Die Erfindung betrifft einen optischen
Schalter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optical
Switch according to the preamble of claim 1.
Ein optischer Schalter spielt eine
große
Rolle in optischen Systemen, insbesondere in einem optischen Kommunikationssystem.
Ein optischer Schalter dient in einem faseroptischen Kommunikationssystem
dazu, einen Lichtstrahl durch Signale zu steuern. In anderen optischen
Systemen dient ein optischer Schalter zur Steuerung der Lichtabgabe
einer Lichtquelle. Da Licht sich sehr schnell fortpflanzt, braucht
ein optischer Schalter eine sehr schnelle Umschaltgeschwindigkeit,
um einen einwandfreien Betrieb eines optischen Systems zu gewährleisten.
Der Einfügungsverlust
ist ein anderer Faktor, der die Leistung eines optischen Schalters
beeinflußt.
Bei einem geringen Einfügungsverlust
durch den optischen Schalter wird die Dämpfung eines Lichtsignals reduziert.
Bei einer Dämpfung
des Lichtsignals muß ein optischer
Verstärker
verwendet werden, um die Intensität des optischen Signals zu
erhöhen.
Durch eine geringe Anzahl von optischen Elementen und eine genaue
Ausrichtung der selben kann der Einfügungsverlust reduziert werden.
Wenn der optische Schalter wiederholt betätigt wird, kann dies zu einer fehlerhaften
optischen Ausrichtung führen.
Deswegen spielt die Stabilität
eines Lichtschalters eine große
Rolle.An optical switch plays one
size
Role in optical systems, especially in an optical communication system.
An optical switch is used in a fiber optic communication system
to control a light beam with signals. In other optical
Systems use an optical switch to control the light output
a light source. Since light propagates very quickly, needs
an optical switch has a very fast switching speed,
to ensure proper operation of an optical system.
The insertion loss
is another factor affecting the performance of an optical switch
affected.
With a small insertion loss
the attenuation of a light signal is reduced by the optical switch.
With damping
of the light signal must be an optical one
amplifier
used to adjust the intensity of the optical signal
increase.
By a small number of optical elements and an exact
Alignment of the same can reduce the insertion loss.
If the optical switch is operated repeatedly, this can lead to a fault
lead optical alignment.
That is why stability plays
of a light switch a big one
Role.
Ein mechanischer optischer Schalter
ist einfach und billig, unterliegt jedoch gewissen Beschränkungen.
So ist aus US 6,044,186 ein
optisches Schaltsystem bekannt, bei dem die Lichtleitphasen am Lichtsignaleingang
an einen Schalter angeschlossen sind, der zwischen zwei Stellungen
geschaltet werden kann, so daß die
Lichtleitphasen am Eingang auf verschiedene Ausgänge mit Lichtleitphasen ausgerichtet
werden können,
um das optische Signal umzuschalten. Dabei ist es notwendig, die
Lichtleitphasen zu bewegen, was eine genaue Ausrichtung erfordert,
weshalb die Zuverlässigkeit gering
ist.A mechanical optical switch is simple and cheap, but has certain limitations. So that's it US 6,044,186 an optical switching system is known in which the light guide phases at the light signal input are connected to a switch which can be switched between two positions, so that the light guide phases at the input can be aligned with different outputs with light guide phases in order to switch the optical signal. It is necessary to move the light guide phases, which requires precise alignment, which is why the reliability is low.
Aus US
5,838,847 ist ein optischer Reflexionsschalter bekannt,
bei dem ein bewegbares Spiegelglied am Ende der Lichtleitphasen
in den optischen Weg, bzw. aus diesem herausbewegt wird. Ein Spiegelglied
fordert jedoch eine sehr empfindliche Winkelablenkung, weshalb es
sehr schwierig ist, eine schnelle und genaue Umschaltung zu erzielen.Out US 5,838,847 an optical reflection switch is known in which a movable mirror member is moved into or out of the optical path at the end of the light guide phases. However, a mirror link requires a very sensitive angular deflection, which is why it is very difficult to achieve a quick and accurate switchover.
Aus US
6,088,166 ist ein Prisma für horizontale Bewegungen eines
Lichtstrahls von einer Lichtleitfaser zu einer anderen Lichtleitfaser
bekannt, wobei der Lichtstrahl in dem Prisma zweimal gebrochen wird.
