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Verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen und die Priorität der vorläufigen
US-Patentanmeldung Nr. 62/520238 mit dem Titel „INNER AND OU-TER COLLIMATOR ELEMENTS FOR AN OPTICAL CIRCUIT SWITCH“, die am 15. Juni 2017 eingereicht worden ist und deren Inhalt hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
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Hintergrund
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In optischen Netzen kann die Signalvermittlung und -lenkung von optischen Signalen mit einem optischen Leitungsvermittler (OCS) durchgeführt werden. Ein OCS ist eine rein optische Vermittlungsmatrix, die optische Signale von Eingangsanschlüssen zu Ausgangsanschlüssen übertragen kann. Der OCS kann durch Umpositionieren eines oder mehrerer Spiegel in einer Spiegelanordnung ein optisches Signal von einem Weg zu einem anderen umschalten. Mikroelektromechaniksystem-Spiegelanordnungen (MEMS-Spiegelanordnungen) können verwendet werden, um ein schnelles Vermitteln in einer Vorrichtung mit einer relativ geringen Grundfläche zu ermöglichen.
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Zusammenfassung
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Mindestens ein Aspekt ist auf einen optischen Leitungsvermittler gerichtet. Der optische Leitungsvermittler umfasst eine Faserlochanordnung, die eine Anordnung von Aufnahmen umfasst, die so geformt sind, dass sie jeweilige Lichtleitfasern aufnehmen können. Der optische Leitungsvermittler umfasst mehrere interne Lichtleitfasern, die in dem optischen Leitungsvermittler eingeschlossen sind. Ein Ende jeder Faser ist innerhalb einer jeweiligen Aufnahme der Faserlochanordnung angeordnet. Der optische Leitungsvermittler umfasst eine Kollimationslinsenanordnung, die zu der Faserlochanordnung benachbart positioniert ist und mehrere Kollimatoren enthält. Jeder Kollimator koppelt Licht optisch in eine oder aus einer entsprechenden der internen Lichtleitfasern ein bzw. aus. Der optische Leitungsvermittler umfasst eine MEMS-Spiegelanordnung. Der optische Leitungsvermittler umfasst eine erste reflektierende Oberfläche. Die Faserlochanordnung, der Kollimator, die MEMS-Spiegelanordnung und die erste reflektierende Oberfläche sind relativ zueinander so positioniert, dass aus jeder der internen Lichtleitfasern austretendes Licht den entsprechenden Kollimator dazu durchläuft und von einem ersten Spiegel innerhalb der MEMS-Anordnung in Richtung der ersten reflektierenden Oberfläche umgelenkt wird, die das Licht zurück zu einem zweiten Spiegel der MEMS-Spiegelanordnung lenkt, der wiederum das Licht in Richtung einer zweiten internen Lichtleitfaser umlenkt.
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In einigen Implementierungen kann der optische Leitungsvermittler mehrere externe Lichtleitfaser-Eingangsanschlüsse umfassen. Jeder Lichtleitfaser-Eingangsanschluss kann mit einer der internen Lichtleitfasern gekoppelt sein. Der optische Leitungsvermittler kann mehrere externe Lichtleitfaser-Ausgangsanschlüsse umfassen. Jeder Lichtleitfaser-Ausgangsanschluss kann mit einer der internen Lichtleitfasern gekoppelt sein.
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In einigen Implementierungen ist die MEMS-Spiegelanordnung so ausgelegt, dass jeder Spiegel um zwei Achsen um weniger als etwa 10° gedreht werden kann, während Licht von einer internen Lichtleitfaser, die mit einem externen Lichtleitfaser-Eingangsanschluss gekoppelt ist, zu einer beliebigen internen Lichtleitfaser gelenkt wird, die an einen externen Lichtleitfaser-Ausgangsanschluss gekoppelt ist.
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In einigen Implementierungen koppelt jede der internen Lichtleitfasern, die einem um einen Umfang der Kollimationslinsenanordnung angeordneten Kollimator entspricht, mit einem externen Lichtleitfaser-Ausgangsanschluss. Jede der internen Lichtleitfasern, die einem innerhalb des Umfangs der Kollimationslinsenanordnung angeordneten Kollimator entspricht, kann mit einem externen Lichtleitfaser-Eingangsanschluss koppeln.
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In einigen Implementierungen koppelt jede der internen Lichtleitfasern, die einem um einen Umfang der Kollimationslinsenanordnung angeordneten Kollimator entspricht, mit einem externen Lichtleitfaser-Eingangsanschluss. Jede der internen Lichtleitfasern, die einem innerhalb des Umfangs der Kollimationslinsenanordnung angeordneten Kollimator entspricht, kann mit einem externen Lichtleitfaser-Ausgangsanschluss koppeln.
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In einigen Implementierungen koppelt jede der internen Lichtleitfasern, die einem innerhalb einer ersten zusammenhängenden Hälfte der Kollimationslinsenanordnung angeordneten Kollimator entspricht, mit einem externen Lichtleitfaser-Ausgangsanschluss. Jede der internen Lichtleitfasern, die einem innerhalb einer zweiten zusammenhängenden Hälfte der Kollimationslinsenanordnung angeordneten Kollimator entspricht, kann mit einem externen Lichtleitfaser-Eingangsanschluss koppeln. In einigen Implementierungen kann der optische Leitungsvermittler Treiberschaltungen umfassen, die dazu ausgelegt sind, Spannungen an Aktoren anzulegen, die mit jeweiligen MEMS-Spiegeln gekoppelt sind, um die MEMS-Spiegel in zwei Richtungen um eine Achse und nur um eine einzelne Richtung um eine zweite Achse zu drehen.
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In einigen Implementierungen wechseln sich innerhalb der Kollimationslinsenanordnung Kollimatoren, die internen Lichtleitfasern entsprechen, die mit externen Lichtleitfaser-Eingangsanschlüssen gekoppelt sind, und Kollimatoren, die internen Lichtleitfasern entsprechen, die mit externen Lichtleitfaser-Ausgangsanschlüssen gekoppelt sind, entsprechend einem Schachbrettmuster ab.
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In einigen Implementierungen kann der optische Leitungsvermittler eine zweite reflektierende Oberfläche umfassen, die innerhalb des optischen Wegs zwisehen der Kollimationslinsenanordnung und der MEMS-Spiegelanordnung positioniert ist. Die erste und die zweite reflektierende Oberfläche können dazu ausgelegt sein, Licht mindestens einer ersten Wellenlänge zu reflektieren und im Wesentlichen durchlässig in Bezug auf Licht einer zweiten Wellenlänge zu sein. Der optische Leitungsvermittler kann eine Lichtquelle umfassen, die sich hinter der zweiten reflektierenden Oberfläche befindet und auf die MEMS-Spiegelanordnung gerichtet ist. Der optische Leitungsvermittler kann einen Lichtdetektor umfassen, der hinter der ersten reflektierenden Oberfläche angeordnet ist, um von der Lichtquelle emittiertes Licht zu detektieren, das durch die zweite reflektierende Oberfläche hindurchgetreten, von der Spiegelanordnung abgelenkt und durch die erste reflektierende Oberfläche hindurchgetreten ist.
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Der optische Leitungsvermittler kann einen Prozessor enthalten, der dazu ausgelegt ist, ein Ausgangssignal aus dem Lichtdetektor zu empfangen und Kalibrierungsparameter für die MEMS-Spiegelanordnung basierend auf dem Ausgangssignal zu bestimmen.
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Mindestens ein Aspekt ist auf einen optischen Leitungsvermittler gerichtet. Der optische Leitungsvermittler umfasst mehrere externen Lichtleitfaser-Eingangsanschlüsse, mehrere externe Lichtleitfaser-Ausgangsanschlüsse, eine Faserlochanordnung, die eine Anordnung von Aufnahmen umfasst, die zum Aufnehmen von Lichtleitfasern geformt sind, eine Kollimationslinsenanordnung, die mehrere Kollimatoren umfasst, die zu der Faserlochanordnung benachbart positioniert sind und zum Leiten von Licht in oder aus Lichtleitfasern, die in den Aufnahmen der Faserlochanordnung angeordnet sind, ausgelegt sind, mehrere interne Lichtleitfasern, die innerhalb des optischen Leitungsvermittlers eingeschlossen sind, und eine MEMS-Spiegelanordnung. Jede interne Lichtleitfaser ist an einem Ende mit einem Lichtleitfaser-Eingangsanschluss oder einem Lichtleitfaser-Ausgangsanschluss optisch gekoppelt und an einem gegenüberliegenden Ende in einer entsprechenden Aufnahme in der Faserlochanordnung angeordnet. Die MEMS-Spiegelanordnung steuert optische Lichtwege, die jeweilige Lichtleitfasern verlassen, die in der Faserlochanordnung angeordnet sind, selektiv so, dass solches Licht in verschiedene jeweilige Lichtleitfasern eingeleitet wird, die in der Faserlochanordnung angeordnet sind.
