光开关和光导引方法及系统与流程

1.本公开涉及光信号的导引。
2.更具体地，各方面涉及光开关、导引光传输信号的方法和光导引系统。


背景技术：

3.光网络用于在光纤线缆上传送以光信号编码的数据。为了确保光信号成功地从源传输到目的地，可能需要经由光纤之间的接头来进行导引。已经开发了各种光开关用于这种接头。这些包括包含电驱动机械致动器的微型机电系统(mems)开关、包含透明度可以通过施加电信号来改变的成分的液晶开关、以及使用压电换能器来改变光束方向的声光调制器。然而，所有这些开关都需要电力，而电力在无源光网络中是不容易获得的。
4.所需要的是导引光信号的另选途径。


技术实现要素：

5.根据第一个方面，提供了一种用于根据光控制信号来导引光传输信号的光开关，所述开关包括：
6.一个或更多个光控制端口；
7.三个或更多个光传输端口；
8.光引导器；以及
9.热驱动的光能风车；
10.其中，所述光能风车与所述光引导器关于彼此、关于所述一个或更多个控制端口以及关于所述三个或更多个传输端口设置成使得：
11.由承载所述控制信号的控制束对所述一个或更多个控制端口中的相应一个控制端口的照射驱动所述光能风车向相应位置旋转，在所述相应位置所述光引导器被设置成引导经由所述传输端口中的相应一个传输端口进入所述开关的承载所述传输信号的所述传输束经由所述传输端口中的相应另一传输端口离开所述开关。
12.所述光能风车包括：
13.轴；以及
14.至少一个叶片：
15.被设置成在包含流体的环境中绕所述轴的轴线旋转，并且
16.具有彼此热绝缘的第一面和第二面，使得所述光能风车通过所述控制束对所述第一面的照射而被驱动，使得所述第一面比所述第二面吸收较多的光能，建立从所述第二面到所述第一面的温度梯度，使得在所述第一面被拖动的情况下，所述叶片绕所述轴的轴线旋转。
17.所述控制束可以源自激光器。
18.所述光能风车的叶片的被设置成由所述控制束照射的一面与该叶片的相反面相比可以具有较高的光吸收率。
19.所述光能风车的叶片的被设置成由所述控制束照射的一面和该叶片的相反面被成形为使得在所述光能风车的从初始位置到所述相应位置的旋转范围上所述叶片的由所述控制束照射的所述一面与所述相反面相比从所述控制束接收较大量的辐射能量，所述初始位置是所述光能风车紧接在所述控制信号照射所述一个或更多个控制端口中的所述相应一个控制端口之前所驻留的位置。
20.所述传输端口可以包括单个光输入端口和多个光输出端口，所述光能风车和所述光引导器关于彼此、关于所述一个或更多个控制端口以及关于所述三个或更多个传输端口设置成使得对于各所述输出端口：
21.由所述控制束对所述一个或更多个控制端口中的相应一个控制端口的照射驱动所述光能风车向相应位置旋转，在所述相应位置所述光引导器被设置成引导经由所述输入端口进入所述开关的所述传输束经由该输出端口离开所述开关。
22.所述传输端口可以包括多个光输入端口和单个光输出端口，所述光能风车和所述光引导器关于彼此、关于所述一个或更多个控制端口以及关于所述三个或更多个传输端口设置成使得对于各所述输入端口：
23.由所述控制束对所述一个或更多个控制端口中的相应一个控制端口的照射驱动所述光能风车向相应位置旋转，在所述相应位置所述光引导器被设置成引导经由该输入端口进入所述开关的所述传输束经由所述输出端口离开所述开关。
24.所述光开关可以被配置为使得对于各所述输入端口：
25.所述控制束和所述传输束是从公共源束得到的。
26.对于各所述输入端口：
27.所述一个或更多个控制端口中的由所述控制信号照射的所述一个控制端口可以是该输入端口，所述源束本身用作所述传输束和所述控制束两者。
28.对于各所述输入端口，所述光开关可以还包括：分光器，所述分光器被设置成将所述源束分成所述传输束和所述控制束。
29.在一些实施方式中，所述光开关包括仅一个控制端口，所述光开关还包括控制信号源，所述控制信号源被配置为根据计算机实现的调度方法来照射该控制端口。
30.所述光引导器可以被设置为与所述光能风车一起旋转。
31.所述光开关可以还包括一个或更多个阻挡件，各阻挡件被设置成防止所述光能风车旋转超过所述相应位置中的至少一个相应位置。
32.可选地，所述光能风车包括轴；并且
33.所述一个或更多个阻挡件中的一个阻挡件被包括在以下结构中：该结构被配置成支撑所述轴的两端中的一端。
34.所述光引导器可以包括反射镜。
35.所述光能风车的被所述控制信号入射的表面可以是部分反射性的，从而提供所述反射镜。
36.所述反射镜可以被设置成反射以下光：该光基本上在所述光能风车的旋转轴上入射，使得光沿着基本上相同的线入射在所述输出端口上，而与所述输入端口中该光所源自的一个输入端口无关。
37.所述光开关可以还包括偏置元件，所述光能风车联接于所述偏置元件，使得：
38.将所述光能风车向与所述相应位置中的任一个相应位置不同的平衡位置偏置；或者
39.将所述光能风车向所述相应位置中的一个相应位置偏置。
40.所述光开关可以还包括包围所述光能风车的壳体，所述壳体包括被配置成用于部分地排出所述光能风车周围的流体的孔。
41.根据第二个方面，提供了一种导引光传输信号的方法，所述方法包括：利用所述光传输信号照射根据前述权利要求中的任一项所述的光开关的所述光传输端口中的一个光传输端口。
42.所述方法可以还包括：
43.照射所述控制端口达d个预定持续时间中的一个预定持续时间，
44.各所述预定持续时间对应于所述光能风车从所述相应位置中的第一相应位置到另一此类相应位置中的相应一个相应位置的旋转，
45.其中，d等于p-1，p是所述传输端口的数量。
46.根据第三个方面，提供了一种光导引系统，所述光导引系统包括：
47.光开关；以及
