DE19644918C2 - Micromechanical optical switching unit - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine mikromechanische optische Schalt einheit.The invention relates to a micromechanical optical switch unit.
Optische Schalter sind unter anderem in den Schriften DE OS 37 42 553 (Vorrichtung und Verfahren zum Leiten eines Lichtstrahls in eine von mehreren Lichtleitfasern oder Arbeitsplatzorten) und DE OS 40 29 569 (Faseroptischer Schalter)zu finden:Optical switches are among others in the documents DE OS 37 42 553 (Device and method for guiding a light beam in one of several optical fibers or workplaces) and Find DE OS 40 29 569 (fiber optic switch):
Diese Anordnungen stellen allerdings nur 1 auf n-Verknüp fungen dar.However, these arrangements only put 1 on n-link presentations.
Die EP 0 153 243 beinhaltet ebenfalls einen Schalter für Licht wellenleiter. Dabei wird ein optisches Element, das im Strah lengang zwischen den Enden der Wellenleiter und dem Spiegel angeordnet ist, auf einer geradlinigen Bahn so bewegt, daß der Lichtstrahl im optischen Element abgelenkt, über den Spiegel reflektiert und im optischen Element ein zweites Mal abgelenkt und damit der Lichtstrahl auf den übernächsten Wellenleiter geführt wird.EP 0 153 243 also includes a switch for light waveguide. An optical element that is in the beam lengang between the ends of the waveguide and the mirror is arranged, moved on a linear path so that the Light beam deflected in the optical element, over the mirror reflected and deflected a second time in the optical element and thus the light beam onto the next but one waveguide to be led.
Nachteile dieser Anordnung stellen zum einen die bewegte Optik dar und zum anderen körnen nur Wellenleiter in einem fester Abstand zueinander verbunden werden. Eine freie Auswahl der Form 1 aus n ist nicht möglich.Disadvantages of this arrangement are the moving optics and on the other hand only waveguides can be grained in a solid Distance to each other. A free choice of Form 1 from n is not possible.
In den Veröffentlichungen DE OS 36 08 135, DE OS 37 16 836, DE OS 40 40 001 und DE OS 42 21 918 werden optische Schalter be schrieben. Dabei kommen jeweils bewegliche Spiegel als Ein- /Ausschalter bei fester Zuordnung der Wellenleiter zum Einsatz. Eine frei wählbare Zuordnung aus einer Vielzahl von Wellen leitern ist nicht möglich.In the publications DE OS 36 08 135, DE OS 37 16 836, DE OS 40 40 001 and DE OS 42 21 918 are optical switches wrote. Movable mirrors come as inputs / Switch off when the waveguide is permanently assigned. A freely selectable assignment from a variety of waves ladders are not possible.
Aufgabe der Erfindung ist es, optische Informationen über ein mikromechanisches Bauelement bidirektional zu verteilen, zu mischen, zu entmischen und/oder zu schalten. The object of the invention is to provide optical information about a To distribute the micromechanical component bidirectionally mix, segregate and / or switch.
Dieses Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.This problem is with those listed in claim 1 Features resolved.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Informationen optischer Signale sowohl einfach bidirektional von 1 auf 1 als auch von 1 auf n, n auf 1 oder n auf n mit ein und derselben Anordnung geschaltet werden können. Die Ausführung in mikromechanischer Bauart ermöglicht einen kleinen Aufbau bei sehr geringen Schaltzeiten und damit hohen Schaltfrequenzen.The advantages achieved with the invention are in particular in that the information optical signals both simple bidirectional from 1 to 1 as well as from 1 to n, n to 1 or n can be switched to n with one and the same arrangement. The micromechanical design enables one small structure with very short switching times and thus high Switching frequencies.
Der Schichtaufbau begünstigt einen ökonomischen Aufbau, da die einzelnen Schichten als Funktionsebenen mit vor allem aus der Mikroelektronik bekannten Fertigungstechnologien hergestellt werden können.The layer structure favors an economic structure since the individual layers as functional levels with mainly from the Microelectronics known manufacturing technologies can be.
