Реле волоконно-оптической линии связи

Полезная модель относится к устройствам волоконно-оптических линий передачи информации и может быть использована в качестве устройства для прерывания оптического сигнала.
Известны коммутаторы оптических сигналов, предназначенные для закрытия одного канала передачи оптических сигналов с одновременным открытием другого канала передачи оптических сигналов. Один из принципов действия таких коммутаторов основан на движении кантилевера, активируемого электростатически. Например, известен МЭМС-переключатель [Уваров И.В., Наумов В.В., Королева О.М., Ваганова Е.И., Амиров И.И. МЭМС-переключатели электростатического типа с низким напряжением срабатывания. Труды ФТИАН, М.: Наука, 2017, т. 26, С. 55-63]. Переключатель представляет собой однополюсный ключ с нормально разомкнутыми контактами. Металлический кантилевер располагается над управляющим и коммутируемым электродами (также металлическими). На свободном конце кантилевера находится контактный выступ. При приложении напряжения между кантилевером и электродом управления кантилевер притягивается к электроду за счет электростатических сил, замыкая коммутируемый электрод. После отключения напряжения кантилевер возвращается в исходное состояние. В таком переключателе осуществляется контакт металл-металл. Кантилевер выполнен с контактным выступом в виде полупроводниковой многослойной структуры из слоев Cr/Al/Cr толщинами 10/60/10, 15/90/15 и 20/120/20 нм на оксидной подложке.
Такой коммутатор и подобные им устройства прерывают передачу оптического сигнала в одном канале передачи данных, но при этом открывают другой канал для его передачи.
Известны устройства, перенаправляющие оптические сигналы из одного канала передачи данных в другой. Например, известен оптический переключатель, состоящий из платформы и оптоволокна, которое установлено в V – образном пазе. Элемент переключателя размещен на платформе. Переключатель состоит из платформы, на которой установлен кантилевер, на кантилевере установлена рама, в которую помещается зеркало. Пара электродов закреплена на платформе. При подаче напряжения между электродом и кантилевером возникает электростатическое усилие, и зеркало, установленное в рамке кантилевера, перемещается в вертикальном направлении [US20050025412 (A1), МПК 1-7: G02B6/3514, опубл. 02.03.2005].
Таким образом, известные коммутаторы оптического сигнала не реализуют прерывание оптического сигнала как таковое, а реализуют переключение оптического сигнала между каналами.
Известны микрореле, предназначенные для закрытия цепи постоянных токов или канала передачи СВЧ-волн [например, Л. Белов, М. Житникова, Микроэлектромеханические компоненты радиочастотного диапазона//Электроника: НТБ, 2006, №8, С.18-25]. Одна из групп таких микрореле представляют собой классические микрореле с резистивным соединением. Такие микрореле состоят из копланарного волновода, мембраны, выполняющей роль кантилевера, расположенной над волноводом, управляющего электрода, актуатора, контактных площадок. Мембраны выполняют из материалов с высокой проводимостью для радиочастотных сигналов. Центральный электрод обеспечивает подачу управляющего сигнала, а также служит обкладкой конденсатора, образуемого сигнальной линией и плоскостью заземления. Мембрана перемещается вверх и вниз под воздействием управляющего электростатического поля, обеспечивая перекрытие и открытие волновода.
Такие устройства реализуют прерывание передачи сигнала без его переключения на другой канал, но не оптического сигнала.
Техническая проблема заключается в создании волоконно-оптического устройства для прерывания оптического сигнала.
Техническая проблема достигается тем, что реле волоконно-оптической линии связи состоит из корпуса, в котором установлен блок ключа, а с противоположных торцов смонтированы первый и второй наконечники, при этом в первом наконечнике размещено оптическое волокно для входного сигнала и со стороны, обращенной внутрь корпуса, установлена первая коллимирующая линза, а во втором наконечнике размещено оптическое волокно для выходного оптического сигнала и со стороны, обращенной внутрь корпуса, установлена вторая коллимирующая линза, и при этом блок ключа расположен между первым и вторым наконечником и состоит из втулки, к нижнему основанию которой прикреплена плата с двумя контактами, к которым припаяны первый и второй электроды, прикрепленного к плате основания ключа толщиной 1,6 мкм, выполненное в виде гетероструктуры на подложке из оксида кремния, образованной прилегающими друг к другу чередующимися слоями Cr/Cu/Cr, и подвижного гибкого упругого кантилевера ключа толщиной 1 мкм, образованного отслоенными одноименными краями верхних слоев гетероструктуры, а первая и вторая коллимирующая линзы, кантилевер ключа, оптическое волокно для входного сигнала и оптическое волокно для выходного сигнала расположены соосно друг другу.
