進行定位。該裝置特別有助于在輸入輸出陣列中的準直器安裝到開關之前，將準直器精確放置到輸入輸出陣列上。
作為更進一步的補充，正如第一個較寬的獨立項中定義的那樣，所述驅(qū)動裝置適用于對光開關的輸入和/或輸出端口進行定位。
在第三個較寬獨立項中，本發(fā)明提供了一種光學開關，所述光學開關包含復數(shù)個在應用中固定在位置上的輸入端口和輸出端口；第一反射組合，用于捕捉從輸入端口射入的光束并引導一光束射向第二反射組合，第二反射組合用于捕捉從第一個反射組合中射出的光束并引導一光束射向輸出端；其中，所述反射組合中的一個是可移動的，并可與其對應的固定反射組合進行光通訊時，復數(shù)對第一和第二反射組合用以引導光束從一選中的輸入端射向一個選中的輸出端口。
在第四個較寬的獨立項中，本發(fā)明提供了一種光學開關，所述光學開關包含復數(shù)個輸入端和復數(shù)個輸出端；第一潛望鏡棱鏡用于捕捉來自輸入端口的一射入光束并引導一光束射向第二潛望鏡棱鏡，第二潛望鏡棱鏡用于捕捉從所述第一潛望鏡棱鏡射出的光束，并引導一光束射向輸出端口；其中，所述潛望鏡棱鏡中的一個是可移動的光學元件，并可與其對應的潛望鏡棱鏡進行光通訊，用以引導一光束從選中的輸入端口射向一選中的輸出端口。
在第五個較寬的獨立項中，本發(fā)明提供了一種光學開關，所述光學開關包含復數(shù)個在應用中固定在位置上的輸入端口和復數(shù)個與上述輸入端口之間進行光通訊的輸出端口，第一反射器用于接收來自所述輸入端的光束并引導所述光束射向所述輸出端口；其中，整個輸出端口或輸出端口中的每一個集成一個反射器，該反射器有一個光通道，使光束可以通過所述反射器并從所述輸出端射出，并且還提供一種裝置，可移動上述反射器中的一個或兩個到光束被引導至一個或多個另外的輸出端口的位置或者移動到使一個進入的光束通過所述反射器上的通道射出的位置。


圖1所示的是本發(fā)明采用潛望棱鏡時的第一實施例開關的透視圖。
圖2所示的是本發(fā)明采用多對可移動的潛望棱鏡時的更進一步的實施例。
圖3所示的是用在光開關中的四軸驅(qū)動裝置。
圖4所示的是用在1×16開關中的四軸驅(qū)動裝置的平面圖。
圖5所示的是一個非對稱開關的平面圖。
圖6所示的是一個輸出可移動的平面鏡和準直器組合的平面圖。
圖7所示的是圖5中所示的非對稱開關的更進一步的實施例，圖8所示的是一個滑動開關的平面圖。
圖9所示的是有滑動桿的開關的更進一步的實施例。
具體實施例方式
圖1所示的是一個概念光開關1有24個輸入端口2和輸出端口3。在該實施例中，端口包含棒狀透鏡準直器4，該準直器和相應的光纖連在一起。在使用時，輸入端口和輸出端口是固定的。實際上，在安裝時，為了得到精確的通過開關的光通訊通道，每個端口都是可以被調(diào)整的。每一個輸出端口3都有一個對應的固定的潛望棱鏡，分別是棱鏡5，6，7和8(在圖中只能看到棱鏡8的最下端)。像棱鏡6這樣的潛望棱鏡上有兩個斜面9和10，這兩個斜面用來反射光線，以改變光的傳播方向。潛望棱鏡可拉長，他們的長度是寬度的好幾倍。在本實施例中，固定的棱鏡大約是對應的移動棱鏡11，12，13，14，15等的一半長。移動棱鏡11通過一個懸掛臂17與步進電機16連接在一起，懸掛臂17的延伸和步進電機16的轉(zhuǎn)軸垂直，懸掛臂17和棱鏡的連接點大致位于棱鏡的中點。棱鏡11的半徑對應于輸入端口弧的半徑，這樣就可以選擇任意的輸入端口。
