DE20122086U1 - Optical system, especially for switching an optical path, suitably guides light incident via the input following double refractions and a total refraction in the prism so it does not reach the output - Google Patents

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Abstract

The system consists essentially of an input, an output, a free optical path between the input and output, and a movable prism (22) in the optical path that can be inserted and removed and an optical path. The light incident via the input is suitably guided following double refractions and a total refraction in the prism and does not reach the output.

Description

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.

Claims (8)

Optischer Schalter mit wenigstens einem Eingang, wenigstens einem Ausgang, einem freien Raum mit dem optischen Weg zwischen Eingang und Ausgang, und wenigstens einem Prisma zum Umschalten des optischen Weges, dadurch gekennzeichnet, daß das Prisma (22, 36, 46, 96, 98, 118, 146, 166, 168, 172, 194) zum Hinein- und Herausbewegen in bzw. aus dem freien Raum ausgebildet ist und den Lichtstrahl an dem Eingang (10, 12, 28, 40, 84, 86, 110, 112, 122, 124, 126, 154, 178) durch zweimalige Brechung und eine Totalreflexion zu dem Ausgang (14, 16, 30, 32, 40, 88, 90, 92, 94, 114, 128, 130, 132, 134, 136, 138, 156, 158, 160, 162, 184) lenkt.Optical switch with at least one input, at least one output, a free space with the optical path between input and output, and at least one prism for switching the optical path, characterized in that the prism ( 22 . 36 . 46 . 96 . 98 . 118 . 146 . 166 . 168 . 172 . 194 ) is designed to move in and out of free space and the light beam at the entrance ( 10 . 12 . 28 . 40 . 84 . 86 . 110 . 112 . 122 . 124 . 126 . 154 . 178 ) by two refractions and a total reflection to the exit ( 14 . 16 . 30 . 32 . 40 . 88 . 90 . 92 . 94 . 114 . 128 . 130 . 132 . 134 . 136 . 138 . 156 . 158 . 160 . 162 . 184 ) directs. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prisma ein Keilprisma oder ein Gleichschenkeliger Prisma ist.Optical system according to claim 1, characterized in that the Prism is a wedge prism or an isosceles prism. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich einen zweiten Ausgang aufweist und der umgeschalteter optischer Weg mit dem zweiten Ausgang gekoppelt wird.Optical system according to claim 1, characterized in that it additionally has a second output and the switched optical path is coupled to the second output. Optisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich einen zweiten Eingang aufweist, wobei nach Einsetzung des Prismas ein zweiter optischer Weg ausgebildet ist und der vom einem zweiten Eingang durchfallende Lichtstrahl nach Doppelbrechungen und einer Gesamtbrechung des Prismas mit dem Ausgang gekoppelt wird.Optical system according to claim 1, characterized in that it additionally has a second input, after insertion of the prism a second optical path is formed and that of a second Entrance light falling through after birefringence and one Total refraction of the prism is coupled to the output. Optisches System nach Anspruch 1, das zusätzlich aus einem zweitem Eingang, einem zweitem Ausgang und einem zweitem zwischen dem zweiten Eingang und dem zweiten Ausgang vorgesehenen freien optischen Weg besteht, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einsetzung des Prismas ein zweiter optischer Weg ausgebildet wird und der vom zweiten Eingang durchfallende Lichtstrahl nach Doppelbrechnungen und einer Gesamtbrechung dieses Prismas mit dem ersten Ausgang gekoppelt wird und der umgeschalteter erste optische Weg mit dem zweiten Ausgang gekoppelt wird.Optical system according to claim 1, which additionally comprises a second entrance, a second exit and a second between the second input and the second output provided free optical path exists, characterized in that after insertion of the prism, a second optical path is formed and that of second entrance light falling through after birefringence and a total refraction of this prism coupled to the first output and the switched first optical path with the second output is coupled. Optisches System nach Anspruch 3, das zusätzlich aus einem zweitem Prisma, einem zweitem Eingang, einem drittem Ausgang, einem zwischen dem zweiten Eingang und dem dritten Ausgang vorgesehenen zweitem freien optischen Weg, einem viertem Ausgang und einem zweitem optischen Weg besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Prisma mit dem ersten Prisma gekittet ist und der vom zweiten Eingang durchfallende Lichtstrahl nach Doppelbrechnungen und einer Gesamtbrechung des zweiten Prismas mit dem vierten Ausgang gekoppelt wird.Optical system according to claim 3, which additionally a second prism, a second entrance, a third exit, one provided between the second input and the third output second free optical path, a fourth output and a second optical path, characterized in that the second prism is cemented with the first prism and the one falling through from the second entrance Beam of light after birefringence and a total refraction of the second Prism is coupled to the fourth output. Optisches System nach Anspruch 1, das zusätzlich einen zweiten Prisma umfasst, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einsetzung dieses zweiten Prismas in den freien optischen Weg einen zweiten optischen Weg ausgebildet wird und dieser optischer Weg weiter durch Doppelbrechnungen und eine Gesamtbrechung dieses zweiten Prismas gekoppelt wird.Optical system according to claim 1, which additionally one includes second prism, characterized in that after insertion this second prism into the free optical path a second optical Path is formed and this optical path continues through birefringence and an overall refraction of this second prism is coupled. Optisches System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Prisma ein Keilprisma oder ein Gleichschenkeliger Prisma ist.Optical system according to claim 7, characterized in that the second prism a wedge prism or an isosceles prism is.
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CN116560006A (en) * 2023-07-10 2023-08-08 广东电网有限责任公司佛山供电局 Optical fiber remote automatic switching device, method and equipment

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