48.计算装置，所述计算装置被设置成实现由计算机实现的调度方法。
附图说明
49.现在将参照附图通过示例来描述本公开的各方面。在附图中：
50.图1a示出了克鲁克斯(crookes)辐射计光能风车；
51.图1b示出了图1a的克鲁克斯辐射计的各个叶片上的力；
52.图2示出了光能风车的另一设计方案；
53.图3a示出了处于“断开”位置的示例光开关；
54.图3b1示出了处于第一“接通”位置的图3a的开关；
55.图3b2示出了处于第二“接通”位置的图3a的开关；
56.图4a示出了处于“断开”位置的另一示例光开关；
57.图4b1示出了处于第一“接通”位置的图4a的开关；
58.图4b2示出了处于第二“接通”位置的图4a的开关；
59.图5a示出了处于“断开”位置的另一示例光开关；
60.图5b1示出了处于第一“接通”位置的图5a的开关；
61.图5b2示出了处于第二“接通”位置的图5a的开关；
62.图6a示出了处于“断开”位置的另一示例光开关；
63.图6b1示出了处于第一“接通”位置的图6a的开关；
64.图6b2示出了处于第二“接通”位置的图6a的开关；
65.图7a示出了处于第一“接通”位置的另一示例光开关；
66.图7b示出了处于第二“接通”位置的图7a的开关；
67.图7c示出了处于第三“接通”位置的图7a的开关；
68.图7d示出了处于第四“接通”位置的图7a的开关；
69.图8a示出了另一示例光开关的一些组件；
70.图8b1示出了处于第一“接通”位置的图8a的开关；
71.图8b2示出了处于第二“接通”位置的图8a的开关；
72.图8b3示出了处于第三“接通”位置的图8a的开关；
73.图9a示出了处于“断开”位置的另一示例光开关；
74.图9b1示出了处于第一“接通”位置的图9a的开关；
75.图9b2示出了处于第二“接通”位置的图9a的开关；
76.图9c示出了图9a的开关的一些内部组件；以及
77.图9d示出了图9a的开关的壳体。
具体实施方式
78.呈现以下描述以使所属领域的技术人员能够制造和使用所述系统，且在特定应用的上下文中提供所述描述。对所公开的实施方式的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。
79.术语“顶部”、“底部”、“侧”、“前”、“后”、“向前”、“向后”、“顺时针”、“逆时针”和描述特征定向的其它措辞不意在是限制性的，并且在使用时，包括这些措辞纯粹是为了便于在附图的上下文中描述这些特征的相对位置。在使用中或在储存过程中，这些特征可以被设置在其他定向上。
80.提出使用光能风车效应在光开关的输入端和输出端之间导引光信号。将诸如反射镜这样的光引导器联接于热驱动的光能风车，使得光能风车的运动造成光引导器调整光信号的路由。
81.一种热驱动的光能风车包括至少一个叶片/刀叶，叶片/桨叶的两面是彼此热绝缘的，使得当一面由光或其它电磁辐射加热时，其保持比另一面热。叶片位于流体(通常为低压空气)中，使得由各个叶片的两面之间的温度不对称性在流体中建立的对流足以使光能风车旋转。
82.为了启动静止光能风车旋转，光能风车效应(因此引起该效应的光源的辐射通量)必须足以克服光能风车的惯性。为了保持光能风车旋转，光能风车效应(以及因此引起该效应的光源的辐射通量)必须足以克服在旋转期间作用在光能风车上的相对于其安装架和周围流体的摩擦力。
83.可选地，各个叶片的两面可以具有不同的电磁吸收特性，以增加建立温度差的速率和/或允许在叶片的两面暴露于辐射的情况下建立温度差。
84.图1a示出了克鲁克斯辐射计100，其为光能风车效果的经典演示。克鲁克斯辐射计100包括四个叶片110，叶片设置成在部分抽空的罐130内绕轴120旋转。各个叶片110在一面涂成白色而在另一面涂成黑色，叶片设置成使得黑色和白色面绕辐射计交替。当光从箭头l1所示的方向照射到辐射计100上时，叶片绕轴120沿箭头r1所示的方向旋转，即黑色面被拖动。
85.图1b示出了图1a的克鲁克斯辐射计100的各个叶片110上的力。在图1b中，叶片110侧向示出，其白色面111在左侧，其黑色面112在右侧。白色面111和黑色面112彼此热绝缘。黑色面112比白色面111吸收的光能多。因此建立了从白色面111到黑色面112(图1b中从左到右)的温度梯度。这在叶片周围的稀薄空气中建立了对流，导致叶片上的不平衡力。“热蠕
变”力tc沿与温度梯度相反的方向作用。附加的“爱因斯坦效应”力e作用在垂直于温度梯度的表面边缘上，也是在与温度梯度相反的方向上。因此，力tc和力e使叶片110绕轴120旋转，黑色面112被拖动。
86.赫特纳(hettner)辐射计类似于克鲁克斯辐射计，但是具有水平(与垂直相反)叶片，各个叶片的暴露面被涂成半黑半白，黑白面绕辐射计交替。在赫特纳辐射计中不存在爱因斯坦效应，但是由于热蠕变力，其仍然在叶片的黑面被拖动的情况下旋转。
87.图2是示出光能风车200的另一设计的平面图，其中，各个叶片210的两面之间的光吸收差由其几何形状而不是颜色产生。叶片210被成形为使得其各自具有凹面211和凸面212，凸面和凹面绕辐射计交替。图2中的阴影示出了当光从箭头l2所示的方向照射到光能风车200上时阴影落在何处。可以看出，在完整旋转过程中，叶片210的凸面212比凹面211接收的光能多。这建立了从各个叶片210的凹面211到凸面212的温度梯度，使得热蠕变力和爱因斯坦效应使叶片210绕轴在箭头r2所示的方向上旋转，即在凸面212被拖动的情况下。
88.上述示例性的光能风车设计都包括叶片，其中，叶片两面的光吸收特性之间不对称。然而，即使没有这种不对称性，运动也将由热蠕变力和(依赖于设计的几何)爱因斯坦效应引起，只要可以在叶片的两面之间建立温度梯度，使得其被热驱动。
