专利名称：机械式光开关的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种光开关，尤指一种借助透镜平动以实现光路转换的机械式光开关。
背景技术：
光开关是一种对光传输线路或集成光路中的诸多信号通路进行相互转换及逻辑操作的器件，它可用于光纤通信系统、光纤网络、光纤测量系统和光纤传感系统中，起光路转换的作用，它是光通信领域中不可缺少的重要元件。
根据光开关的工作原理，可将它分为非机械型光开关和机械型光开关两大类。其中，机械型光开关是利用机械、电磁等方式使光纤或光学元件发生移动，从而实现光束在不同输出端之间的切换。此类光开关插入损耗低、隔离度高，是目前应用最广泛的光开关。
请参阅图1，美国专利第4,146,856号揭示一种移动光纤型光开关。该光开关包括一套管10、二导磁弹片111和112、三支撑元件121和122以及123、三光纤131和132以及133。该导磁弹片111、112分别穿过并固定于套管10的二端部(未标示)，且该两导磁弹片111、112位于套管10内的端部(未标示)相交叠，支撑元件121固定于导磁弹片112的端部且端面(未标示)与导磁弹片112的端部齐平，其内部具有一通孔124，支撑元件122固定于套管10的内管壁(未标示)的特定位置，它具有一通孔125，支撑元件123位于导磁弹片111的端部邻近于支撑元件121的位置，它亦具有一通孔126，三光纤131、132和133穿过套管10的端部且其一端部(未标示)分别固定于支撑元件121、122和123的通孔124、125和126中。当二导磁弹片111、112具不同磁性时，二导磁弹片111、112相互抵靠，位于支撑元件121、123的通孔124、126中的光纤131、133相互对准，当二导磁弹片111、112具相同磁性时，二导磁弹片111、112相互排斥，致使支撑元件121抵靠管壁，此时位于支撑元件121、122的通孔124、125中的光纤131、132相互对准。此光开关可实现光路的切换，但是，它通过移动光纤131实现光路的切换，因为光纤直径小，频繁的开关移动过程中容易出现对准失误，而导致光信号损耗较大，影响光信号传输品质。
请参阅图2，美国专利第5,420,946号揭示一种移动光学元件型光开关。该光开关包括一输入端14、一反射装置15和多个输出端16。其中，输入端14包括一输入光纤141和一渐变折射率透镜142，该渐变折射率透镜142是用来将输入光纤141输入的光束准直至反射装置15。反射装置15包括一基底151、一设于基底151的反射镜152，且它与经渐变折射率透镜142准直的光束成45度夹角。该基底151底部具有一孔153，它可与驱动机构的连杆(图未示)配合，以驱动该反射装置15转动，为使反射装置15转动时输入光纤141的输入光束能耦合至输出端16，该孔153的轴线和渐变折射率透镜142的中心轴共线，且该反射装置15可以该中心轴为轴旋转。多个输出端16分别包括输出光纤161，且各光纤161分别和一渐变折射率透镜162相配合，该多个输出端16沿与渐变折射率透镜142中心轴共轴的特定圆周固定排列。
输入光纤141输入的光束经渐变折射率透镜142准直输入至反射镜152，通过旋转至不同位置的反射镜152反射后可耦合至不同输出端16，实现光路切换的目的。但是，该光开关结构复杂，各输出端16必须精确分布于输入端的四周，光路切换时反射装置15旋转角度的精度要求高，且其每一个输出端16均具有渐变折射率透镜162，使得该光开关成本较高，同时亦难于向小型化方向发展，且不能实现多输入对多输出的功能。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种机械式光开关，其结构紧凑，制程简单且成本低。
本实用新型的目的是这样实现的，提供一种机械式光开关包括一输入端、一输出端、一光路切换装置和一驱动装置。该输入端包括多根输入光纤和一固持输入光纤的多光纤插针。该输出端包括多根输出光纤和一固持输出光纤的多光纤插针。该光路切换装置位于输入端和输出端之间，它包括多个透镜和二固持该多个透镜的固持板，且每一个透镜都具有一非球曲面。该驱动装置驱动光路切换装置平动以使不同的透镜置于输入端和输出端之间的光路中，实现光路的切换。
