CN219041918U - 一种多通道集成化光交换模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多通道集成化光交换模块，包括M个输入准直器、N个切换准直器、M个应急容灾准直器、M×N个微型继电器、M×N个反射镜、以及控制板。本实用新型将电学器件(控制板和微型继电器)与光学器件(准直器和反射镜)等集成一体，具有结构紧凑和工艺简单可靠的特点，其不仅具备M×N无阻塞光路交换，而且还多出一组M光路进行光路应急容灾，这对于多通道传输集成化光交换模块的实际应用有重要的价值，使其可以灵活且稳定地适用于广泛的应用场合。

Description

一种多通道集成化光交换模块

技术领域

本实用新型涉及光交换技术领域，具体涉及一种多通道集成化光交换模块。

背景技术

光交换模块在云计算、数据中心等应用中起着重要的作用，它用来建立互联网络，进行高速数据交换。光交换模块具有一个或多个可选的传输端口，对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作，在光网络中起到十分重要的作用。现有光交换模块主要由MEMS(微机电系统)光开关进行级联拼接而成。当要实现M路输入、N路输出的光交换时，光交换模块需要使用M个1×N加上N个1×M MEMS光开关，将M个1×N MEMS光开关的输入端形成光交换模块的M路输入，将M个1×N MEMS光开关的输出端与N个1×M MEMS光开关的输出端依次连接，N个1×M MEMS光开关的输入端形成光交换模块的N路输出。如图1为8个1×4MEMS光开关所构成的4×4的光交换模块。然而这种光交换模块存在着不足之处：1、只能实现M×N路光交换功能，而不具备M路光路的应急容灾功能，因此对于某些特殊的需要始终保持光路畅通的重要使用场景(如军工场合)来说，现有光交换模块并不完全适用；2、MEMS光开关在进行级联使用时，不仅结构复杂、而且存在隔离可靠性不高、插入损耗偏大和切换时间偏长等性能不佳的问题；3、由于国外核心MEMS技术封锁，只能购买国外的MEMS芯片来组装MEMS光开关，而无法对MEMS本身进行随意改动，而现有MEMS光开关因MEMS技术本身无法进行掉电保持，进而导致现有光交换模块也无法实现掉电保持。

实用新型内容

本实用新型所要解决的是现有光交换模块不具备光路应急容灾功能，从而无法适用于重要的场合、以及结构复杂和性能不佳的问题，提供一种多通道集成化光交换模块。

为解决上述问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种多通道集成化光交换模块，包括M个输入准直器、N个切换准直器、M个应急容灾准直器、M×N个微型继电器、M×N个反射镜、以及控制板；每个微型继电器的静触端固定安装在控制板上；所有微型继电器在控制板上呈规则矩阵排列形成继电器矩阵；M个输入准直器呈行向平行排列于继电器矩阵的一侧，并分别与继电器矩阵的每一行的微型继电器的正对；N个切换准直器呈列向平行排列于继电器矩阵的另一侧，并分别与微型继电器阵列的每一列的微型继电器正对；M个应急容灾准直器呈行向平行排列于继电器矩阵的又一侧，并分别与继电器矩阵的每一行的微型继电器的正对；每个微型继电器的动触端上均安装有一个反射镜；所有反射镜在微型继电器的安装方向完全相同，即反射镜的反射面同时与对应行的输入准直器和对应列的切换准直器同时相对；所有微型继电器的控制端与控制板电连接；每个微型继电器在控制板的控制下独立工作，即控制板通过给微型继电器的静触端通断电，让微型继电器的动触端与静触端实现吸合与分离，进而动触端带动其上的反射镜下降与上升；当反射镜处于上升状态时，反射镜的高度与对应行的输入准直器和对应列的切换准直器的高度相一致，此时从对应行的输入准直器输出的光信号经过反射镜反射到对应列的切换准直器，并由对应列的切换准直器将光信号输出；当反射镜处于下降状态时，反射镜的高度低于对应行的输入准直器和应急容灾准直器的高度，此时从对应行的输入准直器输出的光信号直接掠过反射镜入射到对应行的应急容灾准直器，并由对应行的应急容灾准直器输出；上述M和N为设定的大于1的正整数。

上述方案中，M个输入准直器、N个切换准直器和M个应急容灾准直器均处于同一水平高度。

上述方案中，每2个相邻的继电器矩阵之间的行间距或列间距相等。

上述方案中，每个微型继电器包括线圈、铁芯和、磁铁和衔铁；其中线圈、铁芯和磁铁形成微型继电器的静触端，衔铁形成微型继电器的动触端；线圈的引出端形成微型继电器的控制端；线圈缠绕在铁芯的外部，磁铁固定在缠绕有线圈的铁芯上方；衔铁位于铁芯的上方，且衔铁两端中的一端即固定端与磁铁的一端铰链，衔铁两端中的另一端即活动端用于固定反射镜。