Die Schichtstruktur mit den Lichtstrahl beeinflussenden op tischen Anordnungen ermöglicht einen universellen Aufbau je nach den Anforderungen, die an das Bauteil gestellt werden. So können bidirektionale Schaltstrukturen der Form 1 auf 1, 1 auf n, n auf 1 oder n auf n mit ein und derselben Einrichtung realisiert werden. Der oder die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel sind als Elektrode aus geführt, so daß bei Plazierung von entsprechend ausgebildeten Gegenelektroden auf den Deckplatten und einer entsprechenden Ansteuerung ein Kippen gewährleistet ist. Ein zusätzlicher Bewegungsmechanismus für den oder die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel ist nicht nötig.The layer structure with the optical arrangements influencing the light beam enables a universal structure depending on the requirements placed on the component. In this way, bidirectional switching structures of the form 1 on 1, 1 on n, n on 1 or n on n can be implemented with one and the same device. The or the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirrors are performed as an electrode, so that tilting is ensured when placing appropriately trained counter electrodes on the cover plates and a corresponding control. An additional movement mechanism for the plate-shaped individual mirror and movable in a pivot axis is not necessary.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patent ansprüchen 2 bis 11 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the patent claims 2 to 11 specified.
Einen einfachen Aufbau der mikromechanischen optischen Schalt einheit mit den Schaltmöglichkeiten 1 auf n, n auf 1 oder n auf n mit n gleich Anzahl der angebrachten Lichtleiter beinhaltet die Weiterbildung des Patentanspruchs 2. Weiterhin besitzt diese Lösung geringe optische Verluste der Lichtstrahlen beim Durchgang. Werden mehrere derartige mikromechanische optische Schalteinheiten in einer Ebene angeordnet, ergibt sich ein kompakter Aufbau mehrerer mikromechanischer optischer Schalt einheiten, die einzeln oder durch optisches Zusammenschalten im Verbund betrieben werden können.A simple structure of the micromechanical optical switch unit with the switching options 1 to n, n to 1 or n to n with n is equal to the number of light guides attached the further development of claim 2. Furthermore this solution low optical loss of light rays when Continuity. Are several such micromechanical optical Switching units arranged in one level results in a compact design of several micromechanical optical switches units, individually or by optical interconnection in the Can be operated in a network.
Die Weiterbildung des Patentanspruchs 3 garantiert einen glei chen Abstand der Lichtleiter zum Prisma.The further development of claim 3 guarantees the same Chen distance of the light guide to the prism.
Ein einfacher und ökonomischer Aufbau unter Nutzung bekannter und ausgereifter Technologien der Mikroelektronik wird in den Weiterbildungen der Patentansprüche 4 bis 6 aufgeführt. Die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzel spiegel können sowohl matrixförmig p × p als auch in einem beliebigen Verhältnis p × q zueinander angeordnet werden, wobei p und q die Anzahl der plattenförmigen und in einer Schwenk achse bewegbaren Einzelspiegel pro Kante der mikromechanischen optischen Schalteinheit ist. Die Anzahl der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel bestimmt dabei das Schaltverhältnis 1 auf n, n auf 1 oder n auf n, mit n gleich der Anzahl der mit der mikromechanischen optischen Schalteinheit verkoppelten Lichtleiter. Derartig ausgebildete mikromechanische Schalteinheiten sind leicht stapelbar, so daß durch mindestens eine optische Verbindung der mikromechanischen optischen Schalteinheiten untereinander, die Schaltmöglich keiten 1 auf n, n auf 1 oder n auf n gegenüber einzeln ausge bildeten mikromechanischen optischen Schalteinheiten wesentlich erhöht wird.A simple and economical structure using known and mature technologies of microelectronics is listed in the further developments of claims 4 to 6. The plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror can be arranged both matrix-shaped p × p and in any ratio p × q to each other, where p and q is the number of plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror per edge of the micromechanical optical switching unit . The number of plate-shaped individual mirrors that can be moved in a pivot axis determines the switching ratio 1 to n, n to 1 or n to n, with n equal to the number of light guides coupled to the micromechanical optical switching unit. Such designed micromechanical switching units are easily stackable, so that the switching possibilities 1 to n, n to 1 or n to n compared to individually formed micromechanical optical switching units is significantly increased by at least one optical connection of the micromechanical optical switching units.