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In einigen Implementierungen umfasst der optische Leitungsvermittler eine erste reflektierende Oberfläche. Die Faserlochanordnung, der Kollimator, die MEMS-Spiegelanordnung und die erste reflektierende Oberfläche sind relativ zueinander so positioniert, dass aus jeder der internen Lichtleitfasern austretendes Licht den entsprechenden Kollimator dazu durchläuft und durch einen ersten Spiegel innerhalb der MEMS-Anordnung in Richtung der ersten reflektierenden Oberfläche gelenkt wird, die das Licht zurück zu einem zweiten Spiegel der MEMS-Spiegelanordnung lenkt, der wiederum das Licht zu einer zweiten internen Lichtleitfaser umlenkt.
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In einigen Implementierungen umfasst der optische Leitungsvermittler eine zweite reflektierende Oberfläche, wobei die zweite reflektierende Oberfläche so positioniert ist, dass sie Licht, das durch den Kollimator läuft, in Richtung der MEMS-Spiegelanordnung umlenkt.
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In einigen Implementierungen ist die erste reflektierende Oberfläche ein dichroitischer Teiler und die zweite reflektierende Oberfläche ein dichroitischer Kombinierer. Der optische Leitungsvermittler kann einen Laser und eine erste Linse, die zum Lenken des Laserstrahls durch den dichroitischen Kombinierer zu einem Spiegel der MEMS-Spiegelanordnung ausgelegt sind, und eine zweite Linse und eine Kamera, die zum Empfangen einer Reflexion des Laserstrahls aus dem Spiegel ausgelegt sind, umfassen.
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In einigen Implementierungen koppelt jede der internen Lichtleitfasern, die einem um einen Umfang der Kollimationslinsenanordnung angeordneten Kollimator entspricht, mit einem externen Lichtleitfaser-Ausgangsanschluss, und jede der internen Lichtleitfasern, die einem innerhalb des Umfangs der Kollimationslinsenanordnung angeordneten Kollimator entspricht, mit einem externen Lichtleitfaser-Eingangsanschluss.
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In einigen Implementierungen koppelt jede der internen Lichtleitfasern, die einem um einen Umfang der Kollimationslinsenanordnung angeordneten Kollimator entspricht, mit einem externen Lichtleitfaser-Eingangsanschluss, und jede der internen Lichtleitfasern, die einem innerhalb des Umfangs der Kollimationslinsenanordnung angeordneten Kollimator entspricht, mit einem externen Lichtleitfaser-Ausgangsanschluss.
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In einigen Implementierungen koppelt jede der internen Lichtleitfasern, die einem innerhalb einer ersten zusammenhängenden Hälfte der Kollimationslinsenanordnung angeordneten Kollimator entspricht, mit einem externen Lichtleitfaser-Ausgangsanschluss, und jede der internen Lichtleitfasern, die einem innerhalb einer zweiten zusammenhängenden Hälfte der Kollimationslinsenanordnung angeordneten Kollimator entspricht, mit einem externen Lichtleitfaser-Eingangsanschluss.
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In einigen Implementierungen umfasst der optische Leitungsvermittler Kollimatoren, die internen Lichtleitfasern entsprechen, die mit externen Lichtleitfaser-Eingangsanschlüssen gekoppelt sind, und Kollimatoren, die internen Lichtleitfasern entsprechen, die mit externen Lichtleitfaser-Ausgangsanschlüssen gekoppelt sind, die sich innerhalb der Kollimationslinsenanordnung gemäß einem Schachbrettmuster abwechseln.
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Mindestens ein Aspekt ist auf ein Verfahren zum Betreiben eines optischen Leitungsvermittlers gerichtet. Das Verfahren umfasst ein Empfangen eines optischen Signals an einem externen Eingangsanschluss. Das Verfahren umfasst ein Übermitteln des optischen Signals zu einem ersten Kollimator einer Kollimationslinsenanordnung über eine erste interne Lichtleitfaser mehrerer Lichtleitfasern. Eine Aufnahme einer Faserlochanordnung nimmt die erste innere Lichtleitfaser auf und positioniert sie benachbart zu dem ersten Kollimator. Das Verfahren umfasst ein Projizieren des optischen Signals in Richtung eines ersten Spiegels einer Spiegelanordnung unter Verwendung des ersten Kollimators. Das Verfahren umfasst ein Umlenken des optischen Signals in Richtung einer reflektierenden Oberfläche unter Verwendung des ersten Spiegels. Das Verfahren umfasst ein Empfangen einer Reflexion des optischen Signals von der reflektierenden Oberfläche an einem zweiten Spiegel der Spiegelanordnung. Das Verfahren umfasst ein Umlenken des reflektierten optischen Signals in Richtung eines zweiten Kollimators der Kollimationslinsenanordnung unter Verwendung des zweiten Spiegels. Das Verfahren umfasst ein Übermitteln des optischen Signals zu einem externen Ausgangsanschluss über eine zweite interne Lichtleitfaser der mehreren Lichtleitfasern. Die Spiegelanordnung ist dazu ausgelegt, steuerbar einen optischen Weg von einem beliebigen externen Eingangsanschluss des OCS zu einem beliebigen externen Ausgangsanschluss des OCS zu erzeugen.
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Diese und andere Aspekte und Implementierungen sind nachfolgend im Einzelnen erörtert. Die vorstehenden Informationen und die folgende genaue Beschreibung enthalten veranschaulichende Beispiele verschiedener Aspekte und Implementierungen und stellen einen Überblick oder Rahmen zum Verständnis der Natur und des Charakters der beanspruchten Aspekte und Implementierungen dar. Die Zeichnungen bieten eine Veranschaulichung und ein weitergehendes Verständnis der verschiedenen Aspekte und Implementierungen und sind in dieser Beschreibung einbezogen und bilden einen Teil davon.
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Figurenliste
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Die beigefügten Zeichnungen sollen nicht maßstabsgetreu gezeichnet sein. Gleiche Bezugszeichen und Bezeichnungen in den verschiedenen Zeichnungen bezeichnen gleiche Elemente. Aus Gründen der Klarheit ist vielleicht nicht jede Komponente in jeder Zeichnung gekennzeichnet. In den Zeichnungen:
- 1 ist ein Blockdiagramm eines optischen Leitungsvermittlers (OCS) gemäß einer veranschaulichenden Implementierung;
- 2A ist eine Darstellung eines Spiegels eines Mikroelektromechaniksystem-Spiegels (MEMS-Spiegels) gemäß einer veranschaulichenden Implementierung;
- 2B ist eine Darstellung einer MEMS-Spiegelanordnung gemäß einer veranschaulichenden Implementierung;
- 3A, 3B und 3C sind Darstellungen von Querschnitten verschiedener Kollimationslinsenanordnungen gemäß veranschaulichenden Implementierungen;
- 4A, 4B und 4C sind Darstellungen von MEMS-Spiegelanordnungen gemäß veranschaulichenden Implementierungen;
- 5 ist ein Blockdiagramm eines optischen Leitungsvermittlers (OCS) mit Selbstdiagnosemerkmalen gemäß einer veranschaulichenden Implementierung; und
- 6 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betreiben eines optischen Leitungsvermittlers gemäß einer veranschaulichenden Implementierung.
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Genaue Beschreibung
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Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf einen optischen Leitungsvermittler (OCS). Ein OCS ist eine rein optische Vermittlungsmatrix, die in einigen Implementierungen optische Signale von einem externen Eingangsanschluss zu einem externen Ausgangsanschluss leiten kann, indem die Positionen von Spiegeln in einer zweidimensionalen Mikroelektromechaniksystem-Spiegelanordnung (MEMS-Spiegelanordnung) geändert werden. OCS ermöglichen eine Vermittlung in der optischen Domäne, ohne die optischen Signale in elektrische Signale und wieder zurück umzuwandeln. Dies reduziert die Latenz, erhöht die Sicherheit des Datenverkehrs, hält die Wellenlängen in einem bestimmten Bereich und macht den Vermittler in Bezug auf Kodierung und Datenraten indifferent.
