DE69026876T2

DE69026876T2 - Strahlenschaltungsanordnung mit beweglichem Ablenkungsbestandteil

Info

Publication number: DE69026876T2
Application number: DE69026876T
Authority: DE
Inventors: Greg E Blonder
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1989-07-25
Filing date: 1990-07-17
Publication date: 1996-12-05
Anticipated expiration: 2010-07-18
Also published as: EP0410619A2; CA2020219A1; EP0410619B1; US4932745A; JPH0359611A; JP2594377B2; HK179696A; CA2020219C; DE69026876D1; EP0410619A3

Description

Technischer Bereich

Die Erfindung betrifft den Bereich des Schaltens von Strahlen elektromagnetischer Strahlung, genauer gesagt, Anordnungen zum Schalten optischer Strahlen, indem der Ausgang eines optischen Ports selektiv zu jeweils einem Port eines Paares anderer optischer Ports geschaltet wird, bei dem jeder Port normalerweise entweder ein Ausgangs- oder ein Eingangsende einer optischen Faser (optischer Wellenleiter) ist.

Hintergrund der Erfindung

Bei der Telekommunikation bzw. in anderen Systemen, die Signalstrahlen elektromagnetischer Strahlung verwenden, ist es häufig erwünscht, einen Strahl elektromagnetischer Strahlung, der an einem optischen Eingangsport eintrifft, selektiv zu jeweils einer eines Paares von Ausgangsports zu schalten, z.B. einen optischen Signalstrahl, der am Ausgangspunkt einer optischen Eingangsfaser eintrifft, selektiv zu irgendeinem eines Paares von optischen Ausgangsfasern zu schalten, der jederzeit abhängig ist von einem Schalt- bzw. einem Vermittlungssteuersignal. Bei einem schaltenden Telekommunikationssystem wird häufig speziell gewünscht, einen optischen Kommunikationspfad umzuleiten, d.h. einen optischen Pfad (IA), der von einer gegebenen Eingangsfaser (I) zu einer ersten Ausgangsfaser (A) verläuft, zu einem zweiten Pfad (IB) zu schalten, der von der Eingangsfaser (I) zu einer zweiten optischen Ausgangsfaser (B) verläuft und den zweiten Pfad (IB) zum ersten Pfad (IA) zurückzuschalten.
Ein weiteres Beispiel: Ein lokales Netzwerk (LAN) verfügt üblicherweise über ein Hauptterminal (M) und eine optische Faser-LAN-Schleife (Ring), die sich aus schleifenförmig angeordneten Fasersegmenten zusammensetzt, zusammen mit lokalen Stationen (X,Y,Z,...) die an den verbindungsstellen der aufeinanderfolgenden Faser-Segmente angeordnet sind. Jede der lokalen Stationen verfügt normalerweise über einen separaten, lokalen Personal Computer oder über etwas Ähnliches. Optische Schaltanordnungen werden benötigt, um defekte, lokale Stationen zu überbrücken, oder um alle lokalen Stationen in den Fällen zu überbrücken, wenn Defekte in der Schleife selbst auftreten.
Der Stand der Technik wird exemplarisch durch die optische Schaltanordnung dargestellt, die in einem Artikel von M. Nunoshita et al beschrieben ist, der in den Optics Letters, Vol. 4, No. 1, pp 27-28 (1979) veröffentlicht wurde. Nach diesem Artikel haben optische Schalter für die oben beschriebenen Zwecke eine sich bewegende Linse, um die optischen Pfade zu schalten. Aber solche Schalter sind sehr schwerfällig und teuer, in erster Linie aufgrund der Notwendigkeit, relativ schwere Teile ziemlich schnell zu bewegen. Darüberhinaus lassen die konventionellen, maschinell gefertigten Teile, die für diese Schalter benötigt werden, die notwendige Präzision der optischen Ausrichtung vermissen, um in Verbindung mit optischen Fasern verwendet zu werden, es sei denn zu unerwünscht hohen Preisen und mittels zeitaufwendiger Ausrichtungsverfahren für jeden Schalter.
Darüber hinaus sind Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit problematisch, aufgrund von Verschleißerscheinungen an den Teilen, welche voneinander abweichende mechanische und thermische Eigenschaften aufweisen. Außerdem ermöglichen diese Schalter nicht, daß lokale Stationen, die zeitweise nicht an einen LAN angeschlossen (off-line) sind, die erforderlichen Selbsttests in Verbindung mit einer lokalen optischen Quelle durchführen können, es sei denn, bei der Einführung einer zusätzlichen Komplexität, zum Beispiel die zusätzliche Komplexität einer Extrafaser, die wie in der Abbildung 4 aus Electro-Optic-Products, Application Note 102 beschrieben ist, die von der Siecor Corp., Research Triangle Park. NC 27709 veröffentlicht wurde, eingeführt werden kann.
Zudem werden in den Schaltern, die in der Siecor- Veröffentlichung dargestellt wurden, mechanische Blenden benötigt, die bei Verwendung häufig ausleiern und die optischen Komponenten unmittelbar nach den Schalt-Vorgängen in einer solchen Richtung in Schwingungen versetzen, durch die sich der Strahl in unerwünschtem Maße ins Zittern gerät.
Es wäre daher wünschenswert über eine optische Signalanordnung zu verfügen und noch allgemeiner eine Schaltanordnung für elektromagnetische Strahlung zu haben, die die oben genannten Unzulänglichkeiten am Stand der Technik abmildern könnte.
Die EP-A-0 221 288 offenbart einen elektromagnetisch betätigten optischen Schalter mit einem Strahlung ablenkenden Element, beweglichen Teilen und Strahlungsports.
Die U.S.-A-4 580 873 offenbart einen optischen Matrix- Schalter, der auf einem Substrat mit Ausrichtungsaussparungen gebildet wird, die die Port- Positionen festlegen und mit ablenkenden Elementen versehen ist.
