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Hintergrund der verwandten
Technik
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Optische
Netzwerke, z.B. Telekommunikationsnetze, werden aus zahlreichen
Einrichtungen gebildet. Switches, Router, Koppler, Demultiplexer,
Multiplexer und Verstärker
sind typische Einrichtungen in Netzwerken. Diese Einrichtungen müssen miteinander
kompatibel sein, um geeignet zu funktionieren, d.h., sie müssen dazu
geeignet sein, kompatible Signale zu empfangen und zu übertragen.
Für einige Netzwerke
ist für
diese Kompatibilität
Voraussetzung, dass Netzwerkeinrichtungen Signale innerhalb eines spezifizierten
Intensitätsbereichs
verarbeiten – eine Einschränkung, die
ein geeignetes Netzwerkleistungspegelmanagement erforderlich macht.
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Systemdesigner
verwenden häufig
optische Dämpfungsglieder
oder Abschwächer
zum geeigneten Managen von Netzwerkleistungspegeln. Diese Dämpfungsglieder
können
selbständig
oder mit anderen Einrichtungen integriert sein, um Signalintensitäten steuerbar
zu setzen. Die Intensität
kann zwischen seriellen Einrichtungen, wie beispielsweise Verstärkerstufen,
zwischen parallelen Einrichtungen, wie beispielsweise Schaltbänken, und
sogar innerhalb einer einzelnen optischen Einrichtung gesteuert werden,
wie beispielsweise in einem Dämpfungsglied,
das mit einer herkömmlichen
Wellenlängenmultiplex(WDM)einrichtung
integriert ist, um Kanalintensitäten
zu normalisieren.
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Für viele
Anwendungen werden Dämpfungsglieder
durch Zulieferer hergestellt, die Hersteller optischer Einrichtungen beliefern,
die Netzwerkeinrichtungen (Switches, Router, usw.) installieren.
Weil verschiedene Netzwerke für
verschiedene Signalintensitätspegel
optimiert sein können,
werden Zulieferer häufig
einen Satz identischer optischer Einrichtungen herstellen und dann
einige davon geeignet anpassen, damit diese die Anforderungen der
Hersteller der optischen Einrichtungen, d.h. des spezifischen Netzwerks,
erfüllen.
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Variable
optische Dämpfungsglieder
(VOAs) mit einstellbarem Dämpfungsgrad
sind bekannt. VOAs werden herkömmlich
aus einer Blockierstruktur (wie beispielsweise einem beweglichen
Absorber oder einer teilreflektierenden Struktur) gebildet, die
in einem freien Bereich zwischen einem Eingangswellenleiter und
einem Ausgangswellenleiter angeordnet ist. Die Position der Blockierstruktur
im freien Bereich bestimmt den Dämpfungsgrad.
Shutter, Spiegel, Prismen und sogar Flüssigkristallstrukturen sind
als Blockierstrukturen verwendet worden.
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Gemäß einem
anderen bekannten Dämpfungsverfahren
werden Fasern durch eine mechanische Feder versetzt, eine Technik,
die zu wesentlichen temperaturabhängigen Instabilitäten führt. Außerdem ist
eine axiale Trennung zwischen Faserenden vorgeschlagen worden, obwohl
für diese
Verfahren eine große
Verschiebung und teuere bewegliche Teile erforderlich sind.
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Außerdem wurden
Continuous-Wave-Dämpfungseinrichtungen
entwickelt, die aus zwei Wellenleitern bestehen, die verdrillt und
miteinander vereinigt oder verschmolzen sind, wodurch ein großer Schalt-/Dämpfungsbereich
gebildet wird. Einige dieser Vorrichtungen verwenden auch thermische
Elemente für
eine selektive Schalt- und Dämpfungssteuerung.
Außerdem
wurden VOAs entwickelt, in denen eine Faradayrotor- oder eine pockelzellförmige Struktur
für eine
Dämpfung
basierend auf einem Polarisationszustand verwendet wird.
