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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen optischen Schalter und insbesondere auf einen Typ
eines optischen Schalters, bei welchem ein sich von einer beweglichen
Elektrodenplatte erhebender Spiegel durch elektrostatisches Verfahren
der beweglichen Elektrodenplatte aus dem Strahlengang sich gegenüberliegender
Stirnseiten von Ausgangs- und Eingangslichtleitfasern entfernt wird
oder in diesen gebracht wird, um eine EIN/AUS-Funktion auszuführen.
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Ein herkömmlicher optischer Schalter
wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 1A und 1B beschrieben.
Bei 1A handelt es sich
um eine Draufsicht auf den optischen Schalter und bei 1B um eine Schnittansicht
entlang der Linie 1B-1B von 1A.
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Die Bezugsziffer 20 bezeichnet
eine bewegliche Elektrodenplatte 20, die durch rahmenförmige flexible
Abschnitte 21 mit einem Silizium(Si)substrat integral ausgebildet
ist, und die Bezugsziffer 41 bezeichnet einen Spiegel,
der auf der Oberseite der beweglichen Elektrodenplatte 20 ausgebildet
ist. Die bewegliche Elektrodenplatte 20, die flexiblen
Abschnitte 21 und das Substrat 10 werden als eine
Gesamtheit ausgebildet, indem ein rechteckiges Anfangssiliziumsubstrat
einem Dünnschichtbildungsverfahren,
einem photolithografischen Verfahren und einem Ätzverfahren unterzogen wird.
Die Bezugsziffer 10a bezeichnet ein in das Substrat 10 geformtes Loch.
Nun folgt eine kurze Beschreibung der Herstellung des herkömmlichen
optischen Schalters. Die Herstellung beginnt mit der Vorbereitung
des Substrats 10, dessen Dicke einige Hundert Mikrometer
beträgt.
Der nächste
Schritt besteht darin, durch Dünnschichtbildungstechniken,
photolithographische Techniken und Ätztechniken auf der Oberseite
des Substrats in der Mitte der Substratoberfläche einen Aufbaubereich für die bewegliche
Elektrodenplatte (20) und Aufbaubereiche für die flexiblen
Abschnitte (21) auf deren beiden Seiten zu bilden, gefolgt
von der Bildung des Spiegels 41 in dem Bildungsbereich für die bewegliche
Elektrodenplatte (20) durch photolithographische Verfahren
und Ätzverfahren,
und der Bildung des Durchgangslochs 10a durch selektives Wegätzen des
Substrats 10 von unten, wodurch die bewegliche Elektrodenplatte 20 und
die flexiblen Abschnitte 21 erhalten werden.
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Anschließend wird über dem Durchgangsloch 10a auf
der Unterseite des Substrats 10 in einer der beweglichen
Elektrodenplatte 20 gegenüberliegenden Lage eine stationäre Elektrodenplatte 23 angebracht.
Quer über
die bewegliche Elektrodenplatte 20 und die stationäre Elektrodenplatte 23 wird
zur Erzeugung einer elektrostatischen Kraft eine Spannung angelegt,
durch welche die bewegliche Elektrodenplatte 20 in Richtung
der stationären
Elektrodenplatte 23 bewegt wird.
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Nun erfolgt eine Beschreibung des
räumlichen
Schaltens von Strahlengängen
mit obigem optischen Schalter. Die 1A und 1B zeigen, dass Licht, das
durch eine Ausgangslichtleitfaser 34 übertragen und deren emittierender
Stirnseite emittiert wird, von dem Spiegel 41 reflektiert
wird und auf eine Eingangslichtleitfaser 35 auftrifft,
was durch LR angegeben ist. Dieser Zustand
wird nachfolgend als stationärer
Zustand bezeichnet. Durch Anlegen einer Spannung quer über die
bewegliche und stationäre Elektrodenplatte 20 bzw. 23,
wird eine elektrostatische Kraft erzeugt, durch die die beiden Elektroden voneinander
angezogen werden, wodurch die bewegliche Elektrodenplatte 20 verfahren
und somit nach unten versetzt wird, wobei die flexiblen Abschnitte 21 entsprechend
verformt werden. Mit dem nach unten gerichteten Versetzen der beweglichen Elektrodenplatte 20 wird
der auf der Oberseite der beweglichen Elektrodenplatte 20 ausgebildete
Spiegel 41 ebenfalls nach unten versetzt und aus dem Strahlengang
des Lichtstrahls, der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittiert
wird, entfernt. Als Folge davon strahlt der Lichtstrahl, der von
der Lichtleitfaser 34 emittiert wird, in einer geraden
Linie und trifft direkt auf eine Eingangslichtleitfaser 35' auf, was mit LS angegeben ist.
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Der in den 1A und 1B dargestellte
optische Schalter ist mit einer Ausgangslichtleitfaser 34 und
zwei Eingangslichtleitfasern 35 und 35' ausgestattet
und der Eintritt des Lichts in die beiden Lichtleitfasern wird relativ
zueinander kontrolliert; d. h., wenn der emittierte Lichtstrahl
in die eine der Lichtleitfasern eintritt, tritt der Lichtstrahl
nicht in die andere ein, wohingegen, wenn in die letztgenannte ein Lichtstrahl
eintritt, in die erstgenannte kein Licht eintritt.
