DE10360995A1

DE10360995A1 - Longitudinales, elektromagnetisches, optisches Verriegelungsrelais

Info

Publication number: DE10360995A1
Application number: DE10360995A
Authority: DE
Inventors: Marvin Glenn Woodland Park Wong; Arthur Colorado Springs Fong
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2003-04-14
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-12-24
Also published as: DE10360995B4; GB2400679A; GB2400679B; TWI304483B; GB0407169D0; US20040202410A1; US6920259B2; JP2004318142A; TW200420906A

Abstract

Es wird ein elektromagnetisches optisches Relais offenbart, bei dem sich ein Festkörperteil innerhalb eines Schaltkanals bewegt, der in einem Relaisgehäuse gebildet ist. Ein durch den Schaltkanal verlaufender optischer Weg wird durch eine Bewegung des Festkörperteils blockiert oder freigegeben. Die Bewegung des Festkörperteils wird durch zumindest zwei elektromagnetische Betätigungsglieder gesteuert, wie z. B. elektrische Spulen, die den Schaltkanal umgeben. Gegen die Bewegung des Festkörperteils wird durch eine Flüssigkeit, wie z. B. ein Flüssigmetall, die zwischen dem Festkörperteil und zumindest einer festen Kontaktanschlußfläche in dem Schaltkanal benetzt, Widerstand geleistet. Die Oberflächenspannung der Flüssigkeit schafft einen Verriegelungsmechanismus für das Relais. Ein optisches Signal kann von der benetzten Oberfläche des Festkörperteils reflektiert und zu einem alternativen optischen Weg geschaltet werden.

Description

Diese Anmeldung bezieht sich auf die folgenden ebenfalls anhängigen U.S.-Patenanmeldungen, die durch die folgenden aufgeführten Identifizierer identifiziert und in alphanumerischer Reihenfolge angeordnet sind, die den gleichen Eigentümer wie die vorliegende Anmeldung aufweisen und zu diesem Ausmaß auf die vorliegende Anmeldung bezogen und hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind:
US-Anmeldung mit dem Titel „Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch", eingereicht am 2. Mai 2002, mit der Seriennummer 10/137,691;
US-Anmeldung mit dem Titel „Bending Mode Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „High Frequency Bending Mode Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch", eingereicht am 2. Mai 2002, mit der Seriennummer 10/142,076;
US-Anmeldung mit dem Titel „High-frequency, Liquid Metal, Latching Relay with Face Contact", eingereicht am 14. April 2003.
US-Anmeldung mit dem Titel „Liquid Metal, Latching Relay with Face Contact", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Insertion Type Liquid Metal Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „High-frequency, Liquid Metal, Latching Relay Array", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Insertion Type Liquid Metal Latching Relay Array", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Liquid Metal Optical Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „A Longitudinal Piezoelectric Optical Latching Relay", eingereicht am 31. Oktober 2001, mit der Seriennummer 09/999,590;
US-Anmeldung mit dem Titel „Shear Mode Liquid Metal Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Bending Mode Liquid Metal Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „A Longitudinal Mode Optical Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Pusher-Mode Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Pusher-Mode Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Optical Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Switch and Production Thereof", eingereicht am 12. Dezember 2002, mit der Seriennummer 10/317,597;
US-Anmeldung mit dem Titel „High Frequency Latching Relay with Bending Switch Bar", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Latching Relay with Switch Bar", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „High Frequency Push-mode Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Push-mode Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Closed Loop Piezoelectric Pump", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Solid Slug Longitudinal Piezoelectric Latching Relay", eingereicht am 2. Mai 2002, mit der Seriennummer 10/137,692;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Slug Pusher-Mode Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Slug Assisted Longitudinal Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Optical Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Slug Assisted Pusher-Mode Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Optical Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Polymeric Liquid Metal Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Polymeric Liquid Metal Optical Switch", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Longitudinal Electromagnetic Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Damped Longitudinal Mode Optical Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Damped Longitudinal Mode Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Switch and Method for Producing the Same", eingereicht am 12. Dezember 2002, mit der Seriennummer 10/317,963;
US-Anmeldung mit dem Titel „Piezoelectric Optical Relay", eingereicht am 28. März 2002, mit der Seriennummer 10/109,309;
US-Anmeldung mit dem Titel „Electrically Isolated Liquid Metal Micro-Switches for Integrally Shielded Microcircuits", eingereicht am 8. Oktober 2002, mit der Seriennummer 10/266,872;
US-Anmeldung mit dem Titel „Piezoelectric Optical Demultiplexing Switch", eingereicht am 10. April 2002, mit der Seriennummer 10/119,503;
US-Anmeldung mit dem Titel „Volume Adjustment Apparatus and Method for Use", eingereicht am 12. Dezember 2002, mit der Seriennummer 10/317,293;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Apparatus for Maintaining a Liquid Metal Switch in a Ready-to-Switch Condition", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „A Longitudinal Mode Solid Slug Optical Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Reflecting Wedge Optical Wavelength Multiplexer/Demultiplexer", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Solid Slug Caterpillar Piezoelectric Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Solid Slug Caterpiller Piezoelectric Optical Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Inserting-finger Liquid Metal Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Wetting Finger Liquid Metal Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Pressure Actuated Optical Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003;
US-Anmeldung mit dem Titel „Pressure Actuated Solid Slug Optical Latching Relay", eingereicht am 14. April 2003; und
US-Anmeldung mit dem Titel „Method and Structure for a Slug Caterpillar Piezoelectric Reflective Optical Relay", eingereicht am 14. April 2003.