移動棱鏡的低端和它對應的固定棱鏡相互交疊放置，形成光通道，光束透過移動棱鏡進入固定棱鏡，然后到輸出。選擇固定棱鏡的半徑以對應于輸出端口弧的半徑，但是固定棱鏡的半徑和移動棱鏡的半徑不同，以獲得更好的結構緊湊性。
對于所有可獲得的光連接來講，這種組合能夠得到一個固定的物品整體長度。潛望棱鏡還有一個優(yōu)點，就是嚴格的系統(tǒng)角度公差處于直接商業(yè)制造的棱鏡的公差范圍之內(nèi)。更大的優(yōu)點是，棱鏡的光學特性和棱鏡的徑向以及軸向定位無關。唯一的要求是棱鏡的旋轉(zhuǎn)軸需同心，這是一個嚴格的誤差要求，但是可以采用現(xiàn)有的商業(yè)應用的定位齒輪頭來滿足公差要求。
一個可行的驅(qū)動電機可能需要有20步/周的速度，通過一個120∶1的高精度無縫隙齒輪頭，在不用微步進的情況下獲得0.15°的步距。在半徑為12mm的棱鏡臂的末端，0.15°的步進相當于30μm的步進距，這樣，系統(tǒng)就可以擁有良好的分辨率以及可接受的電機丟步。
本實施例中的輸入端口可以在一個半徑12mm的弧上間隔2mm集成24個準直器。棱鏡的尺寸為1*1*13mm3，兩個端面是45°的斜面，這樣，在棱鏡內(nèi)就有一個12mm的光程。采用霍爾效應傳感器和小磁鐵檢測，通過檢測棱鏡和磁鐵通過時的反向通量，就可以確定步進零點。本發(fā)明還考慮了其他潛在可行的開關。比如，一個開關有一個輸入端口弧和一個輸出端口弧，輸入弧和輸出弧都集成了復數(shù)個的準直器，輸入弧和輸出弧都可以支持很多準直器端口。輸入端口和輸出端口都設計成在使用時只需要安裝一次。在輸入端口和輸出端口之間，有兩種不同的移動開關器件。一種移動開關器件由包含一個旋轉(zhuǎn)電機，該旋轉(zhuǎn)電機的軸可以以不同的角度定位精度來驅(qū)動，該軸可以通過一個盤和移動棱鏡連接在一起，該盤上有依照移動棱鏡的尺寸并可容納移動棱鏡的槽。在與棱鏡相反的徑向上，連接在盤子上的懸臂的末端有一塊磁鐵。一塊磁鐵可以構成一個霍爾效應傳感器的一部分，該霍爾效應傳感器位于一個轉(zhuǎn)子的支撐桿件的下部。為了減少安裝時間和提高精確度，每一個旋轉(zhuǎn)棱鏡軸包含一個基于電感編碼或電容編碼印刷電路板之類的編碼裝置，而不是霍爾效應傳感器組合。
旋轉(zhuǎn)棱鏡將光束轉(zhuǎn)到準直器上的固定棱鏡。僅僅通過采用一個移動棱鏡組合就可以建立起準直器和對應端口陣列的中心準直器之間的光通道。本實施例中的中心準直器在圖上沒有顯示出來，但其沿著棱鏡的旋轉(zhuǎn)軸精確定位。
適當?shù)那闆r，伺服電機將取代圖中所示的步進電機得到應用。為了保留足夠的穿過開關的旋轉(zhuǎn)量，考慮使用效率低于50％齒輪頭或者在輸出端增加一個摩擦板或者在輸出端添加一個驅(qū)動器控制的閘。如果需要更快的速度，可以采用直接的電機驅(qū)動(比如沒有齒輪頭，棱鏡直接連接在軸上)。還可考慮采用壓電盤式電機，該壓電盤式電機可以形成一個非常緊湊的驅(qū)動器或者，作為備用方案，可以采用壓電-英寸(piezo-inch)蝸桿陣列來驅(qū)動用于固定棱鏡的輪子或者圓盤的邊緣。