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Die 2A bis 2D zeigen die Arbeitsweise eines
optischen 2-zu-2 Schalters eines Typs, der zwei Ausgangslichtleitfasern 34, 34' und zwei Eingangslichtleitfasern 35, 35' besitzt. Der
Lichtstrahl, der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittiert
wird, wird in dem stationären
Zustand, der in den 2A und 2B gezeigt ist, durch den
Spiegel 41 auf der beweglichen Elektrodenplatte 20 reflektiert
und tritt in die Eingangslichtleitfaser 35 ein. Andererseits
wird ein Lichtstrahl, der von der Ausgangslichtleitfaser 34' emittiert wird,
in dem stationären
Zustand von 2A und 2B durch den Spiegel 41 reflektiert
und tritt in die Eingangslichtleitfaser 35' ein.
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In einem verfahrenen Zustand, der
in den 2C und 2D gezeigt ist und in welchem
quer über die
bewegliche und die stationäre
Elektrodenplatten 20 bzw. 23 eine Spannung angelegt
wird, so dass sich die bewegliche Elektrodenplatte 20 und
die stationäre
Elektrodenplatte 23 gegenseitig anziehen, strahlt der Lichtstrahl,
der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittiert wird, in
einer geraden Linie über den
Spiegel 41 hinweg und trifft auf die Eingangslichtleitfaser 35', jedoch nicht
auf die andere Eingangslichtleitfaser 35, auf. Andererseits
strahlt der Lichtstrahl, der von der Ausgangslichtleitfaser 34' emittiert wird,
in einer geraden Linie über
den Spiegel 41 hinweg und trifft auf die Eingangslichtleitfaser 35, jedoch
nicht auf die andere Eingangslichtleitfaser 35', auf.
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Bei den obigen Beispielen des Standes
der Technik ist auf der beweglichen Elektrodenplatte lediglich ein
Spiegel ausgebildet, der einfallende Lichtstrahlen reflektiert oder
nicht reflektiert. Da der Spiegel 41 eine bestimmte Dicke
besitzt, ist ein vollständiges
Zusammenfallen der optischen Achsen von einfallenden und reflektierten
Lichtstrahlen nicht möglich,
wie nachstehend mit Bezug auf die 3A und 3B erläutert wird. 3A zeigt, dass der Lichtstrahl, der von
der Ausgangslichtleitfaser 34 emittiert wird, von der einen
Oberfläche
des Spiegels 41 reflektiert wird, um in die Eingangslichtleitfaser 35 einzutreten,
oder in einer geraden Linie über
den Spiegel 41 hinwegstrahlt, um in die Eingangslichtleitfaser 35' einzutreten.
Wird in diesem Zustand die optische Achse der Lichtleitfaser 34' angepasst,
damit die optische Achse des Lichtstrahls, der von der Ausgangslichtleitfaser 34' emittiert wird
und in einer gerader Linie über
den Spiegel 41 hinwegstrahlt, mit der optischen Achse der
Ausgangslichtleitfaser 35 zusammenfällt, so wird die optische Achse
des Lichtstrahls, der von der Ausgangslichtleitfaser 34' emittiert und von
der anderen Oberfläche
des Spiegels reflektiert wird, aus der Axialität mit der optischen Achse der Eingangslichtleitfaser 35' gebracht.
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Nun wird auf die 3B Bezug genommen. In dem dargestellten
Zustand, in welchem die optischen Achsen der Eingangslichtleitfasern 35 und 35' mit den optischen
Achsen der reflektierten und in gerader Linie strahlenden Versionen
des Lichtstrahls, der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittiert
wird, in Einklang gebracht sind, wird, falls die optische Achse der
Lichtleitfaser 34' so
angepasst ist, dass die optische Achse des Lichtstrahls, der von
der Ausgangslichtleitfaser 34' emittiert und von der anderen
Oberfläche
des Spiegels 41 reflektiert wird, und die optische Achse
der Eingangslichtleitfaser 35' zusammenfallen oder sich in Axialität zueinander
befinden, die optische Achse der Lichtstrahls, der von der Lichtleitfaser 34' emittiert und
in einer gerader Linie über den
Spiegel 41 hinwegstrahlt, um in die Lichtleitfaser 35 einzutreten,
aus der Axialität
mit der optischen Achse der Eingangslichtleitfaser 35,
wie dargestellt, gebracht.
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Somit erlaubt die Verwendung lediglich
eines auf der beweglichen Elektrodenplatte aufgebrachten Spiegels 41 eine
Verwirklichung des in den 1A und 1B gezeigten optischen 1-zu-2-Schalters;
eine derartige Struktur mit einem Spiegel kann jedoch aufgrund des
unter Bezugnahme auf die 2A bis 2D oder die 3A bis 3D erläuterten
Versatzes der optischen Achsen nicht für den optischen 2-zu-2-Schalter
verwendet werden. Generell führt
das Eintreffen von Licht auf einen Spiegel ausgehend von zwei Lichtleitfasern
entlang optischer Achsen, die sich im rechten Winkel kreuzen, zu
dem Problem des Versatzes optischer Achsen, wie in den 3A und 3B dargestellt. Dieses Problem ergibt
sich auch für
den Fall, dass, in Kombinationen, Konfigurationen verwendet werden,
die es ermöglichen,
dass mehrere optische Strahlen auf jeden Spiegel auftreffen.
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Da des weiteren die Dicke des Spiegels 41, die
Genauigkeit der Positionierung des Spiegels 41 auf der
beweglichen Elektrodenplatte 20 und die Genauigkeit des
Winkels der Spiegeloberfläche
einen Einfluss auf die axiale Ausrichtung des Lichts haben, ist
es nicht einfach, eine akkurate Axialität zwischen dem Spiegel 41 und
den Ausgangslichtleitfasern 34, 34' und der Eingangslichtleitfasern 35, 35' zu erreichen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht
daher darin, einen optischen Schalter bereitzustellen, der von den
oben genannten Problemen eines Versatzes zwischen optischen Achsen
frei ist und Spiegel besitzt, die derart angeordnet sind, dass eine
Ausrichtung zwischen ihnen und den Eingangslichtleitfasern erleichtert
wird.