与现有机械式光开关相比较，本实用新型采用一多光纤插针固持多根光纤，且通过二透镜阵列实现准直和光路切换功能，其结构紧凑、制程简单、易于实现小型化，同时可降低光开关的生产成本，且可实现在多输入端与多输出端之间切换光路。
图1是现有光开关的剖面示意图。
图2是另一现有光开关的立体示意图。
图3是本实用新型机械式光开关的立体示意图。
图4是本实用新型机械式光开关的剖面示意图。
图5是本实用新型机械式光开关的另一剖面示意图。
图6A是本实用新型机械式光开关的多光纤插针剖面放大示意图。
图6B是本实用新型机械式光开关的多光纤插针的另一剖面放大示意图。
图7A是本实用新型机械式光开关的部分光路示意图。
图7B是本实用新型机械式光开关的另一部分光路示意图。
具体实施方式请参阅图3至图6B，本实用新型机械式光开关包括一输入端21、一输出端22、一光路切换装置23、一固持器25、一底座26和一驱动装置27。
输入端21包括多根输入光纤211、固持输入光纤211的多光纤插针212、内套管213和外套管214。该多根光纤211用以输入光信号至该机械式光开关。该多光纤插针212包括一内芯2122、一外套2123和一固持端2121，该多根光纤211均匀分布于内芯2122和外套2123之间，并紧固于内芯2122。为达到较佳的紧固和定位效果，可在内芯2122表面制成多道均匀分布的凹槽2125(如V型槽等)，用以精确定位多根光纤211的端部。该内套管213套设该多光纤插针212，用以紧固多光纤插针212。该外套管214套设于内套管213之外，用以收容保护该输入端21。
输出端22包括多根输出光纤221、固持输出光纤221的多光纤插针222、内套管223和外套管224，其结构与输入端21基本相同，在此不再详述。
光路切换装置23包括二透镜阵列231、232，其均由多个透镜构成且位于输入端21和输出端22之间。其中，该多个透镜均具有一特定角度的光学端面50，用以改变通过该光学端面50的光束的传播方向，通过二透镜阵列的不同透镜组合改变输入端21和输出端22之间的光路，而使输入端21任意一光纤211输入的光信号传输至输出端22的任一光纤221。同时，该多个透镜每一个皆进一步包括一非球曲面70，它被用来准直或汇聚多根输入或输出光纤211(221)的入射或出射光束。
透镜固持器25包括第一透镜座251和第二透镜座252，该第一透镜座251和第二透镜座252均包括多个安装孔253和一滑块254。该多个安装孔253位于透镜固持器25的上部用以安装固定透镜阵列231和232，该滑块254截面为梯形，且邻近透镜固持器25的底边(未标示)较短。
底座26包括一本体260、二第一安装座261和二第二安装座262。该二第一安装座261平行设置，且其顶部相对位置均设有一安装孔(未标示)以安装对准输入端21和输出端22。该二第二安装座262平行于第一安装座261，其相对侧面开设一导向槽2621，该导向槽2621的截面和透镜固持器25的滑块254的截面相同，以与透镜固持器25的滑块254相配合。
驱动装置27包括二驱动设备271和四连接杆272，四连接杆272分别连接于第一透镜座251和第二透镜座252的两侧与二驱动设备271，以驱动第一透镜座251和第二透镜座252沿第二安装座262的导向槽2621滑动，从而使透镜阵列231和232的不同透镜组合置于光路中，以切换光路于不同输入/输出光纤之间。
