专利名称：光学开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用在光纤通信系统中的光学开关。
背景技术：
通常涉及的此类光学开关是众所周知的，可将它们用于光学通信系统或线路以对沿线路传播的激光光束进行切换。一种典型的光学开关结合了一光学系统和一致动器，致动器刚性地连接于光学系统并使之移动。
致动器或其移动部件以及光学系统在移动时的总质量会产生固有的缺陷，例如响应速度延迟、切换时间延长、回弹和电力浪费。还有，为实现光学系统的精确定位，致动器的机械精度是非常关键的，否则就会导致光损失。此外，致动器和光学系统必须精确地固定并相互对准，这在给定的机械约束范围内以及通常的-40℃至+80℃的工作温度范围内是很难实现的。
本发明旨在通过提供一种改进的光学开关来解决或至少是部分地缓解上述的缺陷和问题。
发明内容
按照本发明，提供了一种用于对光纤通信线路中的光束进行切换的光学开关。这种开关包括一中空本体，该中空本体具有第一和第二部分；一光学系统，该光学系统由本体的第一部分支承而移动，以便作用于光束；以及一致动器，该致动器由本体的第二部分支承，以便使光学系统在相对于本体第一部分而言的第一位置和第二位置之间移动，至少在其中一个位置上将光学系统定位成可作用于光束。还包括一弹性元件，该弹性元件具有一连接于致动器的第一部分和一连接于光学系统的第二部分，藉以使致动器带动光学系统移动。
在第一较佳实施例中，弹性元件可在穿过光学系统和致动器的方向上可弹性变形。
更佳的是，弹性元件包括一磁性联接器，该磁性联接器由分别连接于光学系统和致动器的两部分组成，两部分之一具有一相对于两部分中的另一个而言的平衡位置，这个平衡位置是由两部分之间的磁性相互作用来限定的。
还有更佳的是，磁性联接器的一个部分包括两块相对的磁铁，而另一个部分则包括一设置在这两块磁铁之间的磁铁。
较佳的是，弹性元件包括分别连接于光学系统和致动器的两部分，两部分在穿过光学系统和致动器的方向上不形成物理接触。
较佳的是，光学系统和致动器的一驱动元件可沿基本相同的方向移动。
在第二较佳实施例中，弹性元件可横向于一穿过光学系统和致动器的轴线作弹性变形。
更佳的是，弹性元件包括一柔性的细长元件，该元件的两端分别连接于光学系统和致动器，元件在压缩时被弯曲，并布置成可由致动器迅速翻转，进而使光学系统移动。
还有更佳的是，光学系统和致动器的一光学元件可沿相反的方向转动。
较佳的是，弹性元件包括一柔性的细长元件，该细长元件的两端分别连接于光学系统和致动器，元件是布置成可在致动器移动时触发，进而使光学系统移动。
下面将结合附图仅以举例的方式来描述本发明，附图中图1A和1B是根据本发明第一实施例的一光学开关的侧视图和俯视平面图；图2A和2B是根据本发明第二实施例的一光学开关的侧视图，所述开关包括一致动器和一光学系统，所述光学系统可由致动器驱动而在伸出和缩进位置之间移动；图3A和3B是根据本发明第三实施例的一光学开关的侧视图，所述开关包括一致动器和一光学系统，所述光学系统可由致动器驱动而在左斜和右斜位置之间转动；图4A、4B和4C是根据本发明第四实施例的一光学开关的俯视平面图，所述开关包括一致动器和一光学系统，所述光学系统可由致动器驱动而在左转和右转位置之间转动；图5A和5B是根据本发明第五实施例的一光学开关的俯视平面图，所述开关包括一致动器和一光学系统，所述光学系统可由致动器驱动而在左、右位置之间滑动；图6A和6B是图1A和1B所示光学开关的侧剖视图，所述开关包括一致动器和一光学系统，所述光学系统可由致动器驱动而在相对缩进和相对伸出的位置之间移动；以及图7和7A至7C是根据本发明第六实施例的一光学开关的侧剖视图，所述开关包括一致动器和一光学系统，所述光学系统可由致动器驱动而在缩进位置和伸出位置之间转动。
具体实施例方式
