技术摘要：
本发明提供的是基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件。所述的器件包括阵列MEMS反射器基座、基座外壳、阵列MEMS反射器、偏转光窗外壳、准直微透镜阵列和输入输出光纤阵列和MEMS反射器控制驱动板。所述输入输出光纤阵列由至少两根N芯光纤(N为大于1的整数)和至少  全部
背景技术：
当前，单根光纤传输容量已经出现瓶颈，进一步扩大容量的方案之一即是考虑将 单一纤芯扩增到多个纤芯，因此对多芯光纤的研究引起了人们的关注。目前已经提出了几 种不同类型的多芯光纤，并集中地进行了研究。这些研究不仅是针对大容量、长距离的应 用，而且也关注大容量、短距离业务和大数据无源光网络系统。近年来，随着互联网的崛起 和普及，智能终端，物联网和云计算等新兴业务与应用的蓬勃发展，现代社会进入了一个信 息爆炸的时代，网络带宽需求日益增长。 以多芯光纤等为载体的新型空分复用技术充分地利用了“空间”这个维度，能够有 效地提高单根光纤的传输容量并解决上述瓶颈问题，这在超高容量长距离光纤传输系统中 已经得到了验证并吸引了业界广泛的关注。微电子机械系统(MEMS ,Micro-Electro- Mechanical  System)的内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统，广泛 应用于电子工程、信息工程以及生物工程等领域，其小结构尺寸，低插损，低串扰，长期稳定 性等是重要的优点。 专利号为CN110441862A的专利提出了一种低插入损耗的串扰抑制型多芯光纤分 束器，是一种全光纤器件，熔接损耗较低，适用于高空间密度、多纤芯数量的多芯光纤的分 束。但是该器件的缺点是不能够对多芯光纤的每个纤芯单一引出。 专利号为CN106019490A的专利设计了一种1*N通道的光开关模块，将光纤阵列和 阵列透镜的多芯准直器均安装于管帽内。但是该器件的缺点是不能用于多芯光纤的光路切 换，也不能用于多芯光纤的不同纤芯选通。 专利号为CN110868651A的专利提出了一种全光交换装置，包括外壳、光切换单元 以及两组以上的输入准直器和输出准直器。采用机械控制方式实现全光交换装置的光路的 切换，其不仅能够具有插入损耗偏低、隔离度高、波长和偏振无关等特点，而且能够减小全 光交换装置的体积和复杂度。这种器件能够实现标准单模光纤的间的光交换，但不能实现 对两个以上多芯光纤的纤芯之间进行光交换，且仍然有较大的体积，不便于集成。 专利号为CN110658588A的专利提出了一种多功能光开关及其控制方法，包括输入 光纤，耦合准直镜，离轴抛物镜，输出光纤。其专利是基于耦合准直镜与离轴抛物镜消像差 光学特性，通过沿柱面中心轴旋转及移动离轴抛物镜，可实现中心轴与柱面中心轴同轴，面 与离轴抛物镜焦点重合的圆柱面上任意位置输出光纤光束耦合，极大限度利用光开关输出 耦合空间资源，降低光学耦合镜片数量及结构设计成本。当其缺点是主要适用于多种激光 加工应用对光纤输出光束要求不同的单台光纤激光器多选项输出场合，不能实现对两个以 上多芯光纤的纤芯之间进行光交换，同时，该多功能不是多个光器件功能的实现。 随着多芯光纤的发展以及传感技术的提高，通常一根多芯光纤的不同纤芯进行一 3 CN 111596412 A 说　明　书 2/14 页 些传感或者信息的采集，然后再对每个纤芯的信息单独分析，以避免不同信息的互相干扰， 然后在对采集的信息进行统一分析处理，比如基于多芯光纤的三维形状传感技术，因此对 多芯光纤的每个纤芯单一引出提出了巨大的现实需求。同时，基于多芯光纤器件的微型化， 集成化，多功能化能明显的有效提高多芯光纤的使用。 (三)
技术实现要素：
本发明的目的在于提供基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件。 本发明的目的是这样实现的： 基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件如图1所示。所述的多芯光纤 可编程多功能器件包括阵列MEMS反射器基座1、阵列MEMS反射器2、基座外壳3、偏转光窗外 壳4、准直微透镜阵列5、输入输出光纤阵列6和多芯光纤可编程多功能器件控制驱动板。可 以对多芯光纤可编程多功能器件控制驱动板的控制，以实现该多功能器件的各个功能，如 多芯光纤Fan-in/out器件功能、多芯光纤开关、多芯光纤纤芯选通功能、多芯光纤交换器功 能等。 