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet optischer Schaltrelais und insbesondere auf ein elektromagnetisch betätigtes optisches Relais, das mittels Flüssigkeitsoberflächenspannung verriegelt.

Kommunikationssysteme, die optische Signale verwenden, erfordern die Verwendung von optischen Schaltern und Routern. Ein früher Ansatz zum optischen Schalten bestand darin, das optische Signal in ein elektrisches Signal umzuwandeln, einen elektrischen Schalter oder Router zu verwenden und dann zurück in ein optisches Signal umzuwandeln. In jüngerer Zeit wurden optische Relais verwendet, bei denen ein elektrisches Steuersignal verwendet wird, um das Schalten oder Leiten eines optischen Signals zu steu ern. Optische Relais schalten optische Signale in der Regel durch Verwenden von beweglichen Festkörperspiegeln oder durch Verwenden der Erzeugung von Dampfblasen, um den Brechungsindex innerhalb eines Hohlraums zu verändern. Die beweglichen Spiegel können elektrostatische Verriegelungsmechanismen verwenden, wohingegen Blasenschalter nicht verriegeln. Piezoelektrische Verriegelungsrelais verwenden entweder Restladungen in dem piezoelektrischen Material, um zu verriegeln, oder betätigen Schalterkontakte, die einen Verriegelungsmechanismus enthalten.

Flüssigmetalle werden ebenfalls in elektrischen Relais verwendet. Ein Flüssigmetalltropfen kann durch eine Vielfalt von Techniken bewegt werden, darunter elektrostatische Kräfte, veränderliche Geometrie aufgrund einer Wärmeausdehnung/-kontraktion und Druckgefälle. Wenn die interessierende Abmessung schrumpft, wird die Oberflächenspannung des Flüssigmetalls zu der dominierenden Kraft über andere Kräfte, wie z. B. Körperkräfte (Trägheit). Deshalb nutzen manche mikro-elektromechanischen (MEM) Systeme das Flüssigmetallschalten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektromagnetisches optisches Relais, ein Verfahren, zum Schalten eines optischen Weges in einem elektromagnetischen optischen Relais und ein Verfahren zum Schalten zwischen einem ersten optischen Weg und einem zweiten optischen Weg durch einen Schaltkanal in einem elektromagnetischen optischen Relais mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein elektromagnetisches optisches Relais gemäß Anspruch 1 oder 17 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 22 oder 25 gelöst.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen optischen Schalter, bei dem ein Festkörperteil bzw. Pfropfen (typischerweise metallisch, slug) innerhalb eines Kanals bewegt und verwendet wird, um einen optischen Weg, der durch den Kanal verläuft, zu blockieren oder freizugeben. Das Festkörperteil wird durch Elektromagneten bewegt. Bei einem beispielhaften Ausführungsbeispiel wird das Festkörperteil durch eine Flüssigkeit, wie z. B. ein Flüssigmetall, benetzt, die ebenfalls an benetzbare Metallkontaktanschlußflächen innerhalb des Kanals anhaftet, um einen Verriegelungsmechanismus bereitzustellen. Ein optisches Signal kann von der benetzten Oberfläche des Festkörperteils reflektiert und zu einem alternativen optischen Weg geschaltet werden.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um die gleichen, ähnliche oder entsprechende Teile in den mehreren Ansichten der Zeichnungen zu beschreiben. Es zeigen:
1 eine Endansicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
2 eine Seitenansicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
3 eine Schnittansicht durch ein optisches Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
4 eine weitere Schnittansicht durch ein optisches Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
5 eine Ansicht eines Schaltungssubstrats eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
6 eine Ansicht einer Schaltschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
7 eine Schnittansicht durch eine Schaltschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
8 eine Ansicht einer Entlüftungsschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
9 eine Schnittansicht durch eine Entlüftungsschicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
10 eine Endansicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
11 eine Seitenansicht eines optischen Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; und