Mit der Anordnung der Schwenkachse der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel in der Symmetrie achse der Lichtleiter und damit in der Symmetrieachse des Lichtstrahles ergibt sich eine einfache Montage der überein ander angeordneten Ebenen. Dabei befinden sich sowohl die Mit telpunkte der Flächen der sich gegenüberliegenden plattenför migen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel als auch bei gleichen Abmessungen diese deckungsgleich überein ander. Die Lichtleiter an den Rändern der optischen Schaltein heit sind damit sowohl als Sende- als auch als Empfangselemente der Lichtstrahlen einsetzbar. Korrekturen hinsichtlich der Po sition des Lichtstrahles zu den einzelnen Lichtleitern ent fallen. Bei Anordnung von mehr als zwei Ebenen mit plattenför migen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegeln ist eine symmetrische Ablenkung der Lichtstrahlen zu den Deckplat ten hin gegeben.With the arrangement of the pivot axis of the plate-shaped and in a pivoting movable single mirror in symmetry axis of the light guide and thus in the axis of symmetry of the Light beam results in a simple assembly of the match other levels. Both are with points of the faces of the opposing slabs individual and movable in a swivel axis as even with the same dimensions, they are congruent at the. The light guides on the edges of the optical switch are both as transmitting and receiving elements the light rays can be used. Corrections regarding the Po sition of the light beam to the individual light guides fall. When arranging more than two levels with plate-shaped and individual mirrors movable in a swivel axis a symmetrical deflection of the light rays to the cover plate given.
Weiterhin sind nur drei Schaltzustände der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel notwendig, so daß eine Ansteuerung wesentlich erleichtert wird. Die drei Schaltzustände sind durch die Zustände gegeneinander gekippt oder keine Ansteuerung charakterisiert.Furthermore, only three switching states of the plate-shaped and single mirror movable in a swivel axis necessary, so that control is made considerably easier. The three Switching states are tilted against each other by the states or no control characterized.
Die Anschläge auf den Deckplatten entsprechend der Weiterbil dungen der Patentansprüche 7 und 8 erleichtern die Ansteuerung der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Ein zelspiegel.The stops on the cover plates according to the ref Applications of claims 7 and 8 facilitate control the plate-shaped and movable in a swivel axis cell mirror.
Eine einfache Realisierung der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel und Torsionsbalken unter Nutzung bekannter und erprobter Technologien der Mikroelek tronik ermöglichen die Weiterbildungen der Patentansprüche 9 und 10.A simple realization of the plate-shaped and in one Swivel axis movable single mirror and torsion bar below Use of well-known and proven technologies of the microelek tronics enable the further development of patent claims 9 and 10.
Mit der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 ergibt sich automatisch der Schwenkraum der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel zu den Deckplatten hin, so daß zusätzlich vorzusehende Abstandsrahmen für ein freies Schwenken über einen Winkelbereich von 0 bis 45° nicht not wendig sind. Gleichzeitig verringert sich der Montageaufwand.With the further development of claim 11 results automatically the swivel space of the plate-shaped and in one Single mirror movable pivot axis towards the cover plates, so that additional spacing frames to be provided for a free Swiveling over an angular range of 0 to 45 ° is not necessary are agile. At the same time, the assembly effort is reduced.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Two embodiments of the invention are in the drawings are shown and are described in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Mikromechanische optische Schalteinheit mit einer ein stückig ausgebildeten Optik und einem plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel, Fig. 1 micromechanical optical switching unit with a lumpy appearance and formed a plate-shaped and is movable in a pivot axis of the individual mirrors,
Fig. 2 Draufsicht der in der Fig. 1 dargestellten mikrome chanischen optischen Schalteinheit, Fig. 2 plan view of the mikrome chanical optical switching unit shown in FIG. 1,
Fig. 3 Schalteinheit mit zwei Ebenen und 3 × 3 plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel je Ebene in Explosionsdarstellung und Fig. 3 switching unit with two levels and 3 × 3 plate-shaped and movable in a pivot axis single level per level in exploded view and
Fig. 4 Schnittdarstellung der Anordnung der Fig. 3. Fig. 4 is a section view of the arrangement of FIG. 3.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der mikromechanischen optischen Schalteinheit 1 besteht im wesentlichen aus einer einstückig ausgebildeten Optik 3 als erste die Lichtstrahlen beeinflus sende Einrichtung in der ersten Ebene und einem plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 als zweite die Lichtstrahlen beeinflussende Einrichtung, die übereinander und zwischen zwei Deckplatten 2a und 2b angeordnet sind (Dar stellungen der Fig. 1 und 2).A first embodiment of the micromechanical optical switching unit 1 consists essentially of a one-piece optics 3 as the first device influencing the light beams in the first plane and a plate-shaped single mirror 6 movable in a pivot axis as the second device influencing the light beams, one above the other and between two Cover plates 2 a and 2 b are arranged (Dar positions of FIGS. 1 and 2).