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Ein OCS kann eine Anordnung von externen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen, mehrere interne Lichtleitfasern, eine Kollimationslinsenanordnung, eine Spiegelanordnung und eine reflektierende Oberfläche umfassen. Jeder externe Anschluss hält die ersten Enden der internen Lichtleitfasern. Eine Faserlochanordnung, die zu der Kollimationslinsenanordnung benachbart positioniert ist, kann zweite Enden der internen Lichtleitfasern halten und sie so positionieren, dass sie optische Signale an ihre und aus ihren jeweiligen Kollimatoren übermitteln können. Jeder Kollimator ist dazu ausgelegt, ein optisches Signal auf einen Spiegel zu richten oder ein optisches Signal von einem Spiegel zu empfangen. Jeder Spiegel der Spiegelanordnung ist unter der Steuerung eines Controllers bewegbar, um ein optisches Signal von einem Kollimator in Richtung der reflektierenden Oberfläche oder von der reflektierenden Oberfläche in Richtung eines Kollimators zu lenken. Auf diese Weise können optische Wege zwischen verschiedenen externen Eingangsanschlüssen und externen Ausgangsanschlüssen geöffnet, verschoben oder geschlossen werden.
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In einem beispielhaften Betrieb wird ein optisches Signal in einen externen Eingangsanschluss eingekoppelt. Eine erste interne Lichtleitfaser übermittelt das optische Signal zu einem ersten Kollimator der Kollimationslinsenanordnung. Der erste Kollimator lenkt das optische Signal in Richtung eines ersten Spiegels der Spiegelanordnung. Der erste Spiegel lenkt das optische Signal in Richtung der reflektierenden Oberfläche um, die das optische Signal zurück in Richtung eines zweiten Spiegels der Spiegelanordnung reflektiert. Der zweite Spiegel lenkt das reflektierte optische Signal in Richtung eines zweiten Kollimators der Kollimationslinsenanordnung um. Der zweite Kollimator koppelt das reflektierte optische Signal in eine zweite interne Lichtleitfaser ein, die das optische Signal zu einem externen Ausgangsanschluss übermittelt.
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Da der erste Kollimator und der erste Spiegel über die erste interne Lichtleitfaser mit einem externen Eingangsanschluss verbunden sind, können der erste Kollimator und der erste Spiegel als ein „Eingangskollimator“ und ein „Eingangsspiegel“ bezeichnet werden. Da der zweite Kollimator über die zweite interne Lichtleitfaser mit dem externen Ausgangsanschluss verbunden ist, kann der zweite Kollimator als „Ausgangskollimator“ bezeichnet werden. Die Kollimationslinsenanordnung kann mehrere Eingangskollimatoren und eine gleiche Anzahl von Ausgangskollimatoren umfassen. Eingangskollimatoren und Ausgangskollimatoren können jedoch strukturell gleich sein und werden aufgrund ihrer Übereinstimmung mit einem externen Eingangsanschluss bzw. einem externen Ausgangsanschluss als „Eingang“ oder „Ausgang“ bezeichnet. Gleichermaßen kann die Spiegelanordnung „Eingangsspiegel“ und „Ausgangsspiegel“ umfassen, die strukturell gleich sein können, aber aufgrund ihrer Verwendung beim Leiten eines empfangenen optischen Signals von einem externen Eingangsanschluss oder zu einem externen Ausgangsanschluss als „Eingang“ oder „Ausgang“ bezeichnet werden.
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Bestimmte Vorteile können erzielt werden, indem die Eingangs- und Ausgangskollimatoren in spezieller Weise angeordnet werden. In einigen Implementierungen können die Eingangskollimatoren um den Umfang der Kollimationslinsenanordnung angeordnet sein, während die Ausgangskollimatoren im Inneren der Kollimationslinsenanordnung angeordnet sind, oder umgekehrt. Diese Anordnung kann den maximalen Spiegeldrehwinkel reduzieren, der erforderlich ist, damit ein Spiegel ein optisches Signal zwischen Kollimatoren an extremen Enden der Kollimationslinsenanordnung reflektiert. Ein MEMS-Spiegel in dem OCS kann optische Signale leiten, indem er sich unter der Steuerung von analogen Spannungen, die an Aktoren angelegt werden, die mit dem Spiegel gekoppelt sind, dreht. Bei großen Auslenkungen des Spiegels aus einer Gleichgewichtsposition können die für die elektrostatischen Aktoren benötigten Ansteuerspannungen hoch sein und Torsionsträger, die den Spiegel tragen, können mechanischen Belastungen ausgesetzt sein. Das Reduzieren des maximal erforderlichen Spiegelwinkels kann sowohl die Spannungen, die für die Betätigung erforderlich sind, als auch die Belastung, die auf den Torsionsbalken aufgebracht wird, verringern. Spiegel können zudem dazu neigen, für eine Zeitspanne nach der Betätigung in Abhängigkeit von der Resonanzfrequenz des Spiegels, seiner Lagerung und der Menge an mechanischer Dämpfung und Fluiddämpfung um den Aktor und den Spiegel herum „nachzuschwingen“. Während der Dauer des Nachschwingens kann der Spiegel das optische Signal möglicherweise nicht zu seinem beabsichtigten Ziel leiten, was zu einer Verzögerung beim Vermitteln führt. Das Reduzieren des maximal erforderlichen Spiegelwinkels ermöglicht, dass der Spiegel neben einem flacheren Hohlraum in einem Basissubstrat, auf dem der Spiegel positioniert ist, sitzt. Der flachere Hohlraum kann die Fluiddämpfung erhöhen, die der Spiegel erfährt. Die Erhöhung der Dämpfung der Spiegelbewegung senkt den Qualitätsfaktor (Q) des Systems und verringert dadurch das Nachschwingen. Die Reduzierung des maximal erforderlichen Spiegelwinkels kann zusätzliche Vorteile bieten. Zum Beispiel kann es weniger strenge Toleranzen für die elektrostatischen Aktoren ermöglichen, die die Spiegel bewegen. Die weniger strengen Toleranzen können die Größe des Verarbeitungsfensters erhöhen, was die Herstellung der Spiegelanordnungen erleichtert und die Kosten senkt. Bei flacheren Winkeln für die MEMS-Spiegel können kostengünstigere und verlustärmere Beschichtungen auf die optischen Fenster und die zugehörigen optischen Elemente wie Strahlteiler und Kombinierer der MEMS-Baugruppe aufgebracht werden.
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In einigen Implementierungen können die Eingangskollimatoren innerhalb einer ersten zusammenhängenden Hälfte der Kollimationslinsenanordnung angeordnet sein, während die Ausgangskollimatoren innerhalb einer zweiten zusammenhängenden Hälfte der Kollimationslinsenanordnung angeordnet sind. Das Anordnen der Kollimatoren auf diese Weise kann die zur Steuerung der Spiegelposition verwendete Schaltung vereinfachen. Zum Beispiel müssen die Spiegel der Spiegelanordnung nur Licht von Kollimatoren in der ersten zusammenhängenden Hälfte der Kollimationslinsenanordnung zu Kollimatoren in der zweiten zusammenhängenden Hälfte der Kollimationslinsenanordnung umlenken; somit benötigen die Spiegel keine Treiber und elektrischen Verbindungen, um die Spiegel zu betätigen, um sich in Richtungen weg von den Spiegeln in der anderen zusammenhängenden Hälfte der Spiegelanordnung zu bewegen. In einigen Implementierungen können die Eingangskollimatoren und die Ausgangskollimatoren in einem alternativen Schachbrettmuster angeordnet sein.
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1 ist ein Blockdiagramm eines optischen Leitungsvermittlers (OCS) 100 gemäß einer veranschaulichenden Implementierung. Der OCS 100 kann optische Signale zu und von externen Anschlüssen 105 routen. Die externen Anschlüsse 105 können mehrere externe Eingangsanschlüsse und eine gleiche Anzahl von externen Ausgangsanschlüssen umfassen. Die externen Anschlüsse 105 können externe Lichtleitfasern 102 aufnehmen, die optische Signale zu und von einer anderen Stelle in dem Netz oder von einem externen Netz übertragen. Interne Lichtleitfasern 110 übertragen optische Signale zwischen den externen Anschlüssen 105 und einer Faserlochanordnung 112. Die Faserlochanordnung 112 hält Enden der internen Lichtleitfasern 110 in einer Position und Orientierung, die die Übertragung von optischen Signalen zwischen den internen Lichtleitfasern 110 und der Kollimationslinsenanordnung 115 ermöglicht. Die Kollimationslinsenanordnung 115 lenkt die optischen Signale in Richtung einer Spiegelanordnung 125 und empfängt optische Signale von dieser. Die Spiegelanordnung 125 kann optische Signale in Richtung einer ersten reflektierenden Oberfläche 130 umlenken und von dieser reflektierte optische Signale empfangen. In einigen Implementierungen kann der OCS 110 eine zweite reflektierende Oberfläche 120 zum Umlenken von Licht aus der Kollimationslinsenanordnung 115 zu der Spiegelanordnung 125 und umgekehrt umfassen. Die zweite reflektierende Oberfläche 120 ist für optische Vermittlungsvorgänge nicht notwendig, kann jedoch zum Implementieren von Selbstdiagnosemerkmalen wie denjenigen, die unter Bezugnahme auf 5 beschrieben sind, nützlich sein. Die Spiegelanordnung 125 umfasst eine Anordnung von Spiegeln, die individuell bewegt werden können, um die Richtung der optischen Signale, die von jedem Spiegel reflektiert werden, zu steuern.