12 – 13 weitere Schnittansichten durch ein optisches Relais gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektromagnetisch betätigtes optisches Relais, das mittels eines benetzbaren, magnetischen Festkörperteils und einer Flüssigkeit schaltet und verriegelt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet das Relais das Magnetfeld eines Elektromagneten, um ein magnetisches Festkörperteil zu verlagern. Das Festkörperteil blockiert oder gibt einen optischen Weg frei und ermöglicht so das Schalten von optischen Signalen. Bei Abwesenheit des Magnetfelds wird das Festkörperteil durch die Oberflächenspannung in einer Flüssigkeit, vorzugsweise einem Flüssigmetall wie Quecksilber, die zwischen dem Festkörperteil und zumindest einer festen Kontaktanschlußfläche auf dem Relaisgehäuse benetzt, an seinem Platz gehalten.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden Mikrobearbeitungstechniken verwendet, um das Relais herzustellen. Eine Endansicht eines optischen Relais 100 ist in 1 abgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Körper des Relais aus vier Schichten und ist für eine Herstellung durch Mikrobearbeitung zugänglich. Die unterste Schicht ist ein Schaltungssubstrat 108, das unten unter Bezugnahme auf 3 und 5 detaillierter beschrieben wird. Die nächste Schicht ist eine Schaltschicht 106. Das Schalten des optischen Signals geschieht in einem Schaltkanal, der in dieser Schicht enthalten ist. Die nächste Schicht ist eine Entlüftungsschicht 104, die eine Druckentlastungsentlüftung zum Entlasten von Druckschwankungen in dem Schaltkanal enthält. Die Abdeckungsschicht 102 liefert eine Abdichtung gegenüber dem oberen Bereich des Schaltkanals. In Betrieb tritt ein optisches Signal durch eine optische Faser oder einen optischen Wellenleiter 110 hindurch in das Relais ein und tritt durch eine optische Faser oder einen optischen Wellenleiter 112 hindurch aus. Eine elektrische Spule 114 ist eine von mehreren, die das Relaisgehäuse umgeben und wird verwendet, um den Schaltmechanismus zu betätigen.
2 ist eine Seitenansicht des in 1 abgebildeten optischen Relais. Die optischen Fasern 110 und 124 sind in Ausrichtungseinkerbungen 122 bzw. 126 in der Schaltschicht 106 positioniert. Jede Faser ist mit einer entsprechenden Faser auf der entgegengesetzten Seite des Relais optisch ausgerichtet (wie in 1 abgebildet). Die optischen Fasern können durch ein Haftmittel an ihrem Platz gehalten sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel umgeben die vier elektrische Spulen 114, 116, 118 und 120 das Relaisgehäuse. Die Spulen 114 und 116 sind als Paar zusammen angeordnet und wirken als eine einzelne Spule, wobei sie einen Raum zwischen den Spulen für die optische Faser 110 bereitstellen. Die Spulen 118 und 120 sind auf ähnliche Weise als Paar angeordnet, um Raum für eine optische Faser 124 zu ermöglichen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden nur zwei Spulen verwendet.
3 ist eine Ansicht eines vertikalen Längsquerschnitts durch den Abschnitt 3-3 des in 1 abgebildeten Relais. Ein Schaltkanal 130 ist in der Schaltschicht 106 gebildet. Ein Festkörperteil 134 ist innerhalb des Schaltkanals beweglich positioniert. Ein Druckentlastungsentlüftungsdurchlaß 136 ist durch die Entlüftungslöcher 135a und 135b mit den Enden des Schaltkanals 130 gekoppelt. Der Druckentlastungsentlüftungsdurchlaß 136 ermöglicht, daß Druckschwankungen in dem Schaltkanal, aufgrund einer Bewegung des Festkörperteils 134, ausgeglichen werden, indem ermöglicht wird, daß ein Fluid durch die Entlüftungslöcher von einem Ende des Schaltkanals zu dem anderen fließt. Die drei Kontaktanschlußflächen 137, 138 und 140 sind an dem Schaltungssubstrat 108 innerhalb des Schaltkanals befestigt. Diese Kontaktanschlußflächen können durch Aufbringung oder andere Mikrobearbeitungstechniken auf dem Schaltungssubstrat 108 gebildet sein. Die Kontaktanschlußflächen sind durch eine Flüssigkeit, wie z. B. ein Flüssigmetall, benetzbar. Wenn das Festkörperteil 134 wie in 3 abgebildet positioniert ist, benetzt eine Flüssigkeit 142 die Oberfläche des Festkörperteils und die Oberfläche der Kontaktanschlußflächen 137 und 138. Die Oberflächenspannung hält das Festkörperteil in dieser Position. Eine zusätzliche Flüssigkeit 144 benetzt die Kontaktanschlußfläche 140.