每個準直器都被固定在一個圓環(huán)中，準直器的前端被固定在第一個彎板內(nèi)，而準直器的后端被固定在一個彎板內(nèi)。準直器將會通過彎曲物上適當位置上開的孔來固定。彎曲物被夾緊在一個中心環(huán)和前端一個可以移動的環(huán)之間，而彎板被夾緊在一個中心環(huán)和尾部環(huán)之間。這些環(huán)通過螺紋機構或者其他適當?shù)慕Y構被連接在一起。在彎板的最外上部，除了兩個附加的孔眼之外，每個彎板中還有一個圖案(cut-out)，該圖案可以用于調(diào)整準直器相對于它的支撐結構之間的位置以獲得通過開關的最好的光通道。
另一個可供選擇的開關包含一個和輸出陣列相連的輸入陣列。一個陣列的每一個準直器都對應一個與旋轉(zhuǎn)潛望棱鏡光連接的固定棱鏡，該旋轉(zhuǎn)潛望棱鏡有一個可選擇的半徑，以捕捉從另一個陣列的任意一個輸入準直器射出的光束。由一連串棱鏡組成的槽型棱鏡對輸入陣列中的準直器進行隔行掃描，當潛望棱鏡圍繞開關軸旋轉(zhuǎn)時，槽型棱鏡就可以捕捉從準直器弧或者棱鏡弧出來的光束。單個可以移動的潛望棱鏡圓盤可以通過齒輪結構用安裝在圓盤側面的電機來驅(qū)動，以獲得最大的系統(tǒng)緊湊性。
可以制造改進的光學開關，該光學開關有大約24個輸入端口，和5個輸出端口進行操作連接。端口集成一個與光纖連接的棒狀透鏡準直器，該光纖通過兩個彎曲物支撐到一個環(huán)形支撐件上。每一個準直器都被支撐到它對應的支撐結構上。每個出口都和一個潛望棱鏡有光學連接，潛望棱鏡被固定定位以捕捉從開關中心軸來的光束，并將這些光束反射至輸出端口。每一個固定棱鏡與可繞開關中心軸旋轉(zhuǎn)的移動棱鏡一起動作，以捕捉從任意輸入端口射出的光線。
潛望棱鏡可以和旋轉(zhuǎn)圓盤連接在一起。在旋轉(zhuǎn)圓盤的最外圍有很多小孔，在適當?shù)奈恢每梢宰尮饩€通過。圓盤驅(qū)動輪與圓盤嚙合，圓盤驅(qū)動輪靠和步進電機之類的旋轉(zhuǎn)電機軸直接連接的渦輪驅(qū)動。驅(qū)動輪，渦輪和旋轉(zhuǎn)電機協(xié)同動作。一個開關可以集成五個位移機構，這些位移機構通過一系列的縱向梁連接在一起。每一個環(huán)都包含很多投影孔眼，以允許適當?shù)墓饩€通過。
這些開關可以采用模塊方式來制造。一個開關可以集成20個中間驅(qū)動器而不是前面所述的5個驅(qū)動器來構建。每一個驅(qū)動器都集成一個固定圓盤，該圓盤和棱鏡連接在一起，用于捕捉從端口出來的光線，并引導光線通往中央開關軸。每一個驅(qū)動器還集成了一個可移動圓盤，該圓盤上有第二個可移動的棱鏡，可以引導光線通往一個端口。每個單個的驅(qū)動器單元都和它相鄰的驅(qū)動器或末端的支撐結構連接在一起，形成一個互鎖關系，就像末端支撐單元的投影和驅(qū)動器單元的投影嚙合在一起一樣。
此開關設計為擁有96端口*20端口。
圖2所示為一個可選擇的驅(qū)動棱鏡對組合。在這個架構中，兩個棱鏡關聯(lián)驅(qū)動。只要軸88轉(zhuǎn)動，棱鏡86和棱鏡87就會一起轉(zhuǎn)動。第二個棱鏡對分別是棱鏡89和棱鏡90，他們通過光學聯(lián)結物91連接在一起。該系統(tǒng)允許光線的偏轉(zhuǎn)，就像圖中所示的點劃線92和點劃線93那樣。
