DE19706053B4

DE19706053B4 - Switching arrangement for switching and coupling a light bundle into at least one output fiber

Info

Publication number: DE19706053B4
Application number: DE1997106053
Authority: DE
Inventors: Steffen Glöckner; Rolf Dr. Göring
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 2004-11-04
Anticipated expiration: 2017-02-08
Also published as: WO1998035257A1; DE19706053A1; EP0958520A1

Abstract

Schaltanordnung zum Schalten und Einkoppeln eines von mindestens einem optischen Element abgestrahlten Lichtbündels in eine Ausgangsfaser einer Mehrzahl von Ausgangsfasern (6), wobei dem abgestrahlten Lichtbündel eine Strahlablenk- und Kollimationsoptik (1,13,14) zugeordnet ist und eine Stelleinrichtung (10,7) vorgesehen ist, die das abgestrahlte Lichtbündel und die Strahlablenk- und Kollimationsoptik relativ zueinander lateral verschiebt, derart, dass das Strahlenbündel in eine Ausgangsfaser (6) der Mehrzahl von mit Abstand zu der Strahlablenk- und Kollimationsoptik angeordneten Ausgangsfasern einkoppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlablenk- und Kollimationsoptik (1,13,14) eine Umlenkoptik (4) nachgeschaltet ist, die das kollimierte abgelenkte Strahlenbündel in die Richtung parallel zur optischen Achse umlenkt und dass jeder Ausgangsfaser (6) eine separate Fokussieroptik (5) zugeordnet ist, die das umgelenkte Strahlenbündel auf die Ausgangsfaser (6) fokussiert.switching arrangement for switching and coupling one of at least one optical Element of emitted light beam into an output fiber of a plurality of output fibers (6), wherein the emitted light beam a beam deflection and collimation optics (1,13,14) is assigned and an actuating device (10, 7) is provided which detects the radiated light beam and the beam deflection and collimation optics relative to one another laterally shifts such that the beam of rays is in an output fiber (6) the plurality of at a distance from the beam deflection and collimation optics arranged output fibers can be coupled, characterized in that the beam deflection and collimation optics (1,13,14) a deflection optics (4) downstream, which is the collimated deflected beam redirects the direction parallel to the optical axis and that everyone Output fiber (6) is assigned a separate focusing optics (5), which is the redirected beam focused on the output fiber (6).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung zum Schalten und Einkoppeln eines Lichtbündels von in mindestens eine Ausgangsfaser nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The Invention relates to a switching arrangement for switching and Coupling a light beam of in at least one output fiber according to the preamble of the main claim.

Monomodefaserschalter sind wichtige Komponenten für die optische Nachrichtentechnik und die optische Meßtechnik. Über einen Faserschalter wird Licht, das aus einer oder mehreren Eingangsmonomodefasern abgestrahlt wird, in verschiedene Ausgangsmonomodefasern eingekoppelt, wobei über einen Stellmechanismus sichergestellt wird, daß das Licht in die verschiedenen Ausgangskanäle bzw. -fasern geschaltet werden kann. Dabei sind für die Anordnung der Eingangsmonomodefasern und Ausgangsmonomodefasern verschiedene Konfigurationen denkbar, beispielsweise sind bei einem M×N- Faserschalter M Eingangskanäle in N Ausgangskanäle schaltbar.Single-mode fiber switch are important components for optical communications technology and optical measurement technology. About one Fiber switch is light that consists of one or more input single-mode fibers is emitted, coupled into various output monomode fibers, being about an adjusting mechanism ensures that the light is in the different Outputs or fibers can be switched. Here are for the arrangement of the input single-mode fibers and output single-mode fibers different Configurations are conceivable, for example with an M × N fiber switch M input channels in N Switchable output channels.

Es sind eine Reihe von Anordnungen für Faserschalter bekannt, die die Schaltfunktion mit einer Bewegung der Eingangsfaser bezüglich der Ausgangsfasern realisieren. Diese Konzepte nutzen im wesentlichen rein mechanische Prinzipien. Aus der US 4 896 935 ist ein 1×N-Faserschalter bekannt, der eine Eingangsfaser aufweist, die in einer Ebene so gedreht wird, daß sie mehrere Ausgangsfasern, die radial angeordnet sind, bedienen kann, wobei in jeder Schaltposition die Eingangs- und die entsprechende Ausgangsfaser nahezu in Kontakt sind, so daß keine optischen Komponenten benötigt werden, um hohe Koppeleffizienzen zu garantieren. Die erforderliche Drehbewegung kann durch verschiedene Aktuatoren ermöglicht werden, wobei jedoch die Schaltzeiten zwischen benachbarten Kanälen deutlich geringer sind als zwischen den äußeren Kanälen. Durch die Anordnung aller Fasern nebeneinander in einer Ebene ist die maximal mögliche Zahl der Ausgangsfasern N beschränkt. Eine Montage erfordert eine schwierige Ausrichtung der einzelnen Fasern.A number of arrangements for fiber switches are known which implement the switching function by moving the input fiber with respect to the output fibers. These concepts essentially use purely mechanical principles. From the US 4,896,935 a 1 × N fiber switch is known which has an input fiber which is rotated in one plane so that it can serve a plurality of output fibers which are arranged radially, the input and the corresponding output fiber being almost in contact in each switching position , so that no optical components are required to guarantee high coupling efficiencies. The required rotary movement can be made possible by various actuators, but the switching times between adjacent channels are significantly shorter than between the outer channels. The maximum possible number of output fibers N is limited by the arrangement of all fibers next to one another in one plane. Assembly requires difficult alignment of the individual fibers.