与现有技术相比，本实用新型具有如下特点：

1、本实用新型将电学器件(控制板和微型继电器)与光学器件(准直器和反射镜)等集成一体，具有结构紧凑和工艺简单可靠的特点，其不仅具备M×N无阻塞光路交换，而且还多出一组M光路进行光路应急容灾，这对于多通道传输集成化光交换模块的实际应用有重要的价值，使其可以灵活且稳定地适用于广泛的应用场合。

2、由于本实用新型全部光学链路无级联，仅通过自由空间直接准直实现传输，因此优化了光传输链路，使得切换可靠性提升，插入损耗和切换时间有效降低，以16×16为例子，体积能做到30×30×30mm以下，插入损耗≤1dB，切换时间≤8ms，单模隔离度≥60dB，工作温度范围-45～85度。

附图说明

图1为现有光交换模块的原理图。

图2为一种多通道集成化光交换模块的交换工作状态的原理图(图中应急容灾准直器未示出)。

图3为一种多通道集成化光交换模块的应急容灾工作状态的原理图(图中切换准直器未示出)。

图4为微型继电器的立体结构示意图。

图中标号：1、输入准直器，2、切换准直器，3、应急容灾准直器，4、微型继电器，41、线圈，42、铁芯，43、磁铁，44、衔铁，5、反射镜，6、控制板。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，对本实用新型进一步详细说明。

一种多通道集成化光交换模块，如图2和3所示，包括M个输入准直器1、N个切换准直器2、M个应急容灾准直器3、M×N个微型继电器4、M×N个反射镜5、以及控制板6。其中M和N为设定的大于1的正整数，两者可以相同或不相同。M为系统设计时所给定的光交换模块的输入路数，N为系统设计时所给定的光交换模块的切换路数。

在本实用新型中，所述微型继电器4可以选用市面上已有的继电器，也可以采用自研的继电器。在本实用新型优选实施例中，每个微型继电器4主要由线圈41、铁芯42、磁铁43和衔铁44组成，如图4。其中线圈41、铁芯42和磁铁43形成微型继电器4的静触端，衔铁44形成微型继电器4的动触端，线圈41的引出端形成微型继电器4的控制端。线圈41缠绕在铁芯42的外部。磁铁43固定在缠绕有线圈41的铁芯42上方。衔铁44位于铁芯42的上方，且衔铁44两端中的一端即固定端与磁铁43的一端铰链，衔铁44两端中的另一端即活动端用于固定反射镜5。当微型继电器4的动触端与静触端之间需要实现开或合状态时，只需要用正(反)直流脉冲电压激励线圈41，微型继电器4在瞬间就完成了开与合的状态转换，动触端与静触端之间处于保持状态时，线圈41不需要继续通电，仅靠永久磁铁43的磁力就能维持继电器的状态不变。

每个微型继电器4的静触端固定安装在控制板6上。所有微型继电器4在控制板6上呈规则矩阵排列形成继电器矩阵，且每2个相邻的继电器矩阵之间的行间距或列间距相等。

M个输入准直器1呈行向平行排列于继电器矩阵的一侧(如右侧)，并分别与继电器矩阵的每一行的微型继电器4的正对，M个输入准直器1共同形成光交换模块的光信号输入端。N个切换准直器2呈列向平行排列于继电器矩阵的另一侧(如后侧)，并分别与微型继电器4阵列的每一列的微型继电器4正对，N个切换准直器2共同形成光交换模块N个的光信号切换端。M个应急容灾准直器3呈行向平行排列于继电器矩阵的又一侧(如左侧)，并分别与继电器矩阵的每一行的微型继电器4的正对，M个应急容灾准直器3共同形成光交换模块M个的光信号应急容灾端。另外，为了能够让输入准直器1发出的光信号在反射时进入到切换准直器2，而在直通时进入到应急容灾准直器3，同时为了简化加工工艺，M个输入准直器1、N个切换准直器2和M个应急容灾准直器3均处于同一水平高度。

每个微型继电器4的动触端上均安装有一个反射镜5。所有反射镜5在微型继电器4的安装方向完全相同，即反射镜5的反射面同时与对应行的输入准直器1和对应列的切换准直器2相对，即位于第m行第n列的反射镜5的反射面与第m行的输入准直器1和第n列的切换准直器2相对，第m行的输入准直器1输出的光信号经由第m行第n列的反射镜5的反射面的反射后能够入射到第n列的切换准直器2。

所有微型继电器4的控制端与控制板6电连接。每个微型继电器4在控制板6的控制下独立工作，即控制板6通过给微型继电器4的静触端通断电，让微型继电器4的动触端与静触端实现吸合与分离，进而动触端带动其上的反射镜5下降与上升。当反射镜5处于上升状态时，反射镜5的高度与对应行的输入准直器1和对应列的切换准直器2的高度相一致，此时从对应行的输入准直器1输出的光信号经过反射镜5反射到对应列的切换准直器2，并由对应列的切换准直器2将光信号输出，如图2所示。当反射镜5处于下降状态时，反射镜5的高度低于对应行的输入准直器1和应急容灾准直器3的高度，此时从对应行的输入准直器1输出的光信号直接掠过反射镜5入射到对应行的应急容灾准直器3，并由对应行的应急容灾准直器3输出，如图3所示。