Die einstückig ausgebildete Optik 3 befindet sich in einem Abstandsrahmen 9. Der Lichtstrahl gelangt über einen von min destens zwei in einer Ebene angeordneten Lichtleiter 10 an die einstückig ausgebildete Optik 3. Dazu sind die Lichtleiter 10 in Gräben, die sich in einer der Deckplatten 2a und dem Ab standsrahmen 9 korrespondierend zueinander befinden, geführt. Der Abstand der Lichtleiter 10 nimmt in Richtung zu der ein stückig ausgebildeten Optik 3 kontinuierlich ab und die Lichtleiter enden direkt an dieser. Diese Fläche der einstückig ausgebildeten Optik 3 ist kreisförmig zu den Lichtleitern 10 hin gewölbt aus gebildet. Durch diese Maßnahme besitzen die Enden der Licht leiter 10 den gleichen Abstand zum Mittelpunkt der einstückig ausgebildeten Optik 3.The one-piece optics 3 is located in a spacer frame 9 . The light beam reaches the one-piece optical system 3 via at least two light guides 10 arranged in one plane. For this purpose, the light guide 10 in trenches, which are in one of the cover plates 2 a and from the frame 9 corresponding to each other, out. The distance between the light guides 10 decreases continuously in the direction of the one piece optics 3 and the light guides end directly at this. This surface of the one-piece optics 3 is formed in a circular shape towards the light guides 10 . By this measure, the ends of the light guide 10 have the same distance from the center of the one-piece optics 3rd
Diese selbst stellt zum einen ein totalreflektierendes Prisma 4 und zum anderen eine Linse 5 dar. Der Lichtstrahl trifft nach Verlassen einer der Lichtleiter 10 auf das totalreflektierende Prisma 4 und wird an diesem in Richtung der zweiten die Licht strahlen beeinflussenden Einrichtung mit einem Winkel von 90° abgelenkt. In dieser Richtung ist die Fläche der einstückig ausgebildeten Optik 3 eine Linse 5. Im Brennpunkt dieser Linse 5 ist der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel 6 angeordnet. Dazu besitzt der Abstandsrahmen 9 eine Öffnung als optischen Übergang 12 von der ersten die Lichtstrahlen beeinflussenden Einrichtung zur zweiten die Licht strahlen beeinflussenden Einrichtung.This itself represents on the one hand a totally reflecting prism 4 and on the other hand a lens 5. After leaving one of the light guides 10 , the light beam strikes the totally reflecting prism 4 and is at this in the direction of the second device influencing the light rays at an angle of 90 ° distracted. In this direction, the surface of the one-piece optics 3 is a lens 5 . In the focal point of this lens 5 , the plate-shaped individual mirror 6, which is movable in a pivot axis, is arranged. For this purpose, the spacer frame 9 has an opening as an optical transition 12 from the first device influencing the light rays to the second device influencing the light rays.