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Die Kollimationslinsenanordnung 115 nimmt die einzelnen optischen Signale, die durch die Faserlochanordnung 112 aus den internen Lichtleitfasern 110 ausgekoppelt werden, und lenkt sie als kollimierte, parallele Strahlen in Richtung der Spiegelanordnung 125 oder der zweiten reflektierenden Oberfläche 120. Die Linsenanordnung 115 kann von der Spiegelanordnung 125 oder der zweiten reflektierenden Fläche 120 zurückkehrendes Licht empfangen und die optischen Signale in die internen Lichtleitfasern 110 einkoppeln. In einigen Implementierungen können die Faserlochanordnung 112 und die Kollimationslinsenanordnung 115 aneinander unter Verwendung einer Verbindungstechnik wie Epoxid oder mechanischen Befestigungsmitteln wie etwa Schrauben, Klammern oder Riegeln angebracht sein. Die Faserlochanordnung 112 kann eine effiziente Übertragung von optischen Signalen durch Positionieren der internen Lichtleitfasern 110 in Bezug auf die Kollimatoren der Kollimationslinsenanordnung 115 erleichtern, um eine effiziente Übertragung von optischen Signalen über die verschiedenen Medien hinweg zu fördern. In einigen Implementierungen können Kollimatoren, die externen Eingangsanschlüssen entsprechen, und Kollimatoren, die externen Ausgangsanschlüssen entsprechen, relativ zueinander auf Weisen angeordnet sein, die dem OCS 100 Vorteile bieten. Die Kollimationslinsenanordnung 115 des OCS 100 einschließlich einer möglichen Anordnung der Eingangs- und Ausgangskollimatoren ist nachstehend unter Bezugnahme auf 3A, 3B und 3C näher beschrieben.
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Die Spiegelanordnung 125 kann optische Signale zu und von der ersten reflektierenden Fläche 130 umlenken. Beispielsweise kann die Kollimationslinsenanordnung 115 ein optisches Signal 140a emittieren. Die Spiegelanordnung 125 kann das optische Signal 140a umlenken. Das optische Signal 140b und das optische Signal 140c repräsentieren zwei mögliche Richtungen, in die die Spiegelanordnung 125 das optische Signal 140a lenken kann. Die optischen Signale 140c können von der ersten reflektierenden Oberfläche 130 reflektiert werden und zu einem anderen Spiegel der Spiegelanordnung 125 und somit zu einem anderen Kollimator der Kollimationslinsenanordnung 115 als dem, von dem sie kamen, zurückkehren, wodurch ein optischer Weg zwischen zwei verschiedenen externen Anschlüssen 105 erzeugt wird. Das optische Signal 140b kann von der ersten reflektierenden Oberfläche 130 zurück zu dem gleichen Spiegel der Spiegelanordnung 125 und somit zurück zum gleichen Kollimator der Kollimationslinsenanordnung 115 reflektiert werden, von der es gekommen ist. Solche direkten Schleifenwege können zum Kalibrieren der einzelnen Spiegel der Spiegelanordnung 125 verwendet werden. Zum Beispiel würde man normalerweise nur nicht zurückkehrende Wege kalibrieren. Für N Eingänge und M Ausgänge kann Licht durch jeden der N Eingänge zu jedem der M Ausgänge gesendet werden und die MEMS-Spiegelwinkel können optimiert werden, um für jede Kombination von N und M (wobei der externe Eingangsanschluss 105 sich immer von dem externen Ausgangsanschluss 105 unterscheidet) das maximale Licht durch das System zu erzielen. Um die zu sich selbst zurückkehrenden Wege (d. h. Licht, das über den gleichen externen Anschluss 105 in den OCS 100 eintritt und austritt) zu kalibrieren, kann ein einzelner Spiegel sowohl das ausgehende als auch das zurückkehrende optische Signal reflektieren. Um zu sich selbst zurückkehrende Wege zu kalibrieren, müsste jedoch ein optischer Zirkulator vor jeden Eingang des externen Anschlusses 105 gesetzt werden und das Licht, das sich auf einem Rückweg durch den OCS 100 befindet, herausgezogen werden. Die Spiegelanordnung 125 des OCS 100 ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 2A, 2B, 4A, 4B und 4C ausführlicher beschrieben.
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In einigen Implementierungen können die zweite reflektierende Oberfläche 120 und die erste reflektierende Oberfläche 130 optische Komponenten mit dichroitischen Eigenschaften umfassen, die abhängig von der Wellenlänge entweder Licht durchlassen oder reflektieren können. Solche Komponenten können nützlich sein, wenn selbstdiagnostische Merkmale wie zusätzliche Lichtquellen und Detektoren in dem OCS 100 einbezogen sind. Beispielhafte Selbstdiagnosemerkmale sind unten unter Bezugnahme auf den in 5 dargestellten OCS 500 im Einzelnen beschrieben.
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Der OCS 100 umfasst einen Controller 135 zum Ausführen von Steuer- und Diagnoseoperationen des OCS 100. Der Controller 135 kann eine programmierbare Logik wie etwa eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA), einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor umfassen. Der Controller 135 kann einen Speicher und Schnittstellen zum Interagieren mit anderen Komponenten des OCS 100 umfassen. Der Controller 135 kann Schnittstellen zum Empfangen von Befehlen und zum Übertragen von Statusinformationen über Anzeige-, Audio-, Eingabe- und Netzvorrichtungen umfassen. Der Controller 135 kann Konfigurationsbefehle von einem externen System empfangen, um optische Signalkanäle zwischen jeweiligen externen Anschlüssen 105 zu öffnen oder zu schließen, und die Befehle durch Anpassen der Position von Spiegeln in der Spiegelanordnung 125 ausführen. In einigen Implementierungen kann der Controller 135 Treiber (nicht gezeigt) zum Liefern von analogen Spannungssignalen zum Steuern der Position einzelner Spiegel an die Spiegelanordnung 125 umfassen. In einigen Implementierungen können die Treiber zum Bereitstellen der analogen Spannungssignale physisch von dem Controller 135 getrennt sein und entweder benachbart zu der Spiegelanordnung 125 oder in diese integriert sein. In einigen Implementierungen können die Treiber einen Digital-Analog-Umsetzer (DAC) zum Umsetzen eines digitalen Signals aus dem Controller 135 in eine analoge Spannung, die zum Steuern der Position von Spiegeln in der Spiegelanordnung 125 geeignet ist, umfassen. In einigen Implementierungen können die Treiber Spannungsverstärker zum Verstärken von Steuer- und/oder Logiksignalen mit einer relativ niedrigen Spannung (z. B. wenigen Volt) aus dem Controller 135 auf die relativ höhere Spannung (z. B. einige Dutzend Volt), die zum Steuern der Position von Spiegeln in der Spiegelanordnung 125 verwendet wird, umfassen. In einigen Implementierungen kann der Controller 135 Selbstkalibrierungsoperationen des OCS 100 durchführen. Der Controller 135 innerhalb oder außerhalb des OCS 100 sein. In einigen Implementierungen kann der Controller 135 Selbstdiagnosemerkmale des OCS 100 steuern, z. B. einen Lichtinjektor und eine Kamera zum Bestimmen der Positionen der Spiegel der Spiegelanordnung 125. Die Selbstdiagnosemerkmale des OCS 100 sind nachstehend unter Bezugnahme auf 5 genauer beschrieben.
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2A ist eine Darstellung einer Mikroelektromechaniksystem-Spiegelbaugruppe (MEMS-Spiegelbaugruppe) 200 gemäß einer veranschaulichenden Implementierung. Die MEMS-Spiegelanordnung 125 kann viele MEMS-Spiegelbaugruppen 200 umfassen. Die MEMS-Spiegelbaugruppe 200 umfasst drei Hauptkomponenten: eine Spiegelplattform 205, eine Kardanaufhängung 210 und ein Spiegelsubstrat 215. Die Spiegelplattform 205, die Kardanaufhängung 210 und das Spiegelsubstrat 215 sind über einem Basissubstrat (nicht gezeigt) angeordnet. Die Spiegelplattform 205 kann auf ihrer Oberseite eine reflektierende Oberfläche und/oder Beschichtung aufweisen. Die MEMS-Spiegelbaugruppe 200 umfasst Aktoren zum Bewegen der Komponenten. In der in 2A gezeigten Implementierung kann die MEMS-Spiegelbaugruppe 200 in zwei Dimensionen betätigt werden. Die Aktoren 220a und 220b (kollektiv „Aktoren 220“) können die Spiegelplattform 205 in Bezug auf die Kardanaufhängung 210 bewegen und die Aktoren 225a und 225b (kollektiv „Aktoren 225“) können die Kardanaufhängung 210 und die Spiegelplattform 205 in Bezug auf das Spiegelsubstrat 215 bewegen.
