DE10000482C1 - Thermisch stabiler faseroptischer Schalter - Google Patents

Abstract

Bei einem faseroptischen Schalter wird ein faseroptisches Schaltelement eingesetzt, bei dem eine Justagestruktur (8) zur Positionierung wenigstens einer beweglichen Faser (1) durch einen Schaltkörper (2c) vor wenigstens einer fest angeordneten Faser (4, 6) mittels Referenzflächen (3a, 3b, 5a, 5b) dient, wobei sowohl die bewegliche Faser (1) als auch die fest angeordneten Fasern (4, 6) innerhalb der Justagestruktur longitudinal verschiebbar an den Referenzflächen (3a, 3b, 5a, 5b) anliegend gehalten werden, und ein Träger (11) mit einem zu den Fasern (1, 4, 6) vergleichbaren Temperaturausdehnungskoeffizienten die Justagestruktur (8) hält und sowohl die bewegliche Faser (1) als auch die fest angeordneten Fasern (4, 6) zumindest wirkweise longitudinal fixiert.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf einen thermisch stabilen faseroptischen Schalter und ein faseroptisches Schalterbauteil, das aus einem oder mehreren faseroptischen Schaltern besteht. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein faseroptisches Schaltelement für einen thermisch stabilen faseroptischen Schalter, bei dem wenigstens eine bewegliche Lichtleitfaser vor wenigstens einer fest angeordneten Lichtleitfaser positioniert ist.

Bei einem beispielhaft beschriebenen faseroptischen 1 × 2-Schaltelement wird im allgemeinen eine bewegliche Lichtleiterfaser, nachfolgend der Einfachheit halber als Faser bezeichnet, durch einen Schaltkörper mittels einer Justage­ vorrichtung, im Folgenden auch Justagestruktur genannt, entweder vor einer ersten fest angeordneten oder vor einer zweiten fest angeordneten Lichtleiterfa­ ser positioniert, wobei zwischen der positionierten beweglichen Faser und einer jeweiligen fest angeordneten Faser ein Spalt besteht. Hierzu werden die Fasern im Schalter geklemmt, wobei bei Temperaturänderungen durch die unter­ schiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Schalterkörper und Faser eine Än­ derung des Spalts zwischen den optischen Fasern auftritt.

In der WO 88/02869 ist ein optischer Schalter gezeigt, bei dem eine bewegliche Faser fest mit einem Schaltkörper verbunden ist, durch den sie gegen eine von zwei V-förmigen Anschlagflächen geführt werden kann, an denen jeweils eine fest angeordnete Faser anliegt. Zur Begrenzung der Bewegung des Schaltkörpers sind mechanische Anschläge vorgesehen, die derart angeordnet sind, dass die optische Faser sich durch ihre Eigenspannung an den jeweiligen V-förmigen Anschlag anschmiegt. Weiter werden die beiden fest an den Anschlagflächen angeordneten Fasern durch den Schaltkörper und eine Federstruktur so geführt und bewegt, dass die Stirnfläche derjenigen fest angeordneten Faser, mit der die bewegliche Faser verschaltet werden soll, nach der Beendigung eines jeweiligen Schaltvorgangs mit der Stirnfläche der beweglichen Faser aneinanderstößt und durch Federkraft dagegen gehalten wird.

Zur Kompensation solcher Abstandsänderungen, die in der Regel zu starken Dämpfungszunahmen bei hohen Temperaturen bzw. Aneinanderstoßen der Faserenden bei niedrigen Temperaturen führen, werden Schaltermaterialien verwendet, die einen der verwendeten Faser zumindest ähnlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisen, wie es z. B. in dem Artikel "Compact Latching-Type Single-Mode-Fiber Switches Fabricated by a Fiber-Micromachi­ ning Technique and Their Practical Applications", IEEE Journal of Selected To­ pics in Quantum Electronics, Volume 5, No. 1, January/February 1999, Seiten 36 bis 45 beschrieben ist. Hierdurch wird jedoch die Materialauswahl für den Schalter insbesondere hinsichtlich des Einsatzes von Polymeren stark einge­ schränkt. Gerade Polymere bieten aber den Vorteil preiswerter Präzisionsform­ gebungsverfahren.

Durch die eingeschränkte Materialauswahl oder durch die vergleichsweise aufwendige Mechanik und die Montage an einen vergleichsweise aufwendigen mechanischen Aktor wird ein solcher optischer Schalter sehr teuer und/oder groß.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein faseroptisches Schalt­ element anzugeben, mit dem ein faseroptischer Schalter bzw. ein aus mehreren faseroptischen Schaltern bestehendes faseroptisches Schalterbauteil aufgebaut werden kann, das einfach und kostengünstig herzustellen ist und dessen Material der Justagestruktur keinen Einfluß auf die Abstandsänderung der Fasern unter Temperaturänderungen hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein faseroptisches Schaltelement nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungs­ gemäßen faseroptischen Schaltelements sind in den nachfolgenden Patentansprüchen 2 bis 8 definiert.