请参阅图7A，输入光纤211的一根光纤2111输入的光信号，经透镜阵列231的一个透镜2311的非球曲面70折射为平行光束31，因光纤的端部不在该透镜阵列231和232的光轴上，故平行光束31和光轴成一微小夹角，通过透镜2311的特定角度的光学端面50将光束折射为和光轴平行的平行光束30，平行光束30经透镜阵列232的一个透镜2321的特定角度的光学端面50再次折射为和光轴成一特定微小角度的平行光束41，特定方向的平行光束41经透镜2321的非球曲面70折射后会聚至输出光纤2211。通过驱动装置驱动透镜阵列232的另一个透镜2322置于光路中，请参阅图7B，平行光束30经透镜2322的特定角度的光学端面50折射为与光轴成另一特定微小角度的平行光束42，该特定方向的平行光束42经透镜2322的非球曲面70折射后会聚至另一根输出光纤2212。
可以理解，通过驱动装置27驱动透镜阵列232的不同透镜置于光路中，可将光纤211的输入光信号传输至输出端22的不同输出光纤。同样，通过驱动装置27驱动透镜阵列231的不同透镜置于光路中，可将不同输入光纤输入的光信号传输至输出端22的输出光纤。所以，该机械式光开关可将输入端21任一输入光纤输入的光信号输入至输出端22的任一输出光纤，因光路可逆，故其也可反向传输。
权利要求1.一种机械式光开关，其包括一输入端、一输出端和一驱动装置，其特征在于该输入端包括多根输入光纤和一固持该多根输入光纤的多光纤插针，该输出端包括多根输出光纤和一固持输入光纤的多光纤插针，该多光纤插针进一步包括一内芯和一外套，该多根输入或输出光纤均匀分布于该内芯和该外套之间，并紧固于该内芯，该机械式光开关进一步包括二透镜阵列，该二透镜阵列位于输入端与输出端之间，其分别包括多个透镜，该驱动装置驱动二透镜座移动而使二透镜阵列的不同透镜组合置于输入端和输出端之间的光路中实现光路的切换。
2.如权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于该输入端进一步包括一内套管和一外套管，该内套管套设该固持输入光纤的多光纤插针，该外套管套设于内套管外侧。
3.如权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于该输出端进一步包括一内套管和一外套管，该内套管套设该固持输入光纤的多光纤插针，该外套管套设于内套管外侧。
4.如权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于该多个透镜均进一步包括一用以准直输入或输出光信号的非球曲面。
5.如权利要求4所述的机械式光开关，其特征在于每一透镜与非球曲面相对的一端为一特定角度的光学端面。
6.如权利要求1所述的机械式光开关，其特征在于该机械式光开关进一步包括一底座，该底座包括二第一安装座及二第二安装座。
7.如权利要求6所述的机械式光开关，其特征在于该二第一安装座平行设置且其上分别具有一安装孔，该二第二安装座位于第一安装座之间且平行于第一安装座设置，且其相对的内侧面分别具有一导向槽。
8.如权利要求7所述的机械式光开关，其特征在于该机械式光开关进一步包括一透镜固持器，该透镜固持器包括二透镜座，其均具有多个安装孔用以安装二透镜阵列，且该二透镜座下部具有一滑块，其截面与第二安装座的导向槽截面相同并与导向槽配合。
9.如权利要求8所述的机械式光开关，其特征在于该驱动装置进一步包括二驱动设备及四连接杆，该四连接杆分别连接二透镜座与二驱动设备。
10.如权利要求9所述的机械式光开关，其特征在于二驱动设备通过四连接杆可分别驱动二透镜座至不同位置。
专利摘要一种机械式光开关，其包括一输入端、一输出端、一光路切换装置和一驱动装置。该输入端包括多根输入光纤和一固持输入光纤的多光纤插针。该输出端包括多根输出光纤和一固持输出光纤的多光纤插针。该光路切换装置位于输入端和输出端之间，其包括多个透镜和二固持该多个透镜的固持板。该驱动装置驱动光路切换装置平动以使不同的透镜置于输入端和输出端之间的光路中，实现光路的切换。
文档编号G02B6/35GK2560959SQ02227289
公开日2003年7月16日 申请日期2002年4月27日 优先权日2002年4月27日
发明者周明宝 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司