Anhand der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung zur Verfügung gestellt, die in Anspruch 1 definiert ist.
Normalerweise hat jeder Port ein Wellenleiterende, wie z.B. ein Millimeter-Wellenleiter oder ein optischer Wellenleiter (Faser).
In einer speziellen Ausführungsformsform ist die Strahlung optisch, das ablenkende Element ist ein Spiegel und die jeweiligen Ports sind die jeweiligen Enden von optischen Fasern. Der Spiegel wird von einem Halter gehalten, der ein Paar Aussparungen aufweist. Dieses Paar Aussparungen ist auf ein anderes Paar Aussparungen ausgerichtet, um den Spiegel auszurichten. Sie wurden lithographisch in ein Silizium Substrat eingearbeitet und jedes Kugelaufnahmepaar paßt in ein zugehöriges Paares ausgerichteter Aussparungen. Die Fasern sind zueinander und zum Spiegel ausgerichtet, durch Plazieren der jeweiligen Fasern in jeweilige längliche Aussparungen, für die Ausrichtung optischer Fasern. Die Fasern sind zueinander und zum Spiegel ausgerichtet durch Plazieren der jeweiligen Fasern in jeweilige längliche Aussparungen, die an die Ausrichtung optischer Fasern angepaßt sind, die alle zusammen mit den Aussparungen für die Kugelaufnahmen lithographisch in das Silizium-Substrat eingearbeitet wurden. Aus diese Weise wird die gewünschte Ausrichtungspräzision der Silizium-Technologie erreicht.
Vorteilhaft ist auch, daß eine plane, reflektierende Oberfläche des Spiegels durch die Kugelaufnahmen auf eine Parallelbewegung beschränkt bleibt, so daß ein Zittern des optischen Strahls vermieden werden kann, wenn der Spiegel bei einem Schaltvorgang in der Bewegung innehält und selbst wenn sich der Spiegel plötzlich nicht mehr bewegt.
Diese Schaltanordnung kann modifiziert werden, um eine optische Schaltanordnung zu erhalten, die zu einer optischen Faserschleife in einem LAN paßt.
Speziell bei der eben beschriebenen Anordnung wird ein vierter Port in Form eines vierten optischen Fasersegmentes hinzugefügt, welches in noch eine weitere Aussparung in dem Substrat eingeführt wird. Gleichzeitig gibt es eine lokale, optische Quelle an einer lokalen Station, die so positioniert ist, daß sie einen zweiten optischen Signalstrahl zu diesem vierten Fasersegment führt. Ein lokaler Photodetektor ist an einer lokalen Station so angebracht, daß er den optischen Strahl nach Eintritt und Durchlaufen des dritten Fasersegmentes empfängt. Auf diese Weise kommt der optische Strahl, der bei dem ersten Port eintrifft von der LAN-Schleife und der zweite optische Strahl, der bei dem vierten Port eintrifft, kommt von der lokalen, optischen Quelle. Die Schaltanordnung kann nach obiger Darstellung in einem LAN verwendet werden, mit der zusätzlichen Eigenschaft, daß selbst wenn das ablenkende Element der lokalen Station in der ersten Region vom Pfad abweicht (Offline), können an dieser lokalen Station Selbsttests durchgeführt werden, mit einer gewünscht niedrigeren, effektiven, optischen Intensität, bedingt durch die Vorzüge des Offsets der dritten und vierten Fasersegmente.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Diese Erfindung mit ihren Eigenschaften, Charakteristiken und Vorteilen kann anhand der folgenden detaillierten Beschreibung besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit der Zeichnung gelesen wird, derzufolge:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer optischen Drei- Port-Schaltanordnung gemäß einer speziellen Ausführungsformsform der Erfindung ist.
Figur 2 eine schematische Darstellung einer in Figur 1 gezeigten Ausführungsformsform ist, mit einem Spiegel, der in den optischen Pfad hinein bewegt wird.
Figur 3 eine Konstruktionsansicht einer Schaltanordnung der in den Abbildungen 1 und 2 gezeigten Ausführungsformsform ist, die in Silizium- Technologie integriert wurde und mit einer anderen speziellen Ausführungsformsform der Erfindung übereinstimmt.
Figur 4 die Ansicht eines Querschnitts eines Teils der in Figur 1 und 2 dargestellten Ausführungsformsform ist (mit optischen Fasern, die sich nicht am Ort befinden, was nur der Klarheit dienen soll), und mit einer anderen speziellen Ausführungsformsform der Erfindung übereinstimmt.
Figur 5 eine Konstruktionsansicht von einer optischen Vier- Port-Schaltanordnung ist, die für die Verwendung in einem LAN geeignet ist und mit einer anderen speziellen Ausführungsformsform der Erfindung übereinstimmt.
Figur 6 eine Draufsicht auf die in Figur 6 gezeigten Ausführungsformsform ist, mit einem Spiegel, der sich außerhalb des optischen Pfades befindet.
Figur 7 eine Draufsicht auf die in Figur 6 gezeigten Ausführungsformsform ist, mit einem Spiegel, der sich im optischen Pfad befindet.
Figur 8-9 Draufsichten auf einen Teil einer optischen Drei- Port-Schaltanordnung sind und mit einer anderen speziellen Ausführungsformsform der Erfindung übereinstimmen.
Figur 10-11 Draufsichten auf einen Teil einer optischen Vier-Port-Schaltanordnung sind und mit einer anderen speziellen Ausführungsformsform der Erfindung übereinstimmen.
Figur 12-13 Draufsichten auf einen Teil einer optischen Vier-Port-Schaltanordnung sind und mit einer anderen speziellen Ausführungsform der Erfindung übereinstimmen.
Lediglich zum Zwecke der Klarheit ist keine der Zeichnungen maßstabsgerecht.