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Obwohl
diese Techniken für
einige Anwendungen geeignet sein können, führen sie zu unerwünschten
Mehrkosten bei der Herstellung und zu einem komplexen Betrieb. Außerdem sind
die Vorrichtungen unhandlich und mit Netzwerkumgebungen, in denen
der Platzbedarf eine wesentliche Rolle spielt, inkompatibel. Sie
sind außerdem
in einem Netzwerk schwierig installierbar, so dass sie zu wesentlichen Stillstandszeiten
oder einer Drosselung des Betriebs führen. Möglicherweise führen sogar,
was einen noch wesentlicheren Faktor darstellt, viele dieser bekannten
VOA-Einrichtungen zu einem wesentlichen unerwünschten Verlust. Beispielsweise
wird der Betrieb bekannter VOA-Einrichtungen durch eine Einfügungsdämpfung und
einen polarisationsabhängigen Verlust
(PDL) wesentlich eingeschränkt.
Außerdem weisen
bekannte VOAs Stabilitätsprobleme
auf, was zu Fehlfunktionen oder Störungen führt, wenn sie während des
Betriebs bewegt oder angestoßen
werden. Außerdem
können
Temperaturänderungen
in den VOAs unerwünschte
Effekte hervorrufen. Schließlich
wird, weil durch VOAs eine feinere Dämpfungssteuerung bereitgestellt
wird, ein von irgendeiner Quelle verursachter Fehler zunehmend unerwünscht.
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Einige
VOA-Einrichtungen verwenden eine Signalabtastung und eine Signalrückkopplung,
um eine präzise
Dämpfungssteuerung
bereitzustellen. Signalabtastungsverfahren sind jedoch teuer und
erfordern Installationsraum. Außerdem
können
Abtasttransducer durch Temperaturänderungen beeinflusst werden,
so dass Dämpfungspegel
von Systemen, die Abtasttransducer bzw. Abtastumsetzer verwenden, weiterhin
durch die Temperatur beeinflussbar sind.
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Daher
ist es erwünscht,
VOAs bereitzustellen, die nicht übermäßig sperrig
oder großformatig sind,
keine zusätzlichen
Komponenten verwenden, wie beispielsweise teilreflektierende Elemente,
Abtasttransducer oder thermische Schalter, kosten günstiger
herstellbar und mit einem geringeren Verlust und einer höheren Stabilität betreibbar
sind.
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Kurze Beschreibung der
Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisch einstellbares
Dämpfungsglied
und damit in Beziehung stehende Verfahren bereitgestellt. Gemäß einem
Aspekt weist das Dämpfungsglied mindestens
einen Sensor auf, der ein Sensorausgangssignal bezüglich einer
Variablen erzeugt, die die Dämpfung
beeinflusst. Ferner wird ein Verfahren zum Charakterisieren des
optischen Dämpfungsglieds
bereitgestellt, mit den Schritten: Bestimmen eines Satzes von Dämpfungs-/Erfassungsvariablendaten
und Erzeugen einer Beziehung (z.B. einer Lookup-Tabelle oder einer
mathematischen Funktion) zwischen der Erfassungsvariablen und der Dämpfung.
Aspekte der vorliegenden Erfindung beinhalten außerdem die Charakterisierung
des Steuerungseingangs-/Dämpfungsausgangssignals
gemäß einer
durch eine ausgewählte
mathematische Funktion bestimmten Beziehung.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 zeigt
ein Blockdiagramm eines Beispiels eines optischen Dämpfungssystems
mit einem zwischen einem Laser und einem Empfänger angeordneten variablen
optischen Dämpfungsglied;
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2A zeigt
eine Darstellung einer Ausführungsform
eines beispielhaften optischen Dämpfungsglieds
zum Darstellen eines ersten Wellenleiters und eines zweiten Wellenleiters,
die auf einem Basiselement angeordnet sind;
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2B zeigt
eine Darstellung der Struktur von 2A zum
Darstellen von Wellenleiterhalterungen;
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3A und 3B zeigen
Querschnittansichten eines beispielhaften optischen Dämpfungsglieds
mit einem oberen Element zum Darstellen jeweils verschiedener Dämpfungszustände;
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4A und 4B zeigen
Querschnittansichten eines anderen beispielhaften optischen Dämpfungsglieds
mit einem oberen Element zum Darstellen jeweils verschiedener Dämpfungszustände;
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5 zeigt
eine Explosionsansicht eines anderen Beispiels eines optischen Dämpfungsglieds;
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6 zeigt
eine Querschnittansicht der Struktur von 5 (im montierten
Zustand) betrachtet entlang den Linien BB in 5; die Ansicht
zeigt Beispiele von Positionen eines beweglichen Freiträgerabeschnitts
eines Wellenleiters;
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7 zeigt
eine Querschnittansicht der Struktur von 5 (im montierten
Zustand) betrachtet entlang den Linien BB in 5; die Ansicht
zeigt andere Beispiele von Positionen eines beweglichen Freiträgerabschnitts
eines Wellenleiters;
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8 zeigt
eine Darstellung der Struktur von 5 im montierten
Zustand;
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9 zeigt
eine ähnliche
Querschnittansicht wie 6 und 7, jedoch
eines anderen Beispiels eines optischen Dämpfungsglieds;
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10 zeigt
eine ähnliche
Querschnittansicht wie 6, 7 und 9,
jedoch eines anderen Beispiels eines optischen Dämpfungsglieds;
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11 zeigt
eine Darstellung eines variablen optischen Dämpfungsgliedarrays;
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12 zeigt
ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Beispiels eines geschlossenen
Regelkreissystems zum Betreiben eines optischen Dämpfungsglieds;
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13 zeigt
ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Beispiels eines Bereitschaftsstromversorgungssystems
zum Betreiben eines optischen Dämpfungsglieds;
und
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14 zeigt
eine schematische Ansicht eines Verfahrens zum Charakterisieren
einer Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen variablen
optischen Dämpfungsglieds
(VOA).