Obwohl ein solcher optischer Schalter einfach und kostengünstig eingesetzt
werden kann, weist das Prisma, daß als optisches Schaltelement
dient, ein sehr großes
Volumen und Gewicht auf, so daß eine
günstige
Ausführung
eines Antriebs zur Betätigung
des Prismas nicht möglich
ist und sich damit die Anzahl der Eingänge und Ausgänge nicht
vergrößern läßt.Out US 6,088,166 a prism for horizontal movements of a light beam from one optical fiber to another optical fiber is known, the light beam being refracted twice in the prism. Although such an optical switch can be used simply and inexpensively, the prism that serves as an optical switching element has a very large volume and weight, so that a cheap design of a drive for actuating the prism is not possible and thus the number of Do not enlarge inputs and outputs.
In dem System nach US 6,215,919 sind zur Steuerung eines
Lichtstrahls ein Keilprisma und eine Gradientbrechungsindexlinse
vorgesehen, um eine Umschaltung von einer Lichtschaltfaser zu einer
anderen Lichtleitfaser zu ermöglichen.
Obwohl dieses Schaltverfahren die Größe und das Gewicht eines Keilprismas
erheblich verringern kann, ist ein Prisma mit hoher Genauigkeit
und exakter optischer Ausrichtung erforderlich. Außerdem ist
es schwierig, Mehrfach-Eingänge
und – Ausgänge zu verwirklichen.In the system after US 6,215,919 a wedge prism and a gradient refractive index lens are provided to control a light beam in order to enable switching from one light switching fiber to another optical fiber. Although this switching method can significantly reduce the size and weight of a wedge prism, a prism with high accuracy and exact optical alignment is required. It is also difficult to implement multiple inputs and outputs.
Es besteht daher der Wunsch nach
einer einfachen, kostengünstigen,
leichten und zuverlässigen Vorrichtung
und einem entsprechenden Verfahren zum Umschalten des optischen
Weges.There is therefore a desire for
a simple, inexpensive,
lightweight and reliable device
and a corresponding method for switching the optical
Way.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit dem auf verschiedenen
optischen Wegen umgeschaltet werden kann, um den Fortpflanzungsweg
eines Lichtstrahles zu steuern.The invention has for its object a
To create device and a method with which on different
optical paths can be switched to the reproductive path
to control a light beam.
Der Erfindung liegt als weitere Aufgabe
eine Vorrichtung und ein Verfahren zugrunde, mit dem der optische
Weg umgeschaltet werden kann, ohne den Eingang oder Ausgang einer
optischen Faser bewegen zu müssen.The invention has another object
an apparatus and a method with which the optical
Can be switched without the input or output of one
to have to move optical fiber.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung
besteht darin, eine Vorrichtung zum Umschalten des optischen Weges
mit kleinerem Volumen und geringerem Gewicht zu schaffen.Another object of the invention
is a device for switching the optical path
to create with smaller volume and less weight.
Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, eine
einfache und kostengünstige
Vorrichtung und ein Verfahren zur Umschaltung des optischen Weges zu
schaffen.Finally, it is an object of the invention
simple and inexpensive
Device and a method for switching the optical path
create.
Die gestellten Aufgaben werden durch
den in Anspruch 1 gekennzeichneten optischen Schalter und das im
Anspruch 9 gekennzeichnete Verfahren gelöst.The tasks are performed by
the optical switch characterized in claim 1 and im
Claim 9 characterized method solved.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung wiedergegeben.Advantageous refinements are in the subclaims
reproduced the invention.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Prisma ist vorzugsweise
ein Keilprisma oder ein gleichschenkliges Prisma, um so das Volumen
und das Gewicht des optischen Schalters zu verringern.The prism used according to the invention is preferred
a wedge prism or an isosceles prism, so the volume
and reduce the weight of the optical switch.
Die Erfindung kann in unterschiedlichen
optischen Umschaltanlagen eingesetzt werden, zum Beispiel für einen
1×2 optischen
Schalter, einen 2×1
optischen Schalter, einen 2×2
optischen Schalter, einen 2×2
optischen Blockierschalter und einen optischen Ein / Aus – Schalter
oder einen optischen Schalter mit einer Vielzahl von Eingängen und
Ausgängen,
der mit einer Vielzahl von Prismen ausgestattet ist, z. B. einen
1×4 optischen
Schalter bzw. einen 2×4
optischen Schalter.The invention can be of different types
optical switching systems are used, for example for one
1 × 2 optical
Switch, a 2 × 1
optical switch, a 2 × 2
optical switch, a 2 × 2
optical blocking switch and an optical on / off switch
or an optical switch with a variety of inputs and
outputs,
which is equipped with a variety of prisms, e.g. B. one
1 × 4 optical
Switch or a 2 × 4
optical switch.
