专利名称：自对准光机械交叉开关的利记博彩app
技术领域：
本发明关于交叉开关，具体而言，本发明关于光交叉开关。
背景技术：
交叉开关是一种用于将任一第一多个信号端口与任一第二多个信号端口相连接的开关。通常，第一和第二多个信号端口中的信号端口是双向的并且交叉开关内的任何端口均能用来接收和发送信号。该交叉开关的操作方式如同路由器，它将在第一或第二多个端口的任一端口上接收的一信号发送到第二或第一多个端口中的一需发送该信号的端口。
举例而言，交叉开关通常在通信网络(例如LANs和WANs)中用于路由信号并在并行数据处理系统中的处理器之间路由数据信号。在许多情况中，从一输入端口路由至一适当输出端口的信号是光信号并且路由是由光交叉开关完成的。2000年9月，一标题为“基于微镜像阵列的远距离光通信用智能型交叉开关”(Intelligent Crossbar Switch forOptical Telecommunications based on Micro-mirror Array)的论文对一光交叉开关进行了说明。该论文可在URL“www.ece.wpi.edu/～leblebic/switch/”上获得。
颁于Stace等人的美国专利第5,793,520号介绍了一种可将一光图象从一输入光纤阵列传送到一输出光纤阵列的光交叉开关。该开关使用小透镜阵列和一空间调光器来完成光信号从输入光纤到输出光纤的转换。
颁于H.Laor的美国专利第5,524,153号介绍了一种包含第一和第二光纤阵列的交叉开关。第一阵列的任一光纤能与第二阵列的任一光纤光学对准，其方法是通过弯曲光纤来改变每一光纤端的指向，从而使它们的端面互相光学对准。使一光纤的末端指向期望方向的光纤弯曲是由两个压电折弯器实现的，它们绕两个正交轴在末端附近弯曲光纤。两条光纤的末端响应光学对准信号的强度来进行光学对准，该光学对准信号是由位于与每一光纤末端相关的已知位置的辐射发射装置产生的。
发明概要本发明的一些实施例的一个方面涉及提供一种改良的光交叉开关，在该光交叉开关内，可通过与交叉开关相藕联的第一或第二多个光纤中的任一光纤接收一光信号。而后，交叉开关将该信号路由至第二或第一多个光纤中的任一期望的光纤并通过该期望的光纤将该信号发送出去。
本发明一些实施例的一个方面涉及平移至少一个“接收”和“发送”光纤以将一光信号从一光纤传送到另一光纤。
第一和第二多个光纤中的每一光纤均终止于一位于交叉开关内的光端，下文中称其为“转换端”。交叉开关接收的一光信号从一接受该信号的光纤交换到一拟从交叉开关发送该信号的光纤，其方法是平移至少一个“接收”和“发送”光纤使它们各自的转换端面相互光学对准。信号离开接收光纤的转换端并入射到发送光纤的转换端，从而进入发送光纤并从交叉开关发送出去。
依据本发明的一个实施例，一交叉开关包含用于第一和第二多个光纤的每一光纤的不同的传送器，其上安装有光纤的转换端。该些传送器可控制地平移光纤的转换端，以使第一多个光纤的任一光纤的转换端与第二多个光纤的任一光纤的转换端光学对准。较佳的情况是，第二多个光纤的每一光纤都以相同方式安装在一个传送器上，该传送器可控制地平移该光纤使该光纤的转换端面光学对准第二多个光纤的任一转换端面。
在本发明的一些实施例中，当光纤的转换端面互相光学对准时，至少一个转换端向另一转换端移动以减小它们之间的距离。在本发明的一些实施例中，一个或两个转换端向另一转换端移动以致于转换端基本上相接。
本发明的一些实施例的一个方面涉及提供一自对准交叉开关，以在转换光信号的光纤转换端之间提供最佳对准。依据本发明的一实施例，一交叉开关包含一控制器，该控制器控制传送器的动作以使第一光纤(即第一多个光纤中的光纤)对准第二光纤(即第二多个光纤中的光纤)。较佳的情况是，每一传送器包含一位置传感器，该位置传感器产生表示传送器沿其导轨的对应位置的坐标信号。控制器响应坐标信号控制传送器的动作和位置。
较佳的情况是，该控制器包含一存储器并且该存储器内存储有每对第一和第二光纤的坐标(后文中称为“对准坐标”)，以供它们各自的传送器使用该坐标对准光纤。为对准一对光纤，控制器将它们的传送器定位在对应于该对光纤的对准坐标上。
依据本发明一些实施例的一个方面，当传送器定位在对准坐标上以对准两光纤时，控制器可优化该位置以使两个光纤之一发出的光最大部分地被另一光纤收集。在本发明某些实施例中，如果一个传送器的一最佳位置与存储在存储器中的对应对准位置不同，则对准位置根据该最佳位置进行更新。
在本发明的一些实施例中，控制器可控制对准光纤的位置，以使收集的光能部分等于期望部分，该部分小于最大值。因此，控制器的功能是衰减在对准光纤之间转换的信号。
应注意，包含在光学设备内的光学元件(例如光学开关)的对准通常是一昂贵和劳动密集型的工作。然而，对于依据本发明实施例的交叉开关而言，其减少了对准问题而且可以放宽装配公差。只要任一对第一和第二光纤的传送器能够沿它们各自的导轨或导槽定位使它们的转换端光学对准，该对光纤的对准坐标就保存了下来并且控制器能找到并优化该些对准坐标。