89.热驱动的光能风车通常在低压气体或气体混合物(例如空气)中操作，但通常可在能够承载对流的任何流体中工作。
90.虽然上述示例性的光能风车设计各个都包括四个叶片，但是任意数量的叶片都会有光能风车效应。
91.还应当理解，光能风车可以由除了可见光之外的其它形式的电磁辐射驱动，例如也可以使用红外或紫外辐射。
92.现在将描述用于根据光控制信号来导引光传输信号的光开关的多个示例设计。各个示例性开关包括一个或更多个光控制端口、三个或更多个光传输端口、光引导器和热驱动的光能风车。所述光能风车与所述光引导器关于彼此、关于所述一个或更多个控制端口以及关于所述三个或更多个传输端口设置成使得由承载所述控制信号的控制束对所述一个或更多个控制端口中的相应一个控制端口的照射驱动所述光能风车朝向相应位置旋转，在所述相应位置所述光引导器被设置成引导经由相应一个传输端口(输入端口)进入开关的所述传输信号经由相应另一传输端口(输出端口)离开开关。
93.在以下描述的图3a至图9d中，为了避免使附图混乱，仅在附图上示出了最佳地例示了如何设置和使用相关部件的附图标记。
94.图3a例示了包括处于“断开”位置的光能风车的示例光开关300的示意性平面图。图3b1和图3b2示出了开关300处于其两个可能的“接通”位置中的各个位置的示意性平面图。
95.开关300的光能风车包括刚性组件，该刚性组件被配置成绕轴314旋转，该刚性组件中心定在该轴314上。刚性组件包括刚性地连接在第一叶片311和第二叶片312中间的中心光引导器313，第一叶片311和第二叶片312关于轴314的轴线是彼此的镜像。光能风车位于密封壳体340中，该壳体将光能风车周围的空气保持在低压，但不完全排空。
96.承载光传输信号的光束(例如激光束)可以从第一光纤351或第二光纤352输入到开关300，如图3a中的虚线所示。光纤351和352从相反侧联接于开关300。
97.如图3a和图3b1所示，由第一光纤351输入的第一源束入射到第一分光器361上。这将第一源束分成第一传输束和第一控制束。第一传输束继续通过开关300的与第一光纤351相同的一侧上的第一输入端口321，以居中地入射到光引导器313上。(第一传输束的从该点开始的向前路径将在下面关于图3b1描述。)第一控制束经由第一反射镜371导引，通过与第一光纤351在开关300的同一侧上的第一光控制端口331，以入射在第一叶片311上。
98.如图3a和图3b2所示，由第二光纤352输入的第二源束入射到第二分束器362上。这将第二源束分成第二传输束和第二控制束。第二传输束继续通过开关300的与第二光纤352相同的一侧上的第二输入端口322，以居中地入射到光引导器313上。第二传输束入射到光引导器313的与第一传输束相反的一侧。(第二传输束的从该点开始的向前路径将在下面关于图3b2描述。)第二控制束经由三个另外的反射镜372围绕壳体340导引，通过与第一光纤351在开关300的同一侧上的第二光控制端口332，以入射在第二叶片312上。
99.第一叶片311和第二叶片312的分别被第一和第二控制束冲击的表面被配置成吸收由这些相应光束承载的电磁辐射中的至少一些。这些表面与各个叶片的相反面上的表面热绝缘，使得从阴影侧到照射侧出现温度梯度。光能风车效应因此导致光能风车旋转，使得被照射的叶片从入射到其上的控制束后退。光能风车的旋转由第一和第二阻挡件381和382停止，使得光能风车分别如图3b1和图3b2所示定位，分别为如图3a所示的其关闭位置的顺时针和逆时针45
°
。
100.第一阻挡件381是柱，其防止光能风车的顺时针运动超过图3b所示的位置，使得光束的反射部分不会例如响应于外部振动而被错误地部分或全部引导到壳体340的位于输出端口325与输入端口322之间的部分上。例如，它可以由能够缓冲冲击力的材料形成，以减少第一阻挡件381和与第一阻挡件381接触的光能风车部分的磨损。
101.第二阻挡件382类似地是柱，其防止光能风车的逆时针运动超过图3b2中所示的位置，使得光束的反射部分不会例如响应于外部振动而被错误地部分或全部引导到壳体340的位于输出端口325与输入端口321之间的部分上。类似于第一阻挡件381，第二阻挡件382例如可以由能够缓冲冲击力的材料形成，以减少第二阻挡件382和与之接触的光能风车部分的磨损。
102.第一传输束和第二传输束入射到的光引导器313的表面都是至少部分反射性的。因此，如图3b1和图3b2分别所示，光引导器313将第一和第二传输束引导到输出端口325，该输出端口325垂直于输入端口321和322两者。
103.这样，当光传输信号经由第一光纤351和第二光纤352之一输入到开关300时，开关自动地将该传输信号切换到输出端口325用于向前传输。
104.来自第一光纤351和第二光纤352的传输信号之间的争用可以通过网络调度来避免。另选地，开关300可以用于选择用于向前传输的两个这样的传输信号中的较强信号，因为光能风车将在更强光束的控制下旋转。
105.图4a示出了包括处于“断开”位置的光能风车的另一示例光开关400的示意性平面图。图4b1和图4b2示出了开关400处于其两个可能的“接通”位置中的各个位置的示意性平面图。
106.开关400在许多方面类似于图3a、图3b1和图3b2的开关300。开关400可以从分别联接于第一分光器461和第二分光器462的第一光纤451和第二光纤452接收输入。开关包括壳
体440，壳体具有第一输入端口421和第二输入端口422以及输出端口425。对于图3a、图3b1和图3b2的开关300的相应部件所描述的那样设置。