In der Zeichnung ist die Erfindung
beispielsweise dargestellt. Es zeigen jeweils schematisch,In the drawing is the invention
for example. Each shows schematically
1 einen
2×2 optischen
Schalter 1 a 2 × 2 optical switch
2 einen
1×2 optischen
Schalter 2 a 1 × 2 optical switch
3 einen
optischen Ein / Aus-Schalter, 3 an optical on / off switch,
4 einen
2×4 optischen
Schalter 4 a 2 × 4 optical switch
5 einen
2×1 optischen
Schalter 5 a 2 × 1 optical switch
6 einen
3×6 optischen
Schalter 6 a 3 × 6 optical switch
7 einen
1×4 optischen
Schalter 7 a 1 × 4 optical switch
8 einen
2×2 optischen
Schalter nach einer anderen Ausführungsform. 8th a 2 × 2 optical switch according to another embodiment.
Nach der Erfindung weist der optische
Schalter einen Eingang und einen Ausgang für ein optisches Signal auf,
wobei zwischen dem Eingang und dem Ausgang ein freier optischer
Weg vorgesehen ist, in den ein Prisma hinein und heraus bewegt wird, um
den optischen Weg umzuschalten. Wenn das Prisma in den freien optischen
Weg bewegt wird, wird der optische Weg umgeschaltet, und zwar dadurch, daß dann der
Lichtstrahl durch das Prisma zweimal gebrochen und einmal total
reflektiert wird. Wenn das Prisma aus diesem freien optischen Weg
herausbewegt wird, tritt der Lichtstrahl vom Eingang direkt in den
Ausgang ein.According to the invention, the optical
Switch an input and an output for an optical signal,
with a free optical between the input and the output
Path is provided in which a prism is moved in and out to
to switch the optical path. If the prism in the free optical
Is moved, the optical path is switched, by the fact that then
Light beam broken twice through the prism and once totally
is reflected. If the prism out of this free optical path
is moved out, the light beam enters directly from the entrance
Output on.
Nachstehend ist die Erfindung anhand
bevorzugter Ausführungsbeispiele
näher erläutert.The invention is illustrated below
preferred embodiments
explained in more detail.
Ausführungsbeispiel 1: 2×2 optischer
SchalterEmbodiment 1: 2 × 2 optical
switch
1 zeigt
schematisch einen 2×2
optischen Schalter, der zwei optische Signaleingänge 10, 12 und
zwei optische Signalausgänge 14, 16 aufweist.
Jeder Eingang und Ausgang weist einen Kollimator oder eine Kollimatorlinse
auf, die an ein Ende der jeweiligen Lichtleitfaser entsprechend
dem Stand der Technik angeschlossen ist. Die Eingänge 10, 12 und
die Ausgänge 14, 16 sind
paarweise und parallel angeordnet, wie in 1B dargestellt und zwar derart, daß in einem
freien Raum ein optischer Weg 18 zwischen dem Eingang 10 und
dem Ausgang 14 und ein weiterer optischer Weg 20 zwischen
dem Eingang 12 und dem Ausgang 16 gebildet wird.