Detailierte Beschreibung

Wie in den Abbildungen 1 und 2 gezeigt wurde, hat eine optische Drei-Port- (ein Eingang, zwei Ausgänge) Schaltanordnung 10 (Figur1) oder 20 (Figur 2) einen Spiegel M, der entweder außerhalb des optischen Pfades positioniert ist (Figun) oder im optischen Pfad (Figur 2). In beiden Situationen (Figur 1 und 2) hat die Schaltanordnung 10, 20 erste, zweite und dritte optische Ports P1, P2 und P3, die durch die jeweiligen benachbarten Enden der ersten, zweiten und dritten optischen Fasersegmente F1, F2 und F3 gebildet werden.
Die Schaltanordnung 10, 20 besteht darüber hinaus aus der ersten, zweiten und dritten kleinen Linse L1, L2 und L3, die zur Kollimation der jeweiligen Strahlen dienen, die von der ersten Faser F1 ausgesendet werden und von dort in die zweite Faser F2 (Figur 1) oder in die dritte Faser F3 eintreten.
(Figur 2). Die optische Strahlung für die optischen Strahlen wird durch eine Lichtquelle L bereitgestellt und von den Endgeräten U1 (Figur1) bzw. U2 (Figur 2) empfangen. Der Spiegel M (Figur 2) hat eine plan reflektierende Vorderseite MSI und kann auch eine andere, hierzu parallele, reflektierende Oberfläche haben, wie z.B. eine plan reflektierende Rückseite MS2.
Die Schaltanordnung 10,20 kann in einer Anordnung der Silizium-Technologie günstig integriert werden, um eine optische Schaltanordnung 30 (Figur 3) zu bilden. An dieser Stelle werden dieselben Bezugszahlen benutzt wie in Figur 1 und 2, um sich auf dieselben bzw. ähnliche Elemente oder Teile zu verweisen.
Auf einer planen Hauptfläche PS eines Siliziumsubstrates S wurde zum Zwecke der Ausrichtung eine Vielzahl von Aussparungen (Einschnitte bzw. Nuten angebracht, die in das Substrat S geschnitten wurden, einschließlich der Aussparung für den Spiegel MR in die der Spiegel M hineinpaßt. Andere Aussparungen, die in das Substrat S geschnitten wurden, enthalten: Aussparungen für die erste, zweite und dritte Faser: FR1, FR2, FR3; Aussparungen für die erste, zweite und dritte Linse: LR1,LR2 und LR3 und die Aussparungen für die erste und zweite Substrat-Kugel: SBR1 und SBR2, zur Aufnahme und Halterung von einem Paar mit gleichen Kugelaufnahmen: B1 und B2. Der Spiegel M bildet ein Ganzes mit einem Halter aus Silizium (Halter) H. Dieser Halter weist ein Paar Kugelaufnahme- Aussparungen des Spiegels: MBR1 und MBR2 auf, die registrierbar sind, mit einem Paar gleicher Aussparungen für Substratkugelaufnahmen: SBR1 und SBR2, zur Aufnahme und zum Halten der Kugelaufnahmen B1 und B2. Um ein Verkratzen der Spiegelfläche MS1 zu vermeiden ist die Spiegel-Aussparung MR weit genug ausgeführt, um eine Berührung zwischen den reflektierenden Fläche(n) des Spiegels und den Seiten der Spiegel Aussparungen NR zu verhindern, besonders bei einer Bewegung des Spiegels in die Aussparung hinein und aus der Aussparung heraus. Die Aussparung des Spiegels MR und die Aussparungen der Kugelaufnahmen: SBR1, SBR2, MBR1 und MBR2 sind für die gewünschte wechselseitige Ausrichtung der Spiegelflächen MS1, der Linsen L1, L2 und L3 und der Fasersegmente F1, F2 und F3 wechselseitig ausgerichtet. Figur 4 zeigt einen Querschnitt des Halterteils H und des Substrats S, angedeuted durch die Linie 4-4 in Figur 3. An dieser Stelle ist in Figur 4 der Querschnitt der Vorderseite des Halters FHS normalerweise eine < 110> Ebene eines mikrokristallinen Siliziumkörpers, aus dem der Halter H besteht. Der Spiegel M ist ein Bestandteil desselben Siliziumkörpers, so wie dieser durch bekannte, lithographische Maskierungs- und anisotrope Ätztechniken gebildet wird. Der Querschnitt der Substratvorderfläche FSS des Substrates S ist typischerweise eine < 110> Ebene des monokristallinen Silizium-Körpers, aus dem Substrat S gearbeitet ist.
Der Halter H kann eine Drehbewegung um die Achse ausführen, die duch das Verbinden der Zentren der Kugelaufnahmen B1 und B2 gebildet wird. Daher bleibt die plane Fläche MS1 (und MS2) des Spiegels M auf eine Parallelbewegung beschränkt, d.h. ohne eine seitliche Verschiebung. Somit kann die rechte Kante des Spiegels M (Figur 3 und 4), in Abhängigkeit von einer geeigneten Kraft G (oder einer Kraftverteilung ), die an einem Punkt (oder einer Fläche) an der Oberseite des Halters H, links von der zuvor genannten Achse durch die Kugelaufnahmen B1 und B2 angreift, reibungslos in die Spiegel-Aussparung MR hineinund hinausbewegt werden.