開關和濾波片中的類似于準直器之類光學器件要求精確定位，以對光進行有效的耦合。圖3展示了平行放置的兩個2維壓電驅(qū)動器，壓電驅(qū)動器梁94和壓電驅(qū)動器梁95的應用。這些驅(qū)動器梁在他們的最末端支撐到任意的適當支撐結構96和支撐結構97。壓電驅(qū)動器梁在他們的最前端98和99分別連接延伸桿100和101。延伸桿101通過它的包含有兩個已知種類的彎曲物的固定物103與準直器102連接在一起。在一個可行的實施例中，每一個2D壓電驅(qū)動器梁在長度為31mm，在尖端的X方向和Y方向上有一個+/-125μm的位移。設計延伸桿100來驅(qū)動光纖以獲得+/-375μm的位移。延伸桿101長46mm，適合于驅(qū)動準直器末端以在尖端位置獲得+/-500μm的位移。舉例來說，這樣的架構可以獲得+/-0.2mm的位移和準直器光纖末端周圍+/-0.3mm/10mm的徑向傾斜。在光程為130mm，在被動準直器組合上的100mm路徑長度(2mrad，0.12°)內(nèi)有+/-200μm的定位精度的情況下，可以在X方向和Y方向獲得+/-4mm的覆蓋。這對于圖4所示的1*16開關是非常合適的。
位置和角度傳感可以通過像圖中所示的104那樣的傳感器板上的一組8個電極來完成，他們由信號發(fā)生器發(fā)出的分離信號激勵。準直器尖端通過的孔的四周的四個電極和另外四個位于和金屬平板傳感器環(huán)對面放置的傳感器板的平坦區(qū)域上的電極耦合到準直器上，這樣可以放大傳感器輸出。本發(fā)明還考慮采用圖3中所示的兩個一組的二維壓電驅(qū)動器，作為工具來調(diào)整本發(fā)明之前或者是正在使用的那些開關中的準直器的位置。這樣一對二維壓電驅(qū)動器完全可以繼續(xù)調(diào)諧每個輸入輸出環(huán)固定端口的位置。
圖5，圖6，圖7展示了更進一步的緊湊型M*N開關的實施例，在這些開關中，對于輸入輸出端的M+N個準直器，只有M個驅(qū)動器。
開關105有16輸入/輸出端口106，每一個端口都有它自己的準直器和光纖。這些端口組成了一個被動陣列部件。從被動陣列射出的光線通過一個將光線聚焦到固定面鏡108上的透鏡107。固定面鏡雖然在圖中顯示為一個凹面鏡，但實際上它是一個平面鏡。固定面鏡108將光線偏轉(zhuǎn)至圖中所示的凹面鏡109上，這樣，2D壓電驅(qū)動器110能夠定位在凹面鏡(在凹面鏡后面有瞄準光纖)上未金屬化的孔111，以截取它從平面鏡接收到的任意光束。如果沒有光束直接射到孔內(nèi)的準直器板上，這些光束將改變方向，射向固定平面鏡至下一個凹面鏡。光束在反射回來后在固定平面鏡和凹面鏡之間往復，如果充分定位，光束肯定會被其中的一個孔接收到。一種更進一步的固定準直器陣列和最后一個凹面鏡112或者固定平面鏡之間形成光通道，以接收沒有進入任何一個孔內(nèi)的光束。凹透鏡/光纖組合安裝在已知類型的二維壓電驅(qū)動器末端，該壓電驅(qū)動器有效地圍繞驅(qū)動器中心旋轉(zhuǎn)凹透鏡/光纖組合。鏡子的球形表面中心定位在該旋轉(zhuǎn)點，使從凹透鏡反射回來的光束的光路和被開關接收的光束的光路之間互不影響。一個二維感性傳感器陣列113用來感知光學器件的位置，并和控制電路114形成至壓電驅(qū)動器的一個反饋環(huán)，這樣，用戶可以選擇理想的開關設置。固定面鏡108是一個焦距長度和移動面鏡111焦距相等的凹面鏡陣列。圖中所示的單模(SMF28，1550nm)光纖4*16開關。