Технический результат заключается в обеспечении прерывания оптического сигнала в одном канале передачи данных без возможности его передачи в другом канале.
На фиг. 1 показано реле волоконно-оптической линии связи в разрезе.
На фиг. 2 показан блок ключа реле волоконно-оптической линии связи в разрезе.
Реле волоконно-оптической линии связи содержит корпус 1, два наконечника 2 и 3, оптическое волокно 4 для входного сигнала, оптическое волокно 5 для выходного сигнала, две коллимирующих линзы 6 и 7, блок ключа 8.
Наконечники 2 и 3 установлены в корпусе напротив друг друга. В наконечнике 2 размещено оптическое волокно 4 для входного оптического сигнала, а со стороны, обращенной внутрь корпуса, установлена коллимирующая линза 6. В наконечнике 3 размещено оптическое волокно 5 для выходного оптического сигнала и со стороны, обращенной внутрь корпуса, установлена коллимирующая линза 7. Блок ключа 8 установлен в корпусе.
Блок ключа 8 состоит из втулки 9, к нижнему основанию которой прикреплена плата 10 с двумя контактами, к которым припаяны электроды 11 и 12, основания ключа 13 и кантилевера ключа 14.
2
Ключ выполнен в виде многослойной полупроводниковой гетероструктуры на подложке из оксида кремния SiO. Многослойная полупроводниковая гетероструктура состоит из повторяющихся слоев Cr/Cu/Cr, прилегающих друг к другу с одного края. Несколько верхних слоев гетероструктуры с другого края отслоены. Отслоенные края образуют подвижный гибкий упругий кантилевер ключа 14, а не отслоенная часть гетероструктуры образует основание ключа 13.
Основание ключа 13 приклеено к плате 10. Толщина межэлектродного зазора составляет около 0,8 мкм.
Толщины кантилевера и основания ключа соотносятся между собой как 1 : 1,6.
Коллимирующие линзы 6 и 7, кантилевер ключа 14, оптическое волокно 4 для входного оптического сигнала и оптическое волокно 5 для выходного оптического сигнала расположены соосно друг другу.
Устройство работает следующим образом. На оптическое волокно 4 для оптического входного сигнала от внешнего источника подается оптический сигнал, который попадает на коллимирующую линзу 6 и преобразуется в коллимированный пучок.
Если на плату ключа 10 от внешнего блока питания подается постоянное напряжение, то между кантилевером ключа 14 и основанием ключа 13 возникает электростатическая сила притяжения. В результате этого кантилевер ключа 14 прижимается к основанию ключа 13, позволяя оптическому сигналу беспрепятственно достигать коллимирующей линзы 7. Коллимирующая линза 7 затем вводит оптический сигнал в оптическое волокно 5.
Если на плату ключа 10 от внешнего блока питания не подается постоянное напряжение, то между кантилевером ключа 14 и основанием ключа 13 не возникает электростатическая сила притяжения. В результате этого кантилевер ключа 14 не прижимается к основанию ключа 13 и не позволяет оптическому сигналу достигать коллимирующей линзы 7.
Таким образом, реализуется прерывание оптического сигнала в канале передачи данных без возможности его передачи в другом канале.
Предлагаемое реле волоконно-оптической линии связи характеризуется быстродействием за счет гибкости и упругости кантилевера, выполненного из полупроводниковой гетероструктуры. Гибкость и упругость кантилевера достигается за счет соотношения толщин основания ключа и кантилевера ключа как 1,6 : 1, а также за счет возникновения упругих напряжений между слоями хрома и меди полупроводниковой гетероструктуры. Также реле волоконно-оптической линии связи характеризуется вибростойкостью за счет отсутствия движущихся механических частей и эластичности слоев полупроводниковой гетероструктуры.