DE10251897A1 - Fiber-optic switch, has electrically-insulated housing whose inner wall is partially formed by control electrode for generating electrostatic field to couple movable fiber to other fiber - Google Patents

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Abstract

The fiber-optic switch has a control electrode (106) for generating an electrostatic field which controls the spatial position of a movable optical fiber (101) to couple it to at least a second optical fiber (201,202). The switch has an electrically insulated housing (102,110), the inner wall of which is partially formed by the control electrode. An Independent claim is included for a method of manufacturing a fiber-optic switch.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine faseroptische Schaltvorrichtung mit mindestens einer beweglichen Lichtleitfaser und mit mindestens einer Steuerelektrode zum Erzeugen eines elektrostatischen Feldes, das die räumliche Lage der beweglichen Lichtleitfaser zur optischen Kopplung mit mindestens einer zweiten Lichtleitfaser steuert. Die Erfindung betrifft außerdem ein Herstellungsverfahren für eine derartige faseroptische Schaltvorrichtung.The present invention relates refer to a fiber optic switching device with at least one movable Optical fiber and with at least one control electrode for generation of an electrostatic field that determines the spatial position of the moving Optical fiber for optical coupling with at least one second Optical fiber controls. The invention also relates to a Manufacturing process for such a fiber optic switching device.

Allgemein bezeichnen optische Schalter Bauteile, die optische Signale auf vorzugsweise mechanischem Wege schalten. Man unterscheidet zwischen Schaltern, die Lichtleiterfasern direkt miteinander koppeln und Schaltern, welche die Lichtsignale über bewegliche Optiken refraktiv, d. h. über Spiegel oder Linsen, oder diffraktiv, d. h. über Gitter, schalten.Generally refer to optical switches Components that receive optical signals, preferably mechanically turn. A distinction is made between switches, the optical fibers couple directly with each other and switches which switch the light signals via movable Optics refractive, d. H. about Mirror or lens, or diffractive, d. H. over grid, switch.

Dabei dienen die Lichtleitfasern, bei denen es sich um optische Glasfasern oder aber um Kunststofffasern handeln kann, der Lichtführung. Häufig werden zwei Eingangsfasern auf eine Ausgangsfaser geschaltet. Dieser Betrieb kann aber auch umgekehrt werden, so dass das Bauteil eine Eingangsfaser auf zwei Ausgangsfasern schaltet. Oftmals bezeichnet man optische Schalter, bei denen zwei Eingangsfasern auf eine Ausgangsfaser geschaltet werden, als optische Multiplexer, und Schalter, bei denen eine Eingangsfaser auf zwei Ausgangsfasern geschaltet wird, als Demultiplexer. Dabei kennt man neben den 1 × 2-Multiplexern auch erweiterte Multiplexer, die mehrere Eingangsfasern auf eine Ausgangsfaser schalten, die sogenannten 1 × n-Multiplexer.The optical fibers serve which are optical glass fibers or plastic fibers can act, the lighting. Frequently two input fibers are switched to one output fiber. This Operation can also be reversed so that the component is a Input fiber switches to two output fibers. Often referred to one optical switches, in which two input fibers on one output fiber are switched as optical multiplexers, and switches where an input fiber is switched to two output fibers as Demultiplexer. In addition to the 1 × 2 multiplexers, advanced ones are also known Multiplexers, which switch several input fibers to one output fiber, the so-called 1 × n multiplexers.

Um kostengünstige, energieeffiziente und miniaturisierte optische Schalter zu realisieren, werden gegenwärtig verschiedene mikrosystemtechnische Ansätze verfolgt, die im folgenden näher beleuchtet werden sollen. Eine erste Unterscheidung ist anhand des physikalischen Wirkprinzips möglich:

  • – elektrostatisch,
  • – elektromagnetisch,
  • – thermisch.
In order to implement cost-effective, energy-efficient and miniaturized optical switches, various microsystem approaches are currently being pursued, which will be examined in more detail below. A first distinction is possible based on the physical principle of action:
  • - electrostatic,
  • - electromagnetic,
  • - thermal.

Eine weitere Unterteilung ist anhand der Lichtführung möglich:

  • – direkte Kopplung der lichtführenden Fasern,
  • – direkte Kopplung der lichtführenden Fasern,
  • – Steuerung des Strahlengangs über optische Elemente, Spiegel, Linsen, Gitter, im folgenden „indirekte Kopplung" genannt.
A further subdivision is possible based on the light guide:
  • Direct coupling of the light-guiding fibers,
  • Direct coupling of the light-guiding fibers,
  • - Control of the beam path via optical elements, mirrors, lenses, gratings, hereinafter referred to as "indirect coupling".

In der Veröffentlichung M. Hoffmann, D. Nüsse, E. Voges: Electrostatic parallel-plate actuators with lange deflections for use in optical moving-fibre switches; J. Micromech. Microeng. 11 (2001) wird ein elektrostatisch geschalteter faseroptischer Schalter mit direkter Kopplung gezeigt. Die zu bewegende Faser befindet sich hier auf einer Siliziumstruktur, die eine Seite des Plattenkondensators darstellt. Die zweite Elektrode ist fixiert. Das System ist symmetrisch, d.h. die bewegliche Elektrode liegt in der Mitte zwischen zwei fixen Elektroden. Durch Anlegen von elektrischer Spannung an die jeweilige äußere Elektrode kann die Siliziumstruktur samt der Faser zwischen zwei Endstellungen bewegt werden. Dieser 1 × 2-Schalter schaltet bei einer Spannung von 30 V. Jedoch verhindert die Komplexität der Siliziumträgerstruktur, die gleichzeitig als Elektrode fungiert, eine kostengünstige Fertigung, und die Montage der Fasern ist aufgrund der filigranen Siliziumträgerstruktur schwierig.In the publication M. Hoffmann, D. Nuts, E. Voges: Electrostatic parallel-plate actuators with long deflections for use in optical moving-fiber switches; J. Micromech. Microeng. 11 (2001) becomes an electrostatically switched fiber optic switch shown with direct coupling. The fiber to be moved is located here on a silicon structure, one side of the plate capacitor represents. The second electrode is fixed. The system is symmetrical, i.e. the movable electrode lies in the middle between two fixed ones Electrodes. By applying electrical voltage to the respective outer electrode can the silicon structure together with the fiber between two end positions be moved. This 1 × 2 switch switches at a voltage of 30 V. However, the complexity of the silicon carrier structure prevents which also acts as an electrode, a cost-effective production, and the assembly of the fibers is due to the filigree silicon support structure difficult.

Ein alternativer Weg, optische Fasern mikromechanisch zu schalten und direkt zu koppeln, wird in M. Hoftmann, P. Kopka, T. Groß, E. Voges: Optical fibre switches based on full wafer silicon micromachining; J. Micromech. Microeng. 9 (1999) und P. Kopka, M. Hoffmann, E. Voges: Coupled U-shaped cantilever actuators for 1 × 4 and 2 × 2 optical fibre switches; J. Micromech. Microeng. 10 (2000) dargestellt. Antriebsprinzip dieser Schalter ist die thermische Ausdehnung. Vergleichbar mit einem Bimetallstreifen werden die Einund Ausgangsfasern bewegt. Nachteile hat dieses Prinzip in der niedrigen Schaltgeschwindigkeit (100 ms) und in dem hohen Energieverbrauch (ca. 700 mW). Ein weiterer Nachteil dieses Systems ergibt sich ebenfalls aus dem Aktuatorprinzip. Die thermische Längenausdehnung von Silizium beträgt 2,6 × 106 K–1, im konkreten System bedeutet dies bei einem Temperaturunterschied von 100 K eine Länge des Systems von 25 mm, die erforderlich ist, um die benötigten Verformungen zu erreichen. Da sowohl Ein- als auch Ausgangsfasern auf ähnliche Art und Weise bewegt werden müssen, ergibt sich eine Gesamtlänge des Schalters von mindestens 50 mm. Aufgrund der thermischen Ausdehnung der beteiligten Materialien ist außerdem die Kopplung der Fasern schlechter als bei einer direkten Kopplung ohne thermische Einflüsse. Der optische Übertragungsverlust liegt bei typisch 2 dB.An alternative way of micromechanically switching optical fibers and coupling them directly is described in M. Hoftmann, P. Kopka, T. Groß, E. Voges: Optical fiber switches based on full wafer silicon micromachining; J. Micromech. Microeng. 9 (1999) and P. Kopka, M. Hoffmann, E. Voges: Coupled U-shaped cantilever actuators for 1 × 4 and 2 × 2 optical fiber switches; J. Micromech. Microeng. 10 (2000). The principle behind this switch is thermal expansion. Comparable to a bimetal strip, the input and output fibers are moved. This principle has disadvantages in the low switching speed (100 ms) and in the high energy consumption (approx. 700 mW). Another disadvantage of this system also results from the actuator principle. The thermal linear expansion of silicon is 2.6 × 10 6 K –1 , in the specific system this means that with a temperature difference of 100 K, the length of the system is 25 mm, which is necessary to achieve the required deformations. Since both input and output fibers have to be moved in a similar way, the total length of the switch is at least 50 mm. Due to the thermal expansion of the materials involved, the coupling of the fibers is also worse than with a direct coupling without thermal influences. The optical transmission loss is typically 2 dB.

Elektrostatische Multiplexer mit indirekter Kopplung sind allgemein weit verbreitet. Ein mikrosystemtechnisch realisierter Multiplexer ist in A. Müller, J. Göttert, J. Mohr: LIGA microstructures on top of micromachined silicon wafers used to fabricate a micro-optical switch; J. Microtech. Microeng. 3 (1993) gezeigt. Hier bewegt ein sogenanntes combdrive eine verspiegelte Siliziumfläche, um zwischen zwei Strahlengängen umzuschalten. Das Licht wird dabei über Lichtleitfasern in das System eingekoppelt. Kugellinsen an den jeweiligen Faserenden fokussieren das Licht in die aus Silizium geätzten Strahlengänge auf den beweglichen Umlenkspiegel. Diese Vorgehensweise benötigt eine reflektierende Oberfläche sowie zwei Linsen, um einen Strahl zu führen. Das Gesamtsystem benötigt zwei reflektierende Oberflächen und vier Kugellinsen. Daraus resultieren höhere optische Verluste als diese bei der direkten Kopplung von Fasern auftreten.Indirect coupling electrostatic multiplexers are widely used. A microsystem Technically implemented multiplexer is in A. Müller, J. Göttert, J. Mohr: LIGA microstructures on top of micromachined silicon wafers used to fabricate a micro-optical switch; J. Microtech. Microeng. 3 (1993). Here, a so-called combdrive moves a mirrored silicon surface to switch between two beam paths. The light is coupled into the system via optical fibers. Ball lenses at the respective fiber ends focus the light into the beam paths etched from silicon on the movable deflecting mirror. This approach requires a reflective surface and two lenses to guide a beam. The entire system requires two reflective surfaces and four spherical lenses. This results in higher optical losses than those that occur with the direct coupling of fibers.

Ein anderer Weg, elektrostatische Kräfte für optische Schalter zu benutzen, ist die Idee eines deformierbaren Spiegels, wie er in Y. Peter, F. Gonte, H.P. Herzig, R. Dändliker: Micro-optical Fiber switch for a Large Numer of interconnects Using a Deformable Mirror; IEEE Photonics Technology Letters, Vol 4, No. 3, March 2002 gezeigt ist. Bei diesem Prinzip, das aus der Astronomie als adaptive Optik bekannt ist, wird ein im Vergleich zum Durchmesser dünner Spiegel an verschiedenen Stellen deformiert, um nahezu beliebige Oberflächenformen zu erzeugen. Lichtsignale aus einer Eingangsfaser werden über eine Linse auf den deformierbaren Spiegel fokussiert, dort in die gewünschte Richtung reflektiert und dann über eine Linse in die Ausgangsfaser fokussiert. Der deformierbare Spiegel besteht aus einer in Silizium geätzten Membran und wird von der Rückseite elektrostatisch mit mehreren Gegenelektroden an den verschiedenen Positionen ausgelenkt. Das Gesamtsystem lässt sich feinwerktechnisch fertigen, ist aber mit den Batch-Methoden der Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik nicht zu realisieren. Vorteil des Systems ist die sehr große mögliche Anzahl an Ausgangsfasern, Nachteile des Systems sind der hohe Preis des Gesamtsystems und der wenig robuste Aufbau.Another way, electrostatic personnel for optical Using switches is the idea of a deformable mirror as in Y. Peter, F. Gonte, H.P. Herzig, R. Dändliker: Micro-optical fiber switch for a Large Numer of interconnects Using a Deformable Mirror; IEEE Photonics Technology Letters, Vol 4, No. 3, March 2002 is. With this principle, which comes from astronomy as adaptive optics is known, a mirror is thin compared to the diameter deformed at various points to create almost any surface shape to create. Light signals from an input fiber are transmitted via a Focused lens on the deformable mirror, there in the desired direction reflected and then over a lens focused into the output fiber. The deformable mirror consists of an etched in silicon Membrane and is from the back electrostatically with several counter electrodes on the different ones Positions deflected. The entire system can be fine-tuned manufacture, but is using the batch methods of microelectronics and microsystem technology. The advantage of the system is the very large possible number of starting fibers, Disadvantages of the system are the high price of the overall system and the less robust construction.