Wenn das Festkörperteil die in 3 abgebildete Position einnimmt, ist der optische Weg, der zwischen den elektrischen Spulen 118 und 120 liegt, durch das Festkörperteil und die Flüssigkeit blockiert, wohingegen der optische Weg, der zwischen den elektrischen Spulen 114 und 116 liegt, nicht blockiert ist. Um den Schaltzustand des Relais zu ändern, werden die elektrischen Spulen 114 und 116 mit Energie versorgt, indem ein elektrischer Strom durch die Spulen geleitet wird. Dies erzeugt ein Magnetfeld in dem Schaltkanal 130 und das Festkörperteil 134 wird magnetisch zu den Spulen hin angezogen. Die Oberflächenspannungsverriegelung wird unterbrochen und das Festkörperteil wird zu dem linken Ende des Schaltkanals gezogen, wie in 4 abgebildet. Das Festkörperteil 134 befindet sich dann in benetztem Kontakt mit den Kontaktanschlußflächen 138 und 140. Die Energieversorgung der elektrischen Spulen 114 und 116 kann nun unterbrochen werden, da das Festkörperteil durch die Oberflächenspannung in der Flüssigkeit in der neuen Position gehalten wird. Somit wurde das Relais in seiner neuen Position verriegelt. In dieser neuen Position ist der optische Weg, der zwischen den elektrischen Spulen 118 und 120 liegt, nicht mehr durch das Festkörperteil und die Flüssigkeit blockiert, wohingegen der optische Weg, der zwischen den elektrischen Spulen 114 und 116 liegt, jetzt blockiert ist.
Der Schaltzustand kann in den in 3 abgebildeten ursprünglichen Zustand zurückversetzt werden, in dem die Spulen 118 und 120 mit Energie versorgt werden, um das Festkörperteil zu bewegen. Sobald das Festkörperteil in seine ursprüngliche Position zurückgekehrt ist, kann die Energieversorgung der Spulen unterbrochen werden, da das Festkörperteil durch die Oberflächenspannung in der Flüssigkeit in Position verriegelt ist.
5 ist eine Draufsicht des Schaltungssubstrats 108. Die drei Kontaktanschlußflächen 137, 138 und 140 sind auf der Oberseite des Substrats gebildet. Die Oberflächen der Kontaktanschlußflächen sind durch die Flüssigkeit in dem Schaltkanal benetzbar. Die Kontaktanschlußflächen sind vorzugsweise aus einem benetzbaren Metall hergestellt.
6 ist eine Draufsicht der Schaltschicht 106. In der Schicht ist ein Schaltkanal 130 gebildet. Die optischen Fasern 110, 124, 150 und 152 sind in den Einkerbungen 122, 126, 154 bzw. 156 positioniert. Die Fasern werden durch ein Haftmittel an ihrem Platz gehalten. Die Fasern 110 und 150 sind optisch ausgerichtet, so daß ein optisches Signal, das entlang der Faser 110 in das Relais eintritt, an die Faser 150 koppelt, wenn der Schaltkanal 130 freigegeben ist. Auf ähnliche Weise sind die Fasern 124 und 152 den Schaltkanal 130 hindurch optisch ausgerichtet. Eine Schnittansicht durch den Abschnitt 7-7 ist in 7 abgebildet. 7 zeigt den Schaltkanal 130 in der Schicht 106. Die optische Faser 110 ist in der Ausrichtungseinkerbung 122 positioniert und wird durch ein Haftmittel an ihrem Platz gehalten. Die optische Faser 150 ist in der Ausrichtungseinkerbung 154 positioniert und wird durch ein Haftmittel an ihrem Platz gehalten.
8 ist eine Draufsicht der Entlüftungsschicht 104. In der Oberseite der Schicht ist ein Entlüftungsdurchlaß oder -kanal 136 gebildet. Die Entlüftungslöcher 135a und 135b verlaufen durch die Schicht, wobei sie den Entlüftungsdurchlaß mit dem Schaltkanal in der Schicht darunter koppeln. Eine Schnittansicht durch den Abschnitt 9-9 ist in 9 abgebildet. 9 zeigt den Entlüftungsdurchlaß 136 und das Entlüftungsloch 135a. Die Entlüftungslöcher können proportioniert und positioniert sein, um die Bewegung des Festkörperteils durch Begrenzen des Fluidflusses aus dem Schaltkanal durch die Entlüftungslöcher zu dämpfen.
Eine Endansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines optischen Relais 100 ist in 10 abgebildet. In Betrieb tritt ein optisches Signal durch eine optische Faser oder einen optischen Wellenleiter 110 hindurch in das Relais ein und wird entweder in einem direkten Weg übertragen, um durch eine optische Faser oder einen optischen Wellenleiter 112 hindurch auszutreten, oder wird reflektiert und tritt durch den Wellenleiter 202 hindurch aus. Eine elektrische Spule 114 ist eine von mehreren, die das Relaisgehäuse umgeben, und wird verwendet, um den Schaltmechanismus zu betätigen.