在本发明的一些实施例中，传送器和导轨是“宏观的”并且其尺寸可以方便地用毫米测量。在本发明的一些实施例中，交叉开关是“微纵横”开关，其包含可方便地用微米测量的传送器、导轨和其它组件。依据本发明的一实施例，微交叉开关的组件使用微加工技术加工和组装。
因此，依据本发明的一实施例，本发明提供一包含下列组件的光交叉开关一第一多个具有光端的第一光纤，其每一个光端安装在一不同的第一可移动元件上；一第二多个具有光端的第二光纤，其每一个光端安装在一不同的第二可移动元件上；及至少一个电动机，其可控制地平移每一第一可移动元件和每一第二可移动元件，以对准任一第一光纤的光端与任一第二光纤的光端，使其相互邻近并互相面对。
视情况，上述至少一个电动机可控制相对于任一第二光纤光端的任一第一光纤光端从该第一光纤光端不邻近该第二光纤光端的位置移动到两个光纤的光端相互邻近的位置。
视情况，当对准一第一光纤的光端邻近并对准一第二光纤的光端时，上述至少一个电动机可控制至少光端之一朝向并远离另一光端平移。
在本发明的一些实施例中，至少一个电动机可控制地平移至少第一和第二对准光纤的光端之一，以使该些光端基本上相互接触。
在本发明的一些实施例中，光交叉开关包含一控制至少一个电动机的控制器。
在本发明的一些实施例中，光交叉开关包含一用于每一可移动元件的位置传感器，该位置传感器产生表示对应于可移动元件位置的坐标信号并将该信号发送给控制器。视情况，控制器响应坐标信号来控制可移动元件的位置。
在本发明的一些实施例中，光交叉开关包含一存储器。视需要，对于每对第一和第二光纤，该存储器存储着分别连接上述光纤的第一和第二可移动元件的位置坐标，该位置坐标定义可移动元件的位置，由此第一和第二光纤可实质上对准。视需要，为使一特定第一光纤对准一特定第二光纤，控制器将安装有该特定光纤的可移动元件按照存储在存储器中的坐标定位在所需位置，以使该两个特定光纤实质上对准。
在本发明的一些实施例中，光交叉开关包含一与每一第一光纤相连的光传感器，该光传感器响应光纤中的光强度向控制器发送信号。视需要，控制器响应从光传感器接收的信号控制安装有第一光纤的第一可移动元件的位置。
在本发明的一些实施例中，光交叉开关包含一与每一第二光纤相连的光传感器，该光传感器响应光纤中的光强度向控制器发送信号。视需要，控制器响应从光传感器接收的信号控制安装有第二光纤的第二可移动元件的位置。
在本发明的一些实施例中，当控制器将一特定第一光纤与一特定第二光纤对准时，控制器响应来自附装在至少一特定光纤上的光传感器的信号控制至少一特定光纤的可移动元件的移动来优化至少一可移动元件的位置，以使发自一光纤并被另一光纤收集的那部分光最大化。
视需要，如果一附装有一特定光纤的可移动元件的一最佳位置坐标与一可使特定光纤对准的存储坐标的偏差大于一预定量，控制器依据最佳位置坐标调整存储坐标。视需要，控制器用最佳位置坐标替换存储坐标。
在本发明的一些实施例中，当控制器将一特定第一光纤与一特定第二光纤对准时，控制器使用来自附装在至少一特定光纤上的光传感器的信号来确定附装有特定光纤的至少一个可移动元件的位置，以使另一光纤收集到一光纤发出的小于一可能最大值的一所需光部分。
在本发明的一些实施例中，每一第一可移动元件安装在第一导轨的第一阵列内的一导轨上且第一可移动元件沿该导轨移动。
在本发明的一些实施例中，每一第二可移动元件安装在第二导轨的第二阵列内的一导轨上且第二可移动元件沿该导轨移动。视需要，第一导轨是直线的。视需要，第一导轨阵列是平面的且第一导轨是平行的。视需要，第二导轨是直线的。视需要，第二导轨阵列是平面的且第二导轨是平行的。
在本发明的一些实施例中，第一和第二导轨阵列的平面是平行的并且第一和第二光纤的光端分别面对着第二和第一导轨阵列。视需要，第一和第二光纤分别安装在它们各自的可移动元件上，以使光信号离开光纤光端后的传播方向大体上平行。视需要，第一导轨可与相应的第二导轨成一角度，以使第一导轨阵列的任一导轨向第二导轨阵列平面的投射法线可遮蔽第二导轨阵列的每一导轨。
在本发明的一些实施例中，第一导轨阵列的每一导轨位于一相同的柱面上并且该导轨平行于该柱面的旋转轴。视需要，每一第二导轨都是一环形物，其旋转轴与柱面旋转轴重合。视需要，所有的环形物均具有相同的尺寸。
在本发明的一些实施例中，所述至少一个电动机包含一电动机，其安装在每一可移动元件上并且该电动机在可移动元件与它的导轨之间施力以使该可移动元件沿导轨移动。视需要，该至少一个电动机包含一压电电动机。
在本发明的一些实施例中，每一第一可移动元件包含一安装在形成于第一表面的凹槽中的滑动器，该滑动器沿凹槽移动。视需要，每一第二可移动元件包含一安装在形成于第二表面的凹槽中的滑动器，该滑动器沿凹槽移动。视需要，第一和第二表面是平面平行表面。视需要，第一和第二表面内的凹槽是直线的。视需要，同一表面内的凹槽是平行的且第一表面内的凹槽与相应的第二表面内的凹槽成一角度，以使任一第一平面的凹槽到第二平面的一投射法线可遮蔽第二表面的每一凹槽。视需要，第一平面的凹槽垂直于第二平面的凹槽。