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Der optische Schalter gemäß der vorliegenden
Erfindung weist auf:
ein Substrat;
eine stationäre Elektrodenplatte,
die auf dem Substrat und parallel zu diesem vorgesehen ist;
eine
bewegliche Elektrodenplatte, die auf dem Substrat über flexible
Abschnitte zu der stationären
Elektrodenplatte parallel und beabstandet montiert ist, so dass
sich die bewegliche Elektrodenplatte auf die stationäre Elektrodenplatte
zu bewegt oder sich von dieser weg bewegt;
eine erste Lichtleitfaser,
die eine optische Achse auf einer ersten geraden Linie, die sich über die
bewegliche Elektrodenplatte hinweg und parallel zu dem Substrat
erstreckt, besitzt, und deren einen ersten Lichtstrahl emittierender
Kopfendabschnitt an dem Substrat befestigt ist;
eine zweite
Lichtleitfaser, die eine optische Achse auf einer zweiten geraden
Linie, die sich über
die bewegliche Elektrodenplatte hinweg und parallel zu der ersten
geraden Linie erstreckt, und deren Kopfendabschnitt an dem Substrat
befestigt ist;
einen ersten Spiegel, der auf der beweglichen
Elektrodenplatte ausgebildet ist, um den von der ersten Lichtleitfaser
emittierten ersten Lichtstrahl in eine Richtung quer zu der zweiten
geraden Linie zu reflektieren;
einen zweiten Spiegel, der auf
der beweglichen Elektrodenplatte ausgebildet ist, um den von dem
ersten Spiegel reflektierten Lichtstrahl als einen zweiten Lichtstrahl
entlang der zweiten geraden Linie zu reflektieren, damit dieser
auf das Stirnende des Kopfendabschnittes der zweiten an dem Substrat
befestigten Lichtleitfaser auftrifft;
wobei sich als Antwort
auf das Anlegen einer Spannung an die bewegliche Elektrodenplatte
und die stationäre
Elektrodenplatte oder das Entfernen der Spannung zwischen der beweglichen
und der stationären
Elektrodenplatte, die bewegliche Elektrodenplatte auf die stationäre Elektrodenplatte
zu oder sich von dieser weg bewegt, wodurch der erste und der zweite
Spiegel in die Strahlengänge
des ersten Lichtstrahls und des von dem ersten Spiegel reflektierten Lichtstrahls
gebracht oder aus diesen entfernt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1A stellt
eine Planansicht eines herkömmlichen
optischen Schalters dar;
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1B stellt
eine Schnittansicht entlang der Linie 1B-1B von 1A dar;
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2A stellt
ein Schema zur Erläuterung
der Arbeitsweise eines weiteren herkömmlichen Schalters dar, wenn
ein Spiegel in den Strahlengang des einfallenden Lichts gehalten
wird;
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2B stellt
eine Seitenansicht der 2A dar;
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2C stellt
ein Schema zur Erläuterung
der Arbeitsweise des optischen Schalters dar, wenn ein Spiegel aus
dem Strahlengang des einfallenden Lichts herausgehalten wird;
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2D stellt
eine Seitenansicht der 2C dar;
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3A stellt
ein Schema zur Erläuterung
eines Beispiels eines Versatzes der optischen Achse des einfallenden
Lichts durch den Spiegel dar;
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3B stellt
ein Schema zur Erläuterung
eines anderen Beispiels eines Versatzes der optischen Achse des
einfallenden Licht durch den Spiegel dar;
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4A stellt
eine Planansicht zur Erläuterung
des Substrats und der beweglichen Elektrodenplatte bei dem optischen
Schalter gemäß der vorliegenden
Erfindung dar;
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4B stellt
eine Schnittansicht entlang der Linie 4B-4B von 4A dar;
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5A stellt
ein Schema dar, das den Schritt 1 in der Herstellung des
optischen Schalters der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5B stellt
ein Schema dar, das den Schritt 2 in der Herstellung des
optischen Schalters der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5C stellt
ein Schema dar, das den Schritt 3 in der Herstellung des
optischen Schalters der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5D stellt
ein Schema dar, das den Schritt 4 in der Herstellung des
optischen Schalters der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5E stellt
ein Schema dar, das den Schritt 5 in der Herstellung des
optischen Schalters der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5F stellt
ein Schema dar, das den Schritt 6 in der Herstellung des
optischen Schalters der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6A stellt
ein Schema dar, das den Schritt 7 in der Herstellung des
optischen Schalters der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6B stellt
ein Schema dar, das den Schritt 8 in der Herstellung des
optischen Schalters der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6C stellt
ein Schema dar, das den Schritt 9 in der Herstellung des
optischen Schalters der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6D stellt
ein Schema dar, das den Schritt 10 in der Herstellung des
optischen Schalters der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6E stellt
ein Schema dar, das den Schritt 11 in der Herstellung des
optischen Schalters der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7A stellt
eine Planansicht zur Erläuterung
einer stationären
Elektrodenplatte dar;
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7B stellt
eine Schnittansicht entlang der Linie 7B-7B von 7A dar;
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8A stellt
ein Schema zur Erläuterung
einer Mikrolinsenanordnung dar, die an den Ausgangs- und Eingangslichtleitfasern 34 und 35 angebracht
ist;
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8B stellt
ein Schema zur Erläuterung
einer Mikrolinsenanordnung dar, die an den Ausgangs- und Eingangslichtleitfasern 34' und 35' angebracht ist;
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9A stellt