11 ist eine Seitenansicht des in 10 abgebildeten optischen Relais. Die optischen Fasern 110 und 124 sind in den Ausrichtungseinkerbungen 122 bzw. 126 in der Schaltschicht 106 positioniert. Jede Faser ist mit einer entsprechenden Faser auf der entgegengesetzten Seite des Relais optisch ausgerichtet (wie in 10 abgebildet). Die optischen Fasern können durch ein Haftmittel an ihrem Platz gehalten sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel umgeben die vier elektrischen Spulen 114, 116, 118 und 120 das Relaisgehäuse. Die Spulen 114 und 116 sind als Paar zusammen angeordnet und wirken als eine einzelne Spule, wobei sie einen Raum zwischen den Spulen für die optische Faser 110 bereitstellen. Die Spulen 118 und 120 sind auf ähnliche Weise als Paar angeordnet, um Raum für eine optische Faser 124 zu ermöglichen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden nur zwei Spulen verwendet. In Betrieb kann ein optisches Signal, das durch den Wellenleiter 110 hindurch in das Relais eintritt, durch einen direkten Weg übertragen oder entlang eines Ausgangswellenleiters oder einer Ausgangs-Optische-Faser 202' reflektiert werden. Auf ähnliche Weise kann ein optisches Signal, das durch den Wellenleiter 124 hindurch in das Relais eintritt, durch einen direkten Weg übertragen oder entlang eines Ausgangswellenleiters oder einer Ausgangs-Optische-Faser 204 reflektiert werden. Der Abschnitt 12-12 wird unten unter Bezugnahme auf 12 beschrieben.
12 ist eine Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines optischen Relais 100 eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; 13 liefert eine detailliertere Ansicht des transparenten Spiegelgehäuses, auf das als transparente hohle Röhre 208 Bezug genommen wird, die das Festkörperteil 134 enthält. Bezug nehmend auf 12 umfaßt das Relais einen optischen Eingangswellenleiter 112 und einen ersten optischen Ausgangswellenleiter 110. Diese Wege sind optisch ausgerichtet, um einen direkten optischen Weg durch die Schicht zu bilden. Ein zweiter optischer Ausgangswellenleiter 202 schneidet den direkten optischen Weg. In Betrieb tritt ein optisches Signal (in der Figur von links) in den Weg 112 ein und verläuft entweder direkt über den Weg 110 durch das Relais oder wird abgelenkt, um durch den Weg 202 aus dem Relais auszutreten. An dem Schnittpunkt der Wege 112 und 202 ist eine transparente hohle Röhre 208 positioniert. Die transparente hohle Röhre 208 wird im folgenden auch als transparentes Spiegelgehäuse bezeichnet. Es können Röhren verwendet werden, die andere als dreieckige Querschnittsformen aufweisen, jedoch sollte eine Fläche der Röhre planar und gewinkelt sein, so daß die Normale bezüglich der Fläche den Winkel zwischen dem Wellenleiter 110 und dem Wellenleiter 202 halbiert. In 12 stehen die Wege im rechten Winkel zueinander, so daß die Fläche in einem 45°-Winkel steht. Es können andere Winkel verwendet werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Ein Festkörperteil (slug) eines Materials 134 ist in einem Kanal positioniert, der durch die transparente Röhre 108 verläuft, und kann frei axial entlang des Kanals gleiten. Ein Flüssigmetall 142 ist ebenfalls innerhalb des Kanals enthalten. Die Oberfläche des Festkörperteils 134, im Gegensatz zu den Enden, ist durch das Flüssigmetall benetzbar, so daß die Oberflächenspannung das Flüssigmetall in Kontakt mit der Oberfläche des Festkörperteils hält. Dort, wo die transparente Röhre durch die optischen Wege hindurchläuft, sind zumindest zwei Ecken der transparenten Röhre mit einem benetzbaren Metall 212 gefüllt. Das Flüssigmetall 142 wird durch die Oberflächenspannung, die das Flüssigmetall zu dem benetzbaren Metall in den Ecken der Röhre anzieht, über die Fläche des Festkörperteils gezogen. Daher ist die Oberfläche 214 des Flüssigmetalls planar und hochreflektierend. Ein optisches Signal, das in den Kanal 112 eintritt, wird von der Oberfläche 214 des Flüssigmetalls reflektiert und tritt durch den Kanal 202 aus dem Relais aus. Wenn das Festkörperteil 134 aus dem Weg des optischen Signals bewegt wird, verläuft das optische Signal durch die transparente Röhre und tritt durch den Wellenleiter 110 aus dem Relais aus. In Betrieb bewegt sich das Festkörperteil 134, angezogen durch das elektromagnetische Feld, das durch die Spulen erzeugt wird, axial entlang des Kanals durch die transparente Röhre. Einem verlagerten Gas innerhalb des Kanals wird es ermöglicht, über eine Entlüftung 136 von einem Ende des Kanals zu dem anderen zu fließen.