所述基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件的不同功能，由输入输出 光纤阵列6中不同的光纤输入或者不同的光纤输出得到；经过输入输出光纤阵列6中输入光 纤输入的光，经准直微透镜阵列5准直后进入偏转光窗4-1，随后被阵列MEMS反射器2反射回 偏转光窗4-1后，由准直微透镜阵列5耦合进输入输出光纤阵列6中的输出光纤中。 所述基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件的阵列MEMS反射器2由N (N为大于1的整数)片可以沿两个互相垂直的转轴在一定角度内转动的MEMS反射器组成阵 列；每一片MEMS反射器都与其所对应的纤芯和准直微透镜的中心对准。阵列MEMS反射器2中 的每一片MEMS反射器转动角度都可被多芯光纤可编程多功能器件控制驱动板单独控制。 所述基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件的多芯光纤可编程多功 能器件控制驱动板由控制器接口和MEMS驱动板组成，MEMS驱动板与阵列MEMS反射器2的基 座1引出的针脚连接。 所述基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件的准直微透镜阵列5由准 直微透镜阵列基板5-2(基板中间间隔物未示出)和基板上面的准直微透镜5-1组成；每个准 直微透镜5-1都与一个光纤纤芯对应，其能将光纤端出射的光准直为平行光入射到阵列 MEMS反射器2，也能将阵列MEMS反射器2反射的平行光耦合进光纤纤芯。 所述基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件的输入输出光纤阵列6由 一根位于阵列中心的N芯光纤7-1、围绕N芯光纤的至少一根N芯光纤7-2和至少N根标准单模 光纤以及硬质套管组成，多芯光纤和标准单模光纤固定在硬质套管中；多芯光纤纤芯数N的 最大值取决于MEMS反射器2的最大偏转角和分布间距。多芯光纤纤芯距固定时，MEMS反射器 2的最大偏转角越大，所述多芯光纤纤芯数N最大值越大；在MEMS反射器2的最大偏转角固定 时，多芯光纤纤芯距越小，所述多芯光纤纤芯数N最大值越大。 所述基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件的输入输出光纤阵列6的 光纤排列方式可以是三角形排列也可以是矩形排列、圆形排列；硬质套管截面可以是圆形 截面也可以是三角形截面、矩形截面。所述的多芯光纤可以是双芯光纤、三芯光纤等少芯光 纤，也可以是密度更高、纤芯数更多的多芯光纤，如38芯光纤等。 4 CN 111596412 A 说　明　书 3/14 页 所述的基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件的多芯光纤Fan-in/ out器件功能，由中心多芯光纤7-1输入可编程多功能器件的光信号，从多芯光纤出射后，立 即经准直微透镜阵列5准直后通过偏转光窗4-1，再被阵列MEMS反射器2以分别以对应的偏 转角度反射回偏转光窗4-1，再经准直微透镜阵列5耦合进入对应的标准单模光纤；由多根 标准单模光纤输入可编程多功能器件的光信号，从标准单模光纤出射后，立即经准直微透 镜阵列5准直后斜向阵列MEMS反射器2进入偏转光窗4-1，再被阵列MEMS反射器2以分别以对 应的偏转角度反射回偏转光窗4-1，再经准直微透镜阵列5分别耦合进入中心多芯光纤7-1 的对应纤芯中。 所述的基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件作为多芯光纤开关功 能时，由一根标准单模光纤输入多芯光纤开关的光信号，从标准单模光纤出射后，立即经准 直微透镜阵列5准直后通过偏转光窗4-1，再被阵列MEMS反射器2以对应的偏转角度反射回 偏转光窗4-1，再经准直微透镜阵列5耦合进入中心多芯光纤7-1的一个纤芯。 所述的基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件作为多芯光纤选通器 功能时，由输入输出光纤阵列6中心多芯光纤7-1的一根纤芯输入多芯光纤开关的光信号， 从多芯光纤出射后，立即经准直微透镜阵列5准直后斜向阵列MEMS反射器2进入偏转光窗4- 1，再被阵列MEMS反射器2以一对应的偏转角度反射回偏转光窗4-1，再经准直微透镜阵列5 耦合进入一根单模光纤。 