Mit anderen Worten, das optische Signal von dem Eingang 10 wird
dem Ausgang 14 zugeführt
und das optische Signal von dem Eingang 12 dem Ausgang 16,
wobei die beiden Lichtstrahlen parallel zueinander verlaufen. Wie
in 1A dargestellt, ändert sich
der optische Weg der beiden Lichtstrahlen, wenn ein Prisma 22 zwischen
die Eingänge 10 und 12 und
die Ausgänge 14 und 16 eingebracht
wird, das heißt,
der Lichtstrahl von dem Eingang 10 wird durch das Prisma 22 gebrochen
und einmal total reflektiert und dann dem Ausgang 16 zugeführt, und
der Lichtstrahl von dem Eingang 12 wird von dem Prisma 22 zweimal
gebrochen und einmal total reflektiert und dann dem Ausgang 14 zugeführt, wodurch
die optischen Wege durch das Prisma 22 in 24 und 26 geändert werden. 1 shows schematically a 2 × 2 optical switch, the two optical signal inputs 10 . 12 and two optical signal outputs 14 . 16 having. Each input and output has a collimator or a collimator lens which is connected to one end of the respective optical fiber in accordance with the prior art. The entrances 10 . 12 and the exits 14 . 16 are arranged in pairs and in parallel, as in 1B shown and in such a way that an optical path in a free space 18 between the entrance 10 and the exit 14 and another optical path 20 between the entrance 12 and the exit 16 is formed. In other words, the optical signal from the input 10 becomes the exit 14 fed and the optical signal from the input 12 the exit 16 , with the two light rays running parallel to each other. As in 1A shown, the optical path of the two light beams changes when a prism 22 between the entrances 10 and 12 and the exits 14 and 16 is introduced, that is, the light beam from the entrance 10 is through the prism 22 broken and once totally reflected and then the exit 16 fed, and the beam of light from the entrance 12 is from the prism 22 twice broken and once totally reflected and then the exit 14 fed, causing the optical paths through the prism 22 in 24 and 26 be changed.
Das Prisma 22 ist ein gleichschenkliges
Prisma und weist eine sich parallel zur Richtung der einfallenden
Lichtstrahlen verlaufende Basis (Hypotenuse) 23 und zwei
symmetrische Schenkel (Katheten) 25, 27 auf. Die
Oberflächen
der Schenkel 25, 27 können mit einem Film beschichtet
sein, um die Reflektion des einfallenden Lichtstrahls sowie einen
polarisationsabhängigen
Verlust zu verringern. Wenn das Prisma 22 in den Raum mit
den beiden freien optischen Wegen 18, 20 eingebracht
wird, treten die beiden parallelen Lichtstrahlen parallel zur optischen Achse
des Prismas 22 symmetrisch in das Prisma 22 ein,
das heißt,
die beiden parallelen Lichtstrahlen laufen parallel zur Basis 23 des
Prismas 22, wobei nach zweimaliger Brechung und einer Totalreflexion
von dem Prisma 22 zwei Lichtstrahlen ausgehen. Diese beiden
ausgehenden Lichtstrahlen verlaufen zur optischen Achse des Prismas 22 parallel
und symmetrisch, jedoch liegen sie den beiden parallel verlaufenden
eingehenden Lichtstrahlen gegenüber.
Aus diesem Grund können
die optischen Wege der beiden Lichtstrahlen durch Anordnung des
Prismas 22 in unterschiedlichen Positionen so gesteuert
werden, daß sie
gerade verlaufen wie in 1B dargestellt
oder über
Kreuz, wie in 1A dargestellt,
um die optischen Wege umzuschalten. Wenn das in 1 dargestellte Prisma 22 teilweise
geschwärzt
ist, bildet diese Vorrichtung einen optischen Schalter vom 2×2 – Blockiertyp.The prism 22 is an isosceles prism and has a base (hypotenuse) that runs parallel to the direction of the incident light rays 23 and two symmetrical legs (cathets) 25 . 27 on. The surfaces of the thighs 25 . 27 can be coated with a film in order to reduce the reflection of the incident light beam and a polarization-dependent loss. If the prism 22 in the room with the two free optical paths 18 . 20 is introduced, the two parallel light beams are parallel to the optical axis of the prism 22 symmetrical in the prism 22 one, that is, the two parallel light beams run parallel to the base 23 of the prism 22 , after two refractions and a total reflection from the prism 22 two beams of light go out. These two outgoing light rays run to the optical axis of the prism 22 parallel and symmetrical, however, they are opposite the two incoming light rays running parallel. For this reason, the optical paths of the two light beams can be changed by arranging the prism 22 can be controlled in different positions so that they run straight as in 1B depicted or crossed, as in 1A shown to switch the optical paths. If that in 1 prism shown 22 is partially blackened, this device forms a 2 × 2 blocking type optical switch.