Diese Kraft G wird in Übereinstimmung mit einer zeitlichen Funktion angewendet, die für den gewünschten Schaltvorgang geeignet ist. Die Kraft G bewirkt ein entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment, wenn G nach unten gerichtet ist, wie in Figur 4 dargestellt wird und neigt dadurch dazu, den entsprechenden Teil des Spiegels (wo der Lichtstrahl auftrifft) aus dem optischen Pfad in der Schaltanordnung 10, 20 herauszubewegen und diese Kraft G bewirkt ein im Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment, wenn G nach oben gerichtet ist (nicht dargestellt), und neigt dadurch dazu, den Spiegel in den optischen Pfad hinein zu bewegen. Somit bestimmt während der Schaltvorgänge die Richtung von G die Bewegung des Spiegels M, um die Bedingung für die Schaltanordnung 10 vs. 20 (Figur 1 vs. Figur 2) zu erzeugen.
Es sollte festgehalten werden, daß eine (zufällige) Zitterbewegung des Spiegels M aufwärts oder abwärts nicht die optische Ausrichtung beeinträchtigt, weil die Ausrichtung vollständig durch die identischen Kugelaufnahmen B1 und B2 bestimmt ist, die in die identischen Aussparungen SBR1 und SBR2 passen, welche so angeordent und ausgerichtet sind, daß der Spiegel auf eine Bewegungsrichtung senkrecht zu dem Ort beschränkt ist, der durch die Fasern F1, F2 und F3 festgelegt ist. Auf diese Weise zeigen mechanische Vibrationen, die dazu neigen eine Relativbewegung zwischen dem Substrat und dem Spiegel zu erzeugen, keinen ungünstigen Effekt auf die optische Transmission, weil die ansonsten ungünstige, transversale Relativbewegung von der Starrheit der Kugelaufnahmen B1 und B2 in den Aussparungen SBR1 und SBR2 unterdrückt wird.
Die Linsen L1, L2 und L3 werden normalerweise aus Saphir (n=1,7) gefertigt oder aus Glas mit einem hohen Brechungsindex (ungefähr 1,7 bis 1,9). Die Kugelaufnahmen B1 und B2 werden bequemerweise aus dem gleichen Material wie die Linsen hergestellt.
Figur 5 zeigt eine Konstruktionsansicht einer Vier-Port (zwei Eingänge zwei Ausgänge) optischen Schaltanordnung 50, die für eine Verwendung in einem LAN geeignet ist. Die Anordnung 50 kann als aus der vorher beschriebenen optischen Schaltanordnung 30 abgeleitet angesehen werden, dadurch daß ein vierter Port hinzugefügt worden ist, der durch das in die Faser-Aussparung FR4 eingepaßte Fasersegment F4, zusammen mit der Linse L4, die in die Linsen-Aussparung LR4 eingepaßt wurde und einer zweiten Spiegel-Fläche MS2 des Spiegels M, die parallel zu der ersten Fläche Mslverläuft, gebildet wurde.
Figur 6 stellt eine Draufsicht der Anordnung 50 dar, bei der sich der Spiegel M außerhalb des optischen Pfades befindet (bei den Betriebsarten off-line und by-pass). Wie in Figur 6 angezeigt, befindet sich der Spiegel M in einer Position, die sich somit außerhalb des optischen Pfades befindet. Optische Strahlung, die aus dem ersten Fasersegment F1 austritt, durchläuft dann die Schaltanordnung 60 in die zweite Faser F2. Gleichzeitig durchläuft ein optischer Strahl das vierte Fasersegment F4 von einer anderen Lichtquelle aus (nicht dargestellt), läuft in das Fasersegment F3, allerdings mit einer abgeschwächten Intensität (durch eine gepunktete Linie angedeuted), bedingt durch einen frei gewählten Offset-Abstand d des Fasersegments F3 relativ zu Fasersegment F4 (zusammen mit demselben Offset bei ihren jeweiligen Linsen L3 und L4). Der somit abgeschwächte Strahl, der in das Fasersegment F3 eintritt, ist für Selbsttests geeignet. Ein Absorber A kann bei Bedarf hinzugefügt werden, um das (überschüssige) Licht zu absorbieren, daß von Fasersegment F4 herkommt, d.h. um das Licht zu absorbieren, das nicht in das Fasersegment F3 eintritt.