Eine Verbesserung wird in der US 5 479 541 beschrieben, wobei der gleiche Aufbau gewählt wird und lediglich jede Faser zusätzlich mit einer Kollimationsoptik versehen wird. Es hat sich gezeigt, daß sich die erforderlichen Justiertoleranzen der Ausgangsmodule, d.h. der Ausgangsfasern mit Kollimationsoptik, günstiger gestalten, was eine kostengünstigere Fertigung ermöglicht. Ansonsten bleiben die oben beschriebenen Nachteile vorhanden.An improvement will be made in the US 5,479,541 described, wherein the same structure is selected and only each fiber is additionally provided with collimation optics. It has been shown that the required adjustment tolerances of the output modules, ie the output fibers with collimation optics, are more favorable, which enables more cost-effective production. Otherwise, the disadvantages described above remain.

In der US 5 434 936 ist eine Schaltanordnung offenbart, bei der die Eingangsfaser mit einem Drehmechanismus verbunden ist und die Faserlängsachse parallel zur Drehachse liegt, aber seitlich zur Drehachse versetzt ist. In gleicher Weise sind die Ausgangsfasern angeordnet. Die Schaltfunktion wird über magnetische Kräfte realisiert und jede Ausgangsfaser ist zusätzlich mit einem Permanentmagneten versehen, der sicherstellen soll, dass beim Schalten auf die entsprechende Ausgangsfaser, die optimale Position der Fasern zueinander eingestellt und gehalten wird. Auch in dieser Anordnung ist die Anzahl der Ausgangsfasern, im wesentlichen durch den Aktuationsmechanismus und den sich stark vergrößernden Fertigungsaufwand beim Hinzufügen von weiteren Ausgangsfasern sehr beschränkt.In the US 5,434,936 discloses a switching arrangement in which the input fiber is connected to a rotating mechanism and the longitudinal axis of the fiber lies parallel to the rotating axis, but is offset laterally to the rotating axis. The output fibers are arranged in the same way. The switching function is implemented using magnetic forces and each output fiber is additionally provided with a permanent magnet, which is to ensure that when switching to the corresponding output fiber, the optimal position of the fibers relative to one another is set and held. In this arrangement, too, the number of output fibers is very limited, essentially due to the actuation mechanism and the greatly increasing manufacturing effort when adding further output fibers.

Eine weitere Anordnung ( US 5 483 608 ) versucht das Problem der kostengünstigen Montage dadurch zu lösen, dass sich alle Ausgangsfasern in Führungen, zum Beispiel in V-Nuten befinden und die Eingangsfaser beim Schaltvorgang jeweils in die Führung der entsprechenden Ausgangsfaser gebracht und bis auf Anschlag auf die Ausgangsfaser bewegt wird. Die nötige Genauigkeit der verschiedenen Stellbewegungen wird damit stark reduziert. Eine große Anzahl von Ausgangsfasern ist mit dieser Anordnung möglich, aber aufgrund der notwendigen großen Stellwege kann die Schaltung nur sehr langsam erfolgen.Another arrangement ( US 5,483,608 ) tries to solve the problem of cost-effective assembly by placing all the output fibers in guides, for example in V-grooves, and moving the input fiber into the guide of the corresponding output fiber during the switching process and moving it up to the stop on the output fiber. The required accuracy of the various positioning movements is thus greatly reduced. A large number of output fibers is possible with this arrangement, but due to the large travel ranges required, the switching can only take place very slowly.

