专利名称：三端可交换光开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于全光宽带通信网络、全光网络设备及大容量数据库或视频IP多业务信道开关交叉交换中的三端可交换光开关。
背景技术：
三端可交换光开关器件，是构建全光网络工程广泛使用的核心器件之一。由于全光交换技术尚处于实验阶段，因此互联网目前仍采用普通的电信交换机连接网络的物理层。然而，从目前互联网上已开始广泛应用多媒体，网络极需进一步扩容的情况来看，现行电信交换机所采用的光-电-光交换方式，已远远跟不上网络发展的需求，是制约和阻碍网络流量进一步扩大的“电子瓶颈”。尽管已有许多公开的专利技术都试图解决这一难题，如美国专利US09/489264，日本专利WO00/14586等，都曾提出或研制过一些光开关交换方法，然而时至今日，未能找到一种能解决光交换长期存在的稳定性、重复性和维护性问题的可交换光开关。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种能解决光交换目前存在的一些普遍问题及可解决M×N多信道交换矩阵的三端可交换光开关。
本发明的技术方案是三端可交换光开关由一组GRIN透镜或C透镜与尾纤耦合器结合固化在一起的光纤耦合的准直器，一个具有全光反射功能的、可微量位移的驱动片和一个驱动器构成，准直器中GRIN自聚焦透镜或C透镜的耦合平面与尾纤耦合器的光学耦合平面成一角度，驱动片上镀有全光反射膜。
本发明的工作机理是利用GRIN自聚焦透镜材料本身存在着一种折射率渐变效应，在GRIN透镜与尾纤耦合器结合固化在一起时，其两个器件光学耦合平面之间，除了加工好已存在的4-8度角之外，另外还有一个由驱动片微小位移可产生的一般小于1度的匹配角，当把具有反射功能的驱动片，预先设置在一个双纤GRIN耦合准直器的表面位置，并且保持与光轴呈垂直状态。当驱动器使驱动片产生一点微量的位移，这一微量的位移产生匹配角的变化，能使反射光束折回GRIN透镜和双尾纤耦合器后，作出由哪一根尾纤输出的选择，这就是三端可交换光开关的工作机理。
三端可交换光开关结构简单，制作成本降低，而且使光交换速度加快，开关性能也更为稳定。如果与典型的MEMS集成光开关交换系统相比，它的开关组合方式更显灵活，性价比优势也更为明显。从而会推动全光交换器快速发展，实现真正意义上的全光宽带互联网。
图1为GRIN单/双光纤耦合的准直器组成的三端可交换光开关结构示意图；图2为GRIN三线准直器组成的三端可交换光开关结构示意图；图3为压电驱动器结构示意图；图4为GRIN三线准直器组成的三端可交开关原理说明示意图；图5为磁电驱动器结构示意图；具体实施方式
由图1示，三端可交换光开关由一组GRIN透镜4、一个由单尾纤2耦合固化在一起的单光纤准直器3，一个双尾纤8、9耦合固化在一起的双光纤准直器7，一个具有全光反射功能的、可微量位移的驱动片6、一个驱动器6和两准直器外置有的不修钢套管1构成，准直器中GRIN自聚焦透镜4的耦合平面与单/双尾纤耦合器的光学耦合平面成4-8度角，驱动片6上镀有全光反射膜，不修钢套管1上在单光纤准直器3与双光纤准直器7之间开有一个V形槽3。
GRIN透镜与尾纤耦合器结合固化在一起的光纤耦合的准直器，还可由一个GRIN自聚焦透镜4或C透镜，对称共扼耦合三根光学尾纤11、12、13制作成一个三纤准直器10，驱动片6置于三纤准直器10的一侧，如图2所示，当驱动片6由驱动器驱动产生仰俯反射角改变，光束就能选择偏向其两侧的尾纤输出，而不需要将驱动片6光轴中移开，只要在原定位置上，略微改变光反射角度，就达到光开关作用，三纤准直器的作用比单纯采用两根光纤的准直器更具有较强的反射特性。