Claims

Elektromagnetisches optisches Relais (100), das folgende Merkmale aufweist: ein Relaisgehäuse, das einen Schaltkanal (130) enthält; einen ersten optischen Weg, der durch den Schaltkanal (130) verläuft; ein Festkörperteil (134), das angepaßt ist, um sich innerhalb des Schaltkanals (130) zu bewegen; ein erstes elektromagnetisches Betätigungsglied (114, 116), das betreibbar ist, um das Festkörperteil (134) zu einer ersten Position innerhalb des Schaltkanals (130) zu bewegen, um den ersten optischen Weg zu blockieren; und ein zweites elektromagnetisches Betätigungsglied (118, 120), das betreibbar ist, um das Festkörperteil (134) zu einer zweiten Position innerhalb des Schaltkanals (130) zu bewegen, um den ersten optischen Weg freizugeben.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß Anspruch 1, bei dem zumindest entweder das erste oder zweite elektromagnetische Betätigungsglied eine elektrische Spule (114, 116) aufweist, die den Schaltkanal (130) umgibt.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das erste elektromagnetische Betätigungsglied ein Paar elektrischer Spulen (114, 116) aufweist, die den Schaltkanal (130) umgeben, wobei die Spulen beabstandet sind, um zu ermögli chen, daß der erste optische Weg zwischen denselben verläuft.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner eine Druckentlastungsentlüftung (135a, 135b, 136) aufweist, die sich zu den Enden des Schaltkanals (130) öffnet und dieselben miteinander verbindet, wobei die Entlüftung angepaßt ist, um einen Druck in dem Kanal zu entlasten, wenn das Festkörperteil (134) bewegt wird.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß Anspruch 4, bei dem die Druckentlastungsentlüftung (135a, 135b, 136) proportioniert und positioniert ist, eine Bewegung des Festkörperteils (134) zu dämpfen.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Festkörperteil (134) eine Oberfläche aufweist, die durch eine Flüssigkeit benetzbar ist, wobei das Relais ferner folgende Merkmale aufweist: eine erste Kontaktanschlußfläche (140), die in dem Schaltkanal (130) positioniert ist und eine Oberfläche aufweist, die durch eine Flüssigkeit benetzbar ist; eine zweite Kontaktanschlußfläche (137), die in dem Schaltkanal (130) positioniert ist und eine Oberfläche aufweist, die durch eine Flüssigkeit benetzbar ist; und ein Flüssigkeitsvolumen (142, 144) in benetztem Kontakt mit dem Festkörperteil (134); wobei das Flüssigkeitsvolumen (142, 144) angepaßt ist, um zwischen dem Festkörperteil (134) und der ersten Kontaktanschlußfläche (140) zu benetzen, wenn sich das Festkörperteil in der ersten Position befindet, und um zwischen dem Festkörperteil und der zweiten Kontaktanschlußfläche (137) zu benetzen, wenn sich das Festkörperteil in der zweiten Position befindet.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß Anspruch 6, das ferner folgendes Merkmal aufweist: eine dritte Kontaktanschlußfläche (138), die in dem Schaltkanal (130) zwischen der ersten (140) und zweiten (137) Kontaktanschlußfläche positioniert ist, wobei der dritte Kontakt (138) in benetztem Kontakt mit dem Flüssigkeitsvolumen (142) steht.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß Anspruch 7, bei dem der erste optische Weg zwischen der ersten (140) und dritten (138) Kontaktanschlußfläche liegt.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß Anspruch 8, das ferner einen zweiten optischen Weg aufweist, der zwischen der zweiten (137) und dritten (138) Kontaktanschlußfläche liegt.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß Anspruch 9, bei dem das zweite elektromagnetische Betätigungsglied (118, 120) ein Paar elektrischer Spulen aufweist, die den Schaltkanal (130) umgeben, wobei die Spulen beabstandet sind, um zu ermöglichen, daß der zweite optische Weg zwischen denselben verläuft.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem die Flüssigkeit (142, 144) ein Flüssigmetall ist.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem das Festkörperteil (134) magnetisch ist.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem das Relaisgehäuse folgende Merkmale aufweist: eine Schaltungssubstratschicht (108); eine Abdeckungsschicht (102); und eine Schaltschicht (106), die zwischen der Schaltungsschicht (108) und der Abdeckungsschicht (102) positioniert ist und in der der Schaltkanal (130) gebildet ist.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß Anspruch 13, bei dem das Relaisgehäuse ferner folgendes Merkmal aufweist: eine Entlüftungsschicht (104), die eine Druckentlastungsentlüftung (135a, 135b, 136) enthält, die sich zu den Enden des Schaltkanals (130) öffnet und dieselben verbindet.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß Anspruch 13 oder 14, das ferner folgende Merkmale aufweist: einen ersten optischen Wellenleiter (110), der in einer ersten Ausrichtungseinkerbung (122) in der Schaltschicht (106) positioniert ist; und einen zweiten optischen Wellenleiter (150), der in einer zweiten Ausrichtungseinkerbung (154) in der Schaltschicht (106) positioniert ist; wobei der erste (110) und zweite (150) optische Wellenleiter axial ausgerichtet sind, um einen Abschnitt des ersten optischen Wegs zu bilden.