驅(qū)動器梁31mm長，橫截面積為1.5mm2，固定面鏡和移動面鏡之間的光程是15.5mm。光束在位于面鏡之間中心點的腰部有一個7.75mm的瑞利長度，而在面鏡上有一個80μm的高斯光束直徑。在面鏡上，像的分離度是160μm。驅(qū)動器末端的位移能力是+/-240b。移動面鏡上空孔面積是160μm2，而孔的總面積是1.3mm2。光束面鏡/驅(qū)動器斜度是2mm。為了得到有效的凹透鏡和沒有涂層的面鏡厚度，對輸出準直器的波前進行調(diào)整。準直器陣列106有一個0.25mm的斜度，并和第一個固定鏡透鏡有一個25mm的距離，光束直徑是125μm.。透鏡107是一個聚光能力非常強的透鏡，焦距是24mm。
本發(fā)明還設想采用傳統(tǒng)的一維壓電驅(qū)動器和傳感器來構建一維被動校直準直器陣列。本發(fā)明還設想采用有輸出準直器被動陣列的固定面鏡來采集沒有交換到驅(qū)動端口的光束。在需要的情況下，殘留的光束在陣列末端通過開關被反射回輸入準直器。
本發(fā)明還考慮采用凹面鏡/準直器組合，該凹面鏡/準直器組合是固定的，而固定面鏡的凹面鏡器件可以單獨的傾斜。這要求準直器周圍的面鏡有足夠多的孔，在面鏡中心的輸出光纖在陣列影像上時，可以反射整個陣列影像。這還要求，如果同樣輸出維持在沒有交換的端口上時，調(diào)整傾斜面鏡器件，以保證以前傾斜面鏡的運動的正確性。固定面鏡可以用一個同樣的驅(qū)動面鏡和輸出光纖組合來取代。
可以用一維的一個或多個后面有衍射器件和合適光學器件的準直器垂直陣列來取代被動準直器陣列，這樣光束匯聚在固定面鏡的同一個凹面器件上。這樣，系統(tǒng)就可以從大量的光束中采集需要的波長了。在使用非色散開關時，一個相似的(光學/色散器件準直器)組合和開關的末端連接在一起，用來采集沒有被使用的光束，并將它們傳回光纖。另外，用一個反射器件將光束傳回開關，重新利用衍射光柵和光學器件，將沒有轉(zhuǎn)換的波長傳回光纖。
圖6展示了光纖準直器115和面鏡116的組合。圖7分別展示了背對背的驅(qū)動器側面示意圖。在這種架構中，第一個壓電梁117和面鏡118連接在一起，而第二個壓電梁119和第二個面鏡120連接在一起。在使用中，只要調(diào)整了面鏡的位置，開關選擇的光束就可以通過孔121，而剩余的光束反射至面鏡118或者它的孔122。
圖8以開關123的形式展示了本發(fā)明的一個更進一步的實施例。開關123有五個輸入端124和3個輸出端125，滑塊126，127，128分別用來保護位于一端的準直器129，130，131。通過滑塊驅(qū)動M1，M2和M3的驅(qū)動，這些準直器和他們各自的滑塊一起移動。需要對光纖進行適當?shù)奶幚?，以保證這三個輸出準直器的移動。每個滑塊都包含棱鏡132，133和134。這些棱鏡都有一個棱面135，用于將從輸入準直器來的光束反射至129這樣的輸出準直器。依靠這些棱鏡的定位，任何從輸入準直器射出的光線都會被捕捉到，并被轉(zhuǎn)至合適的輸出準直器。