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In einigen Implementierungen können die Aktoren 220 und 225 ein Drehmoment auf ihre innere Komponente aufbringen. Zum Beispiel können die Aktoren 220 ein Drehmoment aufbringen, um die Spiegelplattform 205 zu drehen, um eine Drehung in der XZ-Ebene (d. h. um die Y-Achse) zu bewirken, und die Aktoren 225 können ein Drehmoment aufbringen, um die Kardanaufhängung 210 zu drehen, um eine Drehung in der YZ-Ebene (d. h. um die X-Achse) zu bewirken. Auf diese Weise können die Aktoren 220 und die Aktoren 225 die Spiegelplattform 205 um eine erste Achse bzw. eine zweite Achse bewegen, wobei die Achsen im Wesentlichen orthogonal zueinander sind.
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In einigen Implementierungen können die Aktoren 220 und 225 vertikale elektrostatische Aktoren mit Kammantrieb sein. Jeder Aktor 220 und 225 kann einen ersten Teil und einen zweiten Teil aufweisen; zum Beispiel können die Aktoren 220 eine linke Seite und eine rechte Seite aufweisen, und die Aktoren 225 können eine obere Seite und eine untere Seite aufweisen, wie in der Zeichnung orientiert. Eine erste Spannung, die an den ersten Teil des Aktors angelegt wird, kann bewirken, dass der Aktor die Spiegelplattform 205 in einer ersten Richtung bewegt. In einigen Implementierungen kann die erste Richtung eine Drehrichtung um eine Bewegungsachse der Spiegelplattform 205 sein. Eine zweite Spannung, die an den zweiten Teil des Aktors angelegt wird, kann bewirken, dass der Aktor die Spiegelplattform in einer zweiten Richtung, die entgegengesetzt zu der ersten Richtung ist, bewegt. Zum Beispiel kann die erste Spannung, die an den ersten Teil der Aktoren 220a angelegt wird, bewirken, dass sich die Spiegelplattform 205 im Uhrzeigersinn um die Y-Achse bewegt, und die zweite Spannung, die an den zweiten Teil der Aktoren 220a angelegt wird, kann bewirken, dass sich die Spiegelplattform 205 gegen den Uhrzeigersinn um die Y-Achse bewegt.
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In einigen Implementierungen können sich die Aktoren 220 und 225 und die beweglichen Komponenten (d. h. die Spiegelplattform 205 und die Kardanaufhängung 210) der MEMS-Spiegelbaugruppe 200 wie ein Feder-Masse-System verhalten. Die MEMS-Spiegelbaugruppe 200 kann aufgrund der Materialeigenschaften der flexiblen Halterungen oder Träger, die die beweglichen Komponenten tragen, und irgendeines Fluids wie etwa Gas oder Flüssigkeit, das die beweglichen Komponenten umgibt, eine gewisse Eigendämpfung aufweisen. Das System kann jedoch unterdämpft sein, so dass die beweglichen Komponenten nach einer Störung, wie z. B. einem physischen Stoß oder einer Schwingung, oder einer Umpositionierung der Spiegelplattform 205 im Normalbetrieb schwingen oder nachzuschwingen. Diese unerwünschte Bewegung der Spiegelplattform 205 kann die MEMS-Spiegelbaugruppe 200 für das Lenken eines optischen Signals unbrauchbar machen, bis die Bewegung nachlässt und die Spiegelplattform 205 ein Gleichgewicht erreicht. Das Reduzieren des maximal erforderlichen Spiegelwinkels kann den Spielraum verringern, der unter der Spiegelplattform 205 erforderlich ist. Die Spiegelplattform 205 ist über einem Hohlraum positioniert, der in dem Basissubstrat definiert ist. Fluid - entweder Gas oder Flüssigkeit - in dem Hohlraum kann eine Fluiddämpfung für die Bewegung der Spiegelplattform 205 bereitstellen. Das Verringern des Zwischenraums zwischen einer Unterseite der Spiegelplattform 205 und dem Boden des Hohlraums in dem Basissubstrat kann die Fluiddämpfung erhöhen. Die erhöhte Fluiddämpfung verringert den Qualitätsfaktor (Q) des Feder-Masse-Systems, das durch die Spiegelplattform 205 und ihre stützenden Torsionsträger gebildet wird. Die Spiegelplattform 205 wird somit für weniger Zyklen oszillieren, bevor sie das Gleichgewicht erreicht, wodurch die Übertragung eines optischen Signals früher beginnen kann.
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Die Verringerung des maximal erforderlichen Spiegelwinkels kann auch andere Vorteile bieten. Die verringerten Spiegelwinkel können die erforderliche Betätigungsspannung verringern, die zum Vermitteln der optischen Signale benötigt wird. Das Verringern der Ansteuerspannungen kann den Energieverbrauch reduzieren, kleinere und/oder weniger teure Ansteuerschaltungen ermöglichen und die Gesamtgröße der Spiegelanordnung 125 reduzieren, indem dünnere und geringer beabstandete Signalspuren zu den Spiegelaktoren 220 und 225 ermöglicht werden. Die reduzierten Spiegelwinkel können auch mechanische Spannungen auf die Torsionsträger verringern, die die Spiegelplattform 205 und die Kardanaufhängung 210 tragen, was möglicherweise die Lebensdauer der Spiegelanordnung 125 verlängert. Schlussendlich können die verringerten maximalen Spiegelwinkel ermöglichen, dass die MEMS-Spiegelbaugruppe 200 trotz mehr Variationen der Komponentenabmessungen funktioniert. Die weniger strengen Toleranzen für die Aktoren 220 und 225, die Spiegelplattform 205 und die Kardanaufhängung erleichtern die Herstellung der Spiegelanordnungen und senken die Kosten. In einigen Implementierungen ist der maximal erforderliche Spiegelwinkel von einer Ruheposition aus kleiner oder gleich +/- 1,5 Grad, während Licht von einer internen Lichtleitfaser, die mit einem externen Lichtleitfaser-Eingangsanschluss gekoppelt ist, zu irgendeiner internen Lichtleitfaser, die mit einem externen Lichtleitfaser-Ausgangsanschluss gekoppelt ist, gelenkt wird. In einigen Implementierungen ist der maximal erforderliche Spiegelwinkel kleiner oder gleich +/- 1 Grad. In einigen Implementierungen ist der maximal erforderliche Spiegelwinkel kleiner oder gleich +/- 3 Grad. In einigen Implementierungen kann sich der Spiegel nur in einer Richtung in Bezug auf eine bestimmte Ebene bewegen. In solchen Implementierungen kann der maximal erforderliche Spiegelwinkel von 0 Grad bis +3 Grad oder von 0 Grad bis +6 Grad betragen.
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2B ist eine Darstellung einer MEMS-Spiegelanordnung 125 gemäß einer veranschaulichenden Implementierung. Die MEMS-Spiegelanordnung 125 kann eine mehrere MEMS-Spiegelbaugruppen 200a-200c (kollektiv „MEMS- Spiegelbaugruppen 200“) umfassen. In einigen Implementierungen können die MEMS-Spiegel in einem versetzten Gitter, wie es in 2B gezeigt ist, in einem quadratischen Gitter oder in einem Muster konzentrischer Kreise oder Spiralen angeordnet sein. In einigen Implementierungen wird die Verteilung der MEMS-Spiegelbaugruppen 200 in der MEMS-Spiegelanordnung 125 der Konfiguration der Kollimatoren 115 entsprechen, so dass jeder optische Signalstrahl, der in den Kollimator 115 eintritt oder daraus austritt, zu oder aus einer entsprechenden MEMS-Spiegelbaugruppe 200 gelenkt wird. In einigen Implementierungen kann die MEMS-Spiegelanordnung 125 Signalbahnen (nicht gezeigt) aus Kupfer, Silizium, Metall oder anderem leitfähigem Material enthalten, die Schaltspannungen zu den Aktoren 220 und 225 führen. Die Schaltspannung kann von dem Controller 135 oder von einem dem Controller 135 zugeordneten Digital-Analog-Umsetzer, der Schaltbefehle von dem Controller 135 in analoge Spannungen zum Betätigen der MEMS-Spiegelbaugruppen 200 umsetzen kann, ausgehen. In einigen Implementierungen kann die MEMS-Spiegelanordnung 125 vier Signalspuren für jede MEMS-Spiegelbaugruppe 200 umfassen. Die vier Signalspuren können eine erste Signalspur, die eine Spannung zu den Aktoren 220a und 220b führt, um die Spiegelplattform 205 um eine erste Achse in einer ersten Richtung zu bewegen, eine zweite Signalspur, die eine Spannung zu den Aktoren 220a und 220b führt, um die Spiegelplattform 205 um die erste Achse in einer zweiten Richtung zu bewegen, eine dritte Signalspur, die eine Spannung zu den Aktoren 225a und 225b führt, um die Spiegelplattform 205 und die Kardanaufhängung 210 um eine zweite Achse in einer dritten Richtung zu bewegen, und eine vierte Signalspur, die eine Spannung zu den Aktoren 225a und 225b führt, um die Spiegelplattform 205 und die Kardanaufhängung 210 um die zweite Achse in einer vierten Richtung zu bewegen, umfassen.