eine Planansicht zur Veranschaulichung einer Ausführungsform
des optischen Schalters gemäß der vorliegenden
Erfindung dar;
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9B stellt
eine Schnittansicht entlang der Linie 9B-9B von 9A dar;
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10A stellt
ein Schema zur Erläuterung der
Arbeitsweise eines optischen 2-zu-2-Schalters dar, wenn Spiegel
in die Strahlengänge
der einfallenden Lichtstrahlen gehalten werden;
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10B stellt
eine Seitenansicht von 10A dar;
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10C stellt
ein Schema zur Erläuterung der
Arbeitweise des optischen Schalters dar, wenn der Spiegel aus den
Strahlengängen
der einfallenden Lichtstrahlen entfernt ist;
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10D stellt
eine Seitenansicht von 10C dar;
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11A stellt
ein Schema zur Erläuterung der
Arbeitsweise einer weiteren Ausführungsform des
optischen 2-zu-2-Schalters dar, wenn die Spiegel in den Strahlengang
der einfallenden Lichtstrahlen gehalten wird;
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11B stellt
eine Seitenansicht von 11A dar;
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11C stellt
ein Schema zur Erläuterung der
Arbeitsweise des optischen Schalters dar, wenn der Spiegel aus den
Strahlengängen
der einfallenden Lichtstrahlen entfernt ist;
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11D stellt
eine Seitenansicht von 11C dar;
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12A stellt
ein Schema zur Erläuterung der
Arbeitsweise einer Ausführungsform
eines optischen 1-zu-1-Schalters dar, wenn Spiegel in die Strahlengänge eines
einfallenden Lichtstrahls gehalten werden;
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12B stellt
eine Seitenansicht von 12A dar;
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12C stellt
ein Schema zur Erläuterung der
Arbeitsweise des optischen 1-zu-1-Schalters dar, wenn Spiegel aus
den Strahlengängen
des einfallenden Lichtstrahls entfernt sind;
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12D stellt
eine Seitenansicht von 12C dar;
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13A stellt
ein Schema zur Erläuterung der
Arbeitsweise eines weiteren Ausführungsbeispiels
des 1-zu-1-Schalters dar, wenn Spiegel in den Strahlengang des einfallenden
Lichtstrahls gehalten werden;
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13B stellt
eine Seitenansicht von 13A dar;
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13C ist
ein Schema zur Erläuterung
der Arbeitsweise des 1-zu-1-Schalters dar, wenn Spiegel aus dem
Strahlengang des einfallenden Lichtstrahls entfernt sind;
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13D stellt
eine Seitenansicht von 13C dar;
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14A stellt
ein Schema zur Erläuterung der
Arbeitsweise eines Ausführungsbeispiels
eines 1-zu-2-Schalters
dar, wenn Spiegel in den Strahlengang eines einfallenden Lichtstrahls
gehalten werden;
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14B stellt
eine Seitenansicht von 14A dar;
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14C stellt
ein Schema zur Erläuterung der
Arbeitsweise des optischen 1-zu-2-Schalters dar, wenn Spiegel aus
dem Strahlengang des einfallenden Lichtstrahls entfernt sind;
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14D stellt
eine Seitenansicht von 14C dar;
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15A stellt
ein Schema zur Erläuterung der
Arbeitsweise eines weiteren Ausführungsbeispiels
des 1-zu-2-Schalters dar, wenn Spiegel in den Strahlengang eines
einfallenden Lichtstrahls gehalten werden;
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15B stellt
eine Seitenansicht von 15A dar;
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15C ist
ein Schema zur Erläuterung
der Arbeitsweise des optischen 1-zu-2-Schalters dar, wenn Spiegel
aus dem Strahlengang des einfallenden Lichtstrahls entfernt sind;
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15D stellt
eine Seitenansicht von 15C dar;
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16A stellt
eine Planansicht zur Veranschaulichung einer Anordnung optischer
Schalter dar;
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16B stellt
eine Schnittansicht entlang der Linie 16B-16B von 16A dar;
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17A stellt
ein Schema zur Erläuterung des
Reflektierens von Licht mit Spiegeln unterschiedlicher Dicke dar;
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17B stellt
ein Schema zur Erläuterung des
Reflektierens von Licht mit. Spiegeln dar, die in ihrer Position
versetzt sind; und
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17C stellt
ein Schema zur Erläuterung des
Reflektierens von Licht mit Spiegeln dar, die bezüglich ihres
Winkels versetzt sind.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend werden unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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Die 4A und 4B zeigen eine bewegliche Elektrodenplatte 20 und
Spiegel 41, 42, 41' und 42', die mit einem Substrat integral
ausgebildet sind. Auf der oberseitigen Oberfläche eines rechteckigen Substrats 10 sind
zur Positionierung der Fasern zwei Paar V-förmiger Rillen 14 einer
vorbestimmten Länge eingeschnitten,
die sich von entgegengesetzten Enden des Substrats 10 parallel
zu dessen längeren Seiten
erstrecken. Das rechteckige Substrat 10 besitzt in seinem
Zentrum ein rechteckiges Durchgangsloch 12 und flache Aussparungen 13,
die in der Substratoberfläche
zwischen beiden Seiten des Durchgangslochs 12 und den inneren
Enden der V-förmigen
Rillen 14 ausgebildet sind. Die Aussparungen 13 dienen
als Freiräume
zwischen Mikrolinsen, die an inneren Stirnseiten von Lichtleitfasern,
die in den V-förmigen
Rillen 14 und dem Substrat 10 angeordnet sind,
angebracht sind.