DE-A1-391 89 75 offenbart einen optischen Schalter mit jeweils zwei in Gegenüberstellung angeordnete Lichtwellenleiter, die jeweils mit einer Gradienten-Index-Stablinse zusammenarbeiten. Zwischen die jeweils zwei sich gegenüberstehenden, mit den GRIN-Linsen verbundenen Lichtwellenleiter ist ein opti scher Übertragungskörper schaltbar, der gleichfalls als Gradienten-Index-Stablinse ausgebildet ist. Wenn der Übertragungskörper nicht zwischen die Lichtwellenleiter eingeführt ist, werden die eintreffenden Strahlenbündel jeweils in die gegenüberliegenden Lichtwellenleiter über die GRIN-Linsen eingekoppelt. Bei eingeführtem Übertragungskörper wird das Eingangsstrahlenbündel entweder an einem im Übertragungskörper vorgesehenen Spiegel reflektiert oder an einem Filter umgelenkt, um in die entsprechende GRIN-Linse bzw. in den entsprechenden Lichtwellenleiter zu gelangen. DE-A1-391 89 75 discloses an optical switch, each with two optical fibers arranged in juxtaposition, each working with a gradient index rod lens. Between the two opposing optical fibers connected to the GRIN lenses, an optical transmission body can be switched, which is also designed as a gradient index rod lens. If the transmission body is not inserted between the optical fibers, the incoming beams are coupled into the opposite optical fibers via the GRIN lenses. When the transmission body is inserted, the input beam is either reflected on a mirror provided in the transmission body or deflected on a filter in order to get into the corresponding GRIN lens or into the corresponding optical waveguide.

In EP-A1-0 153 243 ist eine Faserschaltanordnung vorgesehen, mit der beispielsweise ein 1 × N-Schalter realisiert werden kann. Zwischen Eingangs- und Ausgangsfasern ist ein Objektiv vorgesehen, dem eine reflektierende, feststehende Fläche nachgeschaltet ist, wobei das Objektiv sich parallel zur reflektierenden Fläche verschieben kann. Ein aus einer Eingangsfaser austretendes Lichtbündel wird über das objektiv kollimiert und abgelenkt, an der reflektierenden Fläche reflektiert und trifft nach Durchgang durch das objektiv auf die Ausgangsfaser.In EP-A1-0 153 243 a fiber switching arrangement is provided with which, for example, a 1 × N switch can be implemented. A lens is provided between input and output fibers, followed by a reflecting, fixed surface, the lens being able to move parallel to the reflecting surface. A light bundle emerging from an input fiber is collimated and deflected via the lens, reflected on the reflecting surface and strikes the output fiber after passing through the lens.

Alle Lösungen nach dem Stand der Technik haben den Nachteil, dass sie nicht gleichzeitig eine große Ausgangskanalzahl N, kleine Schaltzeiten und einfacher und damit kostengünstige Montage garantieren können.All solutions according to the prior art have the disadvantage that they are not one at the same time large number of output channels N, short switching times and simple and therefore economical installation can guarantee.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung zum Schalten und Einkoppeln eines von mindestens einer Eingangsfaser abgestrahlten Lichtbündels in eine Ausgangsfaser einer Mehrzahl von Ausgangsfasern zu schaffen, die eine große Ausgangskanalzahl, kleine Schaltzeiten und eine einfache und damit kostengünstige Montage gewährleistet, wobei sie zusätzlich möglichst kompakt sein soll.The The invention is therefore based on the object of a switching arrangement for switching and coupling one of at least one input fiber emitted light beam into one output fiber to create a plurality of output fibers that a big Number of output channels, short switching times and a simple and therefore inexpensive installation guaranteed being additional preferably should be compact.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.This The object is achieved by the characteristic features of the main claim in connection with the Features of the generic term solved.