Der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzel spiegel 6 ist über zwei an gegenüberliegenden Kanten mit tig angeordneten Torsionsbalken 7 in einem diesen umgebenden Rahmen 8 aufgehängt. Der Rahmen 8 einschließlich des platten förmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels 6 ist aus einer Siliziumscheibe gefertigt. Der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel 6 und der Torsionsbalken 7 sind aus einer Opferschicht freigeätzt und der verbleibende Bereich der Siliziumscheibe stellt die Halterung für den plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 selbst dar und dient weiterhin dem Abstand gegenüber der Deckplatte 2b, so daß der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel 6 gegenüber der Deckplatte 2b frei schwenkbar ist.The plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 is suspended on two opposite edges with tig torsion bars 7 in a frame 8 surrounding them. The frame 8 including the plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 is made of a silicon wafer. The plate-shaped individual mirror 6 that can be moved in a pivot axis and the torsion bar 7 are etched free from a sacrificial layer and the remaining area of the silicon wafer itself is the holder for the plate-shaped individual mirror 6 that is movable in a pivot axis and also serves the distance from the cover plate 2 b, so that the plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 relative to the cover plate 2 b is freely pivotable.
Der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzel spiegel 6 besitzt eine Fläche von 3 × 3 mm2. Die Schwenkachse des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Ein zelspiegels 6 steht dabei senkrecht zur Symmetrieachse der gewölbten Fläche der einstückig ausgebildeten Optik 3, an der die Lichtleiter 10 enden. Mit dem Auslenken des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels 6 wird der darauf auftreffende Lichtstrahl über die Linse 5 und dem total reflektierenden Prisma 4 z. B. zu dem neben dem den Lichtstrahl verlassenden Lichtleiter 10 geleitet.The plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 has an area of 3 × 3 mm 2 . The pivot axis of the plate-shaped and movable in a pivot axis A single mirror 6 is perpendicular to the axis of symmetry of the curved surface of the one-piece optics 3 , at which the light guide 10 ends. With the deflection of the plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 , the light beam incident thereon via the lens 5 and the totally reflecting prism 4 z. B. to the next to the light beam leaving the light guide 10 .
Der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzel spiegel 6 selbst stellt eine Elektrode dar. Auf der parallel zum plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Ein zelspiegel 6 angeordneten Deckplatte 2b befinden sich zwei Gegenelektroden 11a und 11b. Diese sind korrespondierend zu den parallel zu der Symmetrieachse der Schwenkachse verlaufenden Kanten des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels 6 angeordnet. Mit einer derartigen Anordnung ist dieser elektrostatisch ansteuerbar, so daß er je nach Potential an den Elektroden schwenkbar ist.The plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 itself represents an electrode. On the parallel to the plate-shaped and movable in a pivot axis A single mirror 6 arranged cover plate 2 b there are two counter electrodes 11 a and 11 b. These are arranged corresponding to the edges of the plate-shaped individual mirror 6 which are parallel to the axis of symmetry of the pivot axis and which are movable in a pivot axis. With such an arrangement, it can be controlled electrostatically so that it can be pivoted on the electrodes depending on the potential.
Die Elektroden in Form des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels 6 und die Gegenelek troden 11a und 11b sind über elektrische Leiterbahnen mit ge eigneten an der mikromechanischen optischen Schalteinheit 1 vorhandenen Kontaktstrukturen verbunden, so daß die mikro mechanische optische Schalteinheit 1 von außen elektrisch anschließbar ist.The electrodes in the form of the plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 and the counter electrodes 11 a and 11 b are connected via electrical conductor tracks with suitable ge on the micromechanical optical switching unit 1 existing contact structures, so that the micro-mechanical optical switching unit 1 from the outside electrically can be connected.
Die anderen Enden der Lichtleiter 10 sind mit optischen Sende- und/oder Empfangseinrichtungen verbunden.The other ends of the light guides 10 are connected to optical transmitting and / or receiving devices.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der mikromechanischen optischen Schalteinheit 1 zeichnet sich dadurch aus, daß die erste und die zweite Lichtstrahlen beeinflussende Einrichtung aus in einer Matrixform angeordneten plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegeln 6 besteht (Fig. 3 und 4).A second exemplary embodiment of the micromechanical optical switching unit 1 is characterized in that the first and second light beam influencing devices consist of plate-shaped individual mirrors 6 arranged in a matrix shape and movable in a pivot axis ( FIGS. 3 and 4).