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Die bewegliche Elektrodenplatte 20 ist
auf der Oberfläche
des Substrats zentral des Durchgangslochs 12 angeordnet
und ist durch flexible Abschnitte 21 und Kupplungsabschnitte 22 integral
mit dem Substrat 10 ausgebildet. Bei den flexiblen Abschnitten 21 handelt
es sich in diesem Beispiel um L-förmige Abschnitte, die sich
im Uhrzeigersinn von zwei entgegengesetzten Winkeln der rechteckigen beweglichen
Elektrodenplatte 20 entlang deren kürzeren und längeren Seiten
erstrecken, und deren Endabschnitte sich des weiteren entlang dem
Durchgangsloch 12 benachbarter Randabschnitte des Substrats 10 erstrecken,
so dass die Kupplungsabschnitte 22 gebildet werden. Das
Substrat 10, die flexiblen Abschnitte 21 und die
Kupplungsabschnitte 22 werden durch Anwendung von Dünnschichtbildungstechniken,
photolithographischen Techniken und Ätztechniken auf einem Anfangssiliziumsubstrat
ausgebildet. Das Loch 12 wird durch Ätzen des Anfangssiliziumsubstrats
ausgebildet. Als Ergebnis erhält
man das Substrat 10 mit der in den 4A und 4B dargestellten
Konfiguration. Auf der Oberfläche
der beweglichen Elektrodenplatte 20 sind die Spiegel 41, 42, 41' und 42' ausgebildet.
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Nun folgt unter Bezugnahme auf die 5A bis 5F und 6A bis 6E eine Beschreibung der
mit der Bildung der beweglichen Elektrodenplatte 20 und den
Spiegeln 41, 42, 41' und 42' verbundenen Schritte.
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Schritt 1 (5A): Bereite das Anfangssiliziumsubstrats 10 vor.
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Schritt 2 (5B): Bilde eine Schicht aus Poly-Silizium
auf der gesamten Oberfläche
des Siliziumsubstrats und gebe dem Film ein Muster in Form der flexiblen
Abschnitte 21, der Kupplungsabschnitte 22 und
der beweglichen Elektrodenplatte 20.
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Schritt 3 (5C): Bedecke das Substrat 10 über seine
gesamte Oberfläche
der Ober- und Unterseite mit einer Siliziumdioxid (SiO2)-Schicht 17 und entferne
den Film 17 auf der Unterseite des Substrats 10 in
einem Bereich, wo das rechteckige Durchgangsloch 12 gebildet
werden soll.
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Schritt 4 (5D): Ätze
zur Bildung des Durchgangslochs 12 die Unterseite des Substrats 10 selektiv
weg.
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Schritt 5 (5E): Gebe der Siliziumdioxidschicht 17 auf
der oberseitigen Oberfläche
des Substrats 10 ein Muster, das zur Bildung der die zwei
Linsen aufnehmenden Aussparungen 13 und zur Bildung der
beiden sich hierzu parallel erstreckenden V-förmigen Rillen 14 und 14' notwendig ist.
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Schritt 6 (5F): Ätze
die ausgewählten Oberflächenbereiche
des Substrats weg, um die die Linsen aufnehmenden Aussparungen 13 und
die V-förmigen
Rillen 14 und 14' zu
bilden.
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Schritt 7 (6A): Entferne die nach dem Schritt 6 verbleibende
Siliziumdioxidschicht 17.
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Schritt 8 (6B): Beschichte den gesamten Oberflächenbereich
des Substrats 10 mit einer Schicht eines lichtempfindlichen
synthetischen Harzes E, die mehrere zehn Mikrometer dick ist.
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Schritt 9 (6C): Setze die vertikal schraffierten
Bereiche der Schicht aus lichtempfindlichem synthetischem Harz,
wo die Spiegel 41, 42, 41' und 42' gebildet werden sollen, einem
Licht L aus, um die Spiegelkörper
m zu bilden.
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Schritt 10 (6D): Entferne durch Entwickeln diejenigen
Bereiche der Schicht aus lichtempfindlichem synthetischen Harz,
die nicht belichtet wurden, so dass die Spiegelkörper m übrig bleiben.
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Schritt 11 (6E): Beschichte die Spiegelkörper m mit
Metall, um die Spiegel 41, 42, 41' und 42' zu auszubilden,
die mehrere Hundert Mikrometer hoch sind.
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Die 7A und 7B zeigen eine stationäre Elektrodenplatte,
die allgemein mit dem Bezugszeichen 23 bezeichnet ist.
Die stationäre
Elektrodenplatte 23 besitzt einen rechteckigen zentral
erhöhten Abschnitt 23A und
einen diesen umgebenden äußeren Flanschabschnitt 23B,
die durch Wegätzen
des Randabschnitts eines Anfangshalbleitersubstrats gebildet werden,
wobei die stationäre
Elektrodenplatte 23 über
den gesamten Bereich ihrer Oberfläche auf der Oberseite mit einer
Siliziumdioxidschicht versehen wird. Die Form und die Größe des zentralen,
erhöhten
Abschnitts werden derart gewählt,
dass er von der Unterseite in das Durchgangsloch 12 passt, wobei
der äußere Flanschabschnitt
an der Unterseite des Substrats 10 befestigt wird.