Dadurch, dass dem abgestrahlten Lichtbündel bzw. der Eingangsfaser eine Strahlablenk- und Kollimationsoptik zugeordnet ist und eine Stelleinrichtung vorgesehen ist, die die Eingangsfaser und die Strahlablenk- und Kollimationsoptik relativ zueinander lateral verschiebt, derart, dass das kollimierte Strahlenbündel in mindestens eine Ausgangsfaser der Mehrzahl von mit Abstand zu der Strahlablenk- und Kollimationsoptik angeordneten Ausgangsfasern einkoppelbar ist, und dass der Strahlablenk- und Kolimationsoptik (1, 13, 14) eine Umlenkoptik (4) nachgeschaltet ist, die das kollimierte abgelenkte Strahlenbündel in die Richtung parallel zur optischen Achse umlenkt und dass jeder Ausgangsfaser 6 eine separate Fokussieroptik 5 zugeordnet ist, die das umgelenkte Strahlenbündel auf die Ausgangsfaser 6 fokussiert, kann eine große Anzahl von Ausgangskanälen, die vorzugsweise zweidimensional angeordnet sind, vorgesehen werden. Die benötigten Stellwege sind extrem gering und ermöglichen damit kurze Schaltzeiten und es kann sehr einfach und kompakt gebaut werden. Durch die Umlenkoptik nach der Erfindung wird die Verwendung von Linsen- und Faserarrays mit äquidistantem Abstand der Fasern bzw. Linsen möglich, die kostengünstig herstellbar sind.Characterized in that the emitted light bundle or the input fiber is assigned a beam deflection and collimation optics and an actuating device is provided which laterally displaces the input fiber and the beam deflection and collimation optics relative to one another, such that the collimated beam bundle into at least one output fiber of the plurality output fibers arranged at a distance from the beam deflection and collimation optics can be coupled in, and that the beam deflection and colimation optics ( 1 . 13 . 14 ) a deflection optics ( 4 ) is connected downstream, which deflects the collimated deflected beam in the direction parallel to the optical axis and that each output fiber 6 separate focusing optics 5 is assigned to the deflected beam on the output fiber 6 focused, a large number of output channels, which are preferably arranged in two dimensions, can be provided. The travel ranges required are extremely short and thus enable short switching times and can be built very simply and compactly. The deflection optics according to the invention make it possible to use lens and fiber arrays with an equidistant spacing of the fibers or lenses, which can be produced inexpensively.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Als Stellelemente können kostengünstige und in großen Variationen der Leistungsmerkmale kommerziell verfügbare Piezoaktuatoren verwendet werden. In den Ausgangskanälen werden über eine Umlenkoptik und eine Fokussieroptik jeweils die abgelenkten optischen Strahlenbündel so aufbereitet, daß sie effizient in die Ausgangsfasern gekoppelt werden können. Dies beinhaltet eine mit einer Verarbeitungseinheit verbundene Meßvorrichtung, die die Lage des jeweiligen abgelenkten Strahlenbündels in bezug auf die optimale Position zur Einkopplung in die jeweilige Ausgangsfaser mißt, und wobei die Verarbeitungseinheit ein Regelsignal für die Stellelemente erzeugt. Dadurch wird sichergestellt, daß die einzelnen Positionen der Ausgangsfasern mit hoher Präzision angefahren werden können und garantiert damit die Stabilität der optischen Parameter bei sich verändernden Umweltbedingungen, wie Temperatur, Luftfeuchte. Durch die zweidimensionale Anordnung der Ausgangskanäle bzw. der Ausgangsfasern können Arrays von optischen und elektronischen Komponenten (z.B. Detektoren) Verwendung finden, die die kostengünstige Herstellung und Montage sowie die große Anzahl von Ausgangskanälen weiter fördern. Es können sehr einfache und mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellbare Mikrooptikkomponenten, wie Mikrolinsen, Mikrolinsenarrays, Prismenarrays verwendet werden.By those in the subclaims specified measures advantageous further developments and improvements are possible. As Controls can inexpensive and in large Variations in performance characteristics of commercially available piezo actuators be used. In the output channels, a redirection optic and a Focusing optics each the deflected optical beams like this processed that they can be efficiently coupled into the output fibers. This includes a measuring device connected to a processing unit, the position of the respective deflected beam in with regard to the optimal position for coupling into the respective Output fiber measures and wherein the processing unit provides a control signal for the control elements generated. This ensures that the individual items of the output fibers with high precision can be approached and thus guarantees the stability of the optical parameters changing Environmental conditions such as temperature, air humidity. Through the two-dimensional Arrangement of the output channels or of the output fibers can Arrays of optical and electronic components (e.g. detectors) Find the use of inexpensive manufacture and assembly as well as the big one Number of output channels promote further. It can very simple and can be produced with comparatively little effort Micro-optical components, such as microlenses, microlens arrays, prism arrays be used.

Die optische Funktionsweise der Mikrooptikkomponenten ist beugungsbegrenzt, was eine effiziente Kopplung in die Ausgangsfasern (Verluste < 1dB) ermöglicht. Die Verstellwege der Stellelemente liegen im Bereich von wenigen 10 μm, so daß Schaltzeiten im Bereich von 1 ms mit Piezoaktuatoren erzielt werden können. Weiterhin sind hohe Kanalisolationen erreichbar (50 dB). Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Schaltanordnung in beliebigen Wellenlängenbereichen funktionsfähig, wobei hier die verwendeten Materialien hinsichtlich ihrer Eigenschaften, wie Transparenz und Brechzahl, auf die entsprechenden Wellenlängenbereiche anzupassen sind.The optical functioning of the micro-optical components is diffraction limited, which enables efficient coupling into the output fibers (losses <1dB). The adjustment paths of the control elements are in the range of a few 10 μm, see above that switching times can be achieved in the range of 1 ms with piezo actuators. Farther high channel isolations are achievable (50 dB). Furthermore is the switching arrangement according to the invention in any wavelength range functioning, the materials used here with regard to their properties, such as transparency and refractive index, on the corresponding wavelength ranges are to be adjusted.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:embodiments the invention are shown in the drawing and are in the following description in more detail explained. Show it:

1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schaltanordnung in verschiedenen Stellungen der Ablenk- und Kollimationsoptik in bezug auf die Eingangsfaser, 1 2 shows a schematic side view of the switching arrangement according to the invention in different positions of the deflection and collimation optics with respect to the input fiber,

2 eine perspektivische Ansicht des Ausführungsbeispiels nach 1, 2 a perspective view of the embodiment according to 1 .