Eine Matrix beinhaltet in diesem Ausführungsbeispiel drei mal drei plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzel spiegel 6. Diese sind in einem sie umgebenden Rahmen 8 und zwei parallel verlaufenden Stegen 13 aufgehängt. Dabei befinden sich jeweils drei plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel 6 zwischen Rahmen 8 und Steg 13 oder zwischen zwei Stegen 13 hintereinander. Der freie Raum zwischen den plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzel spiegeln 6 stellt gleichzeitig den optischen Übergang dar. Die Abstände der plattenförmigen und in einer Schwenkachse beweg baren Einzelspiegel 6 zueinander sind gleich. Der plattenför mige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel 6 selbst ist über an zwei gegenüberliegenden Kanten mittig ange brachten Torsionsbalken 7 mit dem Rahmen 8 oder den Stegen 13 verbunden. Die Größe eines plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels 6 beträgt 1,4 × 1,4 mm2 bei einer Dicke von 30 µm. Die gesamte Matrix ist Teil einer Siliziumscheibe, wobei die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 einschließlich der Torsionsbalken 7 Teile einer Opferschicht darstellen und frei geätzt sind. Die den plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 umgebenden Teile der Siliziumscheibe stellen den Rahmen 8 und die Stege 13 dar und bilden gleichzei tig Teile der Abstandsrahmen 9.In this exemplary embodiment, a matrix contains three times three plate-shaped individual mirrors 6 that can be moved in a pivot axis. These are suspended in a frame 8 surrounding them and two parallel webs 13 . There are in each case three plate-shaped individual mirrors 6 movable in a pivot axis between frame 8 and web 13 or between two webs 13 one behind the other. The free space between the plate-shaped and movable in a swivel axis mirror 6 simultaneously represents the optical transition. The distances between the plate-shaped and movable in a swivel axis single mirror 6 to each other are the same. The plattenför shaped and movable in a pivot axis individual mirror 6 itself is connected via two centrally placed opposite torsion bars 7 to the frame 8 or the webs 13 . The size of a plate-shaped individual mirror 6 that can be moved in a pivot axis is 1.4 × 1.4 mm 2 with a thickness of 30 μm. The entire matrix is part of a silicon wafer, the plate-shaped individual mirrors 6 including the torsion bars 7 , which are movable in a pivot axis, represent parts of a sacrificial layer and are freely etched. The parts of the silicon wafer surrounding the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror 6 represent the frame 8 and the webs 13 and at the same time form parts of the spacer frame 9 .
Zwei derartig ausgebildete Matrizen sind mit einem zusätzlich dazwischen angeordneten Abstandsrahmen 9 so angeordnet, daß sich die Symmetrielinien der Schwenkachsen der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 recht winklig zueinander befinden und sich jeweils zwei plattenför mige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel 6 dec kungsgleich gegenüberstehen.Two such matrices are arranged with an additional spacing frame 9 arranged between them so that the lines of symmetry of the pivot axes of the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirrors 6 are at right angles to each other and two plattenför-shaped and movable in a pivot axis are opposite each other 6 dec .
Weitere Abstandsrahmen befinden sich zwischen den zusammen gefügten Matrizen und jeweils über den plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegeln 6 angeordneten Deckplatten 2a und 2b. Die Abstandsrahmen können entfallen, wenn die Deckplatten 2a und 2b jeweils entsprechende Vertie fungen aufweisen, so daß die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel über einen Winkelbereich von 0 bis mindestens 45° frei geschwenkt werden können.Further spacing frames are located between the matrices joined together and each of the cover plates 2 a and 2 b arranged above the plate-shaped individual mirrors 6 which are movable in a pivot axis. The spacing frame can be omitted if the cover plates 2 a and 2 b each have corresponding recesses, so that the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirrors can be freely pivoted over an angular range of 0 to at least 45 °.
Die Rahmen oder die Deckplatten 2a und 2b besitzen korrespon dierend zueinander angeordnete Gräben, in denen die Enden von Lichtleitern 10 mit daran angebrachten Gradientenindexlinsen 14 plaziert sind.The frame or the cover plates 2 a and 2 b have correspondingly arranged trenches in which the ends of light guides 10 are placed with attached gradient index lenses 14 .