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Die 8A und 8B zeigen Lichtleitfasern und
daran angebrachte Mikrolinsenanordnungen. Mikrolin sen 3L1 und 3L2,
die eine Mikrolinsenanordnung 3L bilden, werden erhalten,
indem zwei benachbarte Mikrolinsen von einer flachen Mikrolinsenanordnung,
die von einer Anzahl von in Matrixform auf einer transparenten Glasscheibe
angeordnete Linsen gebildet ist, ausgeschnitten werden. Die Mikrolinse 3L1 der
Mikrolinsenanordnung 3L ist an einer lichtemittierenden
Stirnseite der Ausgangslichtleitfaser 34 angebracht, wohingegen
die Mikrolinse 3L2 an einer lichtaufnehmenden Stirnseite
der Eingangslichtleitfaser 35 angebracht ist. In gleicher
Weise ist die Mikrolinse 3L1' der
Mikrolinsenanordnung 3L' an
einer lichtemittierenden Stirnseite der Ausgangslichtleitfaser 34' und eine Mikrolinse 3L2' an der lichtaufnehmenden
Stirnseite der Eingangslichtleitfaser 35' angebracht.
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Die 9A und 9B veranschaulichen schematisch
den wie vorstehen hergestellten optischen 2-zu-2-Schalter. Der optische 2-zu-2-Schalter
dieser Ausführungsform
weist auf: vier Lichtleitfasern, nämlich die Ausgangslichtleitfasern 34, 34' und die Eingangslichtleitfasern 35, 35'; die vier Mikrolinsen 3L1, 3L2 und 3L1' und 3L2', die an den
vier Lichtleitfasern 34, 35 bzw. 34', 35' angebracht
sind; die bewegliche Elektrodenplatte 20; die Spiegel 41, 42, 41' und 42', die auf der
beweglichen Elektrodenplatte 10 ausgebildet sind; und die
stationäre
Elektrodenplatte 23, die an dem Substrat 10 befestigt
ist. Entlang der einen geraden Linie SL1 von zwei parallelen geraden Linien
SL1 und SL2 sind die Ausgangslichtleitfaser 34 und die
Eingangslichtleitfaser 35' aufgereiht,
wobei deren gegenüberliegende
Stirnseiten voneinander beabstandet sind; entlang der anderen geraden Linie
SL2 sind die Ausgangslichtleitfaser 34' und die Eingangslichtleitfaser 35 aufgereiht,
wobei deren gegenüberliegende
Stirnseiten voneinander beabstandet sind.
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Die Spiegel, die aufrecht auf der
beweglichen Elektrodenplatte 20 ausgebildet sind, sind
zwischen der Ausgangslichtleitfaser 34 und der Eingangslichtleitfaser 35' und zwischen
der Ausgangslichtleitfaser 34' und der Eingangslichtleitfaser 35 in den
inneren Stirnseiten gegenüberliegenden
Position angeordnet. Die Spiegel 41 und 42' sind derart
angeordnet, dass deren Spiegelflächen
die gerade Linie SL1 kreuzen und sich deren Verlängerungen rechtwinklig kreuzen;
die Spiegel 41' und 42 sind
derart angeordnet, das deren Spiegelflächen die gerade Linie SL2 kreuzen
und deren Verlängerungen
sich rechtwinklig kreuzen. Des weiteren sind die Kondensormikrolinsen 3L1, 3L1' und 3L2 und 3L2' an den inneren
Stirnseiten der Ausgangslichtleitfasern 34, 34' bzw. den Eingangslichtleitfasern 35, 35' angebracht.
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Nun wird nachstehend die Arbeitsweise
des optischen 2-zu-2-Schalters anhand der 10A bis 10D beschrieben.
Im in den 10A und 10B gezeigten, stationären Zustand
des 2-zu-2-Schalters wird der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittierte Lichtstrahl
durch die Spiegel 41 und 42 reflektiert und tritt
somit in die Eingangslichtleitfaser 35, jedoch nicht in
die andere Eingangslichtleitfaser 35', ein, da er von dem Spiegel 41 abgefangen
wird. Andererseits wird der von der Lichtleitfaser 34' emittierte
Lichtstrahl von den Spiegeln 41' und 42' reflektiert, um auf die Eingangslichtleitfaser 35' aufzutreffen;
der emittierte Lichtstrahl trifft jedoch nicht auf die Eingangslichtleitfaser 35 auf,
da er von dem Spiegel 41' abgefangen wird.
In dem in 10C und 10D verfahrenen Zustand,
in welchem die bewegliche Elektrodenplatte 20 durch Anlegen
einer Spannung quer über
die bewegliche und stationäre
Elektrodenplatte 20 bzw. 23 nach unten gezogen
wird, strahlt der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittierte
Lichtstrahl in einer geraden Linie über die Spiegel 41 und 42' hinweg und
trifft auf die Eingangslichtleitfaser 35', jedoch nicht auf die Eingangslichtleitfaser 35,
auf. Andererseits strahlt der von der Ausgangslichtleitfaser 34' emittierte
Lichtstrahl in einer geraden Linie über die Spiegel 41' und 42 hinweg
und trifft auf die Eingangslichtleitfaser 35, jedoch nicht
auf die Eingangslichtleitfaser 35' auf.
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Die 11A bis 11D veranschaulichen eine weitere
Ausführungsform
des optischen 2-zu-2-Schalters
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
sind die Ausgangslichtleitfasern 34 und 34' entlang der
zwei parallelen Linien SL1 bzw. SL2 parallel zueinander angeordnet;
die Eingangslichtleitfasern 35 und 35' sind in gleicher Weise
entlang der Linien SL1 und SL2 angeordnet, wobei sie in Längsrichtung
von den Ausgangslichtleitfasern 34 bzw. 34' beabstandet
sind; die auf der beweglichen Elektrodenplatte 20 ausgebildeten Spiegel 41 und 41' sind zwischen
den Ausgangslichtleitfasern 34, 34' und Eingangslichtleitfasern 35, 35' angeordnet.