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Nachstehend
werden bevorzugte Ausführungsformen
und zahlreiche Alternativen dazu erläutert, für Fachleute ist jedoch offensichtlich,
dass diese lediglich Beispiele darstellen, durch die die Erfindung nicht
eingeschränkt
werden soll. Die hierin beschriebenen Merkmale können in vielen optischen Vorrichtungen
verwendet werden. Obwohl die nachstehende Beschreibung sich im wesentlichen
auf variable optische Dämpfung
bezieht, ist für
Fachleute offensichtlich, dass die hierin beschriebenen Merkmale auch
zum Bewegen von Wellenleitern für
andere Zwecke verwendet werden können.
Die hierin beschriebenen Merkmale können auch zum Korrigieren oder
Erzeugen eines Versatzes zwischen Wellenleitern für von einer
Dämpfung
verschiedene Zwecke und für
von den exemplarisch dargestellten Strukturen verschiedene Strukturen
verwendet werden. Außerdem
können,
obwohl in den meisten Beispielen elektrisch angesteuerte Aktuatoren
in der Form von elektrostatischen Aktuatoren beschrieben werden,
in jedem der beschriebenen Beispiele andere elektrisch angesteuerte
Aktuatoren verwendet werden. Elektrisch angesteuerte Aktuatoren
empfangen ein elektrisches Signal zum Veranlassen einer Bewegung
eines Wellenleiters. Beispiele sind elektrostatische, elektrothermische
und elektromagnetische Aktuatoren, obwohl Fachleuten andere elektrisch
angesteuerte Aktuatoren bekannt sind, wie beispielsweise elektromechanische
Aktuatoren.
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1 zeigt
ein Beispiel eines Lasersystems 100 mit einem optischen
Eingangssignal, das sich in einem Eingangs wellenleiter 102 ausbreitet,
das über ein
variables optisches Dämpfungsglied 106 mit
einem optischen Ausgangssignal gekoppelt ist, das sich in einem
Ausgangswellenleiter 104 ausbreitet. Das optische Eingangssignal
kann durch eine Laserdiode, einen Gaslaser, einen Verstärker, einen
Transponder oder eine andere Laser- oder optische Quelle erzeugt
werden. Das optische Eingangssignal kann ein informationsübertragendes
Lasersignal oder alternativ eine gepulste oder kontinuierliche Einzelfrequenz-Laserenergiewelle
sein. Das optische Eingangssignal kann z.B. über eine optische oder Lichtleitfaser
mit dem variablen optischen Dämpfungsglied 106 gekoppelt
sein. Das variable optische Dämpfungsglied 106 wird
durch einen Controller 108 gesteuert.
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Das
variable optische Dämpfungsglied 106 empfängt das
optische Eingangssignal und dämpft das
Signal unter der Steuerung des Controllers 108. Das variable
optische Dämpfungsglied 106 ist
dazu geeignet, ein optisches Ausgangssignal bereitzustellen, das
einen Bereich gewünschter
Intensitäten
aufweisen kann. Für
herkömmliche
Telekommunikationsanwendungen ist eine Dämpfung von 0 dB bis 20 dB erforderlich.