Figur 7 zeigt die Draufsicht der Schaltanordnung 50 (Figurs), bei der sich der Spiegel im Pfad des optischen Strahls (aktiver Modus) befindet. Wie in Figur 7 angezeigt, wird beim Einbringen des Spiegels in den optischen Pfad der optische Strahl, der das Fasersegment F1 verläßt, in die Schaltanordnung 70 weitergeleitet, wo er von der ersten Fläche MS1 des Spiegels M reflektiert und in das dritte Fasersegment F3 abgelenkt wird. Gleichzeitig wird das Licht, das Fasersegment F4 verläßt, von der zweiten Fläche MS2 des Spiegels M reflektiert, und tritt in das Fasersegment F2 ein. Ist die Dicke (Abstand zwischen Vorderseite und Rückseite) des Spiegels M ebenso groß wie d/ 2(=d cos 45º) und wenn die Anordnung 60 korrekt ausgerichtet ist, so wird auch die Anordnung 70 richtig ausgerichtet sein. Insbesondere wird in Figur 6 praktisch der gesamte Strahl, der F1 verläßt, in F2 eintreten und nur ein Teil des Querschnittes des Strahl, der F4 verläßt, wird in F3 eintreten, wohingegen in Figur 7 praktisch der gesamte Strahl, der F1 verläßt, in F3 eintreten wird und praktisch wird der gesamte Strahl, der F4 verläßt, in F2 eintreten.
Die Figuren 8-9 stellen eine Anordnung von Linsen und Fasern dar, um einen Offset zu vermeiden, in Übereinstimmung mit noch einer weiteren Ausführungsform In den Figur 8-9 dienen die Fasern F1, F2, F3 und F4 denselben Funktionen wie in den Figur 6-7, aber sie sind alle auf der gleichen (Vorder-) Seite des Spiegels M angeordnet. Auf der anderen (Rück-) Seite von Spiegel M sind die zusätzlichen Fasern AF1, AF2 und AF3, zusammen mit den zusätzlichen Linsen AL1, AL2 und AL3 (Figur 9) in einer entsprechenden Ausrichtung zu den Fasern F1, F2 und F3 angebracht. Es wird darauf hingewiesen, daß nur die drei Hauptlinsen L1, L2 und L3 benötigt werden, da die Linse L1 gleichzeitig zwei Aufgaben übernimmt, indem sie zwei gegenseitig orthogonale Strahlen gleichzeitig durchläßt.
Die zusätzliche Faser AF1 ist an ihrem Ende durch eine Verbindungsfaser CF1 mit dem Ende der zusätzlichen Faser AF3 verbunden und die zusätzliche Faser AF2 ist an ihrem Ende durch eine Verbindungsfaser CF2 mit dem Ende der zusätzlichen Faser AF4 verbunden. Auf diese Weise wird der Modus by-pass (off-line) erreicht, wenn der Spiegel M in eine Position in den Pfaden der optischen Strahlen bewegt wird, wie in Figur 8 dargestellt ist. Das Licht, daß aus der Faser F1 austritt gelangt zu F2 mit Hilfe eines Pfades durch L1, wird von Spiegel M reflektiert und durchläuft L2 und Licht, welches F4 verläßt, gelangt zu F3 über einen Pfad durch L1, Reflexion an Spiegel M und durch L3. Wird der Spiegel M in eine Position außerhalb der Pfade der optischen Strahlen bewegt wird, wie in Figur 9 dargestellt ist, wird der aktive (on-line) Modus erreicht. Das bedeutet, daß das Licht, das aus F1 austritt, über L1l, AL1, AF1, CF1, AF3, AL2 und L3 zu F3 gelangt und Licht, das aus F4 austritt über L1, AL4, AF4,CF2, AF2, AL2 und L2 zu F2 gelangt.
Es sollte Klarheit darüber herrschen, daß die Position von allen Linsen und Fasern, die in Figur 8-9 dargestellt sind, wiederum durch die Aussparungen in dem Substrat S (Fig. 5) bestimmt wird, günstigerweise in Übereinstimmung mit der Silizium-Technologie und daß die Position des Spiegels M in Figur 8-9 durch die Kugelaufnahmen (nicht in Figur 8-9 dargestellt) bestimmt ist, die sich in den Aussparungen befinden, d.h. in der gleichen Weise wie die Position des Spiegels M in Abbildung 5.
Es sollte auch Klarheit darüber herrschen, daß nach den Figur 8-9 die Positionen der Fasern F2 und F3 ausgetauscht werden können und gleichzeitig die jeweiligen Linsen L2 und L3 ausgetauscht werden. In diesem Fall wird der aktive (online) Modus in der Konfiguration erreicht, die in der Figur 8 dargestellt ist, während der by-pass (off-line) Modus in der Konfiguration erreicht wird, die in der Figur 9 dargestellt ist.
Anstelle des reflektierenden Spiegels M kann ein optisch brechendes Element verwendet werden, zum Beispiel in Form einer parallel brechenden Scheibe (Platte) RS, d.h. eine parallele Platte, die aus einem optisch brechenden Medium besteht, wie sie zum Beispiel in der Drei-Port Konfiguration veranschaulicht und in den Figur 10-11 dargestellt wird (die Fasern F1, F2, F3 werden nicht gezeigt) und in der Vier-Port Konfiguration, die in den Figur 12-13 gezeigt ist, (die Fasern F1, F2, F3, F4 werden nicht dargestellt).