107.然而，与图3a、图3b1和图3b2的开关300不同，当光能风车处于图4a所示的关闭位置时，开关400在通过其输出端口425的中心和其光能风车轴414的平面内具有镜像对称性。仅仅光能风车的第一叶片411需要被配置成吸收控制束，但是与图3a、图3b1和图3b2的开关300的第一叶片311不同，其必须被配置成能够在两面上吸收控制束，因为开关400包括分别在开关400的与第一光纤451和第二光纤452相同侧上的第一控制端口431和第二控制端口432。第二叶片412可以可选地如图4a所示提供，以充当第一叶片411的配重，但它不需要被配置成吸收光。与图3a、图3b1和图3b2的开关300的光引导器313类似，光能风车的位于中心的光引导器413被配置成在两面都是反射性的。
108.如图4a和图4b1所示，来自第一光纤451的第一源束和源自该第一源束的第一传输束和控制束的路径与如图3a和图3b1所示的相应的第一源束、传输束和控制束的路径相同。
109.如图4a和图4b2所示，来自第二光纤452的第二源束和源自该第二源束的第二传输束和控制束的路径是如图4a和图4b1所示的相应的第一源束、传输束和控制束的路径的镜像(在通过输出端口425的中心和光能风车轴414的平面中)。
110.图5a示出了包括处于“断开”位置的光能风车的另一示例光开关500的示意性平面图。图5b1和图5b2示出了开关500处于其两个可能的“接通”位置中的各个位置的示意性平面图。
111.该光能风车包括刚性叶片510，该刚性叶片510配置成绕轴514旋转，该刚性叶片510中心定在该轴514上。光能风车位于密封壳体540中，该壳体将光能风车周围的空气保持在低压，但不完全排空。
112.承载光传输信号的光束(例如激光束)可以从第一光纤551或第二光纤552输入到开关500，如图5a中的虚线所示。光纤551和光纤552从同一侧联接于开关500。
113.如图5a和图5b1所示，由第一光纤551输入的第一光束穿过开关500的与第一光纤551相同的一侧上的第一输入端口521，入射到轴514左侧的叶片510上。(第一光束的从该点开始的向前路径将在下面关于图5b1描述。)
114.如图5a和图5b2所示，由第二光纤552输入的第二光束穿过开关500的与第二光纤552相同的一侧上的第二输入端口522，入射到轴514右侧的叶片510上。(第二光束的从该点开始的向前路径将在下面关于图5b2描述。
115.被第一光束和第二光束冲击的叶片510的表面至少在被照射的区域中被配置成部分地吸收和部分地反射由这些相应光束承载的电磁辐射。该表面与叶片510的相反面上的表面热绝缘，使得从被照射的轴514的相应侧上的阴影表面到被照射的表面产生温度梯度。(轴514和/或在叶片510的被第一光束和第二光束照射的区域中间的中心区域可以可选地提供热绝缘，以减少或防止沿着叶片510的长度从轴514的一侧到另一侧的热传导。)光能风车效应因此导致光能风车旋转，使得叶片的被照射的一半从入射到其上的光束后退。光能风车的旋转由相应的第一阻挡件581和第二阻挡件582停止，使得光能风车分别如图5b1和图5b2所示定位，分别为如图5a所示的其关闭位置的顺时针和逆时针45
°
。
116.如图5b1所示，由叶片510反射的第一光束的部分由第一光导引器591经由双光导引器590反射到输出端口525。类似地，如图5b2所示，由叶片510反射的第二光束的部分由三
个另外的光导引器592围绕叶片510反射，经由双光导引器590到达输出端口525。第一光导引器591和另外的光导引器592例如可以是反射镜，或被配置为充当反射镜的棱镜。双光导引器590例如可以是棱镜、或彼此成直角设置的两个反射镜。
117.这样，当光传输信号经由第一光纤551和第二光纤552之一输入到开关500时，开关自动将该信号切换到输出端口525用于向前传输。可以看出，在开关500中，分别从第一光纤551和第二光纤552接收的第一源束和第二源束分别用作传输束和控制束两者，第一输入端口521和和第二输入端口522分别用作第一控制端口和第二控制端口。
118.对于上述图3a到图4b2的开关300和400，来自第一和第二光纤551和552的信号之间的争用可以通过网络调度来避免。或者，开关500可用于选择两个这样的信号中较强的信号用于向前传输，因为光能风车将在较强光束的控制下旋转。
119.图6a示出了包括处于“断开”位置的光能风车的另一示例光开关600的示意性平面图。图6b1和图6b2示出了开关600处于其两个可能的“接通”位置中的各个位置的示意性平面图。
120.开关600在许多方面类似于图5a、图5b1和图5b2的开关500。开关600可以接收来自第一光纤651和第二光纤652的输入。其包括壳体640，壳体640具有分别联接于第一光纤651和第二光纤652的第一输入/控制端口621和和第二输入/控制端口622。开关600包括具有单个叶片610的光能风车，该叶片610配置成绕中心轴线614旋转直到由第一阻挡件681和第二阻挡件682限定的位置。所有这些图5a、图5b1和图5b2的开关500的b2的开关500的相应部件所描述的那样设置。
121.然而，与图5a、图5b1和图5b2的开关500不同，开关600不改变通过它传输的信号的方向，因为它的单个输出端口625平行于它的两个输入端口621和622，而不是垂直于它们。当光能风车处于如图6a所示的关闭位置时，开关600在通过其输出端口625的中心和其光能风车轴614的平面中具有镜像对称性。
122.在开关600中，第一源/传输/控制束和第二源/传输/控制束分别从第一光纤651和第二光纤652到叶片610的路径，以及叶片响应于此的运动，以与上述图5a、图5b1和图5b2的开关500完全相同的方式进行。