Elektromagnetisches optisches Relais (100) gemäß Anspruch 15, bei dem der erste (110) und zweite (150) optische Wellenleiter durch ein Haftmittel in der ersten (122) bzw. zweiten (154) Ausrichtungseinkerbung gehalten werden.
Elektromagnetisches optisches Relais (100), das folgende Merkmale aufweist: einen ersten optischen Eingangsweg; einen ersten optischen Ausgangsweg, der mit dem ersten optischen Eingangsweg optisch ausgerichtet ist, um einen direkten optischen Weg zu bilden; einen zweiten optischen Ausgangsweg, der den ersten optischen Eingangsweg schneidet; ein transparentes Spiegelgehäuse (208), das an dem Schnittpunkt des ersten optischen Eingangswegs und des zweiten optischen Ausgangswegs positioniert ist; ein Festkörperteil (134), das angepaßt ist, um sich innerhalb eines Kanals zu bewegen, der durch das transparente Spiegelgehäuse (208) verläuft, wobei das Festkörperteil (134) eine planare Oberfläche aufweist, die durch ein Flüssigmetall benetzbar ist; ein Flüssigmetallvolumen, das die planare Fläche des Festkörperteils (134) abdeckt, um eine reflektierende Oberfläche zu bilden; ein erstes elektromagnetisches Betätigungsglied (114, 116), das betreibbar ist, um das Festkörperteil (134) innerhalb des Kanals zu bewegen, so daß es den direkten optischen Weg blockiert und einen reflektierten optischen Weg von dem ersten optischen Eingangsweg zu dem zweiten optischen Ausgangsweg vervollständigt; und ein zweites elektromagnetisches Betätigungsglied (118, 120), das betreibbar ist, um das Festkörperteil (134) innerhalb des Kanals zu bewegen, um dasselbe aus dem direkten optischen Weg zu entfernen.
Elektromagnetische optische Relaisanordnung (100) gemäß Anspruch 17, die ferner eine Metallbeschichtung aufweist, die auf einen Abschnitt des Inneren des transparenten Spiegelgehäuses (208) aufgetragen ist, wobei die Metallbeschichtung durch ein Flüssigmetall benetzbar ist.
Elektromagnetische optische Relaisanordnung (100) gemäß Anspruch 18, bei der das transparente Spiegelgehäuse (208) eine dreieckige Röhre ist und die Metallbeschichtung auf die Ecken des transparenten Spiegelgehäuses (208) aufgetragen ist, wobei die Metallbeschichtung dazu neigt, zu bewirken, daß das Flüssigmetall eine reflektierende Oberfläche bildet, die die planare Oberfläche des Festkörperteils (134) bedeckt.
Elektromagnetische optische Relaisanordnung (100) gemäß Anspruch 18, bei der die Metallbeschichtung auf das Innere des Kanals über und unter dem direkten und reflektierten optischen Weg aufgetragen ist, so daß das Flüssigmetall Zwischenräume zwischen dem Festkörperteil (134) und der Metallbeschichtung füllt und einer Bewegung des Festkörperteils (134) widersteht.
Elektromagnetische optische Relaisanordnung (100) gemäß Anspruch 17, bei der das transparente Spiegelgehäuse (208) mit einem benetzbaren Metall über und unter dem direkten und reflektierten optischen Weg beschichtet ist, so daß das Flüssigmetall Zwischenräume zwischen dem Festkörperteil (134) und der benetzbaren Metallbeschichtung füllt und einer Bewegung des Festkörperteils (134) widersteht.