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In einigen Implementierungen können die Spiegelplattform 205, die Kardanaufhängung 210 und das Spiegelsubstrat 215 jeder MEMS-Spiegelbaugruppe 200 aus einer Kombination des Spiegelsubstrats 215 (z. B. ein Doppel-Silizium-auf-Isolator-Wafer (DSOI-Wafer)), das mit einem Basissubstrat (d. h. einem zweiten Siliziumwafer) gebondet ist, hergestellt sein. In einigen Implementierungen kann die Spiegelbaugruppe 200 unter Verwendung von Mehrfachverbindungs- und Poliervorgängen hergestellt werden.
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3A, 3B und 3C sind Darstellungen von Querschnitten verschiedener Kollimationslinsenanordnungen 300, 330 und 360 gemäß beispielhaften Ausführungsformen. Jede der Kollimationslinsenanordnungen 300, 330 und 360 kann als die Kollimationslinsenanordnung 115 des OCS 100 fungieren. In einigen Implementierungen können die Konfigurationen der Kollimationslinsenanordnungen 300, 330 und 360 den unterschiedlichen Konfigurationen des Spiegelanordnungen 400, 430 und 460 entsprechen, die jeweils in 4A, 4B und 4C beschrieben sind. Jede der Kollimationslinsenanordnungen 300, 330 und 360 zeigt eine andere mögliche Konfiguration von Kollimatoren in einer 6×8-Anordnung. Die Kollimationslinsenanordnung 300, 330 und 360 können mit einzelnen Eingangs- und Ausgangskollimatoren ausgebildet sein, die auf unterschiedliche Weisen angeordnet sind, die unterschiedliche Vorteile für den OCS 100 bieten können. Die Eingangskollimatoren 310, 340 und 370 sind über interne Lichtleitfasern 110 mit den externen Eingangsanschlüssen 150 verbunden. Die Ausgangskollimatoren 320, 350 und 380 sind über interne Lichtleitfasern 110 mit den externen Ausgangsanschlüssen 105 verbunden; die „Eingangs-“ und „Ausgangs-“-Kollimatoren der Kollimationslinsenanordnungen 300, 330 und 360 unterscheiden sich jedoch nicht notwendigerweise in ihrer Funktion oder Struktur.
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3A zeigt einen Querschnitt einer Kollimationslinsenanordnung 300, in der optische Signale, die in einer ersten Richtung laufen, Kollimatoren um den Umfang der Kollimationslinsenanordnung 300 (d. h. „Eingangskollimatoren“ 310) durchlaufen, und optische Signale, die in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung laufen, Kollimatoren im Inneren der Kollimationslinsenanordnung 300 (d. h. „Ausgangskollimatoren“ 320) durchlaufen. Die Eingangs- und Ausgangsbezeichnungen sind einfach beliebige Bezeichnungen und können umgekehrt werden, so dass die Ausgangskollimatoren 320 auf dem Umfang der Kollimationslinsenanordnung 300 liegen. Diese Konfiguration der Kollimationslinsenanordnung 300 verringert die Menge möglicher Verbindungen zwischen den Eingangskollimatoren 310 und den Ausgangskollimatoren 320 um die Verbindungen, die die größten Spiegelablenkwinkel erfordern. Dementsprechend reduziert die Konfiguration der Kollimationslinsenanordnung 300 den maximal erforderlichen Spiegelwinkel, was die zuvor beschriebenen Vorteile bietet.
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3B zeigt einen Querschnitt einer Kollimationslinsenanordnung 330, in der optische Signale, die sich in einer ersten Richtung bewegen, Kollimatoren in einer ersten zusammenhängenden Hälfte der Kollimationslinsenanordnung 330 (z. B. die „Eingangskollimatoren“ 340) durchlaufen, und optische Signale, die in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung laufen, Kollimatoren in einer zweiten benachbarten Hälfte der Kollimationslinsenanordnung 330 (z. B. die „Ausgangskollimatoren“ 350) durchlaufen. Diese Konfiguration der Kollimationslinsenanordnung 330 kann die Anzahl der Bewegungsrichtungen eines entsprechenden Spiegels reduzieren, die erforderlich sind, um beispielsweise optische Signale von jedem Eingangskollimator 340 zu jedem Ausgangskollimator 350 zu lenken. Zum Beispiel müsste keiner der Spiegel, die den Eingangskollimatoren 340 entsprechen, gekippt werden, um ein optisches Signal in einer Richtung weg von der Richtung der Spiegel, die den Ausgangskollimatoren 350 entsprechen, zu lenken. Dies kann die Steuerelektronik einer entsprechenden Spiegelanordnung - beispielsweise der in 4B dargestellten Spiegelanordnung 430 - durch Beseitigen eines Treibers und einer Signalspur für jeden Spiegel vereinfachen.
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3C zeigt einen Querschnitt einer Kollimationslinsenanordnung 360, in der die „Eingangskollimatoren“ 370 und die „Ausgangskollimatoren“ 380 in einem alternierenden oder schachbrettartigen Muster angeordnet sind.
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4A, 4B und 4C sind Darstellungen von MEMS-Spiegelanordnungen gemäß beispielhaften Implementierungen. Jede der Spiegelanordnungen 400, 430 und 460 kann als die Spiegelanordnung 125 des OCS 100 fungieren. In einigen Implementierungen können die Konfigurationen der Spiegelanordnungen 400, 430 und 460 den unterschiedlichen Konfigurationen der Kollimationslinsenanordnungen 300, 330 und 360, die jeweils in 3A, 3B und 3C beschrieben sind, entsprechen. Jede der Spiegelanordnungen 400, 430 und 460 zeigt eine andere mögliche Konfiguration von Spiegeln in einer 6x8-Anordnung. Die Eingangsspiegel 410, 440 und 470 können optische Signale von den Eingangskollimatoren 310, 340 und 370 empfangen. Ebenso können die Ausgangsspiegel optische Signale an die Ausgangskollimatoren 320, 350 und 380 senden. Die „Eingangs-“ und „Ausgangs“-Spiegel der Spiegelanordnungen 400, 430 und 460 unterscheiden sich nicht notwendigerweise voneinander in Funktion oder Struktur, sondern werden einfach abhängig davon, ob sie optische Signale von den Kollimatoren 300, 330 und 360 empfangen oder optische Signale an die Kollimatoren 300, 330 und 360 senden, mit „Eingang“ oder „Ausgang“ bezeichnet oder gekennzeichnet,.
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Die Spiegelanordnungen 400, 430 und 460 können mit einzelnen Eingangs- und Ausgangsspiegeln ausgebildet sein, die auf unterschiedliche Weisen angeordnet sind, die verschiedene Vorteile für den OCS 100 bereitstellen können. Die möglichen Konfigurationen sowie ihre entsprechenden Vorteile entsprechen im Allgemeinen denen der Kollimationslinsenanordnungen 300, 330 und 360, die vorstehend unter Bezugnahme auf 3A, 3B und 3C beschrieben sind. Insbesondere zeigt 4A einen Querschnitt einer Spiegelanordnung 400, in der optische Signale, die in einer ersten Richtung laufen, von Spiegeln um den Umfang der Spiegelanordnung 400 herum (d. h. „Eingangs-“Spiegeln 410) reflektiert werden und optische Signale, die in eine zweite Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, laufen, von Spiegeln im Inneren der Spiegelanordnung 400 (d. h. „Ausgangs-“Spiegel 420) reflektiert werden. In Bezug auf 4A können die Eingangs- und Ausgangs-Bezeichnungen umgekehrt werden, so dass die Ausgangspiegel 420 auf dem Umfang der Spiegelanordnung 400 liegen und die Eingangsspiegel 410 im Inneren der Spiegelanordnung 400 liegen. 4B zeigt einen Querschnitt einer Spiegelanordnung 430, in der optische Signale, die in einer ersten Richtung laufen, Spiegel in einer ersten zusammenhängenden Hälfte der Spiegelanordnung 430 (z. B. „Eingangs-“Spiegel 440) durchlaufen und optische Signale, die in einer zur ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung laufen, Spiegel in einer zweiten zusammenhängenden Hälfte der Spiegelanordnung 400 (z. B. „Ausgangs“-Spiegel 450) durchlaufen. 4C zeigt einen Querschnitt einer Spiegelanordnung 460, in der die „Eingangs“-Spiegel 470 und die „Ausgangs-“Spiegel 480 in einem abwechselnden Muster oder Schachbrettmuster ausgebildet sind.