123.如图6b1所示，由叶片610反射的第一光束的部分由两个光导引器691围绕叶片610反射，经由双光导引器690到达输出端口625。类似地，如图6b2所示，由叶片610反射的第二光束的部分由两个另外的光导引器692围绕叶片610反射，经由双光导引器690到达输出端口625。光导引器691和另外的光导引器692例如可以是反射镜，或被配置成充当反射镜的棱镜。双光导引器690例如可以是棱镜，或彼此成直角设置的两个反射镜。
124.这样，当光传输信号经由第一651和和第二光纤652之一输入到开关600时，开关自动地将该信号切换到输出端口625，用于向前传输。可以看出，正如在图5a、图5b1和图5b2的开关500中一样，在图6a、图6b1和图6b2的开关600中，分别从第一光纤651和第二光纤652接收的第一源束和第二源束分别用作传输束和控制束，第一输入端口621和第二输入端口622分别用作第一控制端口和第二控制端口。
125.对于上述图3a至图5b2的开关300、400和500，可以通过网络调度来避免来自第一和第二光纤651和652的信号之间的争用。或者，开关600可用于选择两个这样的信号中较强的信号用于向前传输，因为光能风车将在较强光束的控制下旋转。
126.图7a至图7d示出了分别处于其四个可能的“接通”位置中的各个位置的另一示例光开关的示意性平面图。
127.开关700以类似于图4a、图4b1和图4b2的开关400的方式操作，但具有来自四个光纤751、752、753和754而不是两个光纤的输入。这通过使用三个光能风车来实现，其中左侧光能风车和右侧光能风车馈送中心光能风车，该中心光能风车将传输信号从四个光纤751到754中的任一个引导到单个输出端口725。右侧光能风车及其相关的输入和控制装置以与开关400的光能风车非常相似的方式设置。左侧光能风车及其相关的输入和控制装置以镜像方式设置。从开关700可以看出，开关400的设计可以如何扩展以提供更多输入之间的切换。
128.如图7a所示，由第一光纤751输入的第一源束入射到第一分光器761上。这将第一源束分成第一传输束和第一控制束。第一传输束继续通过开关700的与第一光纤751相同的一侧上的第一输入端口721，以居中地入射到右侧光能风车的光引导器713上。第一控制束经由第一反射镜771，通过在开关700的与第一光纤751相同的一侧上的第一光控制端口731被导引，以入射在右侧光能风车的第一叶片711的最靠近第一光纤751的一面上。
129.如图7b所示，由第二光纤752输入的第二源束入射到第二分束器762上。这将第二源束分成第二传输束和第二控制束。第二传输束继续通过开关700的与第二光纤752相同的一侧上的第二输入端口722，以居中地入射到右侧光能风车的光引导器713上。第二传输束入射到右侧光能风车的光引导器713的与第一传输束相反的一侧。在图7a中，第二控制束经由第二反射镜772，通过与第二光纤752在开关700的同一侧上的第二光控制端口732，入射到右侧光能风车的第一叶片711的最接近第二光纤752的一面，即右侧光能风车的第一叶片711的与第一控制束入射的面相对的面上。
130.分别被第一控制束和第二控制束冲击的右侧光能风车的第一叶片711的两个表面被配置成吸收由这些相应光束承载的电磁辐射中的至少一些。这些表面彼此热绝缘，使得从阴影侧到照射侧出现温度梯度。因此，光能风车效应使得右侧光能风车旋转，使得被照射的叶片从入射到其上的第一控制束或第二控制束后退(视情况而定)，或者如果两个控制束都存在，则从两个控制束中较强的控制束后退。右侧光能风车的旋转由相应的第一阻挡件781和第二阻挡件782停止，使得右侧光能风车分别如图7a和图7b所示定位，分别为相对于其关闭位置的顺时针和逆时针45
°
(关闭位置未示出，在其关闭位置右侧光能风车将在图中从左向右延伸)。
131.右侧光能风车的光引导器713的被第一传输束和第二传输束入射的表面都是至少部分反射性的。因此，如图7a和图7b分别所示，第一传输束和第二传输束都被右侧光能风车的光引导器713导向右分束器702。这将第一传输束和第二传输束中的相应一个分成右侧传输束和右侧控制束。右侧传输束居中地入射到中心光能风车的光引导器703的右侧。右侧控制束通过右侧反射镜705入射到中心光能风车的第一叶片701的右面。
132.如图7c所示，由第三光纤753输入的第三源束入射到第三分束器763上。这将第三源束分成第三传输束和第三控制束。第三传输束继续通过开关700的与第三光纤753相同的一侧上的第三输入端口723，以居中地入射在左侧光能风车的光引导器793上。第三控制束经由第三反射镜773，通过与第三光纤753在开关700的同一侧上的第三光控制端口733被导引，以入射在左侧光能风车的第一叶片791的最靠近第三光纤753的一面上。
133.如图7d所示，由第四光纤754输入的第四源束入射到第四分束器764上。这将第四源束分成第四传输束和第四控制束。第四传输束继续通过在开关700的与第四光纤754相同的一侧上的第四输入端口724，以居中地入射在左侧光能风车的光引导器793上。第四传输束入射到左侧光能风车的光引导器793的与第三传输束相反的一面。第四控制束经由第四反射镜774，通过与第四光纤754在开关700的同一侧上的第四光控制端口734被导引，以入射在左侧光能风车的第一叶片791的最靠近第四光纤754的一面上，即在图7c中左侧光能风车的第一叶片791的与第三控制束入射的面相对的面上。