Es sollte hierbei Klarheit bestehen, daß die optischen Fasern (in den Figur 10-11 oder Figur 12-13 nicht dargestellt) nach den Figur 3 und 5 ausgerichtet werden sollten und daß eine verbindende Faser CF den optischen Ausgang von AL1 an den Eingangs-Port von AL2 koppelt. Die brechende Platte RS wurde speziell dafür entworfen (Figur 10-11), beispielsweise was Dicke und Brechungsindex betreffen, daß sie bei einer Bewegung in den optischen Pfad hinein, der durch die Kugelaufnahmen B1 und B2 in ihren jeweiligen Aussparungen festgelegt ist (Figur 4), den optischen Strahl um einen Betrag bricht, der ausreicht um den Strahl einer anderen Linse zuzuführen, d.h. der Linse L3 (Figur 11) statt L2 (Figur 10).
Es gilt zu beachten, daß die plane vordere Fläche und die plane hintere Fläche der brechenden Platte jeweils beide auf eine Parallelbewegung zu sich selbst beschränkt sind.
In Figur 13, sind AL1 und AL2 zusätzliche Linsen, die durch eine Verbindungsfaser CF verbunden sind, wobei die Anordnung (Figur 12-13) in einer Vier-Port optischen Schaltanordnung verwendet werden kann, die der in den Figur 6-7 dargestellten ähnlich ist.
Bitte beachten Sie, daß in Verbindung mit allen oben beschriebenen Fällen die Position und die Ausrichtung des Spiegels M oder die der parallel brechenden Platte RS (Figurll) durch die Positionen der Kugelaufnahmen B1 und B2 festgelegt wird, die in die Aussparungen SBR1 und SBR2 hineinpassen. Die Positionen dieser Kugelaufnahmen in diesen Aussparungen legen zuverlässig eine Achse fest, um die der Spiegel M als Reaktion auf die angewandte(n) Kraft (Kräfte) G rotiert, wie in Figur 4 angezeigt wird. Die Silizium- Technologie nach der die Aussparungen für den Spiegel, die Kugelaufnahmen, die Fasern und Linsen alle gleichzeitig durch eine zuverlässige Lithographie hergestellt werden, sichert eine präzise, relative Ausrichtung aller Fasern, Linsen und des Spiegels auf der Basis einer Massenproduktion, d.h&sub4; die gleichzeitige Herstellung einer Vielzahl von Substraten, bei denen alle Aussparungen durch konventionelle, lithographische Techniken ausgerichtet sind. Gleichermaßen sollte klar sein, daß die Position und Ausrichtung der brechenden Platte RS (Figur 11 und 13) durch Kugelaufnahmen (nicht dargestellt), die in die Aussparungen im Substrat S hineinpassen, in ähnlicher Weise bestimmt wird, wie das Beispiel in den Figur 3-5 veranschaulicht.
Obwohl die Erfindung in Form von speziellen Ausführungsformen detailliert beschrieben wurde, können verschiedene Modifizierungen durchgeführt werden, ohne daß dabei der Bereich der Erfindung verlassen wird. Zum Beispiel können die Linsen weggelassen werden, indem die Kanten der Fasersegmente sphärisch ausgeführt werden statt flach, um den austretenden optischen Strahl zu kollimieren.
Es kann auch ein einzelner Spiegel M oder eine brechende Platte RS in Verbindung mit mehr als einem Satz von drei (oder vier) Ports gleichzeitig verwendet werden, d.h. mit einem Faserarray, der eine Vielzahl von Sätzen solcher Fasern enthält, wobei jeder Satz drei (oder vier) Fasern enthält, die ähnlich funktionieren wie F1, F2, F3 (und F4).
Anstatt die Fasersegmente F3 und F4 (Figur 6 und 7), zusammen mit den Linsen L3 und F4 (Anm. d.Ü.: hier liegt vermutlich ein Schreibfehler vor, gemeint ist mit Sicherheit L4 statt F4)) mit einem Offset der Distanz d zu versehen, könnte man auch den (Mittelpunkt des) Spiegel(s) mit einem Offset versehen, um die Menge an optischer Strahlung zu reduzieren, die während des Off-line Betriebes von Fasersegment F4 aus in das Fasersegment F3 eintritt.
Mit einigen Einbußen an Langzeitstabilität, Zuverlässigkeit und einem optischen Einkopplungsverlust kann der Halter H aus einem gestanzten Metall oder aus einem geformten Plastikkörper bestehen, mit Profilen, die in die Aussparungen im Siliziumsubstrat passen, während die Kugelaufnahmen weggelassen werden.
Anstelle von optischen Signalen können auch andere Formen von elektromagnetischer Strahlung verwendet werden, die von optischen bis zu Millimeterwellen reichen, mit entsprechenden Änderungen bei den Materialien von Linsen, Spiegel und Wellenleitern.