Verfahren zum Schalten eines optischen Wegs in einem elektromagnetischen optischen Relais (100) mit einem Festkörperteil (134), das innerhalb eines Schaltkanals (130) beweglich ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Koppeln eines optischen Eingangssignals mit einem optischen Eingangswellenleiter (110) des elektromagnetischen optischen Relais (100), wobei der optische Eingangswellenleiter (110) mit einem optischen Ausgangswellenleiter (150) optisch ausgerichtet ist, um den optischen Weg zu bilden; wenn der optische Weg vervollständigt werden soll: Versorgen eines ersten elektromagnetischen Betätigungsglieds (118, 120) mit Energie, um das Festkörperteil (134) aus dem optischen Weg herauszubewegen, wodurch der optische Eingangswellenleiter (110) mit dem optischen Ausgangswellenleiter (150) optisch gekoppelt wird; und wenn der optische Weg unterbrochen werden soll: Versorgen eines zweiten elektromagnetischen Betätigungsglieds (114, 116) mit Energie, um das Festkörperteil (134) in den optischen Weg hineinzubewegen, wodurch der optische Eingangswellenleiter (110) von dem optischen Ausgangswellenleiter (150) optisch entkoppelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 22, bei dem das Versorgen des ersten elektromagnetischen Betätigungsglieds (118, 120) mit Energie ein Leiten eines elektrischen Stroms durch zumindest eine erste Spule, die den Schaltkanal (130) umgibt, aufweist, und das Versorgen des zweiten elektromagnetischen Betätigungsglieds (114, 116) mit Energie ein Leiten eines elektrischen Stroms durch zu mindest eine zweite Spule, die den Schaltkanal (130) umgibt, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 22 oder 23, bei dem einer Bewegung des Festkörperteils (134) durch eine Flüssigkeit Widerstand geleistet wird, die zwischen dem Festkörperteil (134) und zumindest einer Kontaktanschlußfläche einer Mehrzahl von festen Kontaktanschlußflächen in dem Schaltkanal (130) benetzt, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte aufweist: wenn der optische Weg vervollständigt werden soll: Unterbrechen der Energieversorgung des ersten elektromagnetischen Betätigungsglieds (118, 120), nachdem das Festkörperteil (134) aus dem optischen Weg herausbewegt wurde; und wenn der optische Weg unterbrochen werden soll: Unterbrechen der Energieversorgung des zweiten elektromagnetischen Betätigungsglieds (114, 116), nachdem das Festkörperteil (134) in den optischen Weg hineinbewegt wurde.
Verfahren zum Schalten zwischen einem ersten optischen Weg und einem zweiten optischen Weg durch einen Schaltkanal (130) in einem elektromagnetischen optischen Relais (100), wobei das Relais ein Festkörperteil (134) aufweist, das innerhalb des Schaltkanals (130) beweglich ist, und das Verfahren folgende Schritte aufweist: Koppeln eines ersten optischen Eingangssignals mit einem ersten optischen Eingangswellenleiter (110) des elektromagnetischen optischen Relais (100), wobei der erste optische Eingangswellenleiter (110) mit einem ersten optischen Ausgangswellenleiter (150) optisch ausgerichtet ist, um den ersten optischen Weg zu bilden; Koppeln eines zweiten optischen Eingangssignals mit einem zweiten optischen Eingangswellenleiter (124) des elektromagnetischen optischen Relais (100), wobei der zweite optische Eingangswellenleiter (124) mit einem zweiten optischen Ausgangswellenleiter (152) optisch ausgerichtet ist, um den zweiten optischen Weg zu bilden; wenn der erste optische Weg ausgewählt werden soll: Versorgen eines ersten elektromagnetischen Betätigungsglieds (118, 120) mit Energie, um das Festkörperteil (134) aus dem ersten optischen Weg heraus und in den zweiten optischen Weg hinein zu bewegen, wodurch der erste optische Eingangswellenleiter (110) mit dem ersten optischen Ausgangswellenleiter (150) optisch gekoppelt und der zweite optische Eingangswellenleiter (124) von dem zweiten optischen Ausgangswellenleiter (152) optisch entkoppelt wird; und wenn der zweite optische Weg ausgewählt werden soll: Versorgen des zweiten elektromagnetischen Betätigungsglieds (114, 116) mit Energie, um das Festkörperteil (134) aus dem zweiten optischen Weg heraus und in den ersten optischen Weg hinein zu bewegen, wodurch der erste optische Eingangswellenleiter (110) von dem ersten optischen Ausgangswellenleiter (150) optisch entkoppelt und der zweite optische Eingangswellenleiter (124) mit dem zweiten optischen Ausgangswellenleiter (152) optisch gekoppelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 25, bei dem das Versorgen des ersten elektromagnetischen Betätigungsglieds (118, 120) mit Energie ein Leiten eines elektrischen Stroms durch zumindest eine erste Spule, die den Schaltkanal (130) umgibt, aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 25 oder 26, bei dem einer Bewegung des Festkörperteils (134) durch eine Flüssigkeit Widerstand geleistet wird, die zwischen dem Festkörperteil (134) und einer festen Kontaktanschlußfläche in dem Schaltkanal (130) benetzt, wobei das Verfahren ferner folgende Schritte aufweist: wenn der erste optische Weg ausgewählt werden soll: Unterbrechen der Energieversorgung des ersten elektromagnetischen Betätigungsglieds (118, 120), nachdem das Festkörperteil (134) aus dem ersten optischen Weg herausbewegt wurde; und wenn der zweite optische Weg ausgewählt werden soll: Unterbrechen der Energieversorgung eines zweiten elektromagnetischen Betätigungsglieds (114, 116), nachdem das Festkörperteil (134) aus dem zweiten optischen Weg herausbewegt wurde.