先请参见图1A和1B，其中示出了一能体现本发明的第一光学开关100，该开关可用来在一光纤通信系统中对激光束进行切换。开关100具有一本体，该本体由同轴固定在一起的、大致呈圆柱形的上部主壳体110和下部辅助壳体120形成。主壳体110中容纳着一个可通过电—机、电磁、电容、静电或压电系统来执行的致动器(将在下文中详细描述)。辅助壳体120可支承一光学系统(将在下文中详细描述)，该光学系统可包括一能作用于激光束的镜子、棱镜或滤光镜。在壳体110和120中，光学系统借助一弹性元件(将在下文中详细描述)连接于致动器，以通过致动器进行移动而控制或调节光学系统相对于激光束路径的位置。
该光学开关100是设计成用在一光纤通信线路的某一特定中间位置，以便对光束进行切换，所述光束可沿着光纤通信线路从一个位置行进至另一个位置。作为第一个例子，激光束可以有一个以上的目的地，在此情况下，光学开关100可结合一镜子或棱镜(作为前述的光学系统)来改变激光束从一个目的地到另一个目的地的行进方向。作为第二个例子，可能必须改变激光束的特性，例如其强度或彩色分量，在此情况下，光学开关100可结合一滤光器(作为前述的光学系统)来用于此目的。
致动器能以非常精确和迅速的方式使光学系统移动，使其通常在两个不同的位置上工作。
图2A和2B示出了一能体现本发明的第二光学开关100A，这个开关具有类似于第一光学开关100的总的构造，其中与第一开关等同的部件用加了后缀字母“A”的相同标号来表示。在该光学开关100A中，光学系统包括一镜子，该镜子可以由主壳体110A中的致动器驱动，在相对于辅助壳体120A完全伸出和完全缩进的位置之间移动。
图3A和3B示出了一能体现本发明的第三光学开关100B，这个开关具有类似于第一光学开关100的总的构造，其中与第一开关等同的部件用加了后缀字母“B”的相同标号来表示。在该光学开关100B中，光学系统包括一镜子，该镜子可以由主壳体110B中的致动器驱动，在相对于辅助壳体120B左斜和右斜的位置之间移动。
图4A和4B示出了一能体现本发明的第四光学开关100C，这个开关具有类似于第一光学开关100的总的构造，其中与第一开关等同的部件用加了后缀字母“C”的相同标号来表示。在该光学开关100C中，光学系统包括一镜子，该镜子可以由主壳体110C中的致动器驱动，在相对于辅助壳体120C左转和右转的位置之间移动。
图5A和5B示出了一能体现本发明的第五光学开关100D，这个开关具有类似于第一光学开关100的总的构造，其中与第一开关等同的部件用加了后缀字母“D”的相同标号来表示。在该光学开关100D中，光学系统包括一镜子，该镜子可以由主壳体110D中的致动器驱动，在相对于辅助壳体120D向左和向右的位置之间移动。
现请参见图6A和6B，其中示出了第一光学开关100的详细构造。一固定在主壳体110中的致动器130包括一固定的中空电磁缸131和一永磁铁活塞134，所述永磁铁活塞134可在缸131内同轴地滑动。缸131具有由软铁制成的上、下端壁132和133。活塞134是由上、下圆盘135和136形成的，上、下圆盘的两个相对的外侧呈现同一磁极，例如北极。活塞134具有一中轴137，该中轴穿过缸131的上端壁132的中心孔而向上伸出。
在主壳体110的下端设置有三个电气端子138，这些端子电连接于缸131，以便接收一可逆电流来改变缸131的相对端壁132和133的极性。
在其中一个电流方向上，上端壁132被磁化成北极，而下端壁133被磁化成南极，从而借助磁性相互作用而使活塞134向下滑动并抵靠于下端壁133(图6A)。在相反的电流方向上，上端壁132被磁化成南极，而下端壁133被磁化成北极，从而借助磁性相互作用而使活塞134向上滑动并抵靠于上端壁132(图6B)。
一由辅助壳体120支承的光学系统140包括一外部的镜子142和一底座144，所述底座144可使镜子142定位，并且能在壳体120内同轴地滑动。底座144具有一中轴146，该中轴向下延伸，其端部借助弹性元件(以磁性联接器150的形式出现)连接于活塞134的轴137。