Claims

1. Schaltanordnung für elektromagnetische Strahlung, umfassend:

a) ein Strahlung ablenkendes Element (beispielsweise M; Fig. 2, RS; Fig. 13) mit einer ebenen, ablenkenden Oberfläche,

gekennzeichnet durch

b) eine Bewegungseinrichtung (beispielsweise G; Fig. 4), um das ablenkende Element derart in eine Schwenkbewegung zu versetzen, daß dessen ebene, ablenkende Oberfläche parallel zu sich selbst von einem ersten Bereich zu einem zweiten Bereich und von dem zweiten Bereich zum ersten Bereich bewegt werden kann,

c) einen ersten, zweiten und dritten Strahlungsport (beispielsweise P1, P2, P3; Fig. 1), die jeweils derart angeordnet sind, daß, wenn das ablenkende Element in dem ersten Bereich ist, ein Signalstrahl, der an der Schaltanordnung am ersten Port (P1) ankommt, sich durch den Ort einer ersten Stellung bewegt und in den zweiten Port (P2) eintritt, und, daß, wenn das ablenkende Element durch die Bewegungseinrichtung in den zweiten Bereich bewegt wird, der Signalstrahl, der an dem ersten Port (Pl) ankommt, durch die ebene Oberfläche des ablenkenden Elements in den dritten Port (P3) abgelenkt wird, und

d) ein Substrat (beispielsweise 5; Fig. 3) mit einer ebenen Hauptoberfläche (beispielsweise PS; Fig. 3) und mit einer ersten, einer zweiten und einer dritten Wellenleiter-Ausrichtungsausnehmung (beispielsweise FR1, FR2, FR3; Fig. 3) in diesem an dessen Oberfläche, welche jeweils eine erste, eine zweite und eine dritte Portstellung des ersten, zweiten und dritten Ports bestimmen, und mit einem Paar von Ablenkelement-Ausrichtungsausnehmungen (beispielsweise SBR1, SBR2; Fig. 3) in diesem an dessen Oberfläche, um das Ablenkelement in Bezug auf die Stellungen des ersten, zweiten und dritten Ports auszurichten.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher die elektromagnetische Strahlung optische Strahlung ist, bei welcher der Signalstrahl ein erster optischer Strahl ist, wobei die erste, zweite und dritte Wellenleiter-Ausrichtungsausnehmung längliche Faser- Ausrichtungsausnehmungen sind und wobei der erste, zweite und dritte Port jeweils einen ersten, zweiten und dritten optischen Faserabschnitt umfaßt, der jeweils in die erste, zweite und dritte längliche Ausnehmung gesetzt ist, wobei die erste, zweite und dritte längliche Ausnehmung jeweils eine erste, zweite und dritte Achse haben, die wechselseitig orientiert sind, um sich den von dem ersten optischen Faserabschnitt austretenden optischen Strahl zu dem zweiten und dritten Faserabschnitt ausbreiten zu lassen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, ferner umfassend einen vierten optischen Port mit einem vierten Faserabschnitt, der in eine vierte längliche Wellenleiter-Ausrichtungsausnehmung in dem Substrat eingesetzt ist, wobei die vierte längliche Wellenleiter- Ausrichtungsausnehmung eine Achse aufweist, die derart ausgerichtet ist, daß, wenn das Ablenkelement im ersten Bereich angeordnet ist, ein zweiter optischer Signalstrahl, der durch eine lokale optische Quelle zugeführt ist und am vierten Port ankommt, sich durch den zweiten Bereich ausbreitet und in den dritten Port eintritt, und wenn das Ablenkelement in den zweiten Bereich bewegt ist, der zweite optische Strahl durch das Ablenkelement abgelenkt wird und in den zweiten Port eintritt.