在本发明的一些实施例中，光交叉开关包含一线性齿轮，该线性齿轮位于每一凹槽附近并平行于该凹槽。视需要，所述至少一个电动机包含一电动机，该电动机安装在每一滑动器上，该电动机具有一齿轮与上述线性齿轮啮合，以使电动机转动齿轮时，滑动器可沿凹槽移动。
在本发明的一些实施例中，该滑动器包含一薄矩形板，该板有长和短的边以及两个平面表面。视需要，所述至少一个电动机包含一与矩形板长边表面相连的压电电动机。
在本发明的一些实施例中，光纤的光端被透镜化。
在本发明的一些实施例中，光交叉开关中每对包含第一光纤和第二光纤的光纤包括一透镜，该透镜位于光纤光端之间，在该位置处该光纤的光端面相互对准。
在本发明的一些实施例中，使用微机械加工技术加工所述至少一个电动机和第一和第二可移动元件。
依据本发明的一实施例，本发明进一步提供一包含下列组件的光交叉开关一第一多个具有光端的第一光纤，该光纤的每一光端安装在一不同的第一微加工可移动元件上；一第二多个具有光端的第二光纤，该光纤的每一光端安装在一不同的第二微加工可移动元件上；至少一个微机加工的电动机，其可控制地平移每一第一可移动元件和每一第二可移动元件，以使任一第一光纤的光端接近并端面对准任一第二光纤的光端。
视需要，所述至少一个电动机的一最大尺寸小于300微米。视需要，第一可移动元件和第二可移动元件的尺寸(垂直于其移动方向)小于300微米。
下面参考附图给出了有关本发明实施例的说明。在附图中，在多个附图中出现的相同的结构、元件或部件，在它们出现的所有附图中，皆用相同的参考编号表示。附图所示组件的尺寸和特征的选择仅为表述方便和清晰，并不一定按比例尺展示。下面列出附图。
图1示意性展示了依据本发明一实施例的一交叉开关；图2示意性展示了图1所示交叉开关的细节；
图3示意性展示了依据本发明一实施例的一交叉开关，该交叉开关包含一小透镜阵列；图4示意性展示了依据本发明一实施例的一光纤，其安装在一传送器上，以使该光纤的转换端可移动；图5示意性展示了依据本发明一实施例的另一交叉开关；图6示意性展示了依据本发明一实施例的一适合用微机械加工工艺加工的交叉开关；及图7示意性展示了依据本发明一实施例的另一适合用微机械加工工艺加工的交叉开关。
具体实施例方式
图1示意性展示了依据本发明一实施例的一光交叉开关20。就该例而言，交叉开关包含第一多个(三个)光纤22(后文称为“顶部光纤”22)，和第二多个(四个)光纤24(后文称为“底部光纤”24)。因此，交叉开关20是一个“3×4”交叉开关，该交叉开关配置用于使任一3个顶部光纤22与任一4个底部光纤24光学连接并将一光信号从光学连接的一光纤传输到另一光纤。顶部光纤22分别用字母数字TF1到TF3加以区别，底部光纤24分别用字母数字BF1-BF4加以区别。
为表述便利起见，交叉开关20的组件和元件的位置和方位参照相关的坐标系26。为避免混乱，仅交叉开关20的某些相同特征标有参考编号。
视需要，每一顶部光纤22均安装在“顶部”传送器30的一前面板32上，该“顶部”传送器30安装在“顶部”导轨34上。顶部导轨34视需要平行于坐标系26的x轴并且，举例而言，顶部导轨34是共面的且具有一矩形截面。顶部导轨34的平面平行于xy平面。每一光纤22均安装在它们各自的顶部传送器30上，以使末端38(即一光纤的光转换端38)附近的光纤段36平行于z轴并且转换端朝向z轴负方向。由此，离开光纤22的转换端38的光信号基本上仅朝z轴负方向传播。
传送器30和交叉开关20的其它元件的细节和特征可在图2所示交叉开关20的一区域放大图中更容易看清楚。图2所示交叉开关20的一区域是安装有光纤TF1的传送器30的附近区域了。
参照图2，视需要，一压电电动机40安装在每一传送器30的后面板42上。在本发明的一些实施例中，压电电动机40为颁予Zumeris等人的美国专利第5,616,980号，或标题为“多层压电电动机”的PCT申请案PCT/IL99/00288和PCT/IL99/00576中所说明的类型，上述专利所揭示的内容以引用的方式并入本文中。
压电电动机40包含一薄矩形的压电振动器44，该压电振动器具有两个表面46(图中仅展示了其中一面)并且，视需要，一摩擦块48安装在振动器的一短边47上。压电电动机40采用该领域众所周知的技术安装在后面板42上，举例而言，其如图中所示由四个柄脚50(图中只展示了三个)固定。柄脚50压住压电电动机40的长边表面52，较佳在沿电动机边缘表面的结点区域内。一合适的弹簧54或其它的弹力源联接在压电电动机40的一短边表面56与后面板42中伸出的凸端58之间。弹簧54施加弹力将电动机40推向导轨34，以使摩擦块48压在导轨34的一边缘表面60上。
振动器44在一表面46上具有四个象限电极62，而在另一表面46上具有一单独的大电极(未展示)。一控制器64给象限电极62通电，以在摩擦块48内产生适当的振动，使传送器36沿它的导轨34选择性地向x轴正方向或x轴负方向移动。给象限电极62通电以在摩擦块48内产生所需振动的方法和电气配置在上述的美国专利第5,616,980号和PCT申请案PCT/IL99/00288和PCT/IL99/00576中进行了说明。