Elektrostatisch ausgelenkte reflektierende oder transmittierende Zonenplatten können ebenfalls als optische Schalter benutzt werden. Einen Ansatz in diese Richtung zeigt D.S. Greywall: A micromechanical optical switch with a zone-plate reflector; J. Physics D: Applied Physics 30 (1997) auf. Hier wird das Signal einer Eingangsfaser durch Verkip pen der Zonenplatte in verschiedene Richtungen gelenkt. Diese Anordnung ist aufgrund des sehr geringen Gewichts der auszulenkenden Struktur und des geringen Verkippungswinkels sehr schnell (f > 1 MHz). Die Fertigung jedoch ist komplex, was einer Forderung nach einem low-cost-System widerspricht. Darüber hinaus treten vergleichsweise hohe optische Verluste auf.Reflecting electrostatically deflected or transmitting zone plates can also be used as optical Switches are used. D.S. shows an approach in this direction. Greywall: A micromechanical optical switch with a zone-plate reflector; J. Physics D: Applied Physics 30 (1997). Here is the signal an input fiber by tilting the zone plate into different ones Directed directions. This arrangement is due to the very small Weight of the structure to be deflected and the small tilt angle very quickly (f> 1 MHz). Manufacturing, however, is complex, which is a requirement contradicts a low-cost system. In addition, comparatively high optical losses.

Ähnlich der Funktionsweise einer Zonenplatte kann auch ein optisches Gitter elektrostatisch gesteuert werden. Kammstrukturen, mit Hilfe des LIGA-Prozesses gefertigt, werden, wie beispielsweise in C. Dai, H. Chen, P. Chang: Fabrication of a micromachined optical modulator using the CMOS process; J. Micromech. Microeng. 11 (2001) gezeigt, lateral gegeneinander verschoben. Durch diese Änderung der Gitterkonstanten wird das reflektierte und gebeugte Licht in verschiedene einstellbare Richtungen gelenkt. Das Beugungsmaximum kann so in eine Ausgangsfaser gelenkt werden. Die Lichtintensität der Nebenmaxima geht jedoch verloren, da es bei diesem planaren Aufbau nicht möglich ist, ein sogenanntes Blaze-Gitter herzustellen. Bei einem Blaze-Gitter wäre der direkt reflektierte Anteil des Lichts auch noch nutzbar. Der Herstellungsprozess dieses Schalters ist jedoch noch nicht ausgereift. Probleme ergeben sich bei der notwendigen Strukturgenauigkeit. Genauigkeiten im Bereich von λ/4 sind notwendig. Sichtbares Licht liegt im Wellenbereich von λ = 400...700 nm, was zu einer erforderlichen Herstellungsgenauigkeit von 100nm führt. Die Auslenkung der Kammstrukturen ist in dieser Genauigkeit bisher nicht erreicht worden, da die erforderlichen niedrigen Fertigungstoleranzen in Verbindung mit der notwendigen Positioniergenauigkeit große Probleme bereiten.Similar An optical grating can also function as a zone plate can be controlled electrostatically. Comb structures, with the help of the LIGA processes are manufactured, such as in C. Dai, H. Chen, P. Chang: Fabrication of a micromachined optical modulator using the CMOS process; J. Micromech. Microeng. 11 (2001) shown laterally shifted against each other. This change in the lattice constant will the reflected and diffracted light in various adjustable Directed directions. The diffraction maximum can thus be in an output fiber be directed. However, the light intensity of the secondary maxima goes lost because with this planar structure it is not possible to produce a so-called blaze grid. With a blaze grid would be the directly reflected portion of the light can also be used. The manufacturing process however, this switch is not yet mature. Problems arise the necessary structural accuracy. Accuracies in the area from λ / 4 is needed. Visible light is in the wave range of λ = 400 ... 700 nm, which leads to a required manufacturing accuracy of 100 nm. The Deflection of the comb structures has so far not been so precise has been achieved because the required low manufacturing tolerances in Combined with the necessary positioning accuracy, big problems prepare.

Weiterhin kann bei bekannten optischen Schaltern mit indirekter Kopplung ein elektromagnetischer Antrieb vorgesehen sein, wie er beispielsweise in N. Maekoba, P. Helin, G. Reyne, T. Bourouina, H. Fujita: Modeling and Optimization of Bi-stable Optical Switch gezeigt ist. Bei diesem System wird ein Elektromagnet zur Auslenkung eines Spiegels benützt. Der Spiegel befindet sich am Ende eines im Vergleich zu den Spiegeldimensionen langen Auslegers aus Silizium. Durch elektromagnetische Kräfte wird der Spiegel gekippt und das einfallende Licht auf verschiedene Ausgangspunkte gelenkt. Dieses technologisch sehr anspruchsvolle System gehört jedoch nicht in die Kategorie der low-cost-Systeme.Furthermore, in known optical Switch with indirect coupling an electromagnetic drive be provided, as for example in N. Maekoba, P. Helin, G. Reyne, T. Bourouina, H. Fujita: Modeling and Optimization of Bi-stable optical switch is shown. With this system a Electromagnet used to deflect a mirror. The mirror is located at the end of a long arm compared to the mirror dimensions made of silicon. The mirror is tilted by electromagnetic forces and direct the incident light to different starting points. However, this technologically very sophisticated system belongs not in the category of low-cost systems.

Grundsätzlich kann man bei elektrostatischen Antrieben für optische Schalter zwischen folgenden Konzepten unterscheiden:

  • – Interdigitalkondensatoren,
  • – Parallelplatten-Antriebe,
  • – Wanderkeil-Antriebe.
Basically, a distinction can be made between the following concepts for electrostatic drives for optical switches:
  • - interdigital capacitors,
  • - parallel plate drives,
  • - Walking wedge drives.

Die vorliegende Erfindung basiert auf dem physikalischen Prinzip der Parallelplatten- und Wanderkeil-Antriebe, deren Funktion und Stand der Technik im folgenden kurz erläutert werden sollen.The present invention is based on the physical principle of parallel plate and traveling wedge drives, their function and prior art are briefly explained below should.

Ein Parallelplattenantrieb besteht im einfachsten Fall aus zwei einander gegenüberliegenden Plattenelektroden, von denen eine elastisch, z. B. mittels Biegefedern, gelagert ist und somit bewegt werden kann. Die Elektroden sind bei dieser Ausführung mechanisch wesentlich steifer als die elastische Aufhängung, so dass nur die Biegefedern sich verformen. Eine weitere Variante verwendet eine elastische Platte, Membran oder einen elastischen Balken und eine starre Gegenelektrode. In der elastischen Platte sind die Funktionen „Elektrode" und „Aufhängung" in einem Bauteil vereint. Dies ist auch bei dem beweglichen Lichtwellenleiter gemäß der vorliegenden Erfindung der Fall. Das Verhalten der erfindungsgemäßen Struktur ist jedoch dem Aufbau mit starren Elektroden prinzipiell ähnlich und kann anhand von diesen einfach verdeutlicht werden: Die elektrostatische Kraft übt auf die beweglich gelagerte Platte eine anziehende Wirkung aus. Diese Kraft lässt sich bei einer Parallelplattenstruktur mittels

Figure 00050001
mit
ε0 = Dielektrizitätskonstante,
U = elektrische Spannung,
A = Elektrodenfläche,
d = Elektrodenabstand
darstellen.A parallel plate drive consists in the simplest case of two opposing plate electrodes, one of which is elastic, e.g. B. is stored by means of spiral springs and can thus be moved. In this version, the electrodes are mechanically much stiffer than the elastic suspension, so that only the spiral springs are deformed. Another variant uses an elastic plate, membrane or an elastic beam and a rigid counter electrode. The functions are in the elastic plate "Electrode" and "suspension" combined in one component. This is also the case with the movable optical waveguide according to the present invention. The behavior of the structure according to the invention is, however, in principle similar to the structure with rigid electrodes and can easily be illustrated on the basis of these: the electrostatic force exerts an attractive effect on the movably mounted plate. This force can be achieved with a parallel plate structure
Figure 00050001
With
ε 0 = dielectric constant,
U = electrical voltage,
A = electrode area,
d = electrode spacing
represent.

Die mechanische Rückstellkraft der Biegefedern geht folgendermaßen ein: FR(x) = K*x Gl. (2)mit
K = effektive Federkonstante der Biegefedern,
x = Auslenkung der beweglichen Platte aus der Ruhelage.The mechanical restoring force of the spiral springs is as follows: F R (x) = K * x Eq. (2) With
K = effective spring constant of the spiral springs,
x = deflection of the movable plate from the rest position.

Die elektrostatische Kraft wächst nach Gl. (1) quadratisch mit abnehmendem Elektrodenabstand, die mechanische Rückstellkraft wächst nach Gl. (2) nur linear mit der Verbiegung der Aufhängung. Daraus ergibt sich ein spezifischer Elektrodenabstand, bei dem die elektrostatische Kraft die rückstellende Kraft überwiegt. Die elektrische Spannung, die nötig ist, um diesen Punkt zu erreichen, wird pull-in Spannung UP genannt. Durch Einsetzen von xP = (1/3)*d für den Elektrodenabstand, bei dem exakt ein Kräftegleichgewicht herrscht, ergibt sich für die pull-in Spannung UP:

Figure 00060001
mit
K = Federkonstante,
d = anfänglicher Elektrodenabstand,
ε0 = Dielektrizitätskonstante
A = Elektrodenfläche.The electrostatic force grows according to Eq. (1) square with decreasing electrode distance, the mechanical restoring force increases according to Eq. (2) only linear with the bending of the suspension. This results in a specific electrode spacing in which the electrostatic force outweighs the restoring force. The electrical voltage required to reach this point is called pull-in voltage U P. By inserting x P = (1/3) * d for the electrode spacing, where there is exactly a balance of forces, the pull-in voltage U P results in:
Figure 00060001
With
K = spring constant,
d = initial electrode spacing,
ε 0 = dielectric constant
A = electrode area.

Unterhalb der Grenze xP ist die Position x der beweglichen Struktur über die angelegte Spannung U regelbar. Überschreitet die bewegliche Struktur die Grenze xP, so dominiert die elektrostatische Anziehungskraft über die mechanische Rückstellkraft und die Struktur klappt abrupt auf die Gegenelektrode. Eine definierte Position der beweglichen Struktur kann folglich nur unterhalb des Elektrodenabstands x = (1/3)*d realisiert werden.Below the limit x P , the position x of the movable structure can be regulated via the applied voltage U. If the movable structure exceeds the limit x P , the electrostatic attraction dominates over the mechanical restoring force and the structure abruptly folds onto the counter electrode. A defined position of the movable structure can therefore only be realized below the electrode distance x = (1/3) * d.

Bei einer einseitig eingespannten beweglichen Struktur besteht ein analoges Verhalten zum Plattenkondensator. Auch in diesem Fall existiert ein regelbarer Bereich der Auslenkung. Die Grenze zum „Schnappen" wird in etwa bei einer Auslenkung am Faserende von xP = 0,45*d erreicht.With a movable structure clamped on one side, there is an analogous behavior to the plate capacitor. In this case, too, there is an adjustable range of deflection. The "snapping" limit is roughly reached with a deflection at the fiber end of x P = 0.45 * d.

Parallelplattenantriebe der genannten Art werden in der Mikro- und Makrotechnik sehr vielseitig eingesetzt. Beispielhaft seien hier die Schriften H. Kaekoba, P. Helin, G. Reyne, T. Bourouina, H. Fujita: Modeling and Optimation of Bi-stable Optical Switch und S. Kluge, G. Klink, M. Biller, B. Hillerich, P. Woias: On the static and dynamic Behaviour of an electrostatically movable plate acutator, Proc. of the Actuator '98 Conference, 17.–19. Juni 1998, Bremen, genannt.Parallel plate drives of the above Art are used in a wide variety of ways in micro and macro technology. The writings H. Kaekoba, P. Helin, G. Reyne, T. Bourouina, H. Fujita: Modeling and Optimization of Bi-stable Optical Switch and S. Kluge, G. Klink, M. Biller, B. Hillerich, P. Woias: On the static and dynamic behavior of an electrostatically movable plate actuator, Proc. of the Actuator '98 Conference, 17th – 19th June 1998, Bremen.