134.分别被第三控制束和第四控制束冲击的左侧光能风车的第一叶片791的两个表面被配置成吸收由那些相应光束承载的电磁辐射中的至少一些。这些表面彼此热绝缘，使得从阴影侧到照射侧出现温度梯度。因此，光能风车效果使左侧光能风车旋转，使得被照射的叶片从入射到其上的第三控制束或第四控制束后退(视情况而定)，或者如果两个控制束都存在，则从二者中较强的控制束后退。左侧光能风车的旋转由相应的第三783和和第四阻挡件784停止，使得左侧光能风车分别如图7c和图7d所示定位，分别为相对于其关闭位置的逆时针和顺时针45
°
(关闭位置未示出，在其关闭位置左侧光能风车将在图上从左向右延伸)。
135.左侧光能风车的光引导器793的第三传输束和第四传输束入射的表面都是至少部分反射性的。因此，如图7c和图7d分别所示，第三传输束和第四传输束都被左侧光能风车的光引导器793导向左侧分束器706。这将第三传输束和第四传输束中的相应一个分成左侧传输束和左侧控制束。左侧传输束居中地入射到中心光能风车的光引导器703的左面。左侧控制束经由左侧反射镜707导引以入射到中央光能风车的第一叶片701的左面。
136.分别由右侧控制束和左侧控制束冲击的中心光能风车的第一叶片701的两个表面被配置成吸收由那些相应光束承载的电磁辐射中的至少一些。这些表面彼此热绝缘，使得从阴影侧到照射侧出现温度梯度。因此，光能风车效应使中心光能风车旋转，使得照射叶片701从入射到其上的右侧或左侧控制束后退(视情况而定)，或者如果这两个控制束都存在的话，则从两者中的较强的控制束后退。中心光能风车的旋转由相应的左侧阻挡件704和右侧阻挡件708停止，使得中心光能风车分别如图7a和图7b相对于图7c和图7d所示定位，分别为相对于其关闭位置的顺时针和逆时针45
°
(关闭位置未示出，在其关闭位置中心光能风车将在图中从顶部延伸到底部)。
137.被右侧传输束和左侧传输束入射的中心光能风车的光引导器703的表面都是至少部分反射性的。因此，如图7a和图7b与图7c和图7d分别所示，右侧传输束和左侧传输束都由中央光能风车的光引导器703导向平行于所有输入端口721至724的输出端口725。
138.这样，当光传输信号经由第一光纤751至第四光纤754之一输入到开关700时，开关自动地将该信号切换到输出端口725以用于向前传输。
139.来自第一光纤751到第四光纤754的信号之间的争用可以通过网络调度来避免。或者，开关700可用于选择任何这种信号中最强的信号用于向前传输，因为中心光能风车将在最强光束的控制下旋转。
140.图8a以侧视图示出了另一示例光开关800的一些部件。在图8b1、图8b2和图8b3中，开关800的不同组的部件在其三个可能的“接通”位置的每一个中通过其示意性平面图来示出。根据专用控制信号，光开关800不是像上面关于图3a到7d描述的光开关300，400，500，600和700那样自动选择要输出的多个输入之一，而是将单个输入引导到三个可能的输出之
一。
141.如图8a所示，光开关800的光能风车包括第一至第三叶片815、816和817，其被配置为围绕中心轴814旋转。光引导器813定位在轴上，在第一叶片815至第三叶片817所附接的高度上方。光能风车的三个可能的旋转位置(如图8b1至图8b3所示)由设置在光能风车下方的三个磁体885、886和887来设定。第一叶片815至第三叶片817和/或固定它们的辐条被磁性吸引到三个磁体885至887。
142.如图8b1至图8b3所示，控制激光器860被配置成通过照射光学控制端口830来照射第一叶片815至第三叶片817中处于与其最接近的位置的任一个的近面。控制信号由控制束(由虚线表示)承载。所有的第一叶片815至第三叶片817、控制激光器860和控制端口830位于相同的高度。第一叶片815至第三叶片817中的各个叶片具有设置成由控制激光器860照射的面(当光能风车处于适当的旋转位置时)和与其热绝缘的相反面。因此，当控制激光器860接通时，光能风车顺时针旋转。控制激光器860可以接通短暂的时间间隔以使光能风车顺时针旋转到其下一个位置(例如，从图8b1中所示的位置到图8b2中所示的位置)，或者接通两次短暂的时间间隔以使光能风车顺时针旋转到其另一个可能的位置(例如，从图8b1中所示的位置到图8b3中所示的位置)。间隔的持续时间可以通过校准方法建立。
143.在另一种设计中，可以省略磁体885至887，只要控制激光器定时被严格控制，以确保光能风车精确地旋转到正确的位置而不出现不足或过冲，并且开关被与可能使光能风车不对准的振动隔离。
144.光纤850被设置成用传输束(由虚线表示)照射光输入端口820。传输束继续入射到光引导器813上。所有的光纤850、输入端口820和光引导器813位于相同的高度。光引导器813被配置成与第一叶片815至第三叶片817一起旋转，并且在两面上至少部分地反射。其设置成根据光能风车的旋转位置将传输束引导到三个光输出端口826、827或828中的一个光输出端口。在图8b1中，当第一叶片815处于最接近控制端口830的位置时，传输束被引导到第一输出端口826。在图8b2中，光能风车相对于图8b1中的位置顺时针旋转了120
°
，使得第二叶片816处于最接近控制端口830的位置，传输束被引导到第二输出端口827。在图8b3中，光能风车相对于图8b2中的位置顺时针了旋转120
°
，使得第三叶片817处于最接近控制端口830的位置，传输束被引导到第三输出端口828。
145.这样，通过以适当的间隔接通控制激光器860，可以将从光纤850输入的光传输信号引导到第一输出端口826到第三输出端口828中的任一个。这可以例如根据计算机实现的调度方法来完成。
146.图8a、图8b1、图8b2和图8b3中所示的开关设计也可以相反地用于提供另选的多输入/单输出开关。在这种情况下，端口826、827和828将是输入端口，而端口820将是公共输出端口。