Ein faseroptischer Schalter bzw. ein faseroptisches Schalterbauteil nach der Erfindung sind in den unabhängigen Patentansprüchen 9 und 11 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils in den nachgeordneten Patent­ ansprüchen 10 und 11 definiert.

Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen bekannten optischen Schaltern werden die Fasern nach der Erfindung zumindest longitudinal an einem nicht notwendigerweise präzise gefertigten Träger aus einem Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten befestigt, welcher dem der verwendeten Fasern hinreichend entspricht, so dass ihre laterale Ausrichtung durch die Justagestruktur, ihre longitudinale aber durch den Träger bestimmt wird.

Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine Aufsicht auf eine erste Ausführungsvariante einer für die Erfindung verwendbaren Justagestruktur für ein faser­ optisches Schaltelement nach der Erfindung;

Fig. 1b eine Schnittdarstellung der in der Fig. 1a dargestellten Justa­ gestruktur;

Fig. 2a eine Aufsicht auf eine zweite Ausführungsvariante einer für die Erfindung verwendbaren Justagestruktur für ein faseroptisches Schaltelement nach der Erfindung;

Fig. 2b eine Schnittdarstellung der in der Fig. 2a dargestellten Justagestruktur;

Fig. 3a und 3b einen Längsschnitt und eine Aufsicht einer ersten Ausführungsform eines faseroptischen Schaltelements nach der Erfindung zur Darstellung der axialen und lateralen Befestigung der optischen Fasern;

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein faseroptisches Schaltelement nach der Erfindung zur Darstellung einer vorteilhaften lateralen Befestigung der fest angeordneten optischen Fasern;

Fig. 5 eine Aufsicht einer zweiten Ausführungsform eines faseropti­ schen Schaltelements nach der Erfindung zur Darstellung der axialen und lateralen Befestigung der optischen Fasern, und

Fig. 6 eine Aufsicht einer dritten Ausführungsform eines faseroptischen Schaltelements nach der Erfindung zur Darstellung der axialen und lateralen Befestigung der op­ tischen Fasern.

Für die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird der Fall betrachtet, dass das von einer beweglichen Eingangsfaser ausgehende Signal wechselseitig zwischen zwei fest angeordneten Ausgangsfasern umgeschaltet werden kann, d. h. die bewegliche Eingangsfaser wahlweise vor einer von zwei fest angeordneten Ausgangsfasern positioniert werden kann. Sowohl die Eingangsfaser als auch die Ausgangsfasern können singlemode oder multimode Fasern sein. Natürlich kann das faseroptische Schaltelement nach der Erfindung auch für einen umgekehrten Signalfluß aufgebaut werden, bei dem eins von zwei Eingangssignalen, die durch eine jeweilige fest angeordnete Eingangsfaser eingeleitet werden, in eine wahlweise vor diesen positionierbare bewegliche Ausgangsfaser geleitet wird.

Die Fig. 1a und 1b zeigen eine erste Ausführungsvariante einer für die Erfindung verwendbaren Justagestruktur, bei der sich die bewegliche Eingangsfaser 1 und die fest angeordneten Ausgangsfasern 4. 6 in einer gemeinsamen, annähernd rechteckförmigen Nut eines Körpers 8 befinden, die nachfolgend als Fasernut bezeichnet wird, wobei die Eingangsfaser 1 je nach Schaltzustand einer der beiden Ausgangsfasern 4, 6 gegenübersteht. Die beschriebene feste Anordnung der Ausgangsfasern bezieht sich lediglich auf deren laterale Richtung, d. h. auf das Anliegen an jeweiligen Justageflächen.

Die Signalübertragung erfolgt über eine Stirnflächenkopplung, wobei sich zwischen den Faserendflächen ein Spalt befindet, der durch die axiale Fixierung der Fasern bestimmt ist. Dabei können die Fasern entweder bei Verwendung einer Index Matching Flüssigkeit senkrecht geschnitten oder sonst unter einem definierten Winkel angeschrägt sein. Eine Index Matching Flüssigkeit erfüllt allgemein mehrere Funktionen. Zum einen werden Rück­ reflexionen an die Faserstirnflächen der sich gegenüberstehenden Fasern vermindert, zum anderen wird die Aufweitung des aus der Eingangsfaser 1 ausgekoppelten Strahls im Spalt zwischen der Eingangsfaser 1 und der entsprechenden Ausgangsfaser 4, 6 verringert. Weiter ist die Bewegung der Faser im Schalter durch die Flüssigkeit geschmiert, wodurch der Abrieb der da­ bei aneinander reibenden Materialien vermindert wird, und die Flüssigkeit verhindert die Versprödung der entmantelten Fasern in Folge von Wassereinlagerung. Wird andererseits auf die Verwendung einer Index Matching Flüssigkeit verzichtet, so wird der Rückreflex durch das Anschrägen der Faserendflächen vermindert. In Folge der verstärkten Strahlaufweitung im Spalt ist in diesem Fall jedoch die Einkoppeldämpfung höher als bei der Verwendung einer Index Matching Flüssigkeit. Dabei können beide Varianten vorteilhaft miteinander kombiniert werden, um eine besonders geringe Rückre­ flexion und eine geringe optische Dämpfung zu erhalten.