Anstelle des Parallelplattenantriebs kann auch ein Wanderkeil-Antrieb verwendet werden, um die benötigte Spannung U zu reduzieren. Im folgenden soll das Prinzip kurz er läutert werden. Der Wanderkeilantrieb, der im Englischen oft auch als „curved electrode" bezeichnet wird, verwendet zwei Kondensatorelektroden, von denen eine feststehend, die andere flexibel ist. Siehe hierzu beispielsweise G. Sattler, P. Voigt, H. Pradel, G. Wachutka: Innovative Design and modelling of a micromechanical relay with electrostatic actuation; J. Micromech. Microeng. 11 (2001). Beide Elektroden sind nicht in konstantem Abstand zueinander, sondern in Form eines Keils spitzwinklig zueinander angeordnet. Sobald eine genügend hohe Spannung angelegt wird, entsteht in der Spitze des Keils eine Zone, in der durch den geringen Abstand der Elektroden eine erhöhte Kraftwirkung und im Extremfall sogar ein sogenannter Pull-in stattfindet. Dies führt dazu, dass dieser Teil der flexiblen Struktur sich an die feststehende Elektrode annähert und sich im Extremfall sogar anschmiegt. Unmittelbar neben dem aktuierten Bereich entsteht dadurch wiederum ein geringer Elektrodenabstand, der den oben beschriebenen Effekt ermöglicht. Bei längerem Anliegen der Spannung wandert der keilförmige Spalt zwischen den Elektroden allmählich in Richtung der Längsachse des Antriebs, bis schließlich die gesamte flexible Elektrode an der Gegenelektrode anliegt. Die insgesamt benötigte Aktorspannung ist bei geeigneter Auslegung wesentlich geringer als beim Parallelplatten-Antrieb. Neben den gekrümmten flexiblen Elektroden können auch gekrümmte starre Elektroden, wie dies beispielsweise in I. Schiele, B. Hillerich: Comparison of lateral and vertical switches for application as microrelays; J. Micromech. Microeng. 9 (1999) gezeigt ist, verwendet werden.Instead of the parallel plate drive, a traveling wedge drive can also be used to reduce the required voltage U. The principle is briefly explained below. The traveling wedge drive, which is often referred to in English as "curved electrode", uses two capacitor electrodes, one of which is fixed, the other flexible. See, for example, G. Sattler, P. Voigt, H. Pradel, G. Wachutka: Innovative Design and modeling of a micromechanical relay with electrostatic actuation; J. Micromech. Microeng. 11 (2001). The two electrodes are not arranged at a constant distance from each other, but in the form of a wedge at an acute angle to one another. As soon as a sufficiently high voltage is applied, in a zone in the tip of the wedge in which the increased distance between the electrodes results in an increased force effect and in extreme cases even a so-called pull-in. This means that this part of the flexible structure approaches the fixed electrode and in extreme cases even right next to it The actuated area in turn results in a small electrode spacing, which enables the effect described above. When the voltage is applied for a longer time, the wedge-shaped gap between the electrodes gradually moves in the direction of the longitudinal axis of the drive until finally the entire flexible electrode rests on the counter electrode. With a suitable design, the total actuator voltage required is significantly lower than with a parallel plate drive. In addition to the curved flexible electrodes, curved rigid electrodes, as described, for example, in I. Schiele, B. Hillerich: Comparison of lateral and vertical switches for application as microrelays; J. Micromech. Microeng. 9 (1999) can be used.

Neben dem Parallelplattenantrieb mit bewegten Platten ist ein Antrieb denkbar, der auf dem physikalischen Prinzip der Energieminimierung beruht. Hierbei wird ein elektrisch isolierender Körper mit einer relativen Dielektrizitätskonstante, die größer als eins ist, durch Polarisierungseffekte in das Feld eines Plattenkondensators gezogen.In addition to the parallel plate drive with moving plates, a drive is conceivable that is based on the physical Principle of energy minimization is based. This is an electric isolating body with a relative dielectric constant, the bigger than one is through polarization effects in the field of a plate capacitor drawn.

Der Effekt basiert auf den unterschiedlichen dielektrischen Konstanten des Kondensatorinneren und des bewegten Mediums. Das innerhalb des Feldes befindliche zu bewegende Medium besitzt eine höhere relative Dielektrizitätskonstante als die umgebende Luft. Die Natur strebt immer einem Zustand möglichst niedriger Energie zu. Die Energie des Gesamtaufbaus wird minimal, wenn sich die Faser innerhalb eines an beiden Rändern ungestörten Bereichs des Kondensatorfeldes aufhält. Die resultierende Kraft zeigt also immer auf den geometrischen Mittelpunkt der Elektrodenanordnung, d.h. das Zentrum des Kondensators. Dieser Effekt erlaubt somit prinzipiell die Bewegung eines isolierenden Körpers in einer Ebene.The effect is based on the different dielectric constants of the capacitor interior and the moving Medium. The medium to be moved within the field has a higher one relative dielectric constant than the surrounding air. Nature always strives for a state as possible lower energy too. The energy of the overall structure is minimal, if the fiber is within an undisturbed area on both edges of the capacitor field. The resulting force always points to the geometric center the electrode arrangement, i.e. the center of the capacitor. This Effect basically allows the movement of an isolating one body in one level.

Im Unterschied zum Parallelplattenabstand ist die entstehende Aktorkraft in erster Näherung wegunabhängig. Sie kann bei einem Kondensator mit Luftisolation durch folgende Gleichung approximiert werden:

Figure 00080001
mit
ε0 = Dielektrizitätskonstante des Vakuums
εr = relative Dielektrizitätskonstante des Mediums, das im Feldraum bewegt wird
U = elektrische Spannung,
t = Tiefe der Elektroden (quer zur Bewegungsrichtung),
d = Abstand der KondensatorelektrodenIn contrast to the distance between the parallel plates, the resulting actuator force is independent of the path at first approximation. It can be approximated for a capacitor with air insulation using the following equation:
Figure 00080001
With
ε 0 = dielectric constant of the vacuum
ε r = relative dielectric constant of the medium that is moved in the field
U = electrical voltage,
t = depth of the electrodes (transverse to the direction of movement),
d = distance of the capacitor electrodes

Man erkennt, dass die Kraft unabhängig vom zurückgelegten Weg ist, dies gilt allerdings streng nur für unendlich ausgedehnte Geometrien und die Vernachlässigung von Randeffekten. Des weiteren erkennt man, dass hier, im Unterschied zum Parallelplattenantrieb, kein Pull-in-Effekt besteht.You can see that the force is independent of covered Is gone, but this applies strictly only to infinitely extended geometries and neglect of edge effects. Furthermore you can see that here, in difference to the parallel plate drive, there is no pull-in effect.

Eine Anwendung dieses physikalischen Prinzips zur Bewegung von Festkörpern ist in der Mikrosystemtechnik bislang nicht bekannt.An application of this physical Principle for the movement of solids is not yet known in microsystem technology.

Um die genannten Nachteile der oben skizzierten Prinzipien zu umgehen, kann die auszulenkende Lichtleitfaser selbst als eine Elektrode des elektrostatischen Antriebs fungieren, indem sie mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen wird. Ein derartiger faseroptischer Schalter ist aus der Britischen Patentschrift GB 1 598 334 bekannt. Der dort gezeigte faseroptische Schalter weist eine Eingangsfaser und mindestens eine Ausgangsfaser sowie ein Paar paralleler Elektroden, zwischen denen diese Fasern montiert sind, auf. Die Eingangsfaser ist dabei mit einer Beschichtung aus leitfähigem Material versehen und die Fasern sind so angeordnet, dass beim Anlegen einer Potentialdifferenz zwischen den Elektroden und zwischen einer oder beiden Elektroden und der leitfähigen Beschichtung der Eingangsfasern der elektrostatische Feldgradient dazu führt, dass die Eingangsfaser ausgelenkt wird, um mit der Ausgangsfaser entweder verbunden oder entkoppelt zu werden. Auch eine Anordnung mit einem Paar von Eingangs- oder Ausgangsfasern ist in dieser Druckschrift gezeigt. Die Elektroden sind aus Aluminium herge stellt und die benötigte Isolation zwischen der Faser und der Aluminiumelektrode wird durch eine anodische Oxidation der Aluminiumelektroden hergestellt. Der hier gezeigte optische Schalter hat jedoch den Nachteil, dass er empfindlich gegenüber Einflüssen der Gravitation sowie gegenüber Vibrationen und Stößen reagiert und daher nicht für den Einsatz in vibrationsreicher Umgebung (Automobil, Industrie-Messtechnik, Luftfahrt, Schifffahrt usw.) geeignet ist. Darüber hinaus ist für die mit dieser Anordnung erforderlich Längenbegrenzung der bewegten Faser eine Erhöhung der Betriebsspannung erforderlich, was für einen Einsatz in portablen, batteriebetriebenen Systemen nachteilig ist. Für die Justage der miteinander zu koppelnden Lichtleitfasern sind gesondert hergestellte Justagestrukturen, die in der 2 gezeigten V-förmigen Vertiefungen, erforderlich.In order to avoid the disadvantages of the principles outlined above, the optical fiber to be deflected can itself function as an electrode of the electrostatic drive by being provided with an electrically conductive coating. Such a fiber optic switch is from the British patent GB 1 598 334 known. The fiber optic switch shown there has an input fiber and at least one output fiber and a pair of parallel electrodes, between which these fibers are mounted. The input fiber is provided with a coating of conductive material and the fibers are arranged so that when a potential difference is applied between the electrodes and between one or both electrodes and the conductive coating of the input fibers, the electrostatic field gradient leads to the input fiber being deflected, to either be connected or uncoupled to the output fiber. An arrangement with a pair of input or output fibers is also shown in this document. The electrodes are made of aluminum and the required insulation between the fiber and the aluminum electrode is produced by anodic oxidation of the aluminum electrodes. However, the optical switch shown here has the disadvantage that it is sensitive to the effects of gravity and to vibrations and shocks and is therefore not suitable for use in a vibration-rich environment (automotive, industrial metrology, aviation, shipping, etc.). In addition, an increase in the operating voltage is required for the length limitation of the moving fiber required with this arrangement, which is disadvantageous for use in portable, battery-operated systems. For the adjustment of the optical fibers to be coupled to one another, there are separately produced adjustment structures which are in the 2 V-shaped depressions shown, required.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte faseroptische Schaltvorrichtung, die kosteneffizient hergestellt werden kann, eine kompakte Baugröße aufweist und den Einsatz in mobilen Einheiten ermöglicht, sowie ein zugehöriges Herstellungsverfahren anzugeben.The object of the present invention therefore consists in an improved fiber optic switching device, which can be manufactured cost-effectively, has a compact size and enables use in mobile units, as well as an associated manufacturing process specify.

Diese Aufgabe wird durch eine faseroptische Schaltvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Herstellungsvertahren mit den Schritten nach Patentanspruch 33 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand mehrerer Unteransprüche.This object is achieved by a fiber optic switching device with the features of the patent claim 1 and solved by a manufacturing process with the steps of claim 33. Advantageous developments of the invention are the subject of several dependent claims.

Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Konstruktion der Schaltvorrichtung mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse, dessen Innenwandung teilweise von der mindestens einen Steuerelektrode gebildet ist, eine wesentlich größere Flexibilität bezüglich der Elektrodengestaltung ermöglicht und darüber hinaus besonders einfache Realisierungsmöglichkeiten für die Justierung der miteinander zu koppelnden Lichtleitfasern bietet. Probleme mit der Zuverlässigkeit infolge von Gravitations- und Erschütterungseinflüssen können mit der erfindungsgemäßen Lösung überwunden werden, weil ohne Aufwand zusätzliche Ruhesteuerelektroden eingeführt werden können, welche die bewegte Faser in einer definierten Ruhelage halten. Zudem kann durch eine Segmentierung der Steuerelektroden jede einzelne Lichtleitfaser definiert in ihrer Position gehalten werden. Die ertindungsgemäße faseroptische Schaltvorrichtung kann daher auch in mobilen Systemen eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft kann die erfindungsgemäße faseroptische Schaltvorrichtung als Messmultiplexer für die Messtechnik, insbesondere die Umweltmesstechnik und die Automatisierungstechnik, eingesetzt werden. In diesen Bereichen zählen neben dem günstigen Preis auch noch die kompakte Größe und Mobilität der Komponente. Die Option eines frei einstellbaren Übertragungsverhältnisses zwischen zwei Kanälen (Glasfasern) kommt insbesondere in diesen Anwendungsbereichen zum Einsatz: Mess- und Refererenzsignale können sowohl einzeln mit hoher Kanaltrennung zur Kalibrierung eines Systems wie auch gemischt übertragen werden.The present invention is based recognizing that a construction of the switching device with an electrically insulating housing, the inner wall of which is partially is formed by the at least one control electrode, an essential greater flexibility in terms of Electrode design enables and above In addition, particularly simple implementation options for the adjustment which offers optical fibers to be coupled together. problems with of reliability due to gravitational and vibration influences can with overcome the solution of the invention be additional because no effort Calm control electrodes introduced can be which keep the moving fiber in a defined rest position. moreover can segment each of the control electrodes Optical fiber can be held in its defined position. The fiber optic according to the invention Switching device can therefore also be used in mobile systems become. The fiber optic according to the invention can be particularly advantageous Switching device as a measurement multiplexer for measurement technology, in particular environmental measurement technology and automation technology become. Count in these areas in addition to the cheap Price also the compact size and mobility of the component. The option of a freely adjustable transmission ratio between two channels (Glass fibers) is particularly useful in these areas of application Use: Measurement and reference signals can be both individually with high Channel separation for calibration of a system as well as mixed transmission become.