4. Anordnung nach Anspruch 3, ferner umfassend einen Photodetektor (A), der angeordnet ist, um einen optischen Strahl nach dem Eintreten in und der Ausbreitung durch den dritten Faserabschnitt zu empfangen, wobei das Ablenkelement eine vorderseitige und rückseitige Fläche hat, die mit einem ersten Abstand voneinander beabstandet sind und wobei die vierte Ausnehmung mit einem Versatz (d) in Bezug auf die dritte Ausnehmung derart angeordnet ist, daß, wenn das Ablenkelement im ersten Bereich angeordnet ist, nur ein Teil des Querschnitts des zweiten optischen Strahls, der beim vierten Port ankommt, in den dritten Faserabschnitt eintritt, und, wenn das Ablenkelement in den zweiten Bereich bewegt ist, im wesentlichen der gesamte Querschnitt des bei dem vierten Port ankommenden optischen Strahls in den zweiten Faserabschnitt eintritt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, ferner umfassend eine fünfte, sechste, siebte und achte Ausnehmung in der Oberfläche des Substrates mit jeweils einer ersten, zweiten, dritten und vierten optischen Linse, die darin an jeweiligen Orten eingesetzt sind, welche jeweils in Bezug auf den ersten, zweiten, dritten und vierten Port ausgerichtet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 3, ferner umfassend eine fünfte, sechste, siebte und achte Ausnehmung in der Oberfläche des Substrates mit jeweils einer ersten, zweiten, dritten und vierten optischen Linse, die an jeweiligen Orten darin eingesetzt sind, die in Bezug auf den ersten, zweiten, dritten und vierten Port jeweils ausgerichtet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 3, ferner umfassend eine vierte, fünfte und sechste Ausnehmung in der Oberfläche des Substrats mit jeweils einer ersten, zweiten und dritten optischen Linse, die darin an jeweiligen Orten, die in Bezug auf den ersten, zweiten und dritten Port ausgerichtet sind, jeweils eingesetzt sind.=

8. Anordnung nach Anspruch 2, in welcher die elektromagnetische Strahlung optische Strahlung ist und welche ferner eine vierte, fünfte und sechste Ausnehmung in der Oberfläche des Substrats mit jeweils einer ersten, zweiten und dritten optischen Linse umfaßt, die jeweils an den jeweiligen Orten, die in Bezug auf den ersten, zweiten und dritten Port jeweils ausgerichtet sind, eingesetzt sind.

9. Anordnung nach Anspruch 1, ferner umfassend eine vierte, fünfte und sechste Ausnehmung in der Oberfläche des Substrats mit jeweils einer ersten, zweiten und dritten optischen Linse, die an jeweiligen Orten, die in Bezug auf den ersten, zweiten und dritten Port ausgerichtet sind, eingesetzt sind.

10. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher die Einrichtung zum Bewegen des Spiegels eine Bewegung in einer ersten Richtung erzwingt, die parallel zur vorderseitigen Ebene ist, und wobei die erste Richtung senkrecht zu einer Ebene ist, welche durch die optischen Strahlen definiert ist.

11. Kommunikationssystem, umfassend die in Anspruch 1 zitierte Anordnung und ferner umfassend:

a) eine Benutzereinrichtung zum Benutzen der optischen Strahlung und

b) eine optische Übertragungseinrichtung zum Sammeln des in den zweiten Port tretenden optischen Strahls und zu dessen Übertragung zur Benutzereinrichtung.

12. Kommunikationssystem, umfassend die Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 2 und ferner umfassend:

eine Benutzereinrichtung zum Benutzen der aus dem zweiten Faserabschnitt nach seiner Ausbreitung durch diesen austretenden optischen Strahlung.

13. Kommunikationssystem, umfassend die Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 4 und ferner umfassend:

eine Benutzereinrichtung zum Benutzen optischer Signale, die aus dem zweiten optischen Faserabschnitt nach deren Ausbreitung durch diesen austreten.

14. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher das Ablenkelement ein Spiegel ist.

15. Anordnung nach Anspruch 2, bei welcher das Ablenkelement ein Spiegel ist.

16. Anordnung nach Anspruch 4, bei welcher das Ablenkelement ein Spiegel ist.

17. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher das Ablenkelement ein Brechungselement mit parallelen Flächen ist.

18. Anordnung nach Anspruch 2, bei welcher das Ablenkelement ein Brechungselement mit parallelen Flächen ist.

19. Anordnung nach Anspruch 4, bei welcher das Ablenkelement ein Brechungselement mit parallelen Flächen ist.