In dem in den 11A und 11B gezeigten stationären Zustand,
wird der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittierte Lichtstrahl
durch die Spiegel 41 und 41' reflektiert und tritt in die Eingangslichtleitfaser 35' ein, wohingegen
der von der Ausgangslichtleitfaser 34' emittierte Lichtstrahl durch den
Spiegel 41' reflektiert
wird und in keine der Eingangslichtleitfasern eintritt. In dem in
den 11C und 11D dargestellten verfahrenen
Zustand, tritt der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittierte
Lichtstrahl in die Eingangslichtleitfaser 35 und der von
der Ausgangslichtleitfaser 34' emittierte Lichtstrahl ebenfalls
in die Eingangslichtleitfaser 35' ein. Der in den 11A bis 11D dargestellte
optische 2-zu-2-Schalter
schaltet für den
von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittierten Lichtstrahl
zwischen den Eingangslichtleitfasern 35 und 35' hin und her
und führt
eine Ein-Aus-Steuerung für
den von der Ausgangslichtleitfaser 34' emittierten Lichtstrahl aus.
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Die 12A bis 12D veranschaulichen eine Ausführungsform
eines optischen 1-zu-1-Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung,
der aufgebaut ist aus zwei Lichtleitfasern, d. h. der Ausgangslichtleitfaser 34 und
der Eingangslichtleitfaser 35, und den auf der beweglichen
Elektrodenplatte 20 in gegenüberliegender Position zu den
Lichtleitfasern 34 bzw. 35 ausgebildeten Spiegeln 41 und 42.
Der einen derartigen Aufbau aufweisenden, dargestellte Schalter
mit kann als optischer Schalter verwendet werden, der für die Eingangslichtleitfaser 35 einen
EIN-AUS-Betrieb des Lichtstrahls ausführt. D. h. die Ausgangs- und
Eingangslichtleitfasern sind entlang der zwei parallelen geraden
Linien SL1 bzw. SL2 angeordnet. In dem in den 12A und 12B gezeigten
stationären Zustand
tritt der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittierte
Lichtstrahl, wie dargestellt, auf die Eingangslichtleitfaser 35 ein.
In dem in den 12C und 12D dargestellten verfahrenen
Zustand tritt der Lichtstrahl von der Ausgangslichtleitfaser 34 nicht
in die Eingangslichtleitfaser 35 ein.
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Nun wird unter Bezugnahme auf die 13A bis 13D eine weitere Ausführungsform des optischen 1-zu-1-Schalters
beschrieben. Bei dieser Ausführungsform
sind die Ausgangslichtleitfaser 34 und die Eingangslichtleitfaser 35 ebenfalls
entlang der zwei parallelen geraden Linien SL1 bzw. SL2 angeordnet. Die
Spiegel 41 und 42 sind auf der beweglichen Elektrodenplatte 20 in
der Ausgangslichtleitfaser 34 bzw. der Eingangslichtleitfaser 35 gegenüberliegenden Positionen
angeordnet. In dem in den 13A und 13B gezeigten stationären Zustand
wird der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittierte Lichtstrahl
von den Spiegel 41 und 42 reflektiert und tritt
in die Eingangslichtleitfaser 35 ein. In dem in den 13C und 13D gezeigten verfahrenen Zustand tritt
der Lichtstrahl von der Ausgangslichtleitfaser 34 nicht
in die Eingangslichtleitfaser 35 ein.
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Die 14A bis D veranschaulichen eine Ausführungsform
eines optischen 1-zu-2-Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei dieser Ausführungsform
sind die Ausgangslichtleitfaser 34 und die Eingangslichtleitfaser 35' entlang der
geraden Linie SL1 in Längsrichtung
voneinander beabstandet angeordnet; die Eingangslichtleitfaser 35 ist
entlang der geraden Linie SL2 und parallel zu der Ausgangslichtleitfaser 34 angeordnet;
die Spiegel 41 und 42 sind auf der beweglichen
Elektrodenplatte 20 derart angeordnet, dass sich der erste
Spiegel 41 zwischen der Ausgangslichtleitfaser 34 und
der Eingangslichtleitfaser 35' befindet, wohingegen sich der
zweite Spiegel 42 in einer der Stirnseite der Eingangslichtleitfaser 35 gegenüberliegenden
Position befindet. Mit diesem Aufbau kann der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittierte
Lichtstrahl zwischen den Eingangslichtleitfaser 35 und 35' hin und her
geschalten werden. D. h. in dem in den 14A und 14B gezeigten
stationären
Zustand wird der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittierte
Lichtstrahl von den Spiegeln 41 und 42 zu der
Eingangslichtleitfaser 35 hin reflektiert. In dem in den 14C und 14D dargestellten, verfahrenen Zustand
tritt der Lichtstrahl von der Ausgangslichtleitfaser 34 in
die Eingangslichtleitfaser 35' ein.
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Die Ausführungsform der 14A bis 14D kann
zu einem optischen 2-zu-2-Schalter umgestaltet werden, bei welchem
des weiteren die Ausgangslichtleitfaser 34' entlang der geraden Linie SL2
und parallel zu der Eingangslichtleitfaser 35' angeordnet wird,
wie dies durch die gestrichelten Linien in 14A angegeben ist, so dass der von der
Ausgangslichtleitfaser 34' emittierte
Lichtstrahl in die Eingangslichtleitfaser 35 eintritt,
sobald die bewegliche Elektrodenplatte 20 durch Anlegen
einer Spannung in Richtung der stationären Elektrodenplatte 23 versetzt
wird.