Versieht man die bewegliche Lichtleitfaser mit einer elektrisch leitenden Beschichtung, z. B. aus aufgedampftem Aluminium oder anderen Metallen, kann eine besonders hohe Kraftwirkung zwischen der Steuerelektrode und der beweglichen Lichtleitfaser erreicht werden.If you provide the movable optical fiber with an electrically conductive coating, e.g. B. from evaporated Aluminum or other metals can have a particularly high force between the control electrode and the movable optical fiber can be achieved.

Dadurch, dass die bewegliche Lichtleitfaser zum Festlegen mindestens einer definierten räumlichen Lage mit einem Justagebereich der Innenwandung des isolierenden Gehäuses in Anlage bringbar ist, können optimale optische Kopplungseigenschaften sichergestellt werden.The fact that the movable optical fiber for defining at least one defined spatial position with an adjustment area the inner wall of the insulating housing can be brought into contact, can be optimal optical coupling properties can be ensured.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform hat das isolierende Gehäuse in einem Auslenkbereich der beweglichen Lichtleitfaser einen im wesentlichen rechteckförmigen Innenquerschnitt. Neben einer vereinfachten Herstellbarkeit mittels mikromechanischer Prozessschritte bietet diese Ausgestaltung außerdem den Vorteil, dass hierdurch eine Aktorkammer mit begrenzter Höhe gebildet wird, die den Bewegungsspielraum der Faser beschränken kann.According to an advantageous embodiment has the insulating housing in a deflection area of the movable optical fiber essentially rectangular Internal cross-section. In addition to a simplified manufacturability by means of This embodiment also offers micromechanical process steps Advantage that this forms an actuator chamber with a limited height that can limit the range of motion of the fiber.

Bei einem solchen rechteckförmigen Innenquerschnitt kann der Justagebereich durch eine Ecke des Innenquerschnitts gebildet sein. Dies bietet den Vorteil, dass keine gesonderten aufwändigen Justagestrukturen angebracht werden müssen und die Anordnung mit einem rein planaren Mikrosystemtechnikverfahren herstellbar ist. Eine dreidimensionale präzise Bearbeitung ist nicht mehr erforderlich.With such a rectangular inner cross section the adjustment area can be formed by a corner of the inner cross section his. This offers the advantage that there are no separate complex adjustment structures must be attached and the arrangement with a purely planar microsystem technology process can be produced. A three-dimensional precise processing is not more needed.

Einen besonders robusten und leicht zu fertigenden Aufbau erhält man, indem die Steuerelektrode so angeordnet ist, dass die bewegliche Lichtleitfaser quer zu ihrer Längsachse in nur einer Ebene auslenkbar ist. Insbesondere können bei dieser Ausgestaltung entsprechende Führungen vorgesehen werden, welche die mechanische Stabilität des Gesamtaufbaus erhöhen.A particularly robust and light structure to be manufactured one by arranging the control electrode so that the movable Optical fiber transverse to its longitudinal axis can be deflected in only one plane. In particular, at corresponding guides are provided for this configuration, which the mechanical stability increase the overall structure.

Alternativ kann vorgesehen werden, dass die bewegliche Lichtleitfaser quer zu ihrer Längsachse in mindestens zwei Ebenen auslenkbar ist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil einer kompakteren Gestaltung von faseroptischen Schaltvorrichtungen mit einer Vielzahl von Eingangs- und Ausgangslichtleitfasern. Insbesondere Mehrfachmultiplexer können ohne wesentliche Komplizierung der Fertigungstechnik hergestellt werden. Eine Schaltposition des Multiplexers kann darüber hinaus als Ruhestellung der Eingangsfaser genutzt werden.Alternatively, it can be provided that the movable optical fiber is transverse to its longitudinal axis can be deflected in at least two levels. This embodiment offers the advantage of a more compact design of fiber optics Switching devices with a large number of input and output optical fibers. In particular Multiple multiplexers can can be produced without significant complication of the manufacturing technology. A switching position of the multiplexer can also be used as a rest position the input fiber can be used.

Entsprechend den Anforderungen an den Herstellungsprozess, die Kosten, die Präzision sowie die dielektrischen Eigenschaften kann das isolierende Gehäuse aus verschiedenen Materialien gefertigt werden. Eine weitgehende Kompatibilität mit mikroelektronischen Prozessen sowie eine hochpräzise Herstellbarkeit erreicht man durch Verwendung einkristallinen Siliziums. Glas und Keramik bieten dagegen den Vorteil eines niedrigeren Materialpreises. Elektrisch isolierende Kunststoffe schließlich sind besonders kostengünstig in der Herstellbarkeit und bieten darüber hinaus den Vorteil des geringeren Gewichts.According to the requirements the manufacturing process, the cost, the precision and the dielectric The insulating housing can be made of different materials are manufactured. Extensive compatibility with microelectronic processes as well as a highly precise Producibility is achieved by using single-crystalline silicon. Glass and ceramics, on the other hand, offer the advantage of a lower material price. Finally, electrically insulating plastics are particularly inexpensive the manufacturability and also offer the advantage of lighter weight.

Um die erforderliche elektrische Isolation zwischen der Steuerelektrode und der metallischen Beschichtung der beweglichen Lichtleitfaser herzustellen, können entweder die Steuerelektrode oder die bewegliche Lichtleitfaser oder auch beide mit einer nicht leitenden Schicht versehen sein. Während die Isolation der Steuerelektrode besonders leicht in den Herstellungsprozess des Gehäuses integriert werden kann, bietet die Beschichtung der Lichtleitfaser mit einer nicht leitenden Außenbeschichtung den Vorteil, dass diese Isolation neben der erforderlichen Isolation zur Steuerelektrode eine Schutzschicht gegen mechanische Belastung der Lichtleitfaser und gleichzeitig eine Antireflexbeschichtung am Faserende bilden kann.To the required electrical Isolation between the control electrode and the metallic coating The movable optical fiber can be used to manufacture either the control electrode or the movable optical fiber or both with one not conductive layer. During the insulation of the control electrode integrated particularly easily into the manufacturing process of the housing offers the coating of the optical fiber with a non-conductive outer coating the advantage that this insulation in addition to the required insulation to the control electrode a protective layer against mechanical stress the optical fiber and at the same time an anti-reflective coating can form at the fiber end.

Beispielsweise kann die nicht leitende Außenbeschichtung der beweglichen Lichtleitfaser aus einem in dem zu übertragenden Wellenlängenbereich optisch transparenten Material, vorzugsweise Magnesiumfluorid, bestehen, das durch Wahl der richtigen Schichtdicke am Faserende die Reflektivität von ca. 4 % auf ca. 1,8 % reduzieren kann. Dadurch werden die Übertragungsverluste und das Übersprechen verringert. Die physikalische Schichtdicke kann dabei so eingestellt werden, dass die optische Schichtdicke den Wert n·(λ/4) mit n = 1, 3, 5, 7 ..., d. h. ein ungeradzahliges Vielfaches von einem Viertel der zu übertragenden Lichtwellenlänge beträgt. Die optische Schichtdicke errechnet sich dabei aus dem Produkt von physikalischer Schichtdicke und dem Brechungsindex des Beschichtungsmaterials. Im Bereich des sichtbaren Lichtes ergibt sich für Magnesiumfluorid damit eine minimale physikalische Schichtdicke von etwa 120 nm.For example, the non-conductive outer coating of the movable optical fiber can consist of a material that is optically transparent in the wavelength range to be transmitted, preferably magnesium fluoride, which can reduce the reflectivity from approx. 4% to approx. 1.8% by choosing the correct layer thickness at the fiber end. This reduces transmission losses and crosstalk. The phy The physical layer thickness can be set so that the optical layer thickness has the value n · (λ / 4) with n = 1, 3, 5, 7 ..., ie an odd multiple of a quarter of the light wavelength to be transmitted. The optical layer thickness is calculated from the product of the physical layer thickness and the refractive index of the coating material. In the visible light range, this results in a minimum physical layer thickness of approximately 120 nm for magnesium fluoride.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden faseroptischen Schaltvorrichtung kann mindestens eine zweite Lichtleitfaser beweglich sein, mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen sein und es kann mindestens eine weitere Steuerelektrode zum Erzeugen eines elektrostatischen Feldes, das die räumliche Lage der zweiten Lichtleiffaser steuert, vorgesehen sein. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die beiden zu koppelnden Fasern optimal aufeinander justiert werden können.According to an advantageous development the present fiber optic switching device can at least a second optical fiber can be movable, with an electrical conductive coating and there may be at least one additional control electrode for generating an electrostatic field, that the spatial Controls the position of the second optical fiber, may be provided. This embodiment offers the advantage that the two fibers to be coupled are optimal can be adjusted to each other.

Dabei kann zur Vereinfachung der Ansteuerung und Geometrie die weitere Steuerelektrode einstückig mit der ersten Steuerelektrode ausgeführt sein.It can simplify the Control and geometry integrally with the other control electrode the first control electrode.

Sieht man in dem isolierenden Gehäuse zur mechanischen Halterung der beweglichen Lichtleitfaser und/oder der zweiten Lichtleitfaser mindestens eine Führung vor, kann die Montage der Lichtwellenleiter stark vereinfacht werden.You can see in the insulating housing mechanical holder of the movable optical fiber and / or the second optical fiber at least one guide, the assembly can the optical fiber can be greatly simplified.

Eine besonders kostengünstige und effiziente Herstellbarkeit erreicht man, indem das isolierende Gehäuse als ein Grundkörper und ein davon getrennter Deckel hergestellt wird.A particularly inexpensive and Efficient producibility can be achieved by using the insulating housing as a basic body and a separate cover is produced.

In diesem Fall kann die Führung der Lichtleitfasern durch einen Graben in dem Grundkörper gebildet werden.In this case, the leadership of the Optical fibers are formed by a trench in the base body.

Ein optimales Design der Steuerelektroden bei gleichzeitig effizienter Lichtwellenleiterführung erreicht man, wenn der Grundkörper eine im wesentlichen wannenförmige Aktorkammer aufweist, an deren Innenwandung die mindestens eine Steuerelektrode angebracht ist.An optimal design of the control electrodes with at the same time efficient fiber optic routing you can achieve if the body an essentially trough-shaped Has actuator chamber, on the inner wall of which at least one Control electrode is attached.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen faseroptischen Schaltvorrichtung kann in dem elektrisch isolierenden Gehäuse ein Immersions-Öl eingebracht sein, von dem die bewegliche Lichtleitfaser zumindest teilweise umgeben ist. Durch diese Maßnahme, die z. B. aus der Mikroskopie bekannt ist, können Verluste minimiert werden. Darüber hinaus kann durch ein Immersions-Öl mit einer relativen Dielektrizi tätskonstante von εr > 1 erreicht werden, dass die elektrostatischen Kräfte vergrößert werden und daher die benötigte Steuerspannung geringer wird. Schließlich kann eine solche Füllung zu einer mechanischen Dämpfung der bewegten Faser und damit zum prellfreien Schalten führen.According to an advantageous development of the fiber-optic switching device according to the invention, an immersion oil can be introduced into the electrically insulating housing and at least partially surrounds the movable optical fiber. By this measure, the z. B. is known from microscopy, losses can be minimized. In addition, an immersion oil with a relative dielectric constant of ε r > 1 can increase the electrostatic forces and therefore reduce the control voltage required. Finally, such a filling can lead to mechanical damping of the moving fiber and thus to bounce-free switching.

Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Ähnliche oder korrespondierende Einzelheiten sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:Based on the in the accompanying drawings The embodiments are explained in more detail below. Similar or corresponding details are the same in the figures Provide reference numerals. Show it:

1 eine perspektivische Darstellung einer faseroptischen Schaltvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform; 1 a perspective view of a fiber optic switching device according to a first embodiment;

2 eine perspektivische Darstellung einer faseroptischen Schaltvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; 2 a perspective view of a fiber optic switching device according to a second embodiment;

3 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 2 entlang der Schnittlinie A-A; 3 a section through the fiber optic switching device of the 2 along the section line AA;

4 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 2 entlang der Schnittlinie B-B; 4 a section through the fiber optic switching device of the 2 along the section line BB;

5 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 2 entlang der Schnittlinie C-C; 5 a section through the fiber optic switching device of the 2 along the section line CC;

6 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 2 entlang der Schnittlinie D-D; 6 a section through the fiber optic switching device of the 2 along the section line DD;

7 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 2 entlang der Schnittlinie E-E; 7 a section through the fiber optic switching device of the 2 along the section line EE;

8 eine perspektivische Darstellung einer faseroptischen Schaltvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform; 8th a perspective view of a fiber optic switching device according to a third embodiment;

9 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 8 entlang der Schnittlinie A'-A'; 9 a section through the fiber optic switching device of the 8th along the section line A'-A ';

10 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 8 entlang der Schnittlinie B'-B'; 10 a section through the fiber optic switching device of the 8th along the section line B'-B ';

11 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 8 entlang der Schnittlinie C'-C'; 11 a section through the fiber optic switching device of the 8th along the section line C'-C ';

12 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 8 entlang der Schnittlinie D'-D'; 12 a section through the fiber optic switching device of the 8th along the section line D'-D ';

13 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 8 entlang der Schnittlinie E'-E'; 13 a section through the fiber optic switching device of the 8th along the section line E'-E ';

14 eine perspektivische Darstellung einer faseroptischen Schaltvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform; 14 a perspective view of a fiber optic switching device according to a fourth embodiment;

15 eine perspektivische Darstellung einer faseroptischen Schaltvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform; 15 a perspective view of a fiber optic switching device according to a fifth embodiment;

16 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 15 entlang der Schnittlinie A''-A''; 16 a section through the fiber optic switching device of the 15 along the cutting line A '' - A '';

17 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 15 entlang der Schnittlinie B''-B''; 17 a section through the fiber optic switching device of the 15 along the section line B '' - B '';

18 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 15 entlang der Schnittlinie D''-D''; 18 a section through the fiber optic switching device of the 15 along the section line D '' - D '';

19 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 15 entlang der Schnittlinie C''-C''; 19 a section through the fiber optic switching device of the 15 along the section line C '' - C '';

20 eine perspektivische Darstellung einer faseroptischen Schaltvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform; 20 a perspective view of a fiber optic switching device according to a sixth embodiment;

21 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 20 entlang der Schnittlinie A'''-A'''; 21 a section through the fiber optic switching device of the 20 along the section line A '''-A''';

22 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 20 entlang der Schnittlinie B'''-B'''; 22 a section through the fiber optic switching device of the 20 along the section line B '''-B''';

23 einen Schnitt durch. die faseroptische Schaltvorrichtung der 20 entlang der Schnittlinie D'''-D'''; 23 a cut through. the fiber optic switching device of the 20 along the section line D '''-D''';

24 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 20 entlang der Schnittlinie C'''-C'''; 24 a section through the fiber optic switching device of the 20 along the section line C '''-C''';

25 eine perspektivische Darstellung einer faseroptischen Schaltvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform; 25 a perspective view of a fiber optic switching device according to a seventh embodiment;

26 eine perspektivische Darstellung einer faseroptischen Schaltvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform; 26 a perspective view of a fiber optic switching device according to an eighth embodiment;

27 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 26 entlang der Schnittlinie AIV-AIV; 27 a section through the fiber optic switching device of the 26 along the section line A IV -A IV ;

28 Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 26 entlang der Schnittlinie BIV-BIV; 28 Section through the fiber optic switching device of the 26 along the section line B IV -B IV ;

29 Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 26 entlang der Schnittlinie DIV-DIV; 29 Section through the fiber optic switching device of the 26 along the section line D IV -D IV ;

30 Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 26 entlang der Schnittlinie CIV-CIV; 30 Section through the fiber optic switching device of the 26 along the section line C IV -C IV ;

31 Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 26 entlang der Schnittlinie EIV-EIV; 31 Section through the fiber optic switching device of the 26 along the section line E IV -E IV ;

32 eine perspektivische Darstellung einer faseroptischen Schaltvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform; 32 a perspective view of a fiber optic switching device according to a ninth embodiment;

33 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 32 entlang der Schnittlinie Av-Av; 33 a section through the fiber optic switching device of the 32 along the section line A v -A v ;

34 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 32 entlang der Schnittlinie Bv-Bv; 34 a section through the fiber optic switching device of the 32 along the section line B v -B v ;

35 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 32 entlang der Schnittlinie Dv-Dv; 35 a section through the fiber optic switching device of the 32 along the section line D v -D v ;

36 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 32 entlang der Schnittlinie Cv-Cv; 36 a section through the fiber optic switching device of the 32 along the section line C v -C v ;

37 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 32 entlang der Schnittlinie Ev-Ev; 37 a section through the fiber optic switching device of the 32 along the section line E v -E v ;

38 eine schematisierte Draufsicht auf einen Grundkörper; 38 a schematic plan view of a base body;

39 eine schematische Draufsicht auf einen Grundkörper gemäß einer weiteren Ausführungsform; 39 a schematic plan view of a base body according to a further embodiment;

40 schematische Draufsicht auf einen Grundkörper gemäß einer weiteren Ausführungsform; 40 schematic plan view of a base body according to a further embodiment;

41 schematische Draufsicht auf einen Grundkörper gemäß einer weiteren Ausführungsform; 41 schematic plan view of a base body according to a further embodiment;

42 schematische Draufsicht auf einen Grundkörper gemäß einer weiteren Ausführungsform; 42 schematic plan view of a base body according to a further embodiment;

43 schematische Draufsicht auf einen Grundkörper gemäß einer weiteren Ausführungsform; 43 schematic plan view of a base body according to a further embodiment;

44 eine Prinzipskizze zur indirekten elektrostatischen Kraftübertragung; 44 a schematic diagram for indirect electrostatic power transmission;

45 eine graphische Darstellung der elektrostatischen Kraft auf eine bewegliche Lichtleitfaser in Abhängigkeit vom Abstand zur Steuerelektrode; 45 a graphical representation of the electrostatic force on a movable optical fiber depending on the distance to the control electrode;

46 eine schematische Darstellung der Lage der Lichtleitfaser im Anfangszustand; 46 a schematic representation of the position of the optical fiber in the initial state;

47 eine schematische Darstellung der Lage der Lichtleitfaser bei maximaler Kraft; 47 a schematic representation of the position of the optical fiber at maximum force;

48 eine schematische Darstellung der Lage der Lichtleitfaser im Endzustand; 48 a schematic representation of the position of the optical fiber in the final state;

49 eine perspektivische Darstellung einer faseroptischen Schaltvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform; 49 a perspective view of a fiber optic switching device according to a tenth embodiment;

50 einen Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 49 entlang der Schnittlinie AVI-AVI; 50 a section through the fiber optic switching device of the 49 along the section line A VI -A VI ;

51 Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 49 entlang der Schnittlinie BVI-BVI; 51 Section through the fiber optic switching device of the 49 along the section line B VI -B VI ;

52 Schnitt durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 49 entlang der Schnittlinie CVI-CVI. 52 Section through the fiber optic switching device of the 49 along the section line C VI -C VI .

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer faseroptischen Schaltvorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform. Es handelt sich hier um einen 1 × 2 Multiplexer, bei dem ein Eingangslichtwellenleiter 101 elektrostatisch auf zwei Ausgangslichtwellenleiter 201 und 202 geschaltet wird. Die Lichtleitfasern 101, 201 und 202 sind in einem Grundkörper 102, der eine Aktorkammer 104, Steuerelektroden 106 sowie Gräben 108 zum Einlegen der Fasern aufweist, gehalten. Der Grundkörper kann aus einkristallinem Silizium, das zur elektrischen Isolation mit einer Isolatorschicht, z. B. aus SiO2, bedeckt ist, aber auch aus Glas, Keramik oder Kunststoffen hergestellt werden. Der Grundkörper 102 ist mit einem Deckel 110 abgedeckt, um auf diese Weise ein geschlossenes, elektrisch isolierendes Gehäuse auszubilden. 1 shows a perspective view of a fiber optic switching device 100 according to a first embodiment. It is a 1 × 2 multiplexer with an input fiber 101 electrostatically on two output optical fibers 201 and 202 is switched. The optical fibers 101 . 201 and 202 are in a basic body 102 which is an actuator chamber 104 , Control electrodes 106 as well as trenches 108 for inserting the fibers. The base body can be made of single-crystal silicon, which is used for electrical insulation with an insulator layer, e.g. B. is covered with SiO 2 , but can also be made of glass, ceramics or plastics. The basic body 102 is with a lid 110 covered in order to form a closed, electrically insulating housing.

In der gezeigten Ausführungsform sind die Seitenwände der Aktorkammer 104 mit Metallschichten 106 und elektrisch isolierenden Schichten 112 versehen, so dass zwei elektrisch gegeneinander sowie gegenüber den Lichtwellenleitern isolierte Elektroden entstehen. Der Lichtwellenleiter 101 ist mit einer elektrisch leitfähigen Beschicht 114 versehen und ist in der Aktorkammer 104 analog zu einem einseitig eingespannten Kragbalken beweglich. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Elektroden 106 und dem Lichtwellenleiter 101 wird dieser in die jeweils gewünschte Richtung ausgelenkt und so Licht in die Lichtwellenleiter 201 oder 202 eingekoppelt. Für eine Feinjustage der miteinander zu koppelnden Fasern zueinander können die Lichtwellenleiter 201 und 202 ebenfalls metallisiert werden. Im Schaltbetrieb wird dann die jeweilige Ausgangsfaser 201 oder 202 zusammen mit dem beweglichen Lichtwellenleiter 101 an der entsprechenden Elektrodenwand 106 fixiert. Beide Fasern sind dann optimal zueinander justiert.In the embodiment shown, the side walls of the actuator chamber 104 with metal layers 106 and electrically insulating layers 112 provided so that two electrodes are formed which are electrically insulated from one another and from the optical fibers. The optical fiber 101 is with an electrically conductive coating 114 provided and is in the actuator chamber 104 Movable in the same way as a cantilever clamped on one side. By applying an electrical voltage between the electrodes 106 and the optical fiber 101 it is deflected in the desired direction and thus light into the optical waveguide 201 or 202 coupled. The optical waveguides can be used for fine adjustment of the fibers to be coupled to one another 201 and 202 can also be metallized. The respective output fiber is then in switching operation 201 or 202 together with the movable optical fiber 101 on the corresponding electrode wall 106 fixed. Both fibers are then optimally adjusted to each other.

Die Ausgestaltung der Aktorkammer sowie die Anordnung der Elektroden und Lichtwellenleiter kann bei diesem Konzept mit hoher Flexibilität verändert werden, um das Bauteil auf verschiedene Bedürfnisse hin anzupassen. Es können beispielsweise Multimodefasern mit einem cladding-Durchmesser von 125 μm verwendet werden, jede andere Art von Fasern ist ebenfalls möglich. Andere Faserdurchmesser erfordern kein generelles Redesign, sondern es sind lediglich beim Betrieb von größeren Fasern höhere Spannungen erforderlich. Umgekehrt sinkt die erforderliche Steuerspannung bei kleineren Faserdurchmessern.The design of the actuator chamber as well as the arrangement of the electrodes and optical fibers can be This concept can be changed with great flexibility to the component to different needs to adapt. It can for example multimode fibers with a cladding diameter of 125 μm used any other type of fiber is also possible. Other Fiber diameters do not require a general redesign, but it does are higher voltages only when operating larger fibers required. Conversely, the required control voltage drops smaller fiber diameters.

Eine entsprechende Ausführungsform, bei der zur Feinjustierung der Lichtwellenleiter 201 und 202 zweite Steuerelektroden 206 vorgesehen sind, ist in perspektivischer Ansicht in 2 gezeigt. Ebenso wie in der Ausführung der 1 wird die bewegliche Faser 101 durch Anlegen einer Spannung zwischen der Steuerelektrode 106 und der elektrisch leitfähigen Schicht 114 in Richtung auf die spannungsführende Elektrode gezogen und in der durch den Boden der Aktorkammer und die Steuerelektrode 106 gebildeten Ecke justiert. Spezielle Justagestrukturen sind daher erfindungsgemäß nicht erforderlich.A corresponding embodiment in which for fine adjustment of the optical waveguide 201 and 202 second control electrodes 206 are provided, is in a perspective view in 2 shown. Just like in the execution of the 1 becomes the moving fiber 101 by applying a voltage between the control electrode 106 and the electrically conductive layer 114 pulled towards the live electrode and through the bottom of the actuator chamber and the control electrode 106 formed corner adjusted. Special adjustment structures are therefore not required according to the invention.