一位置检测装置70(例如一光、磁或电容性位置传感器)较佳安装在每一顶部传送器30上并将响应传送器沿导轨34的位置坐标信号发送给控制器64。在图1和图2中，所示位置检测装置70为一光学位置传感装置，该光学位置传感装置产生响应导轨34上基准标记的坐标位置信号。控制器64使用该坐标信号来控制顶部传送器30的移动和位置。
再参照图1，视需要，底部光纤24以类似方式安装在“底部”传送器76上，该传送器由压电电动机40驱动沿平行(视情况)共面“底部”导轨78前后移动。因此，与平行于x轴的顶部导轨34不同，底部导轨78较佳地平行于y轴并且传送器76沿导轨78向y轴正方向或y轴负方向选择性移动。另外，底部光纤24的光转换端38朝向z轴正方向且离开底部光纤24的转换端38的光信号基本上沿z轴正方向传播。如同顶部传送器30安装到顶部导轨34上，底部传送器76安装到底导轨78上，且由控制器64控制其移动。
每一顶部导轨34的长度和位置须使导轨在z轴负方向上的投影遮蔽所有的底部导轨78。而且，每一底部导轨78在z轴正方向上的投影也遮蔽所有顶部导轨34。总之，控制器64能控制任一特定顶部传送器30和任一特定底部传送器76的位置，因此，光纤各自的光转换端38能相互对准。当已对准时，一离开对准光纤的一转换端38的光信号入射到另一光纤的转换端并进入另一光纤。在图1和图2中，顶部光纤TF1与底部光纤BF1对准。
较佳的情况是，控制器64包含一存储器，其存储有每对顶部光纤和底部光纤TFi和BFi的传送器30和76沿各自导轨34和78的对准光纤用位置“对准”坐标。(“TFi”和“BFj”中的字母i和j表示顶部光纤22和底部光纤24中特定光纤的指定编号)。为对准一特定顶部光纤TFi和一特定底部光纤BFi，控制器将它们的传送器30和76移动到存储器中存储的合适对准坐标处。
依据本发明的一些实施例，当控制器64通过将它们的传送器定位在合适的校直坐标来对准两光纤TFi和BFj时，控制器优化传送器的位置以使一光纤发出的最大部分的光被另一光纤收集。
在本发明的一些实施例中，为优化对准位置，一光传感器65采用该领域内众所周知的方法连接在每一光纤TFi、BFi上，以使该光传感器感应进入或离开光纤转换端38的光强度。例如，光传感器65可感应通过光纤包层的光泄漏率。光传感器65响应其感应到的光而产生的信号发送到控制器64。当控制器64将一顶部光纤TFi与一底部光纤BFi对准时，控制器使用来自它们各自光传感器65的信号来确定多大部分离开一光纤的光被另一光纤收集。控制器64可调整光纤TFi和BFi的传送器30和76的位置来最大化收集的光部分。
在本发明的一些实施例中，如果一传送器30或76的一最佳化位置坐标与一存储器中存储的对应对准坐标的偏差大于一预定量，控制器更新对准坐标。在本发明的一些实施例中，上述更新通过用最佳位置坐标替换存储坐标来完成。
在本发明的一些实施例中，在信号传输期间，控制器64响应来自它们各自光传感器65的信号连续调整已对准光纤T列和BFi的传送器30和76的位置，以保持光纤间的最佳信号传输。
在本发明的一些实施例中，光纤22和24的段36以固定位置安装在它们各自的传送器上。光纤22和24的转换端38的位置须具有下列效果当控制器64将一顶部光纤22对准其对应的底部光纤24时，它们各自的转换端视需要隔开一距离，且该距离小于光纤芯的直径。较佳的情况是，该间隔距离小于2微米。更佳的情况是，该间隔距离小于1.5微米。最佳的情况是，该间隔距离小于1微米。
在本发明的一些实施例中，每一光纤的转换端38均安装有一准直透镜(图中未展示)。就此类实施例而言，若间隔距离大于上述间隔距离，其能够在转换端已对准的两光纤之间获得有效的信号转换。对于“被透镜化”的光纤，间隔距离较佳小于3微米。
在本发明的一些实施例中，一小透镜用来将离开一对已对准的顶部和底部光纤之一的光聚焦在该对光纤的另一转换端上。
图3示意性展示了依据本发明一实施例的一交叉开关100，其中小透镜用来在已对准的光纤对之间传输光。交叉开关100与图1和图2中所示交叉开关20相似并且，与交叉开关20相同，其包含顶部和底部光纤22和24，其分别安装在沿顶部和底部导轨34和78移动的传送器30和76上。然而，交叉开关100另外包含，一包含N行和M列小透镜104的平面阵列102，其中N表示交叉开关100中顶部光纤22的数量，M表示交叉开关100中底部光纤24的数量。小透镜阵列102平面是平行于并位于顶部导轨34和底部导轨78之间，即该平面平行于xy平面并位于顶部导轨和底部导轨之间。阵列102中的小透镜104行平行于顶部导轨34(即平行于x轴)，而小透镜104列平行于底部导轨78(即平行于y轴)。每一行小透镜104基本上位于顶部导轨34的正下方并且每一列小透镜104基本上位于底部导轨34的正上方。