磁性联接器150是由一竖直的、非磁性的、端部敞开的圆筒151；固定于圆筒151两端的一对上、下永磁铁圆盘152和153；以及一设置在上、下圆盘152和153之间的中间永磁铁圆盘154。上、下圆盘152和153沿轴向在同一个方向上被磁化，从而使它们相互面对的侧面处于相反的极性。中间圆盘154沿轴线在相反的方向上被磁化，从而使其能借助上、下圆盘152和153之间的磁性相互作用而悬浮在一个平衡位置上。这种布置可使中间圆盘154不会与上圆盘152或下圆盘153形成物理接触。
致动器130和光学系统140的轴137和146分别从下和从上同轴地连接于磁性联接器150的下圆盘153和中间圆盘154。通过磁性联接器150的磁性相互作用，致动器130可使光学系统140的镜子142在如图6A所示的相对缩进位置和如图6B所示的相对伸出位置之间移动。
在致动器130和光学系统140之间形成有一个弹性接头，这个弹性接头可沿与致动器130和光学系统140同轴的方向弹性变形。该接头可允许两个相互连接的系统130和140在轴向和横向具有有限的自由度来进行相对的移动。这样就有几个方面的优点。
在致动器130和光学系统140之间允许略微有一些不对准。由于磁性联接器150可充当缓冲器，因而光学系统140可免于在移动结束时受到由致动器130所带来的、不可避免的振动和回弹。由于光学系统140不是刚性地连接于致动器130，因而不会在致动器130的活塞134和轴137刚开始移动的瞬间就开始移动，这样就使初始的移动质量最小，有助于提高响应速度。由于光学系统140仅在其自身重量下移动，因而还可以改善切换时间。
最后请参见图7和图7A-7C，其中示出了一能体现本发明的第六光学开关200，开关200包括一具有上部220和下部210的中空圆筒体。下部210可容纳一电子致动器230，而上部220可支承一光学系统240。光学系统240包括一镜子242，该镜子被支承为能借助一弹性元件并通过致动器230来转动，所述弹性元件为相对坚硬但仍能柔性弯曲的合成拉线250(或拉索、带子)。
致动器230包括一固定的电磁铁231和一半圆形的永磁铁转子236，所述电磁铁是由一具有一弧形上端面233的软铁芯232以及一卷绕在铁芯232上的绕组234形成的。转子236具有一面对着铁芯端面233的平的前侧面237以及一连接于所述拉线250之下端的弯曲的后侧面238。转子前侧面237的两端被做成分开的北极和南极，以便与铁芯端面233发生磁性相互作用。转子236可根据电磁铁231的被励磁的极性而在相对于铁芯端面133左倾和右倾的位置(图7A和7B)之间转动。
光学系统240包括一用于使镜子242定位的框架244，该框架是铰接的，以便围绕上部220的横轴线作枢转运动。拉线250的上端在靠近框架244之铰接位置的位置上连接于框架244，以便在转子236转动时使框架244枢转，进而使镜子242枢转。
镜子242可在一竖直位置(图7A)和一侧倒位置(图7C)之间枢转，在前一位置上，镜子242透过上部220的一小孔241暴露出来，在后一位置上，镜子242离开小孔241。小孔241位于激光束的路径内，因此，当镜子242处于竖直位置时，它对光束加以拦截，使光束向不同的方向反射。
在下部210的下端设置有两个电气端子235，这两个端子连接于绕组234，以便接收一可逆的电流来改变铁芯232的端面233的极性。当电流逆转时，铁芯端面233的极性也逆转，这样就使转子236迅速地从两个倾斜位置(图7A和7C)之一经过一中间位置(图7B)转向另一个倾斜位置。
拉线250在框架244和转子236之间起作用，当拉线的下端被转子236带动枢转时，拉线可以在触发作用下沿横向从一侧迅速翻转到另一侧，从而转动框架244进而是镜子242，如图7A-7C所示，反之亦然。应该注意，转子236和镜子242是沿相反的方向转动的。
拉线250可以在框架244和转子236之间被弯曲和压缩成一个弹性的或可弹性变形的形状，至少横向地弯过致动器230和光学系统240的轴线。当转子236沿相反的方向转动以进行释放或操控，继而框架244允许转动时，拉线将返回或再次呈现其初始形状，尽管是沿着相反的方向。