147.开关800的设计还可适于通过改变叶片815至817的数量和能够分别与它们对准的端口826至828的相应数量来将输入切换到任意数量的输出中的一个(或者如果如前段中所建议的那样颠倒的话，则将任意数量的输入切换到单个输出)。
148.图9a示出了包括处于“断开”位置的光能风车的另一示例光开关900的示意性平面图。图9b1和图9b2示出了处于其两个可能的“接通”位置中的各个位置的开关900的示意性平面图。下面提供开关900的各种部件的合适材料和尺寸的示例。类似的材料和尺寸可用于
上述图3a至图8b的开关300至800中的任一个的对应部件。
149.开关900在许多方面类似于图4a、图4b1和图4b2的开关400。开关900可以接收来自第一光纤951和第二光纤952的输入。这些例如可以是承载c波段(1530到1565nm)波长范围内的激光的光通信光纤。其包括密封壳体940和输出端口925。开关900包括光能风车，该光能风车包括第一叶片911、第二叶片912和光引导器913，第一叶片911被配置为能够在两面吸收控制信号，第二叶片912用作第一叶片911的配重，光引导器913位于第一叶片911和第二叶片912中间，并且被配置为在两面反射。第一叶片911和第二叶片912以及光引导器913都被配置成绕轴914旋转。当光能风车处于如图9a所示的关闭位置时，开关900在通过其输出端口925的中心和其光能风车轴914的平面中具有镜像对称性。所有这些部件都如上面针对图4a、图4b1和图4b2的开关400的相应部件所描述的那样设置。
150.然而，与图4a、图4b1和图4b2的开关400不同，在壳体940中没有单独的输入和控制端口。(减少壳体940中的端口的数量使得较容易在其中保持合适的压力以用于光能风车的操作。)相反，第一传输端口921和第二传输端口922分别从第一光纤951和第二光纤952接收第一源束和第二源束。然后，第一源束和第二源束分别入射到壳体940内的第一分束器961和第二分束器962上。这些将第一束和第二束分成相应的第一和第二传输束和第一和第二控制束。第一传输束和第二传输束继续居中地入射到光引导器913上。第一控制束和第二控制束经由壳体940内的相应的第一反射镜971和第二反射镜972导引，以入射到第一叶片911的相应的近面上。
151.分别被第一控制束和第二控制束冲击的第一叶片911的两个表面被配置成吸收由这些相应光束承载的电磁辐射中的至少一些。这些表面彼此热绝缘，使得从阴影侧到照射侧出现温度梯度。这两个表面之间的热绝缘可以例如由一层或更多层陶瓷、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)塑料、玻璃或石墨提供。光能风车效应因此导致光能风车旋转，使得被照射的叶片从入射到其上的控制束后退。光能风车的旋转由相应的第一和第二阻挡件981、982停止，使得光能风车分别如图9b1和图9b2所示定位，分别为如图9a所示的其关闭位置的顺时针和逆时针45
°
。
152.第一传输束和第二传输束入射的光引导器913的表面都是至少部分反射性的。因此，如图9b1和图9b2分别所示，光引导器913将第一传输束和第二传输束引导到垂直于两个传输端口921和922的输出端口925。
153.这样，当光传输信号经由第一光纤951和第二光纤952之一输入到开关900时，开关自动地将该信号切换到输出端口925用于向前传输。
154.来自第一光纤951和第二光纤952的信号之间的争用可以通过网络调度来避免。或者，开关900可用于选择两个这样的信号中较强的信号用于向前传输，因为光能风车将在较强光束的控制下旋转。
155.图9c三维地示出图9a、图9b1和图9b2的开关900的壳体940内的部件。第二阻挡件982可以被看作前景中的柱。在图9c的视图中，第一阻挡件981位于轴914的后面。第一阻挡件981形成用于轴914顶端的支撑件，使得光能风车可以在该支撑件和开关900的基座之间自由旋转。叶片911和叶片912例如可以是大约1mm厚和4mm长。承载叶片911和叶片912的辐条可以例如从轴到叶片的端部大约10mm长。光引导器913例如可以是双面镜，该双面镜由两面都涂有反射金属如铝\银或金的玻璃制成，或者是电介质膜。
156.图9d三维地示出图9a至图9c的开关900的壳体940。第一传输端口921在前景中是可见的。在壳体940的顶部中的孔941也是可见的。孔941配置成用于连接真空装置，使得壳体940内的空气可以保持在用于光能风车的操作的适当低压，例如在300mtor和600mtor之间。壳体940例如可以是平面图中大约40平方毫米和大约25毫米高。例如，传输端口921、922和925中的一个或更多个传输端口可以是凹入的，以实现壳体940与联接于传输端口921、922和925中的各个传输端口的相应光纤之间的紧密过盈配合。(为了清楚起见，这未在图9a、图9b1和图9b2中所示的示意图中示出。)传输端口921、922和925因此可以各自被密封到壳体940中的阶梯状轮廓孔口的内部部分中，例如具有约3mm的内径和约4.6mm的外径。壳体940可以例如由塑料、金属或其他不可渗透的固体制成。
157.整个开关组件900例如可以具有大约15g的质量。