Bei der Ausführungsform der 2 sind außerdem weitere Steuerelektroden im Deckel 110 angeordnet. Die Deckelelektrode 118 fungiert dabei als Ruheelektrode, welche die bewegte Faser in einer definierten Ruhelage halten kann. Da die Aktorkammer 104 nur geringfügig höher ist als die Faserdicke, ist der Abstand zwischen der Faser und der jeweiligen Ruheelektrode und damit die benötigte Steuerspannung gering.In the embodiment of the 2 there are also additional control electrodes in the lid 110 arranged. The lid electrode 118 acts as a resting electrode, which can keep the moving fiber in a defined rest position. Because the actuator chamber 104 is only slightly higher than the fiber thickness, the distance between the fiber and the respective resting electrode and thus the required control voltage is small.

Durch die spezielle Anordnung der Deckelelektroden 116 und 120 sowie 124 und 122 wird eine rechteckige Justagestruktur in der durch die Wand und den Deckel der Aktorkammer gebildeten Ecke ausgeformt, die bewirkt, dass die beweglichen Lichtwellenleiter in die jeweils mit Spannung beaufschlagte Ecke gezogen werden. Auf diese Weise können die ohnehin vorhandenen Ecken der Aktorkammer 104 als V-grooves genutzt werden.Due to the special arrangement of the lid electrodes 116 and 120 such as 124 and 122 a rectangular adjustment structure is formed in the corner formed by the wall and the cover of the actuator chamber, which causes the movable optical waveguides to be pulled into the corner which is in each case subjected to voltage. In this way, the already existing corners of the actuator chamber 104 can be used as V-grooves.

Schnittdarstellungen der Anordnung aus 2, in denen die geometrischen Verhältnisse verdeutlicht werden, sind in den 3 mit 7 gezeigt.Sectional representations of the arrangement 2 , in which the geometric relationships are clarified, are in the 3 shown at 7.

Die 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Gestaltung des Deckels 110 dem Deckel aus 2 entspricht. Die Deckelelektroden fungieren jedoch bei dieser Ausführungsform als einzige Steuerelektroden. Dabei sind die Deckelelektroden so geformt, dass ein elektrisches Feld entsteht, welches die beweglichen Lichtwellenleiter in eine Ecke der Aktorkammer 140 zieht. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird dies dadurch gelöst, dass die Elektroden 116, 120 sowie 122 und 124 über die Aktorkammer 104 hinausragen. Ein Teil der Feldlinien wird somit durch das Wandmaterial der Aktorkammer fokussiert, da in einem Dielektrikum mit höherer Dielektrizitätskonstante als Luft, z.B. einem Polymer oder Glas oder Keramik, eine höhere Feldliniendichte vorliegt, und dieser Teil der Feldlinien wird zur Faser geführt. Ein solcher Feldeffekt übt die benötigte Seitenkraft auf die Faser aus.The 8th shows an embodiment in which the design of the lid 110 the lid 2 equivalent. However, the cover electrodes act as the only control electrodes in this embodiment. The cover electrodes are shaped in such a way that an electrical field is created, which leads the movable optical fibers into a corner of the actuator chamber 140 draws. According to the present embodiment, this is solved in that the electrodes 116 . 120 such as 122 and 124 over the actuator chamber 104 protrude. Part of the field lines is thus focused by the wall material of the actuator chamber, since in a dielectric with a higher dielectric constant than air, for example a polymer or glass or ceramic, there is a higher field line density, and this part of the field lines is guided to the fiber. Such a field effect exerts the required lateral force on the fiber.

Diese Ausführungsform bietet ebenfalls den Vorteil, dass eine hochgenaue Justage der Fasern beim Einbau nicht mehr erforderlich ist. Fertigungs-, Zusammenbau- und Maßtoleranzen der gesamten faseroptischen Schaltvorrichtung können in bestimmten Grenzen ausgeglichen werden. Darüber hinaus kommt die sehr einfache rein planare Elektrodenanordnung der Mikrosystemtechnikfertigung entgegen. Insbesondere ist keine dreidimensionale Strukturierung mit hoher Genauigkeit erforderlich.This embodiment also offers the advantage that a highly precise adjustment of the fibers during installation is no longer required. Manufacturing, assembly and dimensional tolerances the entire fiber optic switching device can be within certain limits be balanced. About that in addition there is the very simple, purely planar electrode arrangement counter to microsystem technology production. In particular, there is none three-dimensional structuring with high accuracy required.

Die 9 mit 13 zeigen anhand verschiedener Schnitte durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 8 die Anordnung der Elektroden.The 9 with 13 show on the basis of different sections through the fiber optic switching device of FIG 8th the arrangement of the electrodes.

Eine Ausführungsform, bei der die Auslenkung des beweglichen Lichtwellenleiters 101 im wesentlichen auf einer Verbindungslinie zwischen dem Deckel 110 und dem Grundkörper 102 erfolgt, ist in 14 gezeigt. Für eine weitere Erleichterung der Herstellbarkeit sind die Steuerelektroden 106 und 107 auf separatem Deckel- und Bodenelementen 110 und 111 aufgebracht, die mit dem Grundkörper 102 zum isolierenden Gehäuse zusammengefügt werden. Führungsvorsprünge 126 begrenzen bei dieser Ausführungsform die Bewegung des Lichtwellenleiters 101 auf eine Ebene quer zur Lichtwellenleiterlängsachse. Auf diese Weise wird ein seitliches Auswandern des Lichtwellenleiters 101 verhindert. Auch bei der hier gezeigten Ausführungsform können zur Feinjustage der Lichtwellenleiter die Lichtwellenleiter 201 und 202 gleichfalls metallisiert werden.An embodiment in which the deflection of the movable optical waveguide 101 is essentially on a connecting line between the cover 110 and the body 102 done is in 14 shown. The control electrodes are for further ease of manufacture 106 and 107 on separate cover and base elements 110 and 111 applied with the main body 102 to be assembled into an insulating housing. guide projections 126 limit the movement of the optical waveguide in this embodiment 101 on a plane transverse to the longitudinal axis of the optical waveguide. In this way, a lateral migration of the optical fiber 101 prevented. In the embodiment shown here, too, the optical fibers can be used for fine adjustment of the optical fibers 201 and 202 can also be metallized.

Eine Abwandlung des in 14 gezeigten Grundprinzips, bei dem im Grundkörper 102 Ruheelektroden 118 vorgesehen sind, ist in 15 perspektivisch gezeigt. Die zweiten Steuerelektroden zur Feinjustage der Lichtwellenleiter 201 und 202 sind bei dieser Ausführungsform im Grundkörper angeordnet. Wie aus den Schnittdarstellungen der 16 mit 19 ersichtlich, wird auch bei dieser Ausführungsform durch die in dem rechteckigen Aktorkammerquerschnitt natürlicherweise vorhandenen Ecken die erforderliche Justagestruktur für die bewegliche Faser gebildet.A modification of the in 14 shown basic principle, in the in the basic body 102 peace electrodes 118 are provided is in 15 shown in perspective. The second control electrodes for fine adjustment of the optical fibers 201 and 202 are arranged in the base body in this embodiment. As from the sectional views of the 16 19, the required adjustment structure for the movable fiber is also formed in this embodiment by the corners naturally present in the rectangular actuator chamber cross section.

Verschiedene Schnitte durch die faseroptische Schaltvorrichtung der 15 sind in den 16 mit 19 gezeigt.Different cuts through the fiber optic switching device of the 15 are in the 16 shown at 19.

Eine Ausführungsform, bei der die Steuerelektroden 250, 252, 256, 258 über die Aktorkammer 104 hinausragen und der Feldeffekt für die entsprechende Führung der beweglichen Fasern 101, 201, 202 sorgt, ist in den 20 mit 24 dargestellt.An embodiment in which the control electrodes 250 . 252 . 256 . 258 over the actuator chamber 104 protrude and the field effect for the corresponding guidance of the movable fibers 101 . 201 . 202 is in the 20 represented by 24.

Das erfindungsgemäße Prinzip lässt sich in besonders vorteilhafter Weise auch zu Realisierung eines Multiplexers mit mehr als zwei Ausgangsfasern einsetzen. 25 zeigt beispielsweise einen 1 × 4-Multiplexer, bei dem das isolierende Gehäuse durch einen Grundkörper 102, einen Deckel 110 und einen Boden 111 gebildet ist. Die erforderlichen Steuerelektroden 301 bis 304 sind dabei am Deckel 110 und am Boden 111 angeordnet. Der bewegliche Lichtwellenleiter 101 kann je nach angelegter Steuerspannung mit einem der Ausgangslichtwellenleiter 201 bis 204 gekoppelt werden.The principle according to the invention can also be used in a particularly advantageous manner to implement a multiplexer with more than two output fibers. 25 shows for example a 1 × 4 multiplexer, in which the insulating housing by a base body 102 , a lid 110 and a floor 111 is formed. The necessary control electrodes 301 to 304 are on the lid 110 and on the ground 111 arranged. The movable optical fiber 101 can, depending on the control voltage applied, with one of the output optical fibers 201 to 204 be coupled.

26 zeigt eine weitere Ausführungsform des 1 × 4-Multiplexers, bei dem zusätzliche Steuerelektroden 414 bis 417 in der Seitenwandung des Grundkörpers 102 vorgesehen sind. 26 shows a further embodiment of the 1 × 4 multiplexer, in which additional control electrodes 414 to 417 in the side wall of the body 102 are provided.

Die Schnittbilder der 27 mit 31 verdeutlichen die Anordnung der Elektroden 401 bis 406 sowie 414 bis 417 und der Lichtwellenleiter 101, 201 bis 204.The sectional images of the 27 at 31 illustrate the arrangement of the electrodes 401 to 406 such as 414 to 417 and the optical fiber 101 . 201 to 204 ,

Eine Anordnung, bei der über die Aktorkammer hinausreichende Deckel und Bodenelektroden eine Steuerung über den bereits beschriebenen Feldeffekt ermöglichen, ist in den 32 mit 37 gezeigt.An arrangement in which covers and floor electrodes extending beyond the actuator chamber permit control via the field effect already described is shown in FIGS 32 shown at 37.

Bezüglich der Schaltzustände und der Anordnung der Steuerelektroden mit Bezug auf die Längsachse des beweglichen Lichtwellenleiters lassen sich die in den 38 mit 43 skizzierten Abwandlungen unterscheiden. Zustände, in denen die zu schaltende bewegliche Faser bereits ohne aktiven Schaltprozess, d.h. in ihrer Ruhelage, Licht in eine der Ausgangsfasern leitet, werden im folgenden als stabile Zustände bezeichnet. In den 38 mit 43 ist jeweils schematisch eine Draufsicht auf einen Grundkörper 102 mit der Ruhelage der beweglichen Faser 101 sowie der Geometrie der Elektroden gezeigt. 38 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein stabiler Zustand, nämlich die Kopplung des Lichtwellenleiters 101 mit dem Lichtwellenleiter 201, vorliegt. Diese Ausführungsform mit den parallelen Elektroden 106 und 107 zeichnet sich vor allem durch die einfache Fertigung des Grundkörpers, beispielsweise durch anisotropes KOH-Ätzen in (110)-Silizium, aus.With regard to the switching states and the arrangement of the control electrodes with respect to the longitudinal axis of the movable optical waveguide, the in the 38 differentiate with 43 outlined variations. States in which the movable fiber to be switched already guides light into one of the output fibers without an active switching process, ie in its rest position, are referred to below as stable states. In the 38 43 is a schematic plan view of a base body 102 with the moving fiber at rest 101 as well as the geometry of the electrodes. 38 shows an embodiment in which a stable state, namely the coupling of the optical waveguide 101 with the optical fiber 201 , is present. This embodiment with the parallel electrodes 106 and 107 is characterized above all by the simple manufacture of the base body, for example by anisotropic KOH etching in (110) silicon.

39 zeigt eine Ausführungsform, bei der wiederum ein stabiler Zustand vorliegt und die Steuerelektrode 106 als sogenannte „curved electrode" ausgeführt ist. Bezüglich der Schaltgeschwindigkeiten und der benötigten Steuerspannungen ist diese Ausführungsform gegenüber der in 38 dargestellten Ausführungsform weiter optimiert. Eine Fertigung ist z.B. durch anisotropes Trockenätzen möglich. 39 shows an embodiment in which there is again a stable state and the control electrode 106 is designed as a so-called “curved electrode”. With regard to the switching speeds and the required control voltages, this embodiment is compared to that in FIG 38 illustrated embodiment further optimized. Manufacturing is possible, for example, by anisotropic dry etching.