Ausführungsbeispiel 2: 1×2 optischer
UmschalterEmbodiment 2: 1 × 2 optical
switch
2 zeigt
einen 1×2
optischen Schalter, der einen optischen Signaleingang 28 und
zwei gegenüber
dem Eingang 28 vorgesehene optische Signalausgänge 30, 32 aufweist,
wobei der Eingang 28 auf den Ausgang 30 ausgerichtet
ist, während
der andere Ausgang 32 parallel zum Ausgang 30 angeordnet
ist. Wie in 2A dargestellt,
ist in einem freien Raum ein optischer Weg 34 zwischen
dem Eingang 28 und dem Ausgang 30 vor dem Umschalten
vorgesehen. Ein vom Eingang 28 austretendes Licht tritt damit
in den Ausgang 30 ein. Zur Umschaltung ist, wie in 2B dargestellt, ein Prisma 36 zwischen den
Eingang 28 und den Ausgängen 30, 32 eingesetzt.
Dadurch wird ein anderer optischer Weg 38 ausgebildet,
derart, daß der
Lichtstrahl vom Eingang 28 zur optischen Achse des Prismas 36 auf
das Prisma 36 fällt
und nach zweimaliger Brechung und einer Totalreflexion von dem Prisma 36 in
den Ausgang 32 eintritt. 2 shows a 1 × 2 optical switch that has an optical signal input 28 and two opposite the entrance 28 provided optical signal outputs 30 . 32 has, the input 28 on the exit 30 is aligned while the other exit 32 parallel to the exit 30 is arranged. As in 2A shown is an optical path in a free space 34 between the entrance 28 and the exit 30 provided before switching. One from the entrance 28 emerging light thus enters the exit 30 on. For switching is as in 2 B shown a prism 36 between the entrance 28 and the exits 30 . 32 used. This creates a different optical path 38 trained such that the light beam from the entrance 28 to the optical axis of the prism 36 on the prism 36 falls and after two refractions and a total reflection from the prism 36 in the exit 32 entry.
Ausführungsbeispiel 3: optischer
Ein / Aus – SchalterEmbodiment 3: more optical
On / off switch
In 3 ist
ein optischer Ein / Aus – Schalter dargestellt,
der einen optischen Signaleingang 40 und einen gegenüber dem
Eingang 40 vorgesehenen optischen Signalausgang 42 aufweist,
wobei der Ausgang 42 dem Eingang 40 genau gegenüber liegt. In
der eingeschialteten Betriebsposition, die in 3A dargestellt ist, ist in einem freien
Raum ein optischer Weg 44 zwischen dem Eingang 40 und dem
Ausgang 42 vorgesehen. Ein vom Eingang 40 austretendes
Licht tritt in den Ausgang 42 ein. In der ausgeschalteten
Betriebsposition, die in 3B dargestellt
ist, ist zwischen dem Eingang 40 und dem Ausgang 42 ein
Prisma 46 eingesetzt, wodurch ein ausgeschalteter optischer
Weg 48 gebildet wird. Ein Lichtstrahl trifft vom Eingang 40 parallel
zur optischen Achse des Prismas 46 auf dem Prisma 46 auf
und tritt nach zweimaliger Brechung und einer Totalreflexion in
dem Prisma 46 aus dem Prisma 46 so aus, daß er nicht
in den Ausgang 42 fällt.In 3 an optical on / off switch is shown, which has an optical signal input 40 and one across from the entrance 40 provided optical signal output 42 has, the output 42 the entrance 40 is exactly opposite. In the uniaxial operating position, which is in 3A is shown is an optical path in a free space 44 between the entrance 40 and the exit 42 intended. One from the entrance 40 emerging light enters the exit 42 on. In the switched off operating position, which in 3B is shown is between the entrance 40 and the exit 42 a prism 46 used, whereby a switched off optical path 48 is formed. A beam of light hits the entrance 40 parallel to the optical Axis of the prism 46 on the prism 46 occurs after two refractions and total reflection in the prism 46 from the prism 46 so that he is not in the exit 42 falls.