在图3中，为展示小透镜104，切开了顶部导轨34的某些部分。作为实例，图中所示交叉开关100具有三个顶部光纤22和四个底部光纤24。假设位于小透镜阵列102中第i行和第j列的小透镜表示为Lij。为将一特定顶部光纤TFi与一特定底部光纤BFj对准，控制器64使用小透镜Lij对准该顶部和底部光纤。
依据本发明的实施例，在某些交叉开关中，顶部光纤22和/或底部光纤24安装在它们的传送器上，以使它们的转换端38可在垂直于它们的导轨平面的方向上前后移动。当一“可移动”光纤22或24正沿它的导轨移动或没有用于传输一信号时，较佳移动该光纤，朝它的导轨平面“缩回”它的转换端。当一顶部光纤22已与一底部光纤24对准时，它们的转换端之间的距离减小，或者通过移动光纤之一或两者相向移动使转换端基本上互相接触。
依据本发明的一实施例，图4示意性展示了一传送器120，其中具有一转换端38的一顶部光纤22安装在该传送器上以使转换端可移动。传送器120安装在一顶部导轨122上(图中仅展示了它的一部分)。导轨122平行于坐标系124的x轴，而导轨122所属的一顶部导轨阵列的平面平行于坐标系124的xy平面。
在本发明的一些实施例中，光纤22的光转换端38附近的一区域包含在一刚性套筒126内。视需要，套筒126可通过两个托架130联接在传送器120的前面板128上，托架130仅允许套筒126垂直于顶部导轨的平面移动，即平行于坐标系124的z轴。
视需要，光纤22的转换端38的移动和定位可通过一个同样安装在前面板128上的压电电动机132来完成。举例而言，压电电动机132可类似于压电电动机40，但通常小于压电电动机40。视需要，压电电动机132由柄脚134固定就位并被一弹簧元件136推向套筒126，该弹簧元件136位于电动机与一合适的托架139的凸端138之间，以使电动机的摩擦块140压在套筒126上。当压电电动机132被适当激励时，摩擦块140内产生的振动移动套筒126并因此平行于x轴选择性地上下移动光转换端。较佳的情况是，套筒126由强抗磨损材料制成，例如钢、氧化铝或高强度塑料。
应注意，除了压电电动机外，还可使用一电动机和/或执行机构使光纤22的转换端38沿z轴方向移动。例如，光纤22可联接至用一存储器形状的合金制成的执行机构；当受热时，该执行机构改变形状并使转换端38沿z轴方向从第一位置移动到第二位置。当冷却后，该执行机构恢复到未受热时的形状并使转换端38沿z轴方向从第二位置移回第一位置。举例而言，可使用一合适的电流或来自一压电电动机40的传热使该合金受热。
尽管图1-4中所示为由压电电动机驱动传送器沿它们各自的导轨移动，也可使用其他类型的电动机和各种连接该些电动机与导轨的方法移动传送器。例如，每一导轨可以沿其边缘制成轮齿，并且可使用一与该轮齿啮合的旋转电动机驱动该齿轮以沿导轨移动该传送器。
图5展示了依据本发明一实施例的另一交叉开关150的简化示意图。
交叉开关150包含一第一多个光纤152，其中每一光纤均安装在传送器154上，该传送器沿环形导轨156顺时针或逆时针移动。导轨156有一公共旋转轴158且每一光纤152均固定在它的传送器154上以使该光纤的一转换端160径向指向偏离旋转轴158。第二多个光纤162的每一光纤162均安装在传送器164上，该传送器沿直线导轨166前后移动。直线导轨166平行于旋转轴158且每一光纤162具有一径向面对旋转轴158的转换端168。传送器154和164移动由一控制器(图中未展示)控制。举例而言，交叉开关150包含三个“环形安装的”光纤152和八个“直线安装的”光纤162。
通过将光纤的传送器164和/或154移动到它们导轨166和156上的合适位置，该控制器能将安装在直线导轨166上的任一光纤162的转换端168与相应安装在环形导轨156上的任一光纤152的转换端160对准。
图6示意性展示了一适合采用所述技术领域众所周知的微加工工艺(例如，MEMS加工工艺)生产的交叉开关。标题为“微加工基础”(Fundamentals of Microfabrication)的书中说明和举例说明了微加工技术，该书由Marc Madou撰写，由CRC Press Boca Raton FLA出版社于1997年出版，该书揭示的内容以引用的方式并入本文中。
作为3×3交叉开关的实例，交叉开关200包含三个顶部光纤202和三个底部光纤206。顶部光纤202安装在一顶部光纤定位装置204上，底部光纤206同样地安装在一底部光纤定位装置208上。视需要，顶部和底部定位装置204和208是相同的。在图6中，顶部定位装置204为俯视，而底部定位装置208为仰视。光纤定位装置204和208的结构和特征将主要参照顶部光纤定位装置204进行论述。所论述的光纤定位装置204和208的结构和特征展示在底部定位装置208的图中而没有展示在顶部定位装置204的图中，因此将参照底部定位装置208予以说明。