光学系统240和致动器230不是刚性地连接在一起，而是通过可弹性变形/柔性的拉线250来连接，该拉线以一种弹性的方式将来自致动器230的力传递给光学系统240，这样就允许在两个互联的系统230和240之间有一个可进行相对移动的有限的自由度。
致动器230与光学系统240之间的不对准几乎不是问题。由于拉线250可充当缓冲器，因而光学系统240可免于在移动结束时受到来自于致动器230的不可避免的振动和回弹。光学系统240不会在致动器230的转子236刚开始移动的瞬间就开始移动，这样就使初始的移动质量最小，有助于提高响应速度。由于光学系统240仅在其自身重量下移动，因而还可以改善切换时间。
以上仅以举例的方式对本发明进行了描述，但熟悉本领域的人员应该可以对上述的实施例作出各种变型和/或改动而不脱离由所附权利要求限定的本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于对光纤通信线路中的光束进行切换的光学开关，包括一中空本体，该中空本体具有第一和第二部分；一光学系统，该光学系统由所述本体的第一部分支承而移动，以便作用于所述光束；一致动器，该致动器由所述本体的第二部分支承，以便使所述光学系统在相对于本体第一部分而言的第一位置和第二位置之间移动，至少在其中一个位置上将所述光学系统定位成可作用于所述光束；以及一弹性元件，该弹性元件具有一连接于所述致动器的第一部分和一连接于所述光学系统的第二部分，藉以使所述致动器带动所述光学系统移动。
2.如权利要求1所述的光学开关，其特征在于，所述弹性元件可在穿过所述光学系统和所述致动器的方向上弹性变形。
3.如权利要求2所述的光学开关，其特征在于，所述弹性元件包括一磁性联接器，该磁性联接器由分别连接于所述光学系统和所述致动器的两部分组成，所述两部分之一具有一相对于所述两部分中的另一个而言的平衡位置，这个平衡位置是由所述两部分之间的磁性相互作用来限定的。
4.如权利要求3所述的光学开关，其特征在于，所述磁性联接器的一个部分包括两块相对的磁铁，而另一个部分则包括一设置在这两块磁铁之间的磁铁。
5.如权利要求2所述的光学开关，其特征在于，所述弹性元件包括分别连接于所述光学系统和所述致动器的两部分，所述两部分在穿过所述光学系统和所述致动器的方向上不形成物理接触。
6.如权利要求2所述的光学开关，其特征在于，所述光学系统和所述致动器的一驱动元件可沿基本相同的方向移动。
7.如权利要求1所述的光学开关，其特征在于，所述弹性元件可横向于一穿过光学系统和致动器的轴线作弹性变形。
8.如权利要求7所述的光学开关，其特征在于，所述弹性元件包括一柔性的细长元件，该元件的两端分别连接于所述光学系统和所述致动器，所述元件在压缩时被弯曲，并布置成可由致动器迅速翻转，进而使所述光学系统移动。
9.如权利要求8所述的光学开关，其特征在于，所述光学系统和所述致动器的一驱动元件可沿相反的方向转动。
10如权利要求7所述的光学开关，其特征在于，所述弹性元件包括一柔性的细长元件，该细长元件的两端分别连接于所述光学系统和所述致动器，所述元件是布置成可在致动器移动时触发，进而使所述光学系统移动。
全文摘要
一种用于对光纤通信线路中的光束进行切换的光学开关。这种开关包括一中空本体，该中空本体具有第一和第二部分；一光学系统，该光学系统由本体的第一部分支承而移动，以便作用于光束；以及一致动器，该致动器由本体的第二部分支承，以便使光学系统在相对于本体第一部分而言的第一位置和第二位置之间移动，至少在其中一个位置上将光学系统定位成可作用于光束。还包括一弹性元件，该弹性元件具有一连接于致动器的第一部分和一连接于光学系统的第二部分，藉以使致动器带动光学系统移动。
文档编号G02B6/35GK1412588SQ02107928
公开日2003年4月23日 申请日期2002年3月20日 优先权日2001年6月8日
发明者R·扎费里 申请人:伟盈光纤通讯有限公司