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5 ist ein Blockdiagramm eines optischen Leitungsvermittlers (OCS) 500 mit Selbstdiagnosemerkmalen gemäß einer veranschaulichenden Implementierung. In einigen Implementierungen kann der zuvor beschriebene OCS 100 Selbstdiagnosemerkmale umfassen. Der OCS 500 ist dem OCS 100 ähnlich und umfasst solche Selbstdiagnosemerkmale. Der OCS 500 umfasst einen Injektor 510 und eine Kamera 580 zum Überwachen des Zustands der Spiegelanordnungen 125. Der Injektor 510 umfasst einen Laser 515, der injiziertes Licht 540 durch eine Linse oder ein Linsensystem 520 auf eine Injektorgitterplatte 525 lenken kann, die einzelne Strahlen von injiziertem Licht 540 isolieren kann, die auf die Spiegelanordnung 125 gerichtet sind. Das injizierte Licht 540 kann durch den dichroitischen Kombinierer 530 hindurchtreten. Die Kameras 580 können das reflektierte Licht 550 durch einen Schirm 590 und eine zweite Linse oder Linsenanordnung 570 empfangen und Informationen bezüglich eines Status der Spiegelanordnung 125 an den Controller 435 liefern. Der OCS 500 kann optische Signale 140 in einer ähnlichen Weise wie der in 1 gezeigte OCS 100 übermitteln und vermitteln; die optischen Signale 140 sind jedoch in 5 der Klarheit halber weggelassen.
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Der Injektor 510 umfasst einen Laser 515, eine Linse oder ein Linsensystem 520 und eine Injektorgitterplatte 525. Die Linse 520 umfasst ein oder mehrere optische Elemente, die den durch den Laser 515 erzeugten Strahl aufweiten und kollimieren können. Der aufgeweitete und kollimierte Strahl läuft dann durch die Injektorgitterplatte 525, die eine Anordnung von einzelnen Strahlen isoliert. Die einzelnen Strahlen bilden das injizierte Licht 540. Das injizierte Licht 540 kann einen Strahl für jeden Spiegel der Spiegelanordnung 125 umfassen. Der Injektor 510 kann somit die einzelnen Strahlen des injizierten Lichts 540 zu den einzelnen Spiegeln der Spiegelanordnung 125 lenken.
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Der OCS 500 umfasst einen dichroitischen Kombinierer 530 und einen dichroitischen Teiler 560. Der dichroitische Kombinierer 530 und der dichroitische Teiler 560 sind optische Komponenten, die so abgestimmt sind, dass sie im Wesentlichen das gesamte Licht einer ersten Wellenlänge transmittieren, während sie im Wesentlichen das gesamte Licht einer zweiten Wellenlänge, die sich von der ersten Wellenlänge unterscheidet, reflektieren. Der dichroitische Kombinierer 530 und der dichroitische Teiler 560 können ähnliche Strukturen und Materialien enthalten. Der dichroitische Kombinierer 530 und der dichroitische Teiler 560 können jedoch unterschiedliche Funktionen in dem OCS 500 erfüllen.
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Beispielsweise kann der dichroitische Kombinierer 530 im Wesentlichen das gesamte injizierte Licht 540 zu der Spiegelanordnung 125 durchlassen. Der dichroitische Kombinierer 530 kann zudem im Wesentlichen alle optischen Signale reflektieren, die von dem Kollimator 115 zu der Spiegelanordnung 125 emittiert werden. Der Begriff „Kombinierer“ bezieht sich also auf die Fähigkeit des dichroitischen Kombinierers 530, das injizierte Licht 540 und die optischen Signale von dem Kollimator 115 aus verschiedenen Richtungen zu empfangen und jeweils zu der Spiegelanordnung 125 zu lenken. Licht aus dem dichroitischen Kombinierer 530 kann von einzelnen Spiegeln der Spiegelanordnung 125 reflektiert werden und zu dem dichroitischen Teiler 560 laufen.
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Der dichroitische Teiler 560 kann dann das Licht aus der Spiegelanordnung 125 „teilen“, indem er im Wesentlichen das gesamte reflektierte Licht 550 zu dem Schirm 590 durchlässt und im Wesentlichen alle optischen Signale zurück zu der Spiegelanordnung 125 reflektiert. Der Ausdruck „Teiler“ bezieht sich auf die Fähigkeit des dichroitischen Teilers 560, das injizierte Licht 540 und die optischen Signale aufzuspalten.
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Der OCS 500 umfasst einen Diffusor oder Schirm 590, der das reflektierte Licht 550, das darauf auftrifft, streut. Die Linse 570 kann das durch das reflektierte Licht 550 auf den Schirm 590 projizierte Bild in die Kamera 580 fokussieren. Die Linse 570 kann eine einzelne Linse oder eine Anordnung von Linsen umfassen. Die Kamera 580 empfängt das von der Linse 570 fokussierte Licht und kann Daten bezüglich des auf dem Schirm 590 erscheinenden Lichtmusters zur Verwendung beim Bestimmen des Status einzelner Spiegel der Spiegelanordnung 125 an den Controller 435 übertragen.
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Der OCS 500 umfasst einen Controller 435. Der Controller 435 kann der gleiche sein wie der zuvor unter Bezugnahme auf 1 beschriebene Controller 135. Der Controller 435 kann sich innerhalb oder außerhalb des OCS 500 befinden. Der Controller 435 kann zusätzliche Befehle zum Durchführen von Selbstüberwachungs- und Selbstdiagnoseoperationen umfassen. Zum Beispiel kann der Controller 435 basierend auf den von der Kamera 580 empfangenen Bilddaten den Ruhezustand jedes Spiegels oder der Spiegelanordnung 125 bestimmen. Der Controller 435 kann eine Vorbelastung auf jedem Spiegel kalibrieren, um sicherzustellen, dass die Ruheposition korrekt ist, und dadurch sicherzustellen, dass jede aktive Position optische Signale in die gewünschte Richtung lenkt. Der Controller 435 kann zusätzlich bestimmen, ob nach einer Umpositionierung noch ein Spiegel nachschwingt. Der Controller 435 kann in ähnlicher Weise detektieren, ob ein Spiegel eine gewünschte Position nicht erreicht hat oder ob ein Spiegel verdeckt oder anderweitig beeinträchtigt ist.
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Der Controller 435 kann die Führung der optischen Signale auf der Grundlage von Spiegelstatusinformationen aus dem Injektor 510 und der Kamera 580 steuern. Der Controller 435 kann Informationen bezüglich des Zustands jedes Spiegels und jedes Signalweges pflegen. Der Controller 435 kann optische Signale in einer Weise leiten, bei der ein beeinträchtigter Spiegel vermieden wird. Der Controller 435 kann Warnungen senden, einschließlich Benachrichtigungen zum Pausieren von Verkehr auf einer bestimmten Lichtleitfaser, bis der Vermittlungsweg stabil ist oder bis ein anderer Vermittlungsweg eingerichtet werden kann.
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6 ist ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 zum Betreiben eines Schalters 100 oder 500 für einen optischen Leitungsvermittler gemäß einer veranschaulichenden Implementierung. Das Verfahren 600 umfasst ein Empfangen eines optischen Signals an einem externen Eingangsanschluss (Stufe 610). Das Verfahren 600 umfasst ein Übermitteln des optischen Signals zu einem ersten Kollimator einer Kollimationslinsenanordnung über eine erste interne Lichtleitfaser mehrerer Lichtleitfasern, wobei eine Aufnahme einer Faserlochanordnung die erste interne Lichtleitfaser aufnimmt und sie benachbart zu dem ersten Kollimator positioniert (Stufe 620). Das Verfahren 600 umfasst ein Projizieren des optischen Signals in Richtung eines ersten Spiegels einer Spiegelanordnung unter Verwendung des ersten Kollimators (Stufe 630). Das Verfahren 600 umfasst ein Umlenken des optischen Signals in Richtung einer reflektierenden Oberfläche unter Verwendung des ersten Spiegels (Stufe 640). Das Verfahren 600 umfasst ein Empfangen einer Reflexion des optischen Signals von der reflektierenden Oberfläche an einem zweiten Spiegel der Spiegelanordnung (Stufe 650). Das Verfahren 600 umfasst ein Umlenken des reflektierten optischen Signals in Richtung eines zweiten Kollimators der Kollimationslinsenanordnung unter Verwendung des zweiten Spiegels (Stufe 660). Das Verfahren 600 umfasst ein Übermitteln des optischen Signals an einen externen Ausgangsanschluss über eine zweite interne Lichtleitfaser der mehreren Lichtleitfasern (Stufe 670).