3 eine Ansicht auf eine Mehrzahl von Quadrantendetektoren, die in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind, und 3 a view of a plurality of quadrant detectors, which are arranged in a two-dimensional array, and

4 schematische Ansichten für die Verstellmöglichkeiten der Eingangsfaser und der Ablenk- und Kollimationsoptik relativ zueinander. 4 schematic views for the adjustment options of the input fiber and the deflection and collimation optics relative to each other.

In 1 und 2 ist eine 1 × N-Schaltanordnung dargestellt, die eine Eingangsfaser 2 und eine Mehrzahl von Ausgangsfasern 6 aufweist. Die Ausgangsfasern 6 sind entsprechend 2 zweidimensional angeordnet und sind, ein zweidimensionales Array bildend, in einem Halter 11 montiert und befestigt. Vor die Eingangsfaser 2 ist als Ablenk- und Kollimationsoptik eine Linse 1 angeordnet, die über eine Stellelement 10, dessen Verstellrichtungen durch die Pfeile 12 angedeutet sind, in bezug auf die Eingangsfaser 2 in zwei Richtungen, zum Beispiel x- und y-Richtung, bewegbar ist.In 1 and 2 a 1 × N switching arrangement is shown which has an input fiber 2 and a plurality of output fibers 6 having. The output fibers 6 are corresponding 2 zweidimen sional arranged and are, forming a two-dimensional array, in a holder 11 assembled and fastened. In front of the input fiber 2 is a lens as deflection and collimation optics 1 arranged via an actuator 10 whose direction of adjustment is indicated by the arrows 12 are indicated with respect to the input fiber 2 is movable in two directions, for example the x and y directions.

In einer ausreichenden Entfernung 3 von der Linse 1, die so gewählt werden muß, daß die jeweiligen abgelenkten und kollimierten Strahlenbündel räumlich voneinander getrennt sind, ist eine Detektorvorrichtung 7 zum Bestimmen der Lage des jeweiligen abgelenkten Bündels relativ zur optimalen Einkoppelposition in die Ausgangsfasern 6, eine nachgeschaltete Umlenkoptik 4 und eine sich anschließende Fokussieroptik 5 vorgesehen. Die Umlenkoptik 4 und die Fokussieroptik 5 sind, wie in 2 zu erkennen ist, als Prismenarray und Mikrolinsenarray ausgebildet. Das Linsenarray als Fokussieroptik 5 weist eine den Ausgangsfasern angepaßte numerische Apertur auf.At a sufficient distance 3 from the lens 1 A detector device that must be selected so that the respective deflected and collimated beams are spatially separated from one another 7 to determine the position of the respective deflected bundle relative to the optimal coupling position in the output fibers 6 , a downstream deflection optics 4 and a subsequent focusing optics 5 intended. The deflection optics 4 and the focusing optics 5 are like in 2 can be seen as a prism array and microlens array. The lens array as focusing optics 5 has a numerical aperture matched to the output fibers.