本实用新型的光交换模块可以实现至少一路的光路切换或至少一路光路应急容灾，其最大能够实现M×N无阻塞光交换，以及M光路进行光应急容灾。在进行光路切换时，只需要令微型继电器4上的反射镜5上升来实现对应行的输入准直器1输出的光路向对应列的切换准直器2反射，并令该反射镜5之前和之后的光路上的微型继电器4的反射镜5下降来防止光路被遮挡，既可以实现光路切换。在进行光路应急容灾时，只需要令微型继电器4上的反射镜5全部下降来防止对应行的输入准直器1输出的光路向同一行的应急容灾准直器3直通，既可以实现光路应急容灾。

下面以一路光路切换和一路光路应急容灾为例，对本实用新型的光交换模块的切换和应急容灾工作方式进行说明，其中上述m＝1,2,…,M，n＝1,2,…,N：

光路切换状态：第m路的输入准直器1输入的光信号需要切换到第n路切换准直器2切换输出时，第m行第n列的微型继电器4上的反射镜5上升，其余微型继电器4上的反射镜5下降，此时第m路的输入准直器1输入的光信号经过第m行第n列的微型继电器4上的反射镜5的反射，从第n路切换准直器2输出。

光路应急容灾状态：当第m路的输入准直器1输入的光信号需要从到第m路应急容灾准直器3应急容灾输出时，第m行的所有微型继电器4的反射镜5均下降，此时，第m路的输入准直器1输入的光信号直接掠过第m行的微型继电器4上的反射镜5，从第m路应急容灾准直器3输出。

需要说明的是，尽管以上本实用新型所述的实施例是说明性的，但这并非是对本实用新型的限制，因此本实用新型并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本实用新型原理的情况下，凡是本领域技术人员在本实用新型的启示下获得的其它实施方式，均视为在本实用新型的保护之内。

Claims (4)

1.一种多通道集成化光交换模块，其特征是，包括M个输入准直器(1)、N个切换准直器(2)、M个应急容灾准直器(3)、M×N个微型继电器(4)、M×N个反射镜(5)、以及控制板(6)；

每个微型继电器(4)的静触端固定安装在控制板(6)上；所有微型继电器(4)在控制板(6)上呈规则矩阵排列形成继电器矩阵；

M个输入准直器(1)呈行向平行排列于继电器矩阵的一侧，并分别与继电器矩阵的每一行的微型继电器(4)正对；N个切换准直器(2)呈列向平行排列于继电器矩阵的另一侧，并分别与微型继电器(4)阵列的每一列的微型继电器(4)正对；M个应急容灾准直器(3)呈行向平行排列于继电器矩阵的又一侧，并分别与继电器矩阵的每一行的微型继电器(4)正对；

每个微型继电器(4)的动触端上均安装有一个反射镜(5)；所有反射镜(5)在微型继电器(4)的安装方向完全相同，即反射镜(5)的反射面同时与对应行的输入准直器(1)和对应列的切换准直器(2)同时相对；

所有微型继电器(4)的控制端与控制板(6)电连接；每个微型继电器(4)在控制板(6)的控制下独立工作，即控制板(6)通过给微型继电器(4)的静触端通断电，让微型继电器(4)的动触端与静触端实现吸合与分离，进而动触端带动其上的反射镜(5)下降与上升；

当反射镜(5)处于上升状态时，反射镜(5)的高度与对应行的输入准直器(1)和对应列的切换准直器(2)的高度相一致，此时从对应行的输入准直器(1)输出的光信号经过反射镜(5)反射到对应列的切换准直器(2)，并由对应列的切换准直器(2)将光信号输出；

当反射镜(5)处于下降状态时，反射镜(5)的高度低于对应行的输入准直器(1)和应急容灾准直器(3)的高度，此时从对应行的输入准直器(1)输出的光信号直接掠过反射镜(5)入射到对应行的应急容灾准直器(3)，并由对应行的应急容灾准直器(3)输出；

上述M和N为设定的大于1的正整数。

2.根据权利要求1所述的一种多通道集成化光交换模块，其特征是，M个输入准直器(1)、N个切换准直器(2)和M个应急容灾准直器(3)均处于同一水平高度。

3.根据权利要求1所述的一种多通道集成化光交换模块，其特征是，每2个相邻的继电器矩阵之间的行间距或列间距相等。

4.根据权利要求1所述的一种多通道集成化光交换模块，其特征是，每个微型继电器(4)包括线圈(41)、铁芯(42)和、磁铁(43)和衔铁(44)；其中线圈(41)、铁芯(42)和磁铁(43)形成微型继电器(4)的静触端，衔铁(44)形成微型继电器(4)的动触端；线圈(41)的引出端形成微型继电器(4)的控制端；线圈(41)缠绕在铁芯(42)的外部，磁铁(43)固定在缠绕有线圈(41)的铁芯(42)上方；衔铁(44)位于铁芯(42)的上方，且衔铁(44)两端中的一端即固定端与磁铁(43)的一端铰链，衔铁(44)两端中的另一端即活动端用于固定反射镜(5)。

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