Die Bewegung der Eingangsfaser 1 von dem ersten Schaltzustand vor der ersten fest angeordneten Ausgangsfaser 4 in den zweiten Schaltzustand vor der zweiten fest angeordneten Ausgangsfaser 6 erfolgt z. B. elektromagnetisch, wo­ bei ein Schaltzustand oder beide Schaltzustände ohne Zuführung von Energie stabil sind. Die Energiezuführung ist lediglich zum Ändern des Schaltzu­ standes nötig, wobei ein mit der beweglichen Eingangsfaser 1 nicht fest verbundener Schaltkörper 2, der aus einem Schlitten 2c und einem mit diesem verbundenen Permanentmagneten besteht, durch elektromagnetische Kräfte zwischen den beiden definierten Positionen bewegt wird.

Die Justage der ersten Ausgangsfaser 4 sowie der beweglichen Eingangsfaser 1 vor der ersten fest angeordneten Ausgangsfaser 4 erfolgt an einem ersten Anschlag 3 und die Justage der zweiten fest angeordneten Ausgangsfaser 6 so­ wie der beweglichen Eingangsfaser 1 vor der zweiten fest angeordneten Ausgangsfaser 6 erfolgt an einem zweiten Anschlag 5. Der erste Anschlag 3 und der zweite Anschlag 5 sind durch jeweils eine Seitenwand 3a, 5a sowie den Boden 3b und 5b der in dem Körper 8 vorgesehenen Fasernut gebildet. Durch die einfach gehaltene Struktur dieser den jeweilgen Anschlag bildenden Flächen können diese mit relativ geringem Aufwand hochpräzise gefertigt werden. In diesem Beispiel dienen die beiden Anschläge, d. h. die im Körper 8 gebildete Fasernut, als Justagestruktur.

Die Fig. 1b zeigt eine Schnittdarstellung der in der Fig. 1a gezeigten für der Erfindung verwendbaren Justagestruktur entlang der in der Fig. 1a gezeigten Linie AB, wobei in der Fig. 1 lediglich das Funktionsprinzip, nicht aber dafür unwesentliche Baugruppen, wie z. B. der in der Fig. 1a gezeigte elektro­ magnetische Aktor, der dort aus zwei Elektromagneten und dem auf den Schlitten 2c angeordneten Permanentmagneten besteht, gezeigt ist.

Die Fig. 1b zeigt die sich in der Fasernut befindliche bewegliche Eingangsfaser 1, die am zweiten Anschlag 5 anliegt, der aus der Seitenwand 5a und dem an diese angrenzenden Bodenbereich 5b der Fasernut besteht. Die Fasernut hat in dem hier gezeigten Fall eine Tiefe, also Seitenwandhöhe, die unterhalb des Faserdurchmessers, aber oberhalb des halben Faserdurchmessers liegt. Auf dem Körper 8 aufliegend befindet sich ein Schlitten 2c des Schaltkörpers 2, der eine zur Fasernut fluchtende Nut aufweist, die nachfolgend als Schaltnut bezeichnet wird. Der Schlitten 2c ist in Querrichtung zur Fasernut beweglich. Die sich im Schlitten 2c befindliche Schaltnut weist angeschrägte Seitenflächen 2a, 2b auf, die im gezeigten Fall einen Winkel α = 45° zu den Seitenwänden 3a, 5a bzw. dem Boden 3b und 5b der sich im Körper 8 befindlichen Fasernut derart aufweisen, dass die Schaltnut die Querschnittsform eines Trapezes aufweist, bei dem die offene dem Körper 8 zugewandte Seite die längere Seite ist. Die Tiefe dieser im Schlitten 2c gebildeten Schaltnut ist so gewählt, dass die bewegliche Eingangsfaser 1 nicht an deren Boden anstößt. Die Breite der Schaltnut ist so gewählt, dass der aus der Fasernut herausragende Teil der beweglichen Eingangsfaser 1 leicht Platz darin findet.