所述的基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件作为多芯光纤交换器 时，由输入输出光纤阵列6中心的多芯光纤7-1各个纤芯输入多芯光纤交换器的光信号，从 多芯光纤出射后，立即经准直微透镜阵列5准直后通过偏转光窗4-1，再被阵列MEMS反射器2 以分别以对应的偏转角度反射回偏转光窗4-1，再经准直微透镜阵列5耦合进入输入输出光 纤阵列6对应的周围多芯光纤7-2的纤芯；由输入输出光纤阵列6周围的多芯光纤7-2的各个 纤芯输入多芯光纤交换器的光信号，从周围多芯光纤出射后，立即经准直微透镜阵列5准直 后斜向阵列MEMS反射器2进入偏转光窗4-1，再被阵列MEMS反射器2以分别以对应的偏转角 度反射回偏转光窗4-1，再经准直微透镜阵列5耦合进入输入输出光纤阵列6的中心的多芯 光纤7-1各个纤芯。 本发明的有益效果是： 1、器件集成度高，通过高度集成的器件，能有效的提高多芯光纤的纤芯密度。 2、基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件，由于每片MEMS反射器都能 单独进行调节，且受外界环境的温度湿度等影响小，因此能有效的长期保持各个纤芯通道 的一致性或者特殊要求的差异，因此尤其适应于多芯光纤传感应用。 3、由于封装完成后，只需要调节阵列MEMS反射器的角度即可完成多芯光纤可编程 多功能器件的制作，提升多芯光纤可编程多功能器件的成品率，且方便冗余设计，便于后期 器件维护。 4、本发明能够实现基于阵列MEMS反射器的多芯光纤可编程多功能器件，能用于多 芯光纤的多芯光纤Fan-in/out、多芯光纤光开关、多芯光纤选通器和多芯光纤间的纤芯光 交换，将四个器件集中于本发明的一个器件上，能够极大的丰富多芯光纤器件功能，缩小体 积，提高器件的使用率。 5 CN 111596412 A 说　明　书 4/14 页 (四)附图说明 图1是基于阵列MEMS反射器的七芯光纤可编程多功能器件结构示意图。该实施例 是以两根七芯光纤和七根标准单模光纤组成的输入输出光纤阵列6。图中标号为：阵列MEMS 反射器的基座1，阵列MEMS反射器2，基座外壳3，偏转光窗外壳4，偏转光窗4-1，准直微透镜 阵列5，准直微透镜5-1，准直微透镜阵列基板5-2，输入输出光纤阵列6，位于输入输出光纤 阵列6中心的七芯光纤7-1，七芯光纤7-1的纤芯7-1-1到7-1-7；位于周围的七芯光纤7-2，标 准单模光纤8-1到8-7。 图2是基于阵列MEMS反射器的七芯光纤可编程多功能器件的阵列MEMS反射器2结 构示意图。图中标号为：MEMS反射器2-1到2-7。 图3是基于阵列MEMS反射器的七芯光纤可编程多功能器件端面结构示意图。图中 标号为：七芯光纤7-2的纤芯7-2-1到7-2-7。 图4是基于阵列MEMS反射器的七芯光纤可编程多功能器件的七芯光纤Fan-in/out 功能方案框图。 图5是基于阵列MEMS反射器的七芯光纤可编程多功能器件七芯光纤Fan-in/out功 能的一种纤芯光路对应示意图。 图6是基于阵列MEMS反射器的七芯光纤可编程多功能器件七芯光纤Fan-in/out功 能的工作光路图。 图7是基于阵列MEMS反射器的七芯光纤可编程多功能器件的七芯光纤开关功能方 案框图。 图8是基于阵列MEMS反射器的七芯光纤可编程多功能器件七芯光纤开关功能的工 作光路图。 图9是基于阵列MEMS反射器的七芯光纤可编程多功能器件的七芯光纤交换器功能 方案框图。 图10是基于阵列MEMS反射器的七芯光纤可编程多功能器件七芯光纤交换器功能 的工作光路图。 图11是基于阵列MEMS反射器的七芯光纤可编程多功能器件封装图。 图12是基于阵列MEMS反射器的双芯光纤可编程多功能器件的输入输出光纤阵列6 的横截面图；图12(a)是一种采用圆形截面硬质套管且输入输出光纤阵列6中的光纤为矩形 排列的双芯光纤可编程多功能器件；图12(b)是一种采用矩形截面硬质套管且输入输出光 纤阵列6中的光纤为矩形排列的双芯光纤可编程多功能器件；图12(c)是一种采用圆形截面 硬质套管且输入输出光纤阵列6中的光纤为三角形排列的双芯光纤可编程多功能器件；图 12(d)是一种采用矩形截面硬质套管且输入输出光纤阵列6中的光纤为三角形排列的双芯 光纤可编程多功能器件。 图13是基于阵列MEMS反射器的三芯光纤可编程多功能器件的输入输出光纤阵列6 的横截面图。 图14是基于阵列MEMS反射器的四芯光纤可编程多功能器件的输入输出光纤阵列6 的横截面图；其中图14(a)中的四芯光纤是中心对称四芯光纤；图14(b)中的四芯光纤是纤 芯矩形分布的四芯光纤。 图15是基于阵列MEMS反射器的五芯光纤可编程多功能器件的输入输出光纤阵列6 6 CN 111596412 A 说　明　书 5/14 页 的横截面图。 图16是基于阵列MEMS反射器的19芯光纤可编程多功能器件的输入输出光纤阵列6 的横截面图。 (五)