In 3 ist die Detektoranordnung 7 dargestellt, die eine Mehrzahl von in Zeilen und Spalten angeordneten Quadrantendetektoren aufweist, die aus vier Einzelelementen 8a,b,c,d besteht. Der von den Einzelsegmenten 8a bis 8d ringförmig umfaßte Mittelbereich 9 ist transparent. Die Detektorvorrichtung 7 ist mit einer nicht dargestellten Verarbeitungseinheit verbunden, die abhängig von den Ausgangssignalen des jeweiligen Quadrantendetektors ein Steuer- bzw. Regelsignal an das als Piezoelement ausgebildete Stellelement 10 erzeugt. Abhängig von dem Regelsignal wird die Ablenk- und Kollimationsoptik relativ zur Eingangsfaser 2 in zwei Richtungen verstellt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bilden das als Piezoaktuator ausgebildete Stellelement, die elektronische Verarbeitungseinheit und die Detektoranordnung die Stelleinrichtung für die Linse 1, die als "Regel kreis" dargestellt ist. In einer anderen Ausführungsform kann auf die Detektoranordnung 7 als Meßvorrichtung der Lage des Strahlenbündels verzichtet werden und lediglich die Verarbeitungseinheit vorgesehen sein, so daß die Stelleinrichtung aus Stellelement und Verarbeitungseinheit bzw. einer Steuereinheit besteht, wobei die Verarbeitungs- bzw. Steuereinheit das Stellsignal als Steuersignal für das Stellelement abhängig von der Lage der Ausgangsfaser und der Lage der Linse und/oder der Eingangsfaser erzeugt.In 3 is the detector arrangement 7 shown, which has a plurality of arranged in rows and columns quadrant detectors, which consist of four individual elements 8a, b, c, d consists. The one from the individual segments 8a to 8d ring-shaped central area 9 is transparent. The detector device 7 is connected to a processing unit, not shown, which, depending on the output signals of the respective quadrant detector, sends a control or regulating signal to the actuating element designed as a piezo element 10 generated. Depending on the control signal, the deflection and collimation optics become relative to the input fiber 2 adjusted in two directions. In the exemplary embodiment shown, the actuating element designed as a piezo actuator, the electronic processing unit and the detector arrangement form the actuating device for the lens 1 , which is shown as a "control circle". In another embodiment, the detector arrangement 7 as a measuring device of the position of the beam are dispensed with and only the processing unit is provided, so that the actuating device consists of an actuating element and processing unit or a control unit, the processing or control unit the actuating signal as a control signal for the actuating element depending on the position of the output fiber and the position of the lens and / or the input fiber.

Die Funktionsweise der Schaltanordnung ist wie folgt. Die Eingangsmonomodefaser 2 strahlt an ihrem Ende ein Strahlenbündel 13 ab. Abhängig von der Lage der Ausgangsfaser 6, in die das Strahlbündel 13 eingekoppelt werden soll, liefert die nicht dargestellte Verarbeitungseinheit ein Stellsignal an den Piezoaktuator 10, der die mit ihm verbundene Linse 1 relativ zu der Eingangsfaser 2 lateral verschiebt. In 1 sind drei verschiedene Strahlengänge zur Einkoppelung in drei verschiedene Ausgangsfasern 6 dargestellt. Die Linse 1 dient gleichzeitig als Kollimationsoptik und als Strahlablenker. Die einzelnen abgelenkten und kollimierten Strahlenbündel 13 sind nach der Strecke 3 der Freiraumausbreitung räumlich voneinander getrennt. In der Ebene, die um die Strecke 3 von der Linse 1 entfernt ist, ist die Detektorvorrichtung 7 angeordnet und die Bündel können entsprechend den Ausgangskanälen bzw. Ausgangsfasern 6 separat transformiert werden. Die einzelnen unterschiedlich zueinander ausgebildeten Prismen 4a, 4b des Prismenarrays 4 bewirken eine Umlenkung des jeweiligen einzelnen Strahlenbündels, derart, daß dieses wieder parallel zur optischen Achse läuft. Das nachfolgende Linsenarray 5 mit der den Ausgangsfasern 6 angepaßten nume rischen Apertur fokussiert die einzelnen Bündel jeweils auf die Ausgangsfasern 6.The circuit arrangement works as follows. The input single mode fiber 2 shines a beam at its end 13 from. Depending on the location of the output fiber 6 into which the beam 13 to be coupled in, the processing unit, not shown, supplies an actuating signal to the piezo actuator 10 which is the lens attached to it 1 relative to the input fiber 2 moves laterally. In 1 are three different beam paths for coupling into three different output fibers 6 shown. The Lens 1 serves both as collimation optics and as beam deflectors. The individual deflected and collimated beams 13 are after the route 3 the expansion of free space spatially separated from each other. In the plane that goes around the track 3 from the lens 1 is removed is the detector device 7 arranged and the bundle can correspond to the output channels or output fibers 6 be transformed separately. The individual prisms with different designs 4a . 4b of the prism array 4 cause a deflection of the respective individual beam in such a way that it again runs parallel to the optical axis. The following lens array 5 with that of the output fibers 6 adapted numerical aperture, the individual bundles focus on the output fibers 6 ,

Der jeweilige Quadrantendetektor der Detektoranordnung 7 mißt und bestimmt die Lage des jeweiligen abgelenkten Bündels und liefert das Meßsignal an die nicht dargestellte Verarbeitungseinheit. In dieser Einheit wird festgestellt, ob das gemessene Strahlenbündel sich in einer optimalen Lage relativ zu der jeweiligen Ausgangsfaser 6 befindet und entsprechend wird ein Regelsignal zur Ansteuerung des Stellelementes 10 erzeugt. Das Stellelement 10 verstellt die Linse 1 solange, bis sie den Strahl entsprechend der optimalen Position ablenkt.The respective quadrant detector of the detector arrangement 7 measures and determines the position of the respective deflected bundle and delivers the measurement signal to the processing unit, not shown. In this unit it is determined whether the measured beam is in an optimal position relative to the respective output fiber 6 is located and accordingly a control signal for controlling the control element 10 generated. The actuator 10 adjusts the lens 1 until it deflects the beam according to the optimal position.