顶部定位装置204包含一导板210，其由一合适的衬底材料制成的导槽212构成。(底部定位装置208的导板216的对应导槽214较佳垂直于顶部定位装置204的导板210的导槽212。)一邻近并平行于每一导槽212形成在导板210上的线性齿轮220沿该导槽延伸过大部分导槽长度。然而，导槽212长于线性齿轮220并且接近该导槽一端224的导板210的一区域222未沿该线性齿轮部分延伸。
一滑动传送器230(后文称为“传送滑动器230”)安装在每一导槽212内。每一传送滑动器230可沿它的导槽212前后移动，并包含一龙骨232，该龙骨嵌入导槽。一位于龙骨232末端的基座234可防止滑动器230滑出导槽212。在底部光纤定位装置208的图中展示了龙骨232和基座234。
一顶部光纤236附装在每一滑动器230上，以使光纤穿过滑动器的导槽212并使光纤的转换端(图中未展示)朝向底部光纤定位装置208的导板216。
一旋转微机械“MEMS”电动机240装在每一滑动器230的顶端，且一与电动机的转子(图中未展示)相联接的齿轮242微机加工在电动机的顶部。该技术领域内有不同类型的众所周知的微机械旋转电动机，该些电动机均可用于实施本发明。例如，电动机240可以是一与美国专利第5,965,968号中说明的同类型的压电旋转电动机，该专利揭示的内容以引用的方式并入本文。齿轮242在安装有滑动器230的凹槽212的侧面与线性齿轮220啮合。电动机240控制齿轮242按顺时针或逆时针方向旋转，并因此使滑动器230沿导槽212前后移动。电动机240的电源和控制线244较佳平行于导槽212装在导板230上。电源和控制线的接触通过合适的安装在滑动器230内的滑动触点(图中未展示)来实现。每一电动机的电源和控制线244与一控制器246相连。控制器246通过控制和电源线244控制电动机240使滑动器230沿其导槽212移动和定位，并以此定位附装在滑动器上的顶部光纤202，使顶部光纤能与任一期望的底部光纤206对准。
传送滑动器230、旋转电动机240和齿轮242均在每一导槽212附近的区域222内微机加工而成，在该区域内没有线性齿轮部分。滑动器230、旋转电动机240和齿轮242制作完毕后，将滑动器推向线性齿轮220以使齿轮242和线性齿轮220啮合。此后，电动机240控制滑动器230的移动。在一有微机加工线性齿轮220以外的一区域微机加工滑动器230、电动机240和齿轮242可有助于提高效率和简化其制作。
举例而言，假定微机加工电动机240的半径约为100微米，线性齿轮的厚度约为40微米，导槽212的中心间距约为150微米。依据本发明一实施例，一个能够把任一1000个输入传输到任一1000个输出的交叉开关平行于导槽212的尺寸约为15厘米。
应注意，依据本发明的一实施例，尽管展示的微机械交叉开关200使用了旋转电动机移动和定位光纤，其他类型的电动机也能用于在交叉开关内移动和定位光纤。例如，类似于图6所示滑动器230的滑动器可由直线MEMS电动机移动。直线电动机的说明可在2000年11月版的URL站点“http//www.intellect.pe.u-tokyo.ac.jp/research/es_motor/pim_e.html”上找到，其所揭示的内容以引用的方式并入本文。
另外应注意，尽管交叉开关200设计采用微机加工工艺生产，依据本发明一实施例，一类似的“宏-尺寸”交叉开关也可用传统的“宏观”加工工艺生产。
图7示意性展示了一依据本发明一实施例既适于用微加工工艺生产也适于用传统的加工方法生产的另一交叉开关250。
在交叉开关250中，顶部光纤252附装在“滑动轴”传送器254上，每一传送器安装在一导向凹槽256内，导向凹槽形成在顶部导板258内。底部光纤260同样地附装在滑动轴传送器262上，该传送器安装在底导板266的导向凹槽264内。视需要，顶部和底部导板258和266是相同的并且导向凹槽256垂直于导向凹槽264。导板258和266以及其相连部件的相同特征在下文中结合导板258进行说明。
合适的电动机或执行机构驱动滑动轴254和262在它们各自的凹槽256和264中前后移动，以将顶部光纤252与底部光纤260对准。在图7中，作为实例，每一滑动轴254(和262)与一压电电动机270相连，该压电电动机可控制滑动轴在它的凹槽中前后移动。每一压电电动机270较佳包含一摩擦块272并且视需要通过使摩擦块弹性压在轴的边缘表面255上的方式与滑动轴254相连。
较佳的情况是，每一滑动轴254具有一梯形截面并且安装有该滑动轴的凹槽256较佳具有一匹配的形状，其侧壁276相互成一定角度。滑动轴254的梯形截面274和凹槽256的匹配形状有助于横向对准滑动轴254。
假定顶部和底部光纤252和260的半径等于约50微米并且滑动轴254的厚度约为80微米。依据本发明的一实施例，如果轴254的间距约为120微米，一个能够转换任一1000个输入至任一1000个输出的交叉开关的尺寸约为12平方厘米。