Auf den Körper 8 aufgesetzt ist ein Deckel 10, der einen Hohlraum mit der Höhe h bildet, in dem sich der Schlitten 2c quer zur Fasernut bewegen kann. Der Schlitten 2c weist eine Höhe D auf.

Gemäß des in den Fig. 1a und 1b gezeigten Beispiels erfolgt die Justage der be­ weglichen Eingangsfaser 1 an der Faser selbst und nicht an dem Schaltkörper 2, wodurch eine höhere Präzision erreicht wird. Die Bewegung des Schlittens 2c in Querrichtung zur Fasernut wird nur dadurch gehemmt, dass die bewegliche Faser 1 am ersten Anschlag 3 oder am zweiten Anschlag 5 anliegt, und somit auch den die bewegliche Faser 1 schiebenden Schlitten 2c stoppt, der nicht an den Seitenwänden des Hohlraums 10 anschlägt. Der Schlitten 2c an sich braucht nur eine unpräzise Bewegung auszuführen, wodurch auf präzise me­ chanische Führungen für den Schlitten 2c verzichtet werden kann. Dieser wirkt als Mitnehmer, der die bewegliche Faser 1 an den jeweiligen Anschlag schiebt und an diesen andrückt. Da die Seitenwände 2a, 2b der Schaltnut jeweils eine zuvor beschriebene 45° Anschrägung aufweisen, erfolgt die Krafteinwirkung auf die bewegliche Faser 1 unter 45° zur Bewegungsrichtung, wodurch gleichzeitig ein Andrücken der Faser an eine Seitenwand 3a, 5a und auf den Boden 3b und 5b der Fasernut, also gegen die komplette Justagestruktur erreicht wird. Diese Kraft wirkt auch in der Anschlagposition der beweglichen Eingangsfaser 1 der­ art, dass diese durch Aufbringen der eindimensionalen Kraft gleichzeitig zwei­ dimensional justiert wird. Die Erfindung ist aber nicht auf eine solche Ausfüh­ rungsform beschränkt.

Da der die bewegliche Eingangsfaser 1 mechanisch bewegende Schlitten 2c nicht fest mit der Eingangsfaser 1 verbunden ist, ist er leicht montierbar und die Faser wird nicht longitudinal von dem Schlitten gehalten.

Die Fig. 2a und 2b zeigen eine zu der in den Fig. 1a und 1b gezeigten alternative Ausführungsvariante, bei der der Schlitten 2c des Schaltkörpers nicht auf der Oberfläche des Körpers 8 läuft und eine Schaltnut aufweist, sondern bei der der Schaltkörper zwei aus einem Schlitten 2c mit zwei Kufen 2d und 2e besteht, die in Bezug auf die bewegliche Faser 1 in axial versetzten Positionen angeordnet sind und in einer jeweiligen Führungsnut geführt werden, die im Körper 8 quer zu der sich darin befindlichen Fasernut angeordnet ist, diese jedoch nicht schneidet, sondern nur an einer jeweiligen Seite mit ihr verbunden ist. In der Fig. 2b, die eine Schnittdarstellung entlang der in der Aufsicht der Fig. 2a gezeigten Linie A'-B' zeigt, ist deutlich zu erkennen, dass die Kufe 2d mit der Seitenwand 2a und die Kufe 2e mit der Sei­ tenwand 2b aufgrund ihrer Ausgestaltung entsprechend der in der Fig. 1b ge­ zeigten Schaltnut wirken, wobei dies jedoch an axial versetzten Positionen der beweglichen Eingangsfaser 1 erfolgt. Dieser laterale Versatz bewirkt, dass die Faser durch den Schaltkörper 2 direkt an einen jeweiligen Anschlag 3, 5 und nicht an eine Unterbrechung darin gedrückt wird, wodurch eine unerwünschte Biegung der Faser vermieden wird.

Bei dieser zweiten Ausführungsvariante wird der Schlitten 2c durch die Kufen 2d und 2e in den Führungsnuten geführt, um die Faser gegen einen jeweiligen Anschlag 3, 5 zu schieben und an diesen zu drücken. Diese Führungsnuten brauchen aufgrund der Ausgestaltung des Schaltkörpers 2 als Mitnehmer im Gegensatz zu der Fasernut jedoch nicht hochpräzise gefertigt zu werden.

Insbesondere ist es wie auch in der ersten Ausführungsvariante gewährleistet, dass der Schaltkörper die Faser nicht longitudinal fixiert. Natürlich sind für die Erfindung jegliche andere Schlitten- bzw. Schaltkörperformen geeignet, die eine laterale aber nicht longitudinale Ausrichtung der beweglichen Eingangsfa­ ser 1 ermöglichen.