158.在上述所有示例开关中，各个光能风车的至少一个叶片的至少一个面的至少一个区域被配置成具有入射到其上的光，并且吸收来自该光的能量，使得该至少一个区域相对于该叶片的相反面的相反区域加热。吸收区域可以例如涂覆有石墨、黑色铝箔、阳极氧化铝或石印黑。如果相反区域彼此热绝缘并且吸收区域比相反区域被较大程度地照射，则不需要在它们的光吸收率方面存在任何不对称性。(光吸收率被定义为吸收功率与入射辐射功率的比率。)例如，在上述的示例性开关400、700和900中由控制束冲击的叶片的两面是对称的。由于仅叶片的一面被照射，光能风车效果仍然出现。(照射光是相对于叶片的尺寸足够窄的激光束，以叶片的一面为目标增强了效果。)然而，在上述的另一示例开关中，可以通过提供具有比相反区域高的光吸收率的吸收区域来增强光能风车效果。例如，相反区域可以覆盖有诸如银的反射金属或电介质材料。另选地或附加地，利用以上关于图2描述的原理，吸收区域可以被成形为使得其比相反区域接收的辐射通量大。
159.除了单输入/多输出开关800之外，在上述所有示例开关中，控制束和传输束是从公共源束得到的。然而，也可以在多输入/单输出开关中使用专用控制束。在使用公共源束的情况下，开关可用于从多个输入自动选择最强的信号以输出，如上所述。例如，如果主光纤发生故障，则该功能可用于自动切换到备用光纤中，该备用光纤承载通常由主光纤承载的信号的低功率版本。
160.在上述所有示例性开关中，光引导器设置成与光能风车一起旋转。然而，可以设想其它设置，其中光能风车的运动导致光引导器以某种其它方式重定向传输束。例如，可以使用凸轮装置来将光能风车的旋转运动转换为光引导器的直线运动。
161.在示例性开关300、400、500、600、700和900中，光能风车的运动受到针对各个光能风车叶片(和/或承载叶片的辐条)设置以抵靠的缓冲器/防撞器/支托元件形式的阻挡件的限制，但是向上。另选地，可以为多个叶片提供单个阻挡件，例如使得在双叶片示例中，光能风车在其两个位置之间旋转几乎整圈。
162.也可以使用其他形式的阻挡件；任何防止或阻止沿一个方向旋转超过某一位置，同时允许(一些)反向旋转离开该位置的元件都是合适的。例如，除了如图8a所示的磁性阻挡件之外，还可以设想其它类型的机械阻挡件，例如卡子。
163.在上述所有示例开关中，光引导器包括反射镜。这种反射镜可以由至少部分反射性的表面提供。其它光学元件，例如棱镜，也可用于引导传输束。如果光引导器需要能够吸收一些光，例如在上述示例性开关500和开关600中，其表面可以例如通过在光吸收表面(例
如涂覆有如上所述的光吸收材料的表面)上层叠薄电介质而被制成为部分反射性的。
164.在上述所有示例性多输入/单输出开关中，除了开关500和开关600之外，光引导器设置成反射基本上入射在光能风车的旋转轴上的光。这导致光沿着基本上相同的线入射到输出端口上，而与输入端口中其所源自的一个输入端口无关，从而可以针对所有输入优化联接到输出光纤的注入效率，即使在该输出光纤仅具有小的接收角的情况下。
165.在示例性开关800中，使用磁体将光能风车偏置到传输束可从输入端传送到输出端的位置。磁体或其它形式的偏置元件可以为此目的用于开关中，例如开关800，上述其它示例性开关300至700或900或根据本公开的任何其它开关。例如，可以提供弹簧或弹性构件，其通过光能风车的旋转而扭转或压缩(例如，光能风车的轴本身可以是弹性的)。另选地，可以使用一个或更多个偏置元件来朝向关闭位置偏置光能风车。这可以增加开关速度和/或减少控制束所需的能量。包括偏置元件可以降低光能风车在除了光能风车效应之外的任何影响下旋转的风险，例如响应于外部振动。这是因为相比于其加速度仅受其自身惯性限制的光能风车，偏置元件增加了启动光能风车旋转所需的阈值辐射通量。偏置元件可以是可调节的以允许校准。例如，弹性构件的张力可以通过将其从卷轴上卷绕或展开来调节。可以通过移动磁体，例如通过将磁体进一步拧入或拧出螺母，来调节光能风车叶片与磁体(光能风车可以相对于其旋转)的之间的磁吸引力的强度。
166.在根据本公开的开关中使用的光传输(输入/输出)和控制端口可以用于将光从光纤联接于光纤。端口可以可选地包括透镜以适当地会聚或发散该光。
167.考虑到说明书和本文公开的实施方案的实践，其它实施方案对于本领域技术人员将是显而易见的。说明书和实施方式仅是示例性的。
168.本文所述的方法可被编码为包含在计算机可读介质中的可执行指令，所述计算机可读介质包括但不限于非暂时性计算机可读存储，存储设备和/或存储设备。当由处理器(或一个或更多个计算机、处理器和/或其它设备)执行这些指令时，这些指令使处理器(一个或更多个计算机、处理器和/或其它设备)执行本文所述方法的至少一部分。非暂时性计算机可读存储介质包括但不限于易失性存储器、非易失性存储器、磁和光存储设备，诸如磁盘驱动器、磁带、质密盘(cd)、数字多功能盘(dvd)或能够存储代码和/或数据的其他介质。
169.在本文中提及处理器的情况下，应理解为是指可操作地彼此连接的单个处理器或多个处理器。类似地，在本文中提及存储器的情况下，应理解为是指可操作地彼此连接的单个存储器或多个存储器。
170.所述方法和处理还可以部分地或完全地在硬件模块或装置或固件中实现，使得当硬件模块或装置被激活时，其执行相关联的方法和处理。可使用代码、数据和硬件模块或装置的组合来实施所述方法和处理。
171.可适用于本文所述的实施方式的处理系统，环境和/或配置的示例包括但不限于嵌入式计算机设备、个人计算机、服务器计算机(专用或云(虚拟)服务器)、手持式或膝上型设备、多处理器系统，基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品移动电话、网络个人计算机(pc)、小型计算机、大型计算机，包括上述系统或设备中的任一个的分布式计算环境等。本公开中描述的硬件模块或装置包括但不限于专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、专用或共享处理器和/或其它硬件模块或装置。