Die Symmetrieachsen der Lichtleiter 10 befinden sich recht winklig zu den Symmetrieachsen der Schwenkachsen der platten förmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 und sind weiterhin in der Symmetrieachse des Lichtleiters 10 plaziert. Der Lichtstrahl besitzt einen Durchmesser von 0,8 bis 1,0 mm und der plattenförmige und in einer Schwenkachse beweg bare Einzelspiegel 6 ist 30 µm dick, so daß bei Durchlaufen des Lichtstrahls bei nichtausgelenktem plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 dessen Dicke ausgeblen det wird. Diese Dämpfung des Lichtstrahles ist insgesamt ver nachlässigbar.The axes of symmetry of the light guide 10 are at right angles to the axis of symmetry of the pivot axes of the plate-shaped individual mirrors 6 which are movable in a pivot axis and are furthermore placed in the axis of symmetry of the light guide 10 . The light beam has a diameter of 0.8 to 1.0 mm and the plate-shaped and movable in a swivel axis bare individual mirror 6 is 30 microns thick, so that when passing through the light beam with undeflected plate-shaped and movable in a swivel axis 6 whose thickness is deflected becomes. This attenuation of the light beam is negligible overall.
Mit einem derartigen Aufbau der Matrizen sind je Kante drei Lichtleiter 10 und damit insgesamt zwölf Lichtleiter 10 an die mikromechanische optische Schaltereinheit 1 anschließbar und damit schalt-, misch- oder entmischbar.With such a structure of the matrices, three light guides 10 and thus a total of twelve light guides 10 can be connected to the micromechanical optical switch unit 1 per edge and can thus be switched, mixed or unmixed.
Die anderen Enden der Lichtleiter 10 sind mit optischen Sende- und/oder Empfangseinrichtungen verbunden.The other ends of the light guides 10 are connected to optical transmitting and / or receiving devices.
Die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Ein zelspiegel 6 sind als Elektroden ausgeführt. Auf den Deckplat ten 2a und 2b befinden sich pro plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 zwei Gegenelektroden 11a und 11b. Diese sind korrespondierend zu den parallel zu der Symmetrieachse der Schwenkachse verlaufenden Kanten des plat tenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels 6 angeordnet. Mit einer derartigen Anordnung sind diese elek trostatisch ansteuerbar, so daß die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 je nach dem an liegenden Potential schwenkbar sind.The plate-shaped and movable in a pivot axis A single mirror 6 are designed as electrodes. On the Deckplat th 2 a and 2 b there are two counter electrodes 11 a and 11 b per plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror 6 . These are arranged corresponding to the parallel to the axis of symmetry of the pivot axis edges of the plat-shaped and movable in a pivot axis individual mirror 6 . With such an arrangement, these are electrostatically controllable, so that the plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 are pivotable depending on the potential.
Die Elektroden in Form der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 und die Gegenelektroden 11a und 11b sind über elektrische Leiterbahnen mit geeigneten an der mikromechanischen optischen Schalteinheit 1 vorhandenen Kontaktstrukturen verbunden, so daß die mikromechanische op tische Schalteinheit 1 elektrisch von außen kontaktierbar ist.The electrodes in the form of the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror 6 and the counter electrodes 11 a and 11 b are connected via electrical conductor tracks with suitable contact structures present on the micromechanical optical switching unit 1 , so that the micromechanical operating table switching unit 1 is electrically contactable from the outside .
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WO2001095007A2 (en) * | 2000-06-02 | 2001-12-13 | Calient Networks, Inc. | An optical switch using collimated arrays with non-collinear beams |
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KR100805969B1 (en) * | 2000-09-29 | 2008-02-25 | 텍사스 인스트루먼츠 인코포레이티드 | Optical add drop multiplexer |
AU2003206601A1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-29 | Colibrys S. A. | Fabrication process for optical mems device for fiber alignment and variable optical attenuation |
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DE102011013611B4 (en) * | 2010-03-20 | 2013-09-19 | Ulrich Lohmann | Micro-optical crossbar switching network based on planar-integrated free-space optics |
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Patent Citations (1)
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