Die funktionellen Elemente des Schalters können vorteilhaft durch Spritzguß oder andere massenfertigenden Verfahren hergestellt werden. Die einfachste Verarbeitung bei gleichzeitig geringem Preis und der erforderlichen Präzision wird dabei bei Kunststoffen erreicht. Diese zeigen jedoch in unverstärktem Zustand eine starke, temperaturabhängige Längenausdehnung, die unterschiedlich zu der der Lichtleiterfasern ist. Verstärkte Kunststoffe zeigen diesen Effekt in deutlich verringertem Maße, jedoch können hier nicht die erforderlichen Oberflächenqualitäten erreicht werden. Wird der gesamte Schalter aus einem Material hergestellt, das einer starken temperaturbedingten Längenausdehnung unterliegt, so bewirkt oft schon eine geringfügige Temperaturänderung das Zusammenziehen bzw. Ausdehnen der Schalterstruktur derart, dass der Spalt zwischen der beweglichen Eingangsfaser 1 und der entsprechenden fest angeordneten Ausgangsfaser 4, 6 verringert bzw. vergrößert wird, wodurch sich die erzielten Dämpfungswerte stark ändern können. Bei üblichen Temperaturanforderungen können sich somit Dämpfungszunahmen bei hohen Temperaturen bzw. Aneinanderstoßen der Faserenden bei niedrigen Temperaturen ergeben.

Dieses Problem kann erfindungsgemäß durch die in der Fig. 3a gezeigte erste Ausführungsform nach der Erfindung umgangen werden, bei der die Fasern nicht lateral und axial an der Schalterstruktur an sich, d. h. der durch den Körper 8 gebildeten Justagestruktur, sondern an einem Gehäuse 11 befestigt werden, das eine geringere temperaturbedingte Materialausdehnung bzw. eine den Lichtleiterfasern entsprechende temperaturbedingte Materialausdehnung zeigt, wie z. B. Glaskeramik, Glas, Keramik, Metall oder Silizium für Glasfaser­ lichtleiter bzw. geeignete Polymere für Polymerfasern, an welchem der Körper 8 des Schaltelements ebenfalls befestigt sein kann. Diese Materialien können ebenfalls sehr kostengünstig und in Massenfertigung hergestellt werden, wobei eine erzielte relativ geringe Präzision jedoch für die Funktion als Gehäuse ausreichend ist. Die Fig. 3a zeigt, dass sowohl die (innerhalb des Körpers 8 bewegliche) Eingangsfaser 1 als auch die (innerhalb der Körpers 8 lateral) fest angeordneten Ausgangsfasern 4, 6 durch Klebungen fest am Gehäuse 11 fixiert sind. Hier kann sowohl eine laterale als auch eine longitudinale, d. h. axiale Fixierung erfolgen, notwendig ist jedoch die longitudinale Fixierung. Die innerhalb dieses Gehäuses 11 zwischen den Klebungen für die Eingangsfaser 1 und die jeweiligen Ausgangsfasern 4, 6 angeordnete Schalterstruktur wird z. B. ausgangsseitig durch Verklebung des Körpers 8 mit dem Gehäuse 11 punktuell befestigt, wodurch Materialspannungen durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen gering gehalten werden.

Zur weiteren Verdeutlichung des Erfindungsgedankens zeigt die Fig. 3b eine Aufsicht der in der Fig. 3a in Schnittdarstellung gezeigten Anordnung.

Die (im Körper 8) bewegliche Eingangsfaser 1 sowie die (lateral im Körper 8) fest angeordneten Ausgangsfasern 4, 6 werden innerhalb der Fasernut des Körpers 8 durch den Schlitten 2c bzw. den Klemmkeil 9 lateral fixiert, während sie longitudinal (oder axial, d. h. in Längsrichtung der Faser) beweglich in der Fasernut angeordnet sind. Der Körper 8 ist durch eine in. Bezug auf die Faserlängsachsen in einer Position vorgesehenen ersten Fixierung 13 mit dem Träger 11 verbunden. In der in den Fig. 3a und 3b gezeigten Ausführungsform ist diese erste Fixierung 13 z. B. an der Seite des Körpers 8 vorgesehen, an der die Ausgangsfasern 4, 6 angeordnet sind.

Die (innerhalb des Körpers 8) bewegliche Eingangsfaser 1 ist durch eine zweite in Bezug auf ihre Faserlängsachse in einer Position vorgesehene Fixierung 12 mit dem Träger 11 verbunden und die (innerhalb des Körpers 8 lateral) fest angeordneten Ausgangsfasern 4, 6 sind durch jeweilige dritte in Bezug auf ihre jeweilige Faserlängsachse in einer Position vorgesehene Fixierungen 14, 15 mit dem Träger 11 verbunden.