Es sind unterschiedliche Ausbildungen des Prismenarrays 4 und des Linsenarrays 5 möglich. Selbstverständlich können sie voneinander getrennt als Einzelelemente angeordnet werden. Eine weitere Systemintegration ist möglich, wenn das Prismenarray 4 und das Linsenarray 5 auf ein und demselben Substrat angebracht sind.There are different designs of the prism array 4 and the lens array 5 possible. Of course, they can be arranged separately from each other as individual elements. Further system integration is possible if the prism array 4 and the lens array 5 are attached to one and the same substrate.

Es ist auch denkbar, daß auf die Umlenkoptik verzichtet wird, wobei hier jedoch die lateralen Abstände der Ausgangsfasern zueinander unterschiedlich sind. Es treten kleine Zusatzverluste auf, die je nach Anwendung tolerierbar sein können.It it is also conceivable that on the deflection optics is dispensed with, but here the lateral ones distances of the output fibers are different from each other. There are small ones Additional losses that can be tolerated depending on the application.

In 4 sind die Verstellmöglichkeiten der Eingangsfaser und der Ablenk- und Kollimationsoptik relativ zueinander dargestellt. In 4a) wird die Linse 1 zweidimensional, d.h. in zwei Richtungen, verstellt, in 4b) wird die Eingangsfaser 2 in zwei Richtungen verstellt und die Linse 1 steht fest, in 4c) wird die Eingangsfaser 2 in eine Richtung und die Linse 1 in die andere Richtung verstellt und 4d) ist die Ablenk- und Kollimationsoptik durch zwei Linsen 13 und 14 realisiert, wobei die eine Linse 13 in die eine Richtung und die andere Linse 14 in die andere Richtung bewegt werden. Durch die Ausführungen nach 4c) und 4d) kann eine mechanische Entkopplung der x- und der y-Bewegung bei der Verschiebung erzielt werden.In 4 the adjustment options of the input fiber and the deflection and collimation optics are shown relative to each other. In 4a ) the lens 1 two - dimensionally, ie adjusted in two directions, in 4b ) becomes the input fiber 2 adjusted in two directions and the lens 1 is certain in 4c ) becomes the input fiber 2 in one direction and the lens 1 adjusted in the other direction and 4d ) is the deflection and collimation optics through two lenses 13 and 14 realized, the one lens 13 in one direction and the other lens 14 be moved in the other direction. By the remarks after 4c ) and 4d ) can be a mechanical Decoupling of the x and y movements can be achieved during the shift.

Es folgt nun ein Beispiel für die Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltanordnung.It now follows an example of the realization of the switching arrangement according to the invention.

Es wird ein Wellenlängenbereich von λ = 0,78 μm gewählt. Die Eingangsfaser 2 hat einen Taillendurchmesser von 4 μm. Die nachfolgende Ablenk- und Kollimationsoptik weist eine Brennweite von f = 1 mm und eine numerische Apertur von 0,25 auf. Die kollimierten Bündel nach der Kollimationsoptik haben einen Taillendurchmesser von etwa 250 μm. Das entspricht einer Rayleighlänge von 6 cm. Wird nun zwischen zwei benachbarten Positionen die Kollimationsoptik um v = 15 μm ausgelenkt, so wird das Bündel um einen Winkel θ = v/f = 15 mrad abgelenkt. In einem Abstand von 3,3 cm nach der Kollimationslinse haben die Zentren der benachbarten Bündel einen Abstand von 500 μm. Dieser ist gleich dem lateralen Abstand (Pitchmaß) der nachfolgenden Optiken. Die einzelnen Quadrantendetektoren umschließen einen transparenten Bereich mit einem Durchmesser von 450 μm, so daß die Breite der Detektorstrukturen etwa 20 μm beträgt. Die Detektorelemente können in diesem Fall aus Silizium bestehen. Für die Realisierung eines 1 × 25-Schalters wären Prismenstrukturen mit Winkeln von 0, ± 1,72° und ± 3,43° bei einer Brechzahl von 1,5 nötig. Die Linsenarrays sollten eine numerische Apertur von 0,25 und eine asphärische Oberflächenform besitzen. Der Arbeitsabstand der Fasern von dem Linsenarray beträgt etwa 1 mm. Der benötigte Stellbereich des Piezostellers ist 60 μm × 60 μm. Die Schaltzeiten für diese Verstellung liegen in der Größenordnung von 1 ms.A wavelength range of λ = 0.78 μm is selected. The input fiber 2 has a waist diameter of 4 μm. The following deflection and collimation optics have a focal length of f = 1 mm and a numerical aperture of 0.25. The collimated bundles after the collimation optics have a waist diameter of about 250 μm. This corresponds to a Rayleigh length of 6 cm. If the collimation optics are now deflected by v = 15 μm between two adjacent positions, the bundle is deflected by an angle θ = v / f = 15 mrad. At a distance of 3.3 cm after the collimation lens, the centers of the neighboring bundles are 500 μm apart. This is equal to the lateral distance (pitch dimension) of the following optics. The individual quadrant detectors enclose a transparent area with a diameter of 450 μm, so that the width of the detector structures is approximately 20 μm. In this case, the detector elements can consist of silicon. To implement a 1 × 25 switch, prism structures with angles of 0, ± 1.72 ° and ± 3.43 ° with a refractive index of 1.5 would be necessary. The lens arrays should have a numerical aperture of 0.25 and an aspherical surface shape. The working distance of the fibers from the lens array is approximately 1 mm. The required adjustment range of the piezo actuator is 60 μm × 60 μm. The switching times for this adjustment are of the order of 1 ms.