Ausführungsbeispiel 4: 2×4 optischer
SchalterEmbodiment 4: 2 × 4 optical
switch
4 zeigt
einen 2×4
optischen Schalter, der aus zwei der vorstehend beschriebenen 1×2 – optischen
Schalter besteht, wobei er zwei optische Signaleingänge 84, 86,
vier optische Signalausgänge 88, 90, 92, 94 und
zwei Prismen 96 und 98 aufweist, wobei die Prismen 96 und 98 mit
ihrer Basis zusammengekittet und zusätzlich an der Basis mit einem Lichtreflexionsfilm
beschichtet sind. Wenn die Prismen 96, 98 nicht
eingebracht sind, treten die beiden Lichtstrahlen von den Eingängen 84, 86 über die
optischen Wege 100, 104 in die Ausgänge 88, 92 ein. Wenn
die beiden Prismen 96, 98 eingeführt werden, treten
die beiden Lichtstrahlen von den Eingängen 84, 86 auf
den beiden optischen Wegen 100, 104 parallel zur
optischen Achse der beiden Prismen 96, 98 in die
Prismen 96, 98 ein und treten nach einer zweimaligen
Brechung und einer Totalreflexion an den Prismen 96, 98 in
die beiden Ausgänge 90, 94 ein. Mit
diesem Schaltverfahren mit mehreren Prismen kann ein optischer Schalter
mit einer Vielzahl von optischen Signaleingängen und optischen Signalausgängen vorgesehen
werden. 4 shows a 2 × 4 optical switch consisting of two of the 1 × 2 optical switches described above, having two optical signal inputs 84 . 86 , four optical signal outputs 88 . 90 . 92 . 94 and two prisms 96 and 98 has, the prisms 96 and 98 cemented together with their base and additionally coated on the base with a light reflection film. If the prisms 96 . 98 are not introduced, the two light rays emerge from the entrances 84 . 86 about the optical paths 100 . 104 in the exits 88 . 92 on. If the two prisms 96 . 98 are introduced, the two rays of light emerge from the entrances 84 . 86 on the two optical paths 100 . 104 parallel to the optical axis of the two prisms 96 . 98 into the prisms 96 . 98 and occur after a double refraction and total reflection on the prisms 96 . 98 into the two exits 90 . 94 on. With this switching method with several prisms, an optical switch with a multiplicity of optical signal inputs and optical signal outputs can be provided.
Ausführungsbeispiel 5: 2×1 optischer
SchalterEmbodiment 5: 2 × 1 optical
switch
5 zeigt
einen 2×1
optischen Schalter, der zwei optische Signaleingänge 110, 112 und
einen gegenüber
den Eingängen 110, 112 vorgesehenen optischen
Signalausgang 114 aufweist. Vor einer Umschaltung ist,
wie in 5A dargestellt,
in einem freien Raum ein optischer Weg 116 zwischen dem Eingang 110 und
dem Ausgang 114 vorgesehen. Ein vom Eingang 110 austretendes
Licht tritt in den Ausgang 114 ein. Zur Umschaltung wird,
wie in 5A dargestellt,
ein Prisma 118 in den optischen Weg 116 gebracht,
wodurch sich ein anderer optischer Weg 120 ausbildet. In
diesem Fall trifft der Lichtstrahl vom Eingang 112 parallel
zur optischen Achse des Prismas 118 auf das Prisma 118 auf
und tritt nach zweimaliger Brechung und einer Totalreflexion am
Prisma 118 in den Ausgang 114 ein. 5 shows a 2 × 1 optical switch, the two optical signal inputs 110 . 112 and one opposite the entrances 110 . 112 provided optical signal output 114 having. Before switching over, as in 5A shown, an optical path in a free space 116 between the entrance 110 and the exit 114 intended. One from the entrance 110 emerging light enters the exit 114 on. For switching, as in 5A shown a prism 118 in the optical path 116 brought, which is another optical path 120 formed. In this case, the light beam hits the entrance 112 parallel to the optical axis of the prism 118 on the prism 118 occurs after two refractions and a total reflection on the prism 118 in the exit 114 on.
Ausführungsbeispiel 6: 3×6 optischer
SchalterEmbodiment 6: 3 × 6 optical
switch
Nach den vorstehend Ausführungsbeispielen
ist ein Prisma zwischen ein oder zwei Eingängen und ein oder mehreren
Ausgängen
angeordnet, jedoch kann auch eine Vielzahl von Eingängen und Ausgängen realisiert
werden. 6 zeigt einen
3×6 optischen
Schalter, der drei optische Signaleingänge 122, 124, 126 und
sechs optische Signalausgänge 128, 130, 132, 134, 136, 138 aufweist,
wobei alle diese Eingänge
und Ausgänge
parallel zu der optischen Achse des Prismas 146 verlaufen
und die drei Eingänge 122, 124, 126 jeweils
genau gegenüber
den drei Ausgängen 128, 132, 136 liegen.