Die erste, die zweite und die dritten Fixierungen 13, 12, 14 und 15 müssen erfindungsgemäß eine axiale Fixierung gewährleisten. In der hier gezeigten Ausführungsform ist jedoch eine zusätzliche laterale Fixierung nicht nachteilig, sondern hinsichtlich der Ausführung der jeweiligen Fixierung z. B. mittels einer Klebung vorteilhaft.

Die zweite Fixierung 12 ist bevorzugt so angeordnet, dass sie in Verlängerung einer in Längsrichtung in der Mitte des Bodens 3a und 5a der Fasernut verlaufenden Linie liegt.

Die Verklebungen der jeweiligen Fasern mit dem Gehäuse 11 sichert eine Fixierung der Fasern in axialer Richtung. In lateraler Richtung werden die Ausgangsfasern 4, 6 durch einen Klemmkeil 9 innerhalb der sich im Körper 8 befindlichen Fasernut dicht vor der Koppelstelle fixiert. Dieser Klemmkeil 9 ist z. B. fest mit dem Körper 8 verklebt, wie es in der Fig. 4 gezeigt ist, die einen Schnitt entlang der in der Fig. 3a gezeigten Linie EF zeigt, wobei hier das Gehäuse 11 nicht gezeigt ist, da lediglich das Funktionsprinzip des Klemmkeils 9 dargestellt werden soll.

Die Fig. 4 zeigt, dass der Klemmkeil 9 die (lateral) fest im Körper 8 angeordneten Ausgangsfasern 4, 6 an jeweils einer Seitenwand 3a, 5a und dem Boden 3b und 5b der sich im Körper 8 befindlichen Fasernut positioniert, also an denselben Anschlägen an denen die Eingangsfaser in der entsprechenden Schaltposition positioniert wird. Die Kraftwirkung durch den Klemmkeil 9 auf die entsprechende Ausgangsfaser 4, 6 erfolgt in ähnlicher Weise wie durch den Schaltkörper 2 auf die bewegliche Eingangsfaser 1, wobei die Kraft hier durch ebenfalls in 45° schräg zu den einen jeweiligen Anschlag 3, 5 bildenden Flächen 3a, 3b, 5a, 5b stehende Anschlagflächen aus einer Richtung auf den Boden der Fasernut in eine Richtung gegen beide den jeweiligen Anschlag 3, 5 bildenden Flächen umgeleitet wird.

Der Klemmkeil 9 klemmt die (lateral) fest angeordneten Ausgangsfasern 4, 6 in der Art, dass diese fest an dem jeweiligen Anschlag 3, 5 anliegen, aber an diesem jeweils axial, d. h. in ihrer Längsrichtung, verschiebbar sind.

Durch die axiale Fixierung der Fasern an dem Gehäuse 11 wird gesichert, dass sich die Faserenden von (in der Fasernut des Körpers 8) beweglicher Eingangsfaser 1 und (in der Fasernut des Körpers 8 lateral) fest angeordneten Ausgangsfasern 4, 6 mit geringem Spalt gegenüberstehen, wobei der Spalt auf­ grund der Materialwahl des Gehäuses in Bezug auf das verwendete Faser­ material eine temperaturunabhängige Spaltbreite aufweist.

Im Unterschied zu der in den Fig. 3a und 3b gezeigten ersten Ausführungsform, entsprechend der die Fasern 1, 4, 6 und die mittels der Fasernut des Körpers 8 aufgebaute Justagestruktur an dem Träger 11 zumindest longitudinal starr befestigt werden und die Fasern 1, 4, 6, an der Justagestruktur nur in lateraler Richtung geklemmt werden, ist gemäß der zweiten Ausführungsform eine longitudinal und lateral starre Befestigung der Eingangsfaser 1 oder der Ausgangsfasern 4, 6 an der Justagestruktur bezogen auf ihre jeweilige Faserlängsachse in einer Position vorgesehen, in der die Justagestruktur an dem Träger 11 befestigt wird. Die Gegenfasern wird/werden zumindest longitudinal starr am Träger 11 befestigt, wie in der ersten Ausführungsform.

Eine Ausführungsvariante der zweiten Ausführungsform, bei der die beiden Ausgangsfasern 4, 6 longitudinal und lateral an der Justagestruktur fixiert sind, ist in der Fig. 5 gezeigt. Die dritten Fixierungen 14, 15 zur zumindest axialen Fixierung der Ausgangsfasern 4, 6 sind in der gleichen longitudinalen Position P1 an der Justagestruktur vorgesehen, in der diese durch die erste Fixierung 13 am Träger 11 befestigt ist.