圖9a，圖9b，圖9c，和圖9d分別展示了本發(fā)明的一個可選擇的實施例的相應視圖。該實施例有兩個固定于線性滑塊上的準直器陣列136和137。準直器陣列137面對準直器陣列136，這兩個準直器陣列在相對于彼此的正確的角度方向上線性滑動。這樣，在端口1和端口4之間就可以建立光連接，端口4和端口5之間建立光連接，端口3和端口6之間建立光連接(見圖9c)。可以調(diào)整不同準直器的位置，這樣，比如，在端口1和端口5之間就可以建立光連接，端口2和端口4之間建立光連接，端口3和端口6之間建立光連接(見圖9c)。這樣的架構可以在任意的輸入和輸出端口之間建立光連接，而可以避免在開關的重新架構過程中堵塞光路。這樣還可以在輸入和輸出準直器之間實現(xiàn)零光程。
權利要求
1.一種光學開關包括復數(shù)個輸入端口和復數(shù)個輸出端口；復數(shù)個可移動的光學元件以引導光束從一個選定的輸入到一個選定的輸出；其特征在于可移動元件的數(shù)量與輸入端口的數(shù)量或者輸出端口的數(shù)量相對應。
2.如權利要求1所述光學開關，其特征在于所述的復數(shù)個輸入端口和復數(shù)個輸出端口位置固定；所述開關包括一第一反射組合從一個輸入端口捕捉一光束并且引導一光束至一第二反射組合，所述第二反射組合捕捉從所述第一反射組合射出的光束并且引導一光束到達一輸出端口；其中所述的反射組合之一為所述的可移動光學元件，該可移動光學元件與相應的固定的反射組合通訊，并且提供復數(shù)對第一和第二反射組合用以引導一光束從一選定的輸入端口至一選定的輸出端口。
3.如權利要求1所述光學開關，包括一個第一潛望鏡棱鏡用以從輸入端口捕捉一光束并引導一光束至一第二潛望鏡棱鏡，所述第二潛望鏡棱鏡捕捉從所述第一潛望鏡棱鏡射出的一光束并且引導一光束到達一個輸出端口；其特征在于所述潛望鏡棱鏡之一是所述的可移動光學元件，與其相應的潛望鏡棱鏡通訊以引導一光束從一選定的輸入端口至一選定的輸出端口。
4.如權利要求2所述的光學開關，其特征在于所述的反射組合之一或兩個都是棱鏡。
5.如權利要求4所述的光學開關，其特征在于所述棱鏡是一種潛望鏡棱鏡。
6.如權利要求2及之后所述的光學開關，其特征在于所述輸入端口和/或輸出端口制成各自的弧形，并且所述的移動為旋轉(zhuǎn)移動，且所述第一和第二反射組合沿著旋轉(zhuǎn)的軸線通訊。
7.如權利要求6所述的光學開關，其特征在于所述輸入端口和輸出端口的弧線是同心的。
8.如權利要求4所述的光學開關，其特征在于所述第一和第二反射組合都是具有不同長度的潛望鏡棱鏡，所述長度分別與輸入端口和輸出端口弧線的半徑相對應。
9.如權利要求2及之后所述的光學開關，其特征在于開關期間向一個可移動的反射組合提供可將其移動到某一個位置的裝置，在該位置處，當在移動期間，所述組合不會干涉目標開關端口以外的端口之間的通訊。
10.如權利要求2及之后所述的光學開關，其特征在于一個或多個端口集成了一個棒狀透鏡，所述棒狀透鏡用至少兩個從透鏡向支撐結構在棒狀透鏡縱軸的垂直方向上延伸的彎曲物支撐在彎曲固定架上，彎曲物的間隔放置以使得其相對支撐位置改變可以改變上述棒狀透鏡的位置。
11.如權利要求2及之后所述的光學開關，其特征在于一個槽型棱鏡位于所述輸入端口和/或所述輸出端口的前面。
12.如權利要求2及之后所述的光學開關，其特征在于所述可移動反射組合的移動可以通過垂直堆疊于開關縱軸的復數(shù)個旋轉(zhuǎn)電機來實現(xiàn)，且用一個機械機構將所述旋轉(zhuǎn)電機連接到所述可移動反射組合上，以便所述反射組合沿開關的縱軸旋轉(zhuǎn)。