Wenn das Prisma 146 noch nicht eingebracht worden ist,
werden in dem freien Raum drei optische Wege 140, 142, 144 zwischen
diesen drei Paaren von Eingängen
und Ausgängen
gebildet. Wenn das Prisma 146 eingebracht worden ist, werden
die drei optischen Wege 148, 150, 152 gebildet,
wobei die drei Lichtstrahlen von den Eingängen 122, 124, 126 auf
das Prisma 146 auftreffen und nach zweimaliger Brechung
und einer Totalreflexion am Prisma 146 in die Ausgänge 138, 134, 130 eintreten.According to the above exemplary embodiments, a prism is arranged between one or two inputs and one or more outputs, but a large number of inputs and outputs can also be implemented. 6 shows a 3 × 6 optical switch, the three optical signal inputs 122 . 124 . 126 and six optical signal outputs 128 . 130 . 132 . 134 . 136 . 138 has, all of these inputs and outputs parallel to the optical axis of the prism 146 run and the three entrances 122 . 124 . 126 exactly opposite the three exits 128 . 132 . 136 lie. If the prism 146 three optical paths have not yet been introduced 140 . 142 . 144 formed between these three pairs of inputs and outputs. If the prism 146 has been introduced, the three optical paths 148 . 150 . 152 formed with the three rays of light from the entrances 122 . 124 . 126 on the prism 146 hit and after two refractions and a total reflection on the prism 146 in the exits 138 . 134 . 130 enter.
Ausführungsbeispiel 7: 1×4 optischer
SchalterEmbodiment 7: 1 × 4 optical
switch
In 7 sind
unterschiedliche Ausführungsformen
eines 1×4
optischen Schalters gezeigt, der einen optischen Signaleingang 154 und
vier optische Signalausgänge 156, 158, 160, 162 aufweist,
ferner drei Prismen 172, 166, 168, wobei
die Prismen 166 und
168 an ihrer Basis zusammengekittet
und mit einem Lichtreflexionsfilm beschichtet sind. Bevor die Prismen
eingebracht werden, ist, wie in 7A dargestellt,
in einem freien Raum ein optischer Weg 164 zwischen dem
Eingang 154 und dem Ausgang 156 vorhanden. Wenn
die beiden zusammengekitteten Prismen 166, 168 zwischen
dem Eingang 154 und den Ausgängen 156, 158, 160 und 162 eingebracht werden,
wird, wie in 7B dargestellt,
ein optischer Weg 170 gebildet. In diesem Fall tritt ein
Lichtstrahl, der von dem Eingang 154 auf das Prisma 166 auftrifft,
nach zweimaliger Brechung und einer Totalreflexion von dem Prisma 166 in
den Ausgang 158 ein. Wenn das Prisma 172 statt
der Prismen 166, 168 eingesetzt wird, wird, wie
in 7C dargestellt, ein zweiter
optischer Weg 174 gebildet. In diesem Fall tritt ein Lichtstrahl,
der vom Eingang 154 auf das Prisma 172 fällt, nach
zweimaliger Brechung und einer Totalreflexion am Prisma 172 in
den Ausgang 160 ein. Wenn alle drei Prismen 172, 166 und 168 eingebracht
worden sind, wird, wie in 7D dargestellt, eine
dritter optischer Weg 176 gebildet. In diesem Fall tritt
ein Lichtstrahl vom Eingang 154 nach zweimaliger Brechung
und einer Totalreflexion am Prisma 172 und anschließend nach
zweimaliger Brechung und einer Totalreflexion am Prisma 168 in
den Ausgang 162 ein. Mit diesem Verfahren können mehrere unterschiedliche
optische Schalter realisiert werden.In 7 different embodiments of a 1 × 4 optical switch are shown, the one optical signal input 154 and four optical signal outputs 156 . 158 . 160 . 162 has three prisms 172 . 166 . 168 , the prisms 166 and 168 cemented together at their base and coated with a light reflection film. Before the prisms are inserted, is as in 7A shown, an optical path in a free space 164 between the entrance 154 and the exit 156 available. If the two prisms cemented together 166 . 168 between the entrance 154 and the exits 156 . 158 . 160 and 162 will be introduced, as in 7B represented an optical path 170 educated. In this case, a beam of light enters from the entrance 154 on the prism 166 strikes after two refractions and a total reflection from the prism 166 in the exit 158 on. If the prism 172 instead of prisms 166 . 168 is used, as in 7C shown a second optical path 174 educated. In this case, a beam of light enters from the entrance 154 on the prism 172 falls after two refractions and a total reflection on the prism 172 in the exit 160 on. If all three prisms 172 . 166 and 168 have been introduced, as in 7D shown a third optical way 176 educated. In this case, a light beam emerges from the entrance 154 after two refractions and a total reflection on the prism 172 and then after two refractions and a total reflection on the prism 168 in the exit 162 on. With this method, several different optical switches can be implemented.