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Das Verfahren 600 umfasst das Empfangen eines optischen Signals an einem externen Eingangsanschluss (Stufe 610). Der externe Eingangsanschluss kann einen externen Anschluss der externen Anschlüsse 105 umfassen. Der externe Eingangsanschluss kann ein optisches Signal von einer externen Lichtleitfaser 102 in eine interne Lichtleitfaser 110 einkoppeln.
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Das Verfahren 600 umfasst das Übermitteln des optischen Signals zu einem ersten Kollimator einer Kollimationslinsenanordnung über eine erste interne Lichtleitfaser mehrerer Lichtleitfasern, wobei eine Aufnahme einer Faserlochanordnung die erste interne Lichtleitfaser aufnimmt und sie benachbart zu dem ersten Kollimator positioniert (Stufe 620). Die interne Lichtleitfaser 110 kann das optische Signal zu einem Kollimator einer Kollimationslinsenanordnung wie etwa der Kollimationslinsenanordnung 115 übermitteln. Die Faserlochanordnung kann die Faserlochanordnung 112 umfassen und Aufnahmen aufweisen, die dazu ausgelegt sind, die interne Lichtleitfaser 110 aufzunehmen und sie benachbart zu dem ersten Kollimator zu positionieren. Die Kollimationslinsenanordnung 115 kann an der Faserlochanordnung 112 angebracht oder mit dieser verbunden sein. Die Kollimationslinsenanordnung 115 und die Faserlochanordnung 112 können derart zusammengefügt sein, dass eine effiziente Übertragung von optischen Signalen von den in den jeweiligen Aufnahmen der Faserlochanordnung 112 angeordneten Lichtleitfasern 110 in die jeweiligen Kollimatoren der Kollimationslinsenanordnung 115 ermöglicht wird.
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Das Verfahren 600 umfasst ein Projizieren des optischen Signals in Richtung eines ersten Spiegels einer Spiegelanordnung unter Verwendung des ersten Kollimators (Stufe 630). Die Spiegelanordnung kann die Spiegelanordnung 125 umfassen. Die Kollimationslinsenanordnung 115 kann das optische Signal entweder direkt oder indirekt über eine Reflexion in Richtung des ersten Spiegels projizieren.
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Das Verfahren 600 umfasst ein Umlenken des optischen Signals in Richtung einer reflektierenden Oberfläche unter Verwendung des ersten Spiegels (Stufe 640). Die Spiegelanordnung 125 weist einzelne Spiegel auf, die dazu ausgelegt sind, sich basierend auf Steuerspannungen zu bewegen, um Lichtstrahlen - d. h. optische Signale - in gewünschte Richtungen zu lenken. Die reflektierende Oberfläche kann die erste reflektierende Oberfläche 130 umfassen. In einigen Implementierungen kann die erste reflektierende Oberfläche den dichroitischen Strahlteiler 560 umfassen.
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Das Verfahren 600 umfasst ein Empfangen einer Reflexion des optischen Signals von der reflektierenden Oberfläche an einem zweiten Spiegel der Spiegelanordnung (Stufe 650). Das Verfahren 600 umfasst ein Umlenken des reflektierten optischen Signals in Richtung eines zweiten Kollimators der Kollimationslinsenanordnung unter Verwendung des zweiten Spiegels (Stufe 660). Auf diese Weise kann die Spiegelanordnung 125 mit Hilfe der reflektierenden Oberfläche ein optisches Signal von einem Kollimator, der einem externen Eingangsanschluss entspricht, zu einem Kollimator reflektieren, der einem externen Ausgangsanschluss entspricht.
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Das Verfahren 600 umfasst ein Übermitteln des optischen Signals an einen externen Ausgangsanschluss über eine zweite interne Lichtleitfaser der mehreren Lichtleitfasern (Stufe 670). Der zweite Kollimator kann das reflektierte optische Signal von dem zweiten Spiegel empfangen und es in eine zweite interne Lichtleitfaser einkoppeln, die das reflektierte optische Signal zu einem externen Ausgangsanschluss der externen Anschlüsse 105 überträgt. Auf diese Weise ist die Spiegelanordnung 125 dazu ausgelegt, einen optischen Weg steuerbar von irgendeinem externen Eingangsanschluss des OCS 100 oder 500 zu irgendeinem externen Ausgangsanschluss des OCS 100 oder 500 zu erzeugen.
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Das Verfahren 600 kann mehr oder weniger Stufen umfassen, ohne vom Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.
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Obwohl diese Beschreibung viele spezifische Implementierungsdetails enthält, sollte sie nicht so ausgelegt werden, dass sie den Umfang irgendeiner Erfindung oder von dem, was beansprucht werden kann, einschränkt, sondern als Beschreibung von Merkmalen ausgelegt werden, die sich auf bestimmte Erfindungen beziehen können. Bestimmte Merkmale, die in dieser Beschreibung im Zusammenhang mit getrennten Ausführungsformen beschrieben sind, können auch in Kombination in einer einzelnen Ausführungsform implementiert werden. Umgekehrt können verschiedene Merkmale, die im Zusammenhang mit einer einzelnen Ausführungsform beschrieben sind, auch in mehreren Ausführungsformen separat oder in jeder geeigneten Unterkombination implementiert werden. Obwohl Merkmale oben als in bestimmten Kombinationen wirkend beschrieben sein können und sogar anfänglich derart beansprucht werden können, können ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgenommen werden und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination ausgerichtet werden.
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Obwohl Operationen in den Zeichnungen in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, sollte dies in ähnlicher Weise nicht so verstanden werden, dass solche Operationen in der bestimmten gezeigten Reihenfolge oder in sequentieller Reihenfolge ausgeführt werden müssen, oder dass alle dargestellten Operationen durchgeführt werden müssen, um gewünschte Ergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen können Multitasking und parallele Verarbeitung vorteilhaft sein. Darüber hinaus sollte die Trennung von verschiedenen Systemmodulen und Komponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht so verstanden werden, dass eine solche Trennung in allen Ausführungsformen erforderlich ist, und es sollte verstanden werden, dass die beschriebenen Programmkomponenten und Systeme im Allgemeinen zusammen in einem einzelnen Softwareprodukt integriert werden können oder in mehreren Softwareprodukten verpackt werden können.
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Bezugnahmen auf „oder“ können als einschließend ausgelegt werden, so dass irgendwelche Begriffe, die unter Verwendung von „oder“ beschrieben sind, einen einzelnen, mehr als einen und alle der beschriebenen Begriffe angeben können. Die Bezeichnungen „erste/r/s“, „zweite/r/s“, „dritte/r/s“ usw. sollen nicht notwendigerweise eine Reihenfolge angeben und werden im Allgemeinen lediglich dazu verwendet, zwischen gleichen oder ähnlichen Objekten oder Elementen zu unterscheiden.
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Verschiedene Abwandlungen der Implementierungen, die in dieser Offenbarung beschrieben sind, sind für Fachleute offensichtlich, und die hier definierten generischen Prinzipien können auf andere Implementierungen angewendet werden, ohne vom Gedanken oder Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Somit sollen die Ansprüche nicht auf die hierin gezeigten Implementierungen beschränkt sein, sondern ihnen soll der breiteste Umfang gewährt werden, der mit dieser Offenbarung, den Prinzipien und den hierin offenbarten neuartigen Merkmalen konsistent ist.
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Ein optischer Leitungsvermittler umfasst eine Faserlochanordnung, mehrere interne Lichtleitfasern, eine Kollimationslinsenanordnung, eine MEMS-Spiegelanordnung und eine erste reflektierende Oberfläche. Die Faserlochanordnung umfasst eine Anordnung von Aufnahmen, die so geformt sind, dass sie jeweilige Lichtleitfasern aufnehmen können. Die Kollimationslinsenanordnung ist zu der Faserlochanordnung benachbart positioniert. Jeder Kollimator der Kollimationslinsenanordnung koppelt Licht optisch in eine oder aus einer entsprechenden der internen Lichtleitfasern ein bzw. aus. Die Faserlochanordnung, der Kollimator, die MEMS-Spiegelanordnung und die erste reflektierende Oberfläche sind relativ zueinander so positioniert, dass aus jeder der internen Lichtleitfasern austretendes Licht den entsprechenden Kollimator dazu durchläuft und von einem ersten Spiegel innerhalb der MEMS-Anordnung in Richtung der ersten reflektierenden Oberfläche umgelenkt wird, die das Licht zurück zu einem zweiten Spiegel der MEMS-Spiegelanordnung lenkt, der wiederum das Licht in Richtung einer zweiten internen Lichtleitfaser umlenkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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