In den oben beschriebenen Beispielen wird das von einer Eingangsfaser abgestrahlte Lichtbündel in eine oder mehrere Ausgangsfasern eingekoppelt. Anstatt eine Eingangsfaser vorzusehen, kann auch mit einem Freiraumbündel zum Beispiel von einem Laser gearbeitet werden, das mit einer ersten Optik derart fokussiert wird, daß der Fokus ähnliche Dimensionen und die örtliche Lage des von der Faser (in dem "reinen" Faserschalter) abgestrahlten Lichtbündels hat.In The examples described above use an input fiber emitted light beams coupled into one or more output fibers. Instead of an input fiber can also be provided with a bundle of free space, for example from one Lasers are worked that focuses with such a first optics will that the Focus similar dimensions and the local Position of the radiation emitted by the fiber (in the "pure" fiber switch) light beam Has.

Claims

Switching arrangement for switching and coupling a light beam emitted by at least one optical element into an output fiber of a plurality of output fibers ( 6 ), with the emitted light beam having beam deflection and collimation optics ( 1 . 13 . 14 ) is assigned and an actuating device ( 10 . 7 ) is provided which laterally shifts the emitted light bundle and the beam deflection and collimation optics relative to one another, such that the beam bundle is converted into an output fiber ( 6 ) the plurality of output fibers arranged at a distance from the beam deflection and collimation optics can be coupled in, characterized in that the beam deflection and collimation optics ( 1 . 13 . 14 ) a deflection optics ( 4 ) is connected downstream, which deflects the collimated deflected beam in the direction parallel to the optical axis and that each output fiber ( 6 ) separate focusing optics ( 5 ) is assigned, which directs the redirected beam onto the output fiber ( 6 ) focused.

Switching arrangement according to claim 1, characterized in that that's the beam of light radiating optical element is an input fiber.

Switching arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the beam deflection and collimation optics are designed as microlenses is.

Switching arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the deflecting optics ( 4 ) as a prism array and the focusing optics ( 5 ) are designed as a lens array.

Switching arrangement according to claim 4, characterized in that the lens array is designed as a microlens array.

Switching arrangement according to claim 4, characterized in that the prism and lens array on the same substrate are upset.

Switching arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the actuating device has at least one actuating element ( 10 ) that is operated depending on a control signal.

Switching arrangement according to claim 7, characterized in that the adjusting element ( 10 ) as a piezo actuator ( 10 ) is trained.

Switching arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the adjusting device comprises a measuring device ( 7 ), which includes the position of the respective deflected beam in relation to the optimal position for coupling into the respective output fiber ( 6 ) and that one with the measuring device ( 7 ) connected processing unit, depending on the measurement signals, the control signal for the at least one control element ( 10 ) generated.

Switching arrangement according to claim 9, characterized in that the measuring device a plurality of detectors having a plurality of individual segments includes.

Switching arrangement according to claim 10, characterized in that the respective detectors in a ring with a central transparent area ( 9 ) are trained.

Switching arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the deflection and collimation optics ( 1 ) with respect to the emitted light beam or the input fiber ( 2 ) in at least one direction and / or the emitted light beam or the input fiber ( 2 ) with regard to the deflection and collimation optics ( 1 ) is laterally displaceable in at least one direction.

Switching arrangement according to claim 12, characterized in that the deflection and collimation optics from two lenses ( 13 . 14 ) exists, which can be moved in different directions.

Switching arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the output fibers ( 6 ) are mounted two-dimensionally in the array.