Im Unterschied zu der in den Fig. 3a und 3b gezeigten ersten Ausführungsform, ist gemäß der in der Fig. 6 gezeigten dritten Ausführungsform eine longitudinal und lateral starre Befestigung der Eingangsfaser 1 und der Ausgangsfasern 4, 6 an der Justagestruktur bezogen auf ihre jeweilige Faserlängsachse in einer jeweiligen Position vorgesehen, in der die Justagestruktur an dem Träger 11 befestigt wird. Die Justagestruktur ist also an zwei longitudinalen Positionen an dem Träger 11 fixiert. Zwischen diesen beiden longitudinalen Fixierungen der Justagestruktur an dem Träger 11 ist diese jedoch so geschwächt, dass die beiden durch die Schwächung oder Ausdünnung 16 verbundenen Teile der Justagestruktur sich bei Temperaturänderungen jeweils mit dem Träger 11 bewegen.

Die dritte Ausführungsform ist in der Fig. 6 gezeigt. Die dritten Fixierungen 14, 15 zur zumindest axialen Fixierung der Ausgangsfasern 4, 6 sind in der gleichen longitudinalen Position P1 an der Justagestruktur vorgesehen, in der ein erster Teil der Justagestruktur durch die erste Fixierung 13 am Träger 11 befestigt ist, und die zweite Fixierung 12 zur Fixierung der Eingangsfaser 1 ist in der gleichen longitudinalen Position P2 vorgesehen, in der ein zweiter Teil der Justagestruktur, der über die Schwächung mit dem ersten Teil der Justagestruktur verbunden ist, durch eine vierte Fixierung an dem Träger 11 befestigt ist.

Die Schwächung kann z. B. aus einer solchen Verdünnung des Körpers 8 resultieren, die bewirkt, dass der Körper 8 nur in Faserlängsrichtung nicht starr ist. Anstelle einer solchen Schwächung kann z. B. auch eine Federstruktur vorgesehen sein.

Mehrere erfindungsgemäße Schaltelemente können nebeneinander gelegt oder gestapelt werden, um einen Mehrfach-Schalter aufzubauen, wobei die Bewegung der jeweiligen Schaltkörper 2 durch einen gemeinsamen Aktor erfolgen kann, der beispielsweise aus einem ersten Elektromagneten, einem zweiten Elektromagneten und einer der Anzahl der Schaltkörper entsprechen­ den Anzahl auf diesen angeordneten Permanentmagneten besteht.

Weiter kann durch einen oder mehrere übereinander- oder -nebeneinanderge­ stapelte faseroptische Schalter auch ein faseroptisches Schalterbauteil mit mehreren Aktoren aufgebaut werden.

Die so beschriebenen faseroptischen Schaltelemente bzw. faseroptischen Schalter oder faseroptischen Schalterbauteile nach der Erfindung können somit durch Herstellung ihrer Einzelteile im Spritzguß oder ähnliche Verfahren bei hohen Stückzahlen mit geringem Preis hergestellt werden, wobei die Montage automatisierbar ist, da die Einzelteile lediglich passiv justiert werden müssen. Die geforderte hohe Genauigkeit für die Ausrichtung der beweglichen Faser vor den fest angeordneten Fasern erfolgt durch eine Positionierung an gemeinsamen geraden Wänden, die keiner temperaturbedingten Material­ beschränkung unterliegen, und die temperaturbedingte Längenausdehnung des spritzgegossenen Materials wird durch die lediglich laterale Fixierung der fest angeordneten Fasern an diesem Material und einer longitudinalen Fixierung an einem Träger kompensiert, der einen den jeweiligen Fasern entsprechenden Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist. Durch die optionale Verwendung einer Index Matching Flüssigkeit wird die Einfügedämpfung und Rückreflexion verringert, wodurch Dämpfungsverluste verringert werden und zudem die Bewegung geschmiert wird, d. h. der Abrieb an dem für die Positionierung relevanten Stellen wird vermindert. Zudem wird die bewegliche Faser vor Versprödung geschützt. Weiter ist auch ein Anschrägen der Faserendflächen möglich, um einen Rückreflex weiter zu vermindern.

Durch die erfindungsgemäßen faseroptischen Schaltelemente wird eine laterale- und Winkelausrichtungsgenauigkeit im Mikrometer- und Milliradiant-Bereich erreicht. Hierfür werden zumindest der erste und der zweite Anschlag vorteilhafterweise mittels der LIGA- oder der Laser-LIGA-Technik gefertigt.

Gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele ist ein 1 × 2-Schalter beschrieben, dessen beide Anschläge 3, 5 je zwei Anschlagflächen 3a, 5a und 3b, 5b aufweisen, die (zumindest nahezu) senkrecht aufeinander stehen. Die beiden Anschlagflächen können aber auch einen anderen Winkel zu einander aufweisen und/oder die Anschläge können eine andere Anzahl von Anschlag­ flächen aufweisen. Weiter müssen auch nicht beide Anschläge gleich ausge­ staltet sein. In einem solchen Falle muß lediglich eine korrespondierende Anschlagfläche 2a, 2b des Schaltkörpers 2 so geändert und/oder angeordnet werden, daß eine gleichmäßige Kraftverteilung auf die bewegliche Eingangs­ faser 1 so wirkt, dass diese in einer solchen definierten Position am jeweiligen Anschlag anliegt, wie die dort anliegende lateral fest angeordnete Ausgangs­ faser 4, 6. Die erfindungsgemäße Lehre kann bei entsprechender Anordnung der Fasern, Ausgestaltung des Schaltkörpers 2 und der Anschläge natürlich auch bei n × 2n-Schaltelementen oder n × m-Schaltelementen angewandt werden.

Natürlich ist es ebenfalls möglich, alle zuvor beschriebenen Ausführungs­ beispiele miteinander zu kombinieren.

Claims (12)

1. Faseroptisches Schalteelement, mit einer Justagevorrichtung (8) zur Posi­ tionierung wenigstens einer beweglichen Faser (1) vor wenigstens einer fest an­ geordneten Faser (4, 6) mittels Referenzflächen (3a, 3b, 5a, 5b), wobei sowohl die bewegliche Faser (1) als auch die fest angeordneten Fasern (4, 6) innerhalb der Justagevorrichtung longitudinal verschiebbar an den Referenzflächen (3a, 3b, 5a, 5b) anliegend gehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Trä­ ger (11) mit einem zu den Fasern (1, 4, 6) vergleichbaren Temperaturausdeh­ nungskoeffizienten die Justagevorrichtung (8) hält und sowohl die bewegliche Faser (1) als auch die fest angeordneten Fasern (4, 6) longitudinal fixiert.

2. Faseroptisches Schalteelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Träger (11) aus Glaskeramik, Keramik oder Glas gebildet ist.

3. Faseroptisches Schalteelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) ein Teil des Gehäuses für das faseropti­ sche Schaltelement ist.

4. Faseroptisches Schalteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Justagevorrichtung (8) und sowohl die be­ wegliche Faser (1) als auch die fest angeordneten Fasern (4, 6) jeweils in einem Punkt starr an dem Träger (11) befestigt sind.

5. Faseroptisches Schalteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Justagevorrichtung (8) und die bewegliche Faser (1) jeweils in einem Punkt starr an dem Träger (11) befestigt sind und die fest angeordneten Fasern (4, 6) jeweils in einem Punkt der longitudinalen Positi­ on (P1) starr an der Justagevorrichtung (11) befestigt sind, in der die Justagevorrichtung (8) starr an dem Träger (11) befestigt ist, oder daß die Justagevorrichtung (8) und die fest angeordneten Fasern (4, 6) jeweils in einem Punkt starr an dem Träger (11) befestigt sind und die bewegliche Faser (1) in einem Punkt der longitudinalen Position starr an der Justagevorrichtung (8) be­ festigt ist, in der die Justagevorrichtung (8) starr an dem Träger (11) befestigt ist.

6. Faseroptisches Schalteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Justagevorrichtung (8) an jeweils einem Punkt ihrer beiden longitudinalen Endbereiche starr an dem Träger (11) befe­ stigt ist und sowohl die bewegliche Faser (1) als auch die fest angeordneten Fa­ sern (4, 6) jeweils in einem Punkt der longitudinalen Position (P1, P2) starr an der Justagevorrichtung (8) befestigt sind, wobei die Justagevorrichtung (8) zwi­ schen ihren beiden Fixierungen eine Ausdünnung aufweist.

7. Faseroptisches Schalteelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Justagevorrichtung (8) aus Polymermateriali­ en gebildet ist.

8. Faseroptisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Justagevorrichtung (8) abformtechnisch her­ gestellt ist.

9. Faseroptischer Schalter, gekennzeichnet durch ein oder mehrere über- oder nebeneinandergestapelte faseroptische Schaltelemente nach einem der An­ sprüche 1 bis 8, die durch einen gemeinsamen Aktor zusammen angetrieben werden.

10. Faseroptischer Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß alle über- oder nebeneinandergestapelten Schaltelemente und die jeweiligen dazugehörigen Fasern an dem selben Träger (11) fixiert sind.

11. Faseroptisches Schalterbauteil, gekennzeichnet durch einen oder mehrere über- oder nebeneinandergestapelte faseroptische Schalter nach Anspruch 9 oder 10.

12. Faseroptisches Schalterbauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß alle über- oder nebeneinandergestapelten Schalter und die jeweiligen dazugehörigen Fasern an dem selben Träger (11) fixiert sind.