本发明的三端光开关器件，按其反射片工作原理，驱动器结构可有压电驱动器及磁电驱动器等等。在本发明中的压电驱动器亦有两种，一种是用于由GRIN单/双光纤耦合的准直器组成的三端可交换光开关中，由图1、图3所示，它由压电介质14、金属驱动片6和其前端置有的全反射镜片15、不锈钢固定套管1及其中心具有一个三维可调的V形导角槽3构成。V形槽置于两个光纤准直器3、7之间，通过调节V形导角槽，可确定驱动片上下或左右微量变化的范围，配合压电介质，在施加一定电压后，驱动片可快速进入预先校准的反射位置。当施加电压完全消失，压电介质表面即刻恢复原来的位置状态，其反射驱动片不再阻挡光束，使光束沿光轴方向，直接光耦合进入后一级GRIN光纤准直器。另一种是用于GRIN三线准直器组成的三端可交换光开关中，如图4所示，通过采用三维精密微调节支架，贴近三光纤准直器表面位置，安装和调试反射驱动片。驱动器由压电介质和不锈钢固定套管组成，压电介质配合反射驱动，始终保持于三光纤准直器光轴位置垂直。校准驱动片仰俯角微量变化范围，在施加电压后，使驱动片快速进入预先校准的反射位置，使光束沿三光纤准直器其中一根尾纤反射输出。当改变驱动电压方向，驱动片又回到工作点起始位置，其反射光束进入三光纤准直器中的另一根尾纤输出，从而可达到实现两条反射光路交换之目的。
本发明的磁电驱动器是一个微型的电磁摆装置，是将反射膜与驱动片摆轴的粘合在一起，驱动片由两个微型电磁线圈控制来回摆动。反射驱动片平行于三光纤准直器的表面位置，为了精确的定位，本发明设计了一个T形导角槽，可限定驱动片微量摆动的范围。根据微型电磁线圈电流方向、频繁和幅值，可精确调整驱动片在三光纤准直器表面的反射位置，使反射膜片快速进入预先校准的反射位置，反射光束通过三光纤准直器中的一根尾纤输出。当改变驱动电压方向，驱动片即刻恢复到原来的起始位置，其反射光束进入三光纤准直器中的另一根尾纤输出，如图5所示，磁电驱动器由摆轴16、为全反镜的驱动片17及电磁线圈18构成，摆轴16与驱动片17连接置于电磁线圈18之中。
权利要求
1.一种三端可交换光开关，其特征在于，它由一组GRIN透镜或C透镜与尾纤耦合器结合固化在一起的光纤耦合的准直器，一个具有全光反射功能的、可微量位移的驱动片和一个驱动器构成，准直器中GRIN自聚焦透镜的耦合平面尾纤耦合器的光学耦合平面成一角度，驱动片上镀有全光反射膜。
2.根据权利要求1所述的一种三端可交换光开关，其特征在于所述的GRIN透镜与尾纤耦合器结合固化在一起的光纤耦合的准直器，由GRIN透镜(4)与单尾纤(2)耦合固化成单光纤准直器(3)，与双尾纤(8)、(9)耦合固化成双光纤准直器(7)，两准直器外置有的不锈钢套管(1)，准直器中GRIN自聚焦透镜(4)的耦合平面与单/双尾纤耦合器的光学耦合平面成8度角，驱动片(6)上镀有全光反射膜，不锈钢套管(1)上在单光纤准直器(3)与双光纤准直器(7)之间开有一个V形槽(3)。
3.根据权利要求1所述的一种三端可交换光开关，所述的GRIN透镜或C透镜与尾纤耦合器结合固化在一起的光纤耦合的准直器，还可由一个GRIN自聚焦透镜或C透镜(4)，对称共扼耦合三根光学尾纤(11)、(12)、(13)制作成一个三纤准直器(10)，驱动片(6)置于三纤准直器(10)的光学平行平面一侧。
4.根据权利要求1所述的一种三端可交换光开关，所述的驱动器为压电驱动器，它由压电介质(14)、金属驱动片(6)和其前端置有的全反射镜片(15)、不锈钢固定套管(1)及其中心具有一个三维可调的V形导角槽(3)构成，V形槽置于两个光纤准直器(3)、(7)之间。
5.根据权利要求1所述的一种三端可交换光开关，所述的驱动器为磁电驱动器，它是一个微型的电磁摆装置，由摆轴(16)、全反镜的驱动片(17)及电磁线圈(18)构成，摆轴(16)与驱动片(17)连接置于电磁线圈(18)之中。
全文摘要
本发明涉及一种三端可交换光开关，由一组GRIN透镜或C透镜与尾纤耦合器结合固化在一起的光纤耦合的准直器，一个具有全光反射功能的、可微量位移的驱动片和一个驱动器构成，准直器中GRIN透镜或C透镜的耦合平面与尾纤耦合器的光学耦合平面成一角度，驱动片上镀有全光反射膜。三端可交换光开关结构简单，成本低，光交换速度快，开关性能稳定。与典型的MEMS集成光开关交换系统相比，它的开关组合方式更显灵活，性价比优势度更为明显。从而为推动全光交换器快速发展，实现真正意义上的全光宽带互联网。
文档编号G02B6/32GK1510447SQ02157758
公开日2004年7月7日 申请日期2002年12月26日 优先权日2002年12月26日
发明者王海彪, 王又良, 曲世浦 申请人:上海市激光技术研究所