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Die 15A bis 15D veranschaulichen eine weitere
Ausführungsform
des optischen 1-zu-2-Schalters
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei dieser Ausführungsform
sind die Ausgangslichtleitfaser 34 und die Eingangslichtleitfaser 35' entlang der
geraden Line SL1 und in Längsrichtung
voneinander beabstandet angeordnet; die Eingangslichtleitfaser 35 ist
entlang der geraden Linie SL2 und parallel zu der Ausgangslichtleitfaser 35' angeordnet;
die Spiegel 41 und 42 sind auf der beweglichen
Elektrodenplatte 20 derart ausbildet, dass sich der erste Spiegel 41 zwischen
der Ausgangslichtleitfaser 34 und der Eingangslichtleitfaser 35' befindet, wohingegen
sich der zweite Spiegel 42 in einer der Stirnseite der
Eingangslichtleitfaser 35 gegenüberliegenden Position befindet.
Mit diesem Aufbau kann der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittierte
Lichtstrahl zwischen den Eingangslichtleitfasern 35 und 35' hin und her
geschalten werden. D. h. in dem in den 15A und 15B dargestellten
stationären
Zustand, wird der von der Ausgangslichtleitfaser 34 emittierte Lichtstrahl
durch die Spiegel 41 und 42 zu der Eingangslichtleitfaser 35 hin
reflektiert. In dem in den 15C und 15D gezeigten, verfahrenen
Zustand tritt der Lichtstrahl von der Ausgangslichtleitfaser 34 in
die Eingangslichtleitfaser 35' ein.
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Die Ausführungsform der 15A und 15D kann
zu einem optischen 2-zu-2-Schalter umgestaltet werden, bei welchem
des weiteren die Ausgangslichtleitfaser 34' entlang der geraden Linie SL2
und parallel zu der Ausgangslichtleitfaser 34 angeordnet wird,
wie mit gestrichelten Linie in 15A angegeben,
so dass der von der Ausgangslichtleitfaser 34' emittierte
Lichtstrahl in die Eingangslichtleitfaser 35 eintritt,
sobald die bewegliche Elektrodenplatte 20 durch Anlegen
einer Spannung in Richtung der stationären Elektrodenplatte 23 versetzt
wird.
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Die 16A und 16B veranschaulichen eine Anordnung
optischer Schalter, bei welcher mehrere, in 10A bis 10D dargestellte
optische 2-zu-2-Schalter nebeneinander angeordnet sind. D. h., da
jeder optische 2-zu-2-Schalter vier entlang der beiden parallelen
geraden Linien angeordnete Lichtleitfasern besitzt, liefert eine
Nebeneinander-Anordnung derartiger optischer 2-zu-2-Schalter eine
Anordndung optischer Schalter, bei der sich Eingangslichtleitfasern
und Ausgangslichtleitfasern gegenseitig nicht kreuzen.
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Es ist ebenso möglich, eine Anordnung optischer
Schalter zu konstruieren, bei welcher mehrere Sätze von Lichtleitfasern und
Spiegeln, wie in 16 dargestellt,
jeder der Ausführungsformen
der 10 bis 15 auf dem Substrat 10 bzw.
der beweglichen Elektrodenplatte 20 ausgebildet werden.
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EFFEKT DER
ERFINDUNG
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Bei den Beispielen des Standes der
Technik haben die Dicke des Spiegels, die Genauigkeit seiner Position
auf der beweglichen Elektrodenplatte und die Genauigkeit des Winkels
der Spiegelfläche
einen Einfluss auf die axialer Ausrichtung des reflektierten Lichts,
was die Funktionsfähigkeit
des optischen Schalters herabsetzt. Entsprechend der vorliegenden
Erfindung kreuzen sich die gepaarten beiden Spiegel 41 (41') und 42 (42') rechtwinklig,
wie in den 17A bis 17C dargestellt, und auch
wenn die zwei Spiegel über
die gleiche Distanz in Richtung der optischen Achse des einfallenden
Lichts versetzt werden, wird die optische Achse des reflektierten
Lichts nicht versetzt. Des weiteren verlaufen der einfallende Lichtstrahl
und der reflektierte Lichtstrahl parallel zueinander unabhängig vom
Winkel des einfallenden Lichts. Dies erhöht die Beschränkungen
bei der Bildung der Spiegel leicht, wodurch es möglich wird, optische Schalter
hoher Leistungsfähigkeit
zu konstruieren.
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Somit sind entsprechend der vorliegenden Erfindung
die Ausgangslichtleitfasern und die Eingangslichtleitfasern entlang
der beiden geraden Linien und in Längsrichtung voneinander beabstandet angeordnet,
und der emittierte Lichtstrahl wird zu der Eingangslichtleitfaser
hin auch mit Spiegeln reflektiert, deren Spiegelflächen sich
rechtwinklig kreuzen oder parallel zueinander angeordnet sind; daher
ist der optische Schalter der vorliegenden Erfindung frei von dem
Problem eines Versatzes der optischen Achse des reflektierten Licht
aufgrund der Dicke jedes Spiegels. Da die Lichtleitfasern parallel
zueinander angeordnet sind, können
darüber
hinaus mehrere Sätze
optischer Schalter auf dem gleichen Substrat ausgebildet werden,
die gleichzeitig betrieben werden.