Ausführungsbeispiel 8: 2×2 optischer
SchalterEmbodiment 8: 2 × 2 optical
switch
In 8 ist
ein 2×2
optischer Schalter nach einer anderen Ausführungsform gezeigt, der aus
verschiedenen Eingabe- und Ausgabeeinheiten besteht, wobei der optische
Signaleingang 178 zwei Kollimatoren aus Lichtleitfasern
aufweist und zwei Eingabelichtleitfasern 180, 182 umfasst
und der optische Signalausgang 184 ebenfalls zwei Kollimatoren
aus Lichtleitfasern aufweist und zwei Ausgabelichtleitfasern 186, 188 umfasst.
Wie in 8A dargestellt, sind
in dem freien Raum zwei optische Wege 190, 192 zwischen
dem Eingang 178 und dem Ausgang 184 gebildet,
so daß die
Lichtleitfaser 180 mit der Lichtleitfaser 188 und
die Lichtleitfaser 182 mit der Lichtleitfaser 186 gekoppelt
werden können
und zwar mit einem Winkel von 0,5 – 3° zwischen den optischen Wegen 190 und 192.
In der Zeichnung ist der Abstand zwischen den optischen Wegen 190 und 192 sowie
der Winkel, mit dem sie sich schneiden, zum besseren Verständnis übertrieben
groß dargestellt.
Derartige Kollimatoren aus Lichtleitfasern sind in US 6,249,625 beschrieben. Nachdem
das Prisma 194 eingebracht worden ist, werden, wie in 8B dargestellt, zwei optische
Wege 196, 198 zwischen dem Eingang 178 und
dem Ausgang 184 gebildet. Nachdem die Lichtstrahlen 196, 198 vom
dem Prisma 142 zweimal gebrochen und einmal total reflektiert
worden sind, wird die Lichtleitfaser 180 mit der Lichtleitfaser 186 und
die Lichtleitfaser 182 mit der Lichtleitfaser 188 gekoppelt,
das heißt,
die beiden Lichtstrahlen sind umgeschaltet worden. Im Vergleich
mit einem Kollimator aus einer Lichtleitfaser gemäß dem Ausführungsbeispiel
1 werden nach diesem Ausführungsbeispiel
Kollimatoren aus mehreren Lichtleitfasern verwendet. Die Vorteile
dieser Ausführungsform
sind offensichtlich: 1. wenige Kollimatoren; 2. verkürzter Abstand
zwischen dem optischen Signaleingang und dem optischen Signalausgang;
3. kleinere Höhe
und Länge
des Prismas und 4. geringeres Volumen und Gewicht des optischen
Schalters.In 8th a 2 × 2 optical switch according to another embodiment is shown, which consists of different input and output units, the optical signal input 178 has two collimators made of optical fibers and two input optical fibers 180 . 182 includes and the optical signal output 184 also has two optical fiber collimators and two output optical fibers fibers 186 . 188 includes. As in 8A shown, there are two optical paths in the free space 190 . 192 between the entrance 178 and the exit 184 formed so that the optical fiber 180 with the optical fiber 188 and the optical fiber 182 with the optical fiber 186 can be coupled with an angle of 0.5 - 3 ° between the optical paths 190 and 192 , In the drawing is the distance between the optical paths 190 and 192 and the angle at which they intersect are exaggerated for better understanding. Such collimators made of optical fibers are in US 6,249,625 described. After the prism 194 has been introduced, as in 8B shown two optical paths 196 . 198 between the entrance 178 and the exit 184 educated. After the light rays 196 . 198 from the prism 142 twice broken and once totally reflected, the optical fiber 180 with the optical fiber 186 and the optical fiber 182 with the optical fiber 188 coupled, that is, the two light beams have been switched. In comparison with a collimator made of an optical fiber according to embodiment 1, collimators made of several optical fibers are used according to this embodiment. The advantages of this embodiment are obvious: 1. few collimators; 2. shortened distance between the optical signal input and the optical signal output; 3. smaller height and length of the prism and 4. lower volume and weight of the optical switch.