40 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher der Lichtwellenleiter 202 mit dem Lichtwellenleiter 201 einen Winkel einschließt und die Elektrode 106 als curved-Elektrode gefertigt ist. Diese Anordnung kann mittels anisotropem Trockenätzen aus Silizium gefertigt werden. In der gezeigten Form liegt ein stabiler Zustand vor. Allerdings kann diese Anordnung auch dahingehend abgewandelt werden, dass auch der Lichtwel lenleiter 201 mit dem Lichtwellenleiter 101 einen Winkel einschließt, so dass die Anordnung symmetrisch ist und keinen stabilen Schaltzustand mehr aufweist. 40 shows an embodiment in which the optical waveguide 202 with the optical fiber 201 encloses an angle and the electrode 106 is manufactured as a curved electrode. This arrangement can be manufactured from silicon by means of anisotropic dry etching. In the form shown, there is a stable state. However, this arrangement can also be modified so that the light guide 201 with the optical fiber 101 encloses an angle so that the arrangement is symmetrical and no longer has a stable switching state.

41 zeigt eine solche Ausführungsform mit zwei parallelen Lichtwellenleiter 201 und 202. 41 shows such an embodiment with two parallel optical fibers 201 and 202 ,

In 42 ist eine Erweiterung der Anordnung aus 41 gezeigt, bei der kein stabiler Zustand vorliegt, und die Breite der Aktorkammer im Vergleich zu den bisherigen Varianten erhöht wurde, um ein frei einstellbares Übertragungsverhältnis zu erreichen. Abstandhalter begrenzen die Bewegung des Lichtwellenleiters 101.In 42 is an extension of the arrangement 41 shown, in which there is no stable state, and the width of the actuator chamber has been increased compared to the previous variants in order to achieve a freely adjustable transmission ratio. Spacers limit the movement of the optical fiber 101 ,

43 schließlich zeigt das Konzept eines planaren Mehrfachmultiplexers, hier beispielhaft mit vier Ausgangsfasern 201 bis 204. Im vorliegenden Fall gibt es keinen stabilen Zustand. Die Position der Eingangsfaser 101 kann mit einer Regelschaltung über die Lichtintensität der jeweiligen Ausgangsfaser 201 bis 204 festgelegt werden. 43 finally shows the concept of a planar multiple multiplexer, here with four output fibers as an example 201 to 204 , In the present case there is no stable state. The position of the input fiber 101 can with a control circuit on the light intensity of the respective output fiber 201 to 204 be determined.

Zusätzlich oder als Alternative zur Isolation der Steuerelektroden kann, um das Problem der elektrischen Isolierung zwischen der Metallisierung der Lichtleitfaser und der Steuerelektroden zu lösen, die Lichtleitfaser mit einem dielektrischen Material beschichtet werden. Die Masse und Steifigkeit der Faser wird durch eine dünne Schicht im Bereich von weniger als 1 μm unwesentlich verändert. Setzt man als Dielektrikum ein in dem zu übertragenen Wellenlängenbereich optisch transparentes Material, wie beispielsweise Magnesiumfluorid (εr = 5, n bei 500 nm = 1,38) ein, kann durch Wahl der richtigen Schichtdicke eine Antireflexbeschichtung am Faserende hergestellt werden. Die ertorderliche Schichtdicke liegt bei einer optischen Schichtdicke von λ/4, was bei einer Zentrierung der Beschichtung auf 670 nm einer Schichtdicke von 120 nm entspricht. Allgemein errechnet sich die optische Schichtdicke aus dem Produkt des Brechungsindex des Beschichtungsmaterials und der physikalischen Dicke. Auf diese Weise kann die Reflektivität der Faserenden von ca. 4 % auf etwa 1,8 % reduziert werden, so dass die Übertragungsverluste und das Übersprechen deutlich verringert werden.In addition or as an alternative to the insulation of the control electrodes, in order to solve the problem of electrical insulation between the metallization of the optical fiber and the control electrodes, the optical fiber can be coated with a dielectric material. The mass and stiffness of the fiber is negligibly changed by a thin layer in the range of less than 1 μm. If a dielectric is used as the dielectric in the wavelength range to be transmitted, such as magnesium fluoride (ε r = 5, n at 500 nm = 1.38), an anti-reflective coating can be produced at the fiber end by choosing the correct layer thickness. The layer thickness required is an optical layer thickness of λ / 4, which corresponds to a layer thickness of 120 nm when the coating is centered on 670 nm. In general, the optical layer thickness is calculated from the product of the refractive index of the coating material and the physical thickness. In this way, the reflectivity of the fiber ends can be reduced from approximately 4% to approximately 1.8%, so that the transmission losses and crosstalk are significantly reduced.

Anstatt wie bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen die elektrostatische Anziehung zwischen mindestens einer Steuerelektrode und einer elektrisch leitfähig beschichteten beweglichen Lichtleitfaser zu nutzen, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform auch die indirekte elektrostatische Kopplung zwischen der Steuerelektrode und einer elektrisch nichtleitenden Lichtleitfaser verwendet werden. Ein elektrostatisches Feld zwischen zwei Wand- bzw. Deckelelektroden wird durch Anlegen der entsprechenden Steuerspannungen erzeugt, wie dies in der Prinzipskizze der 44 gezeigt ist.Instead of using the electrostatic attraction between at least one control electrode and an electrically conductively coated movable optical fiber, as in the previously described embodiments, the indirect electrostatic coupling between the control electrode and an electrically non-conductive optical fiber can also be used according to a further embodiment. An electrostatic field between two wall or cover electrodes is generated by applying the corresponding control voltages, as shown in the schematic diagram of 44 is shown.

Der auftretende elektrostatische Effekt kann durch die oben angegebene Gleichung (4) mathematisch beschrieben werden. Man erkennt, dass die auf die beweglich Lichtleitfaser wirkende Kraft F unabhängig vom zurückgelegten Weg in x-Richtung ist. Dies gilt allerdings nur für unendlich ausgedehnte Geometrien, in der Praxis existiert ein Kraftmaximum an genau der Stelle, an der sich die Faser zur Hälfte im E-Feld befindet.The occurring electrostatic Effect can be mathematically described by equation (4) given above become. It can be seen that the one acting on the movable optical fiber Force F independently from covered Way in x direction. However, this only applies to infinity extensive geometries, in practice there is a maximum force at exactly the point where half of the fiber is in the E-field.

Der physikalische Effekt basiert auf den unterschiedlichen dielektrischen Konstanten der beteiligten Materialien. Die innerhalb des Feldes befindliche Faser besitzt eine höhere relative Dielektrizitätskonstante (ca. 4) als die umgebende Luft (ca. 1). Die Natur strebt immer einem Zustand möglichst niedriger Energie zu, und bei der vorliegenden Anordnung wird die Energie minimal, wenn sich die Faser innerhalb eines an beiden Rändern ungestörten Bereiches des Kondensatorfeldes befindet. Die resultierende Kraft zeigt also immer auf den geometrischen Mittelpunkt der Elektroden. Bringt man nun, wie in den 49 bis 52 gezeigt, an dem Deckel 110 und dem Boden 111 jeweils zwei Elektroden 501, 502 sowie 503, 504 an, so ist die bewegliche Faser 101 in zwei Richtungen beweglich. Schränkt man den Bewegungsspielraum durch Seitenwände derart ein, dass in der jeweiligen Richtung nur eine Wegstrecke vom halben Durchmesser der Faser möglich ist, so stellt sich eine annähernd lineare Abhängigkeit des Weges von der elektrischen Spannung ein. Das simultane Bewegen auch der Ausgangsfasern 201, 202 kann bei dieser Anordnung für eine Autojustage sorgen. Bei der gezeigten Ausführungsform ragen die Steuerelektroden 501 bis 504 über die seitlichen Begrenzungen der Aktorkammer 104 hinaus, so dass eine zusätzliche Kraftwirkung in Richtung der Kammerwand auftritt.The physical effect is based on the different dielectric constants of the materials involved. The fiber within the field has a higher relative dielectric constant (approx. 4) than the surrounding air (approx. 1). Nature always strives for a state of the lowest possible energy, and in the present arrangement the energy becomes minimal if the fiber is located within an area of the capacitor field which is undisturbed on both edges. The resulting force always points to the geometric center of the electrodes. Now bring, like in the 49 to 52 shown on the lid 110 and the floor 111 two electrodes each 501 . 502 such as 503 . 504 on, that's the moveable fiber 101 movable in two directions. If you restrict the freedom of movement by means of side walls in such a way that only a distance of half the diameter of the fiber is possible in the respective direction, the path becomes almost linearly dependent on the electrical voltage. The simultaneous movement of the output fibers 201 . 202 can provide auto adjustment with this arrangement. In the embodiment shown, the control electrodes protrude 501 to 504 over the lateral boundaries of the actuator chamber 104 out, so that an additional force in the direction of the chamber wall occurs.

Wird nun anstelle des in der Prinzipskizze der 44 dargestellten Rechteckquerschnitts eine Glasfaser verwendet, so wird die Faser in x-Richtung gebogen. Der Faserdurchmesser beträgt beispielsweise 125 μm. Andere Faserdurchmesser sind selbstverständlich ebenfalls möglich.Now, instead of the in the schematic diagram 44 Rectangular cross section shown uses a glass fiber, the fiber is bent in the x direction. The fiber diameter is, for example, 125 μm. Other fiber diameters are of course also possible.

Man erkennt in 45 die Verläufe der elektrostatischen Kräfte. Beim direkten Effekt, also mit metallisierter Faser, wie dies durch die Kurve 510 verdeutlicht wird, ist das star ke Ansteigen der Kraft invers zum Abstandsquadrat erkennbar. Dies führt zu einem Pull-in, der beim indirekten Effekt (Kurve 512) nicht auftritt.One recognizes in 45 the courses of the electrostatic forces. With the direct effect, i.e. with metallized fiber, as shown by the curve 510 is made clear, the strong increase in force can be seen inversely to the distance square. This leads to a pull-in, which in the indirect effect (curve 512 ) does not occur.

Die 46 bis 48 zeigen mögliche Bewegungszustände der beweglichen Lichtleitfaser 101. Durch Einbringung von Seitenwänden ist eine gezielte Arretierung der Fasern möglich.The 46 to 48 show possible states of motion of the movable optical fiber 101 , A targeted locking of the fibers is possible by introducing side walls.

Die anhand der 44 bis 52 erläuterte Ausführungsform einer faseroptischen Schaltvorrichtung mit elektrisch nichtleitender beweglicher Lichtleitfaser hat zusammenfassend die folgenden Eigenschaften: Es existiert kein Pull-in Effekt. Daher kann auf einfache Weise ein frei einstellbares Übertragungsverhältnis realisiert werden. Die elektrostatischen Haltekräfte an den Wänden bzw. den Deckeln der Struktur sind geringer als bei der direkten Kraftwirkung, die im Falle einer elektrisch leitfähig beschichteten beweglichen Lichtleitfaser. Durch Gleichsetzen mit der mechanischen Rückstellkraft kann gezeigt werden, dass der gesamte Bewegungsspielraum der Faser in erster Näherung linear durch verschieden hohe elektrische Spannungen ansteuerbar ist. Die Fertigung dieser Art von Multiplexer wird weiter vereinfacht, da keine Fasermetallisierung erforderlich ist. Darüber hinaus können Boden- und Deckelelektroden sind vollständig durch planare Herstellungsmethoden hergestellt und müssen nicht mit Isolatorschichten versehen werden. Das Substrat, das die eigentliche Aktorkammer umgibt, kann aus beliebigem, vorzugsweise isolierendem, Material gefertigt werden. Bei leitendem Material, wie z. B. Silizium wird lediglich der Wandeffekt einer überlappenden Elektrode abgeschirmt.The based on the 44 to 52 The embodiment of a fiber-optic switching device with an electrically non-conductive, movable optical fiber has a summary of the following properties: There is no pull-in effect. A freely adjustable transmission ratio can therefore be implemented in a simple manner. The electrostatic holding forces on the walls or the lids of the structure are lower than with the direct force effect, which in the case of an electrically conductive coated movable optical fiber. By equating with the mechanical restoring force, it can be shown that the entire range of motion of the fiber can be controlled linearly by electrical voltages of different magnitudes in a first approximation. The manufacture of this type of multiplexer is further simplified since no fiber metallization is required. In addition, bottom and top electrodes can be made entirely by planar manufacturing methods and do not have to be provided with insulator layers. The substrate that surrounds the actual actuator chamber can be made from any, preferably insulating, material. With conductive material, such as. B. silicon, only the wall effect of an overlapping electrode is shielded.