尽管展示的滑动轴254(和262)与压电电动机270相连，其他类型的电动机和各种连接该电动机和滑动轴254的方法也可用于在凹槽256中移动该滑动轴。例如，一可“卷出”和“卷入”一薄挠性带(该带由钢或其他合适的材料制成)旋转电动机可用来移动滑动轴254。该带可附装在与附装有光纤252的一端相对的滑动轴254的另一端上，并且该带可平行于轴的凹槽卷出和卷入。
在本发明申请案的说明书和权利要求中，每一动词“包含”、“包括”和“具有”以及它们的同根词均用来表示动词的对象不一定是动词主语的全部构件、组件、元件的列表。
本文采用实施例的详细说明解释了本发明，该些实施例仅作为实例提出并不意在限制本发明的范围。文中说明的实施例包含不同的特征，本发明的所有实施例并非需要所有的这些特征。本发明的一些实施例只用了某些特征或该些特征可能的组合。该领域内的技术人员可联想到各种对本发明实施例的改变和不同于本发明实施例所包含特征组合的实施例。本发明的范围仅由随附的权利要求限定。
权利要求
1.一种光交叉开关，其包含第一多个具有光端的第一光纤，每一该光纤的光端安装在一不同的第一可移动元件上；第二多个具有光端的第二光纤，每一该光纤的光端安装在一不同的第二可移动元件上；及至少一个电动机，其可控制地平移每一个第一可移动元件和每一个第二可移动元件，以使任一第一光纤的光端接近并对准任一第二光纤的光端。
2.根据权利要求1所述的光交叉开关，其中所述至少一个电动机可控制地相对于任一第二光纤光端将任一第一光纤的光端从一所述第一光纤的光端不接近所述第二光纤的光端的位置移动到一两光纤的所述光端相互接近的位置。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的光交叉开关，其中当一第一光纤的所述光端接近并面对一第二光纤的所述光端时，所述至少一个电动机可控制地平移至少一个所述光端朝向并离开另一光端。
4.根据权利要求3所述的光交叉开关，其中所述至少一个电动机控制平移已对准的第一和第二光纤的所述光端中至少一个，以使该两个光端基本上相互接触。
5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的光交叉开关，其包含一控制所述至少一个电动机的控制器。
6.根据权利要求5所述的光交叉开关，其包含一用于每一可移动元件的位置传感器，该传感器产生表示该可移动元件的对应位置的坐标的信号并将该信号发送至所述控制器。
7.根据权利要求6所述的光交叉开关，其中所述控制器响应所述坐标信号控制所述可移动元件的位置。
8.根据权利要求7所述的光交叉开关，其包含一存储器。
9.根据权利要求8所述的光交叉开关，其中对于每对第一和第二光纤，所述存储器内存储着分别连接有所述光纤的所述第一和第二可移动元件的位置坐标，该位置坐标定义使所述第一和第二光纤实质上对准的所述可移动元件的位置。
10.根据权利要求9所述的光交叉开关，其中为使一特定第一光纤与一特定第二光纤对准，所述控制器将安装有该特定光纤的所述可移动元件定位在相应于存储在存储器中可使所述两个特定光纤实质上对准的坐标位置上。
11.根据权利要求10所述的光交叉开关，其包含一与每一第一光纤相联接的光传感器，该光传感器响应光纤中的光强度向所述控制器发送信号。
12.根据权利要求11所述的光交叉开关，其中所述控制器响应自所述光传感器接收的信号控制所述安装有第一光纤的第一可移动元件的位置。
13.根据权利要求12所述的光交叉开关，其包含一与每一第二光纤联接的光传感器，该光传感器响应光纤中的光强度向所述控制器发送信号。
14.根据权利要求13所述的光交叉开关，其中所述控制器响应自所述光传感器接收的信号控制所述安装有第二光纤的第二可移动元件的位置。
15.根据权利要求第11至14中任一权利要求所述的光交叉开关，其中当所述控制器将一特定第一光纤与一特定第二光纤对准时，所述控制器响应来自附装在至少一个所述特定光纤上的所述光感应器的信号控制至少一个所述特定光纤的可移动元件的移动，以优化至少一个所述可移动元件的位置，以使离开一光纤且被另一光纤收集的那部分光最大化。
16.根据权利要求15所述的光交叉开关，其中如果一附装有所述一特定光纤的可移动元件的最佳位置坐标与所述用于对准所述特定光纤的可移动元件的存储坐标的偏差大于一预定量，所述控制器根据所述最佳位置坐标调整存储的坐标。
17.根据权利要求16所述的光交叉开关，其中所述控制器用最佳位置坐标替换存储的坐标。
18.根据权利要求第11至14中任一权利要求所述的光交叉开关，其中当所述控制器使一特定第一光纤与一特定第二光纤对准时，所述控制器使用来自附装在至少一个所述特定光纤上的所述光传感器的信号来确定至少一个附装有所述特定光纤的可移动元件的位置，以使另一光纤收集到所述光纤之一发出的小于一可能的最大值的一期望部分的光。
19.根据权利要求第1至18中任一权利要求所述的光交叉开关，其中每一第一可移动元件安装在第一导轨的第一阵列的一导轨上，所述第一可移动元件沿该导轨移动。
20.根据权利要求19所述的光交叉开关，其中每一第二可移动元件安装在第二导轨的第二阵列的一导轨上，所述第二可移动元件沿该导轨移动。
