Abstract
本論文研究一種多通道機械式光開關，主要是對其光學系統和轉動機制的研討。對於光學系統的分析，先用幾何光學理論探討光學架構後，再對其高斯光束的行進特性，利用q值和矩陣M做運算，討論元件對擺設鏡面距離的影響，並對其系統的效率做分析。對於轉動機制，主要先對個別會產生力矩的裝置做分析，再用實驗量測轉動的數據，並討論可以對切換速度改善的地方。實驗結果顯示，效率約0.9，在相距5.5mm的通道，操作電壓為5V，切換速度約為6ms。本論文完成對於多通道機械式光開關的研究，經過實驗與理論的研討可以得知，當要設計一個光開關時，首先要把光學路徑做好分析後，並選定適用的波長，再選用適當的光學元件，才容易達到自己想要目標，如果要求的效率要高，首先就是光學元件要少，第二就是讓q值相同，而光纖對準對效率的影響也是很大，所以要設計一個容易讓光纖對準的光開關也是一個可以努力的目標。機械式光開關切換的速度主要為移動或轉動的速度，對於這個論文的轉軸速度可以由求解的轉動方程式來探討可以改善的地方：第一個是轉動慣量的總質量M，和轉軸的半徑R，對於起動和停止會有很大的影響，而且轉動慣量是系統本身不想要的，所以M、R越小越好；跟起動有關的還有靜摩擦力，摩擦力主要產生在接觸面，對於這點，我們利用滾珠軸承使他接觸面變小，但是所使用的軸承內徑還算太大，可以利用專門訂作的方式，將滾珠軸承和轉動承軸的半徑用的很小，且讓轉動承軸盡量變輕；另外在反射鏡面也要越小越好，但是要讓光可以全部的反射回去，因為反射鏡面不但佔有光開關的體積也有質量，而且在轉動時可能會有流體的阻力產生，阻力大小跟面積有關；對於用彈簧來定位，如果能把彈簧的力矩減小，轉動時所需要的電壓就越小，且通道轉換時的振盪時間會越小，而先前提過，彈簧對於把鏡面弄回原點會產生一個x1，故對彈簧來說，是要取得一個好的平衡點，或者也可藉由控制電流的變化歷程，減少x1的產生，另外，彈簧的結構亦可改進成其他更精簡的形式，例如常使用於精密電表與手錶的螺旋形彈簧；使用線圈產生轉軸轉動的力矩，若以相同電壓要產生更大轉動的力矩來說，永久磁鐵的磁力越強越好，但磁鐵也有質量會產生轉動慣量，所以磁力越強，質量越小，且半徑越小的磁鐵便是更好的選擇。