Des weiteren kann bei allen bisher gezeigten Ausführungsformen eine Füllung der Aktorkammer mit einem Immersions-Öl vorgesehen werden. Die Aktorkammer ist dabei anstelle von Luft mit einem Öl gefüllt, das vorzugsweise einen Brechungsindex entsprechend dem der Faser aufweist. Dadurch können Verluste minimiert werden. Darüber hinaus kann durch ein Immersions-Öl mit einer relativen Dielektrizitätskonstante von εr > 1 erreicht werden, das die elektrostatischen Kräfte vergrößert werden und daher die benötigte Steuerspannung geringer wird. Bei Verwendung einer Faser ohne elektrisch leitende Beschichtung ist wesentlich, dass ein Unterschied der relativen Dielektrizitätszahlen von Immersions-Öl und Lichtleitfaser besteht, wobei die Lichtleitfaser die höhere relative Dielektrizitätszahl aufweisen sollte. Schließlich kann eine solche Füllung der Aktorkammer mit einem Immersions-Öl zu einer mechanischen Dämpfung der bewegten Faser und damit zum prellfreien Schalten führen.Furthermore, in all the embodiments shown so far, the actuator chamber can be filled with an immersion oil. The actuator chamber is filled with an oil instead of air, which preferably has a refractive index corresponding to that of the fiber. This can minimize losses. In addition, an immersion oil with a relative dielectric constant of ε r > 1 can increase the electrostatic forces and therefore reduce the control voltage required. When using a fiber without an electrically conductive coating, it is essential that there is a difference in the relative dielectric numbers of immersion oil and optical fiber, the optical fiber should have the higher relative dielectric number. Finally, such a filling of the actuator chamber with an immersion oil can lead to mechanical damping of the moving fiber and thus to bounce-free switching.

Claims (34)

Faseroptische Schaltvorrichtung mit mindestens einer beweglichen Lichtleitfaser (101) und mit mindestens einer Steuerelektrode (106) zum Erzeugen eines elektrostatischen Feldes, das die räumliche Lage der beweglichen Lichtleitfaser (101) zur optischen Kopplung mit mindestens einer zweiten Lichtleitfaser (201, 202) steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (100) weiterhin ein elektrisch isolierendes Gehäuse (102, 110) aufweist, dessen Innenwandung teilweise von der mindestens einen Steuerelektrode (106) gebildet ist.Fiber-optic switching device with at least one movable optical fiber ( 101 ) and with at least one control electrode ( 106 ) to generate an electrostatic field that reflects the spatial position of the movable optical fiber ( 101 ) for optical coupling with at least one second optical fiber ( 201 . 202 ) controls, characterized in that the switching device ( 100 ) an electrically insulating housing ( 102 . 110 ), the inner wall of which is partially covered by the at least one control electrode ( 106 ) is formed. Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Lichtleitfaser (101) mit einer elektrisch leitenden Beschichtung (114) versehen ist.Fiber-optic switching device according to claim 1, characterized in that the movable optical fiber ( 101 ) with an electrically conductive coating ( 114 ) is provided. Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Lichtleitfaser (101) zum Festlegen mindestens einer definierten räumlichen Lage mit einem Justagebereich der Innenwandung des isolierenden Gehäuses in Anlage bringbar ist.Fiber-optic switching device according to claim 1 or 2, characterized in that the movable optical fiber ( 101 ) can be brought into contact with an adjustment area of the inner wall of the insulating housing for defining at least one defined spatial position. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Gehäuse (102, 110) in einem Auslenkbereich der beweglichen Lichtleitfaser (101) einen im wesentlichen rechteckförmigen Innenquerschnitt hat.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the insulating housing ( 102 . 110 ) in a deflection area of the movable optical fiber ( 101 ) has a substantially rectangular internal cross section. Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Justagebereich durch eine Ecke des Innenquerschnitts gebildet ist.Fiber optic switching device according to claim 4, characterized in that the adjustment area by a corner of the inner cross section is formed. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steuerelektrode (106) so angeordnet ist, dass die bewegliche Lichtleitfaser quer zu ihrer Längsachse in einer Ebene auslenkbar ist.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one control electrode ( 106 ) is arranged so that the movable optical fiber can be deflected transversely to its longitudinal axis in one plane. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Steuerelektrode (301, 302, 303, 304) so angeordnet ist, dass die bewegliche Lichtleitfaser (101) quer zu ihrer Längsachse in mindestens zwei Ebenen auslenkbar ist.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one control electrode ( 301 . 302 . 303 . 304 ) is arranged so that the movable optical fiber ( 101 ) can be deflected transversely to its longitudinal axis in at least two planes. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Gehäuse (102, 110) aus einkristallinem Silizium, das mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen ist, herstellbar ist.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the insulating housing ( 102 . 110 ) from monocrystalline silicon, which is provided with an electrically insulating layer. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Gehäuse (102, 110) aus Glas herstellbar ist.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the insulating housing ( 102 . 110 ) can be produced from glass. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Gehäuse (102, 110) aus Keramik herstellbar ist.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the insulating housing ( 102 . 110 ) can be produced from ceramic. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Gehäuse (102, 110) aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff herstellbar ist.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the insulating housing ( 102 . 110 ) can be produced from an electrically insulating plastic. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (106) durch eine nichtleitende Schicht (112) elektrisch von der beweglichen Lichtleitfaser (101) isoliert ist.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the control electrode ( 106 ) by a non-conductive layer ( 112 ) electrically from the movable optical fiber ( 101 ) is isolated. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Lichtleitfaser (101) mit einer nichtleitenden Außenbeschichtung versehen ist.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the movable optical fiber ( 101 ) is provided with a non-conductive outer coating. Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtleitende Außenbeschichtung aus einem in einem zu übertragenden Wellenlängenbereich optisch transparenten Material, vorzugsweise MgF2, hergestellt ist.Fiber-optic switching device according to claim 13, characterized in that the non-conductive outer coating is made of an optically transparent material, preferably MgF 2 , in a wavelength range to be transmitted. Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalische Schichtdicke der nichtleitenden Außenbeschichtung so gewählt ist, dass die optische Schichtdicke ein ungeradzahliges Vielfaches von einem Viertel der zu übertragenden Lichtwellenlänge beträgt.Fiber optic switching device according to claim 13 or 14, characterized in that the physical layer thickness the non-conductive outer coating so chosen is that the optical layer thickness is an odd multiple of a quarter of those to be transferred Light wavelength is. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Lichtleitfaser (201, 202) beweglich ist und die Schaltvorrichtung mindestens eine weitere Steuerelektrode (206) zum Erzeugen eines elektrostatischen Feldes, das die räumliche Lage der zweiten Lichtleitfaser (201, 202) steuert, aufweist.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the at least one second optical fiber ( 201 . 202 ) is movable and the switching device has at least one further control electrode ( 206 ) to generate an electrostatic field that reflects the spatial position of the second optical fiber ( 201 . 202 ) controls. Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Lichtleitfaser (201, 202) mit einer elektrisch leitenden Beschichtung (114) versehen ist.Fiber-optic switching device according to claim 16, characterized in that the at least one second optical fiber ( 201 . 202 ) with an electrically conductive coating ( 114 ) is provided. Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere Steuerelektrode (206) einstückig mit der mindestens einen Steuerelektrode (106) ausgeführt ist.Fiber-optic switching device according to claim 16 or 17, characterized in that the at least one further control electrode ( 206 ) in one piece with the at least one control electrode ( 106 ) is executed. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Steuerelektrode (206) durch eine nichtleitende Schicht elektrisch von der zweiten Lichtleitfaser (201, 202) isoliert ist.Fiber-optic switching device according to one of claims 16 to 18, characterized in that the further control electrode ( 206 ) electrically from the second optical fiber by a non-conductive layer ( 201 . 202 ) is isolated. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Lichtleitfaser (201, 202) mit einer weiteren nichtleitenden Außenbeschichtung versehen ist.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 19, characterized in that the second optical fiber ( 201 . 202 ) is provided with another non-conductive outer coating. Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere nichtleitende Außenbeschichtung aus MgF2 hergestellt ist.Fiber-optic switching device according to claim 20, characterized in that the further non-conductive outer coating is made of MgF 2 . Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der weiteren nichtleitenden Außenbeschichtung so gewählt ist, dass sie ein ungeradzahliges Vielfaches von einem Viertel der zu übertragenden Lichtwellenlänge beträgt.Fiber optic switching device according to claim 20 or 21, characterized in that the layer thickness of the further non-conductive outer coating so chosen is that they are an odd multiple of a quarter of the to be transferred Light wavelength is. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Gehäuse (102,110) mindestens eine Führung (108) zur mechanischen Halterung der beweglichen Lichtleitfaser (101) und/oder der zweiten Lichtleitfaser (201, 202) aufweist.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 22, characterized in that the insulating housing ( 102 . 110 ) at least one tour ( 108 ) for mechanical mounting of the movable optical fiber ( 101 ) and / or the second optical fiber ( 201 . 202 ) having. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das isolierende Gehäuse einen Grundkörper (102) und einen davon getrennten Deckel (110) aufweist.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 23, characterized in that the insulating housing has a base body ( 102 ) and a separate cover ( 110 ) having. Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (108) durch einen Graben in dem Grundkörper (102) gebildet ist.Fiber-optic switching device according to claim 24, characterized in that the guide ( 108 ) by a trench in the base body ( 102 ) is formed. Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (102) eine im wesentlichen wannenförmige Aktorkammer aufweist, an deren Innenwandung die mindestens eine Steuerelektrode (106) angebracht ist.Fiber-optic switching device according to claim 24 or 25, characterized in that the base body ( 102 ) has an essentially trough-shaped actuator chamber, on the inner wall of which the at least one control electrode ( 106 ) is attached. Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Steuerelektrode (106) in einem Bodenbereich der Aktorkammer angeordnet ist.Fiber-optic switching device according to claim 26, characterized in that at least one control electrode ( 106 ) is arranged in a bottom area of the actuator chamber. Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Steuerelektrode (106) in einem Seitenwandbereich der Aktorkammer angeordnet ist.Fiber-optic switching device according to claim 26 or 27, characterized in that at least one control electrode ( 106 ) is arranged in a side wall region of the actuator chamber. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Steuerelektrode (106) an dem Deckel angeordnet ist.Fiber-optic switching device according to one of claims 24 to 28, characterized in that at least one control electrode ( 106 ) is arranged on the lid. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Steuerelektroden als Ruheelektrode (118) ausgebildet ist, die beim Anlegen einer entsprechenden Steuerspannung die mindestens eine bewegliche Lichtleitfaser (101) in einer Ruhelage hält.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 29, characterized in that at least one of the control electrodes as a resting electrode ( 118 ) is formed which, when a corresponding control voltage is applied, the at least one movable optical fiber ( 101 ) holds in a rest position. Faseroptische Schaltvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass in dem elektrisch isolierenden Gehäuse (102, 110) ein Immersions-Öl eingebracht ist, von dem die bewegliche Lichtleitfaser (101) zumindest teilweise umgeben ist.Fiber-optic switching device according to one of claims 1 to 30, characterized in that in the electrically insulating housing ( 102 . 110 ) an immersion oil is introduced, from which the movable optical fiber ( 101 ) is at least partially surrounded. Faseroptische Schaltvorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex des Immersions-Öls im Wesentlichen mit dem Brechungsindex eines lichtleitenden Teils der Lichtleitfasern übereinstimmt.Fiber optic switching device according to claim 31, characterized in that the refractive index of the immersion oil essentially corresponds to the refractive index of a light-conducting part of the optical fibers. Verfahren zum Herstellen einer faseroptischen Schaltvorrichtung mit mindestens einer beweglichen Lichtleitfaser und mit mindestens einer Steuerelektrode zum Erzeugen eines elektrostatischen Feldes, das die räumliche Lage der bewegli chen Lichtleitfaser zur optischen Kopplung mit mindestens einer zweiten Lichtleitfaser steuert, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Herstellen eines elektrisch isolierenden Gehäuses, Aufbringen mindestens einer elektrisch leitfähigen Elektrode an der Innenwandung des elektrisch isolierenden Gehäuses, Montieren der mindestens einen beweglichen und der mindestens einen zweiten Lichtleitfaser in dem elektrisch isolierenden Gehäuse.Method of manufacturing a fiber optic switching device with at least one movable optical fiber and with at least a control electrode for generating an electrostatic field, that the spatial Location of the movable optical fiber for optical coupling with at least controls a second optical fiber, the method following Steps comprises: Manufacture an electrically insulating housing, apply at least one electrically conductive electrode on the inner wall the electrically insulating housing, mount the at least one movable and the at least one second Optical fiber in the electrically insulating housing. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass es vor dem Schritt des Montierens der mindestens einen beweglichen und der mindestens einen zweiten Lichtleitfaser in dem elektrisch isolierenden Gehäuse folgenden Schritt aufweist: Beschichten mindestens einer Lichtleitfaser mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung.A method according to claim 33, characterized in that before the step of assembling the at least one movable and the at least one second optical fiber in the electrical insulating housing has the following step: coating at least one optical fiber with an electrically conductive Coating.
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