13.如權利要求1所述的光學開關，其特征在于所述復數(shù)個輸入端固定在其位置上，所述復數(shù)個輸出端與所述輸入端之間進行光通訊；所述開關包括一個第一反射器，用于接收來自所述輸入端光束，并引導這些光束至所述輸出端；其中，整個或每個輸出端也集成一個反射器，該反射器有一個光通道，所述光通道允許一光束通過所述反射器，并從上述輸出端射出，還可提供一種裝置，可移動所述反射器中的一個或兩個到光束可被引導至一個或多個另外的輸出端口的位置，或者到使一個進入的光束可通過所述反射器上的通道射出的位置。
14.如權利要求13所述的光學開關，其特征在于所述輸出端反射器由一個二維壓電彎曲梁來移動。
15.如權利要求13所述的光學開關，其特征在于除所述可移動端口之外，輸出端上集成了一端口被動陣列。
16.如權利要求13及之后任意一項所述的光學開關，其特征在于所述開關還包括一衍射光柵。
17.一種驅(qū)動裝置，包括兩個連接到一支撐結構的二維壓電彎曲梁；其特征在于所述梁共同作用于一個器件上以對該器件進行定位。
18.如權利要求17所述的驅(qū)動裝置，適用于對如權利要求1中所述的光開關的輸入和/或輸出端口進行定位。
19.一種光學開關，參考上文中所描述的內(nèi)容和/或用附帶的正文和/或附圖的任意恰當組合來說明。
20.一種驅(qū)動裝置，參考上文中所描述的內(nèi)容和/或用附帶的正文和/或附圖的任意恰當組合來說明。
21.一種光學開關，包括復數(shù)個在應用中固定在位置上的輸入端口和輸出端口；一第一反射組合，用于捕捉來自輸入端口的光束并引導一光束射向一第二反射組合，所述第二反射組合捕捉從第一反射組合中射出的光束并引導一光束射向輸出端；其特征在于，所述反射組合中的一個是可移動的，同時與其相對應的固定反射組合進行通訊，并且有復數(shù)對第一和第二反射組合以引導一光束從一選中的輸入端口射向一個選中的輸出端口。
22.一種光學開關，包括復數(shù)個輸入端和復數(shù)個輸出端；一個第一潛望鏡棱鏡用于捕捉來自輸入端口的一光束并引導一光束射向一第二潛望鏡棱鏡，所述第二潛望鏡棱鏡用于捕捉從所述第一潛望鏡棱鏡射出的光束，并引導一光束射向輸出端口；其特征在于，所述潛望鏡棱鏡中的一個是可移動的光學器件，并與其相對應的潛望鏡棱鏡進行光通訊，以引導一光束從選中的輸入端口射向一個選中的輸出端口。
23.一種光學開關，包括復數(shù)個在應用中固定在位置上的輸入端口和復數(shù)個與所述輸入端口之間進行光通訊的輸出端口；一個第一反射器用于接收來自所述輸入端的光束并引導這些光束射向所述輸出端口；其特征在于，整個輸出端口或輸出端口中的每一個也集成一個反射器，該反射器有一個光通道，使光束可以通過所述反射器并從所述輸出端射出，并且還提供一種裝置，可移動上述反射器中的一個或兩個到光束可被引導至一個或多個另外的輸出端口的位置或者移動到可使一個進入的光束通過所述反射器上的通道射出的位置。
全文摘要
一種光學開關包括復數(shù)個輸入端口和復數(shù)個輸出端口；復數(shù)個可移動的光學元件來引導光束從一個選定的輸入到一個選定的輸出；其中可移動元件的數(shù)量相當于輸入端口的數(shù)量或者輸出端口的數(shù)量。
文檔編號G02B6/35GK101014892SQ200580030318
公開日2007年8月8日 申請日期2005年7月15日 優(yōu)先權日2004年7月15日
發(fā)明者安德魯·尼古拉斯·達姆 申請人:保樂提斯有限公司