21.根据权利要求20所述的光交叉开关，其中所述第一导轨是直线的。
22.根据权利要求21所述的光交叉开关，其中所述导轨的第一阵列是平面且所述第一导轨是平行的。
23.根据权利要求22所述的光交叉开关，其中所述导轨的第二是直线的。
24.根据权利要求23所述的光交叉开关，其中所述第二导轨阵列是平面且所述第二导轨是平行的。
25.根据权利要求22至24中任一权利要求所述的光交叉开关，其中所述导轨的第一和第二阵列平面是平行的且所述第一和第二光纤的所述光端分别面对所述第二和第一导轨阵列。
26.根据权利要求25所述的光交叉开关，其中所述第一和第二光纤分别安装在它们各自的可移动元件上，以使光信号离开光纤光端后的传播方向基本上是平行的。
27.根据权利要求26所述的光交叉开关，其中所述第一导轨与所述第二导轨成一角度，以使所述第一导轨阵列内任一导轨对第二导轨阵列平面的投射法线遮蔽所述第二导轨阵列内的每一导轨。
28.根据权利要求21所述的光交叉开关，其中所述第一导轨阵列内的每一导轨位于一相同的柱面上且所述导轨平行于所述柱面的旋转轴。
29.根据权利要求28所述的光交叉开关，其中每一第二导轨是一环形物，且该环形物具有一与所述柱面的旋转轴重合的旋转轴。
30.根据权利要求29所述的光交叉开关，其中所有所述环形物大小相同。
31.根据权利要求第19至30中任一权利要求所述的光交叉开关，其中所述至少一个电动机包含安装在每一可移动元件上的一电动机，且其中所述电动机在所述可移动元件与它的导轨之间施力使所述可移动元件沿所述导轨移动。
32.根据权利要求31所述的光交叉开关，其中所述至少一个电动机包含一压电电动机。
33.根据权利要求第1至18中任一权利要求所述的光交叉开关，其中每一第一可移动元件包含一安装在一形成于第一表面上的凹槽中的滑动器，所述滑动器沿该凹槽移动。
34.根据权利要求33所述的光交叉开关，其中每一第二可移动元件包含一安装在一形成于第二表面上的凹槽中的滑动器，所述滑动器沿该凹槽移动。
35.根据权利要求34所述的光交叉开关，其中所述第一和第二表面是平面平行表面。
36.根据权利要求35所述的光交叉开关，其中所述第一和第二表面内的所述凹槽是直线的。
37.根据权利要求36所述的光交叉开关，其中所述位于同一表面内的凹槽是平行的且其中位于所述第一表面内的所述凹槽与所述第二表面内的所述凹槽成一定角度，以使位于所述第一表面内任一凹槽对所述第二表面的投射法线遮蔽所述第二表面内的每一凹槽。
38.根据权利要求37所述的光交叉开关，其中所述第一表面内的所述凹槽垂直于所述第二表面内的所述凹槽。
39.根据权利要求37或权利要求38所述的光交叉开关，其包含一靠近且平行于每一凹槽的线性齿轮。
40.根据权利要求39所述的光交叉开关，其中所述至少一个电动机包含一安装在每一滑动器上的电动机，该电动机具有一与所述线性齿轮啮合的齿轮，以便当所述电动机旋转所述齿轮时，所述滑动器沿所述凹槽移动。
41.根据权利要求33或权利要求34所述的光交叉开关，其中所述滑动器包含一具有长和短边缘和两个平面表面的薄矩形板。
42.根据权利要求41所述的光交叉开关，其中所述至少一个电动机包含一压电电动机，该压电电动机与所述薄矩形板的一长边缘表面相联接。
43.根据前述任一权利要求所述的光交叉开关，其中所述光纤的所述光端被透镜化。
44.根据前述任一权利要求所述的光交叉开关，其包括一用于包括第一光纤和第二光纤的每一光纤对的透镜，该透镜位于所述光纤的光端可相互对准的位置之间。
45.根据前述任一权利要求所述的光交叉开关，其中所述至少一个电动机和第一和第二可移动元件采用微机械技术加工。
46.一种光交叉开关，其包含第一多个具有光端的第一光纤，每一该光纤的光端安装在一不同的第一微机械加工的可移动元件上；第二多个具有光端的第二光纤，每一该光纤的光端安装在一不同的第二微机械加工的可移动元件上；及至少一微机械加工的电动机，其可控制地平移每一第一可移动元件和每一第二可移动元件，以使任一第一光纤的光端接近并对准任一第二光纤的光端。
47.根据权利要求45或权利要求46所述的光交叉开关，其中所述至少一个电动机的最大尺寸小于300微米。
48.根据权利要求45至47中任一权利要求所述的光交叉开关，其中所述第一和第二可移动元件垂直于其移动方向的最大尺寸小于300微米。
全文摘要
一种光交叉开关包含一第一多个具有光端的第一光纤，每一该光纤的光端安装在一不同的第一可移动元件上；一第二多个具有光端的第二光纤，每一该光纤的光端安装在一不同的第二可移动元件上；及至少一个电动机，其可控制平移每一第一可移动元件和每一第二可移动元件以使任一第一光纤的光端接近并对准任一第二光纤的光端。
文档编号H04Q11/00GK1481653SQ00820129
公开日2004年3月10日 申请日期2000年11月27日 优先权日2000年11月27日
发明者约瑟夫·阿罗尔, 泽夫·加诺, 加诺, 约瑟夫 阿罗尔 申请人:萨兰登(2003)公司