Mit den vorliegenden Ausführungsformen
und Beispielen kann eine Dämpfung
von 40 dB oder mehr erreicht werden. Der Controller 108 bestimmt
den durch das variable optische Dämpfungsglied 106 bereitgestellten
Dämpfungsgrad.
In einem Beispiel weist das variable optische Dämpfungsglied 106 zwei
optisch gekoppelte Wellenleiter auf, von denen mindestens einer
bezüglich
des anderen beweglich ist. Der Controller 108 führt einem
elektrisch einstellbaren Aktuator (EVA) 110 im variablen
optischen Dämpfungsglied 106 ein
Steuersignal zu, um die Position des (der) beweglichen Wellenleiters
(Wellenleiter) einzustellen, zu setzen und/oder zu bestimmen. Wenn
der elektrisch einstellbare Aktuator ein elektrostatischer Aktuator
ist, führt
der Controller 108 Aktuator elektroden eine Treiberspannung
zu. Der (die) bewegliche(n) Wellenleiter bewegt (bewegen) sich unter
einer durch die Elektroden erzeugten elektrostatischen Kraft. Der
EVA 110 kann auch ein elektrothermischer oder ein elektromagnetischer
Aktuator sein. Ein elektrothermischer Aktuator empfängt ein elektrisches
Steuersignal vom Controller 108 und erzeugt eine Temperaturänderung
im Dämpfungsglied 106,
z.B. durch Erwärmen
eines Elements auf dem beweglichen Wellenleiter, wodurch eine Ausdehnung erzeugt
wird, durch die der Wellenleiter abgelenkt wird. Ein elektromagnetischer
Aktuator ist ein Aktuator, der ein elektrisches Signal in eine magnetische Kraft
umwandelt, durch die dann der (die) Wellenleiter bewegt wird (werden).
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2A zeigt
einen Abschnitt eines Beispiels eines optischen Dämpfungsglieds 200 (vgl. 3A und 3B),
das als das variable optische Dämpfungsglied 106 verwendbar
ist. Das optische Dämpfungsglied 200 ist
ein variables optisches Dämpfungsglied
mit einem Basiselement 201, das im dargestellten Beispiel
zwei Wellenleiter 202, 203 in der Form von optischen
oder Lichtleitfasern hält.
Ein beispielhaftes Material für
das Basiselement 201 ist Silizium. Der erste Wellenleiter 202 weist
einen Basisabschnitt 204 und einen beweglichen Freiträgerabschnitt 205 mit
einem Endabschnitt 206 auf. Der zweite Wellenleiter 203 weist
einen Basisabschnitt 207 und einen Freiträgerabschnitt 208 auf,
der beweglich oder fixiert sein kann. Der Freiträgerabschnitt 208 weist
einen Endabschnitt 209 auf.
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Im
dargestellten nicht-aktivierten Zustand sind der Endabschnitt 206 und
der Endabschnitt 209 für
eine maximale Wellenleiter-Wellenleiter-Energiekopplung axial ausgerichtet.
Alternativ können
die Endabschnitte 206, 209 in die nicht-aktivierte
Position versetzt sein.
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Die
Freiträgerabschnitte 205 und 208 erstrecken
sich über
einer Vertiefung 210, die z.B. durch eine Fotolithografiedefinition
und einen chemischen Ätzprozess
im Basiselement 201 ausgebildet werden kann. Wenn die Freiträgerabschnitte 205 und 208 über der
Vertiefung 210 aufgehängt
sind, können
beide Endabschnitte 206, 209 frei bewegt werden.
In einer Ausführungsform
sind die Freiträgerabschnitte 205 und 208 aus
im wesentlichen identischen optischen oder Lichtleitfasern aus synthetischem
Quarz oder Fused-Silica hergestellt, ein flexibles Material mit
einer Rückstellfederkraft,
die die Struktur auf ihre Ausgangsposition vorspannt. Beispielhafte
Fasern sind Single-Mode Corning SMF-28®-Fasern mit abgeschrägten oder
flachen Endflächen
an den Endabschnitten.
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Die
Basisabschnitte 204 und 207 sind z.B. unter Verwendung
eines (nicht dargestellten) Verbindungsmaterials an einer ersten
und einer zweiten Halterung 211 und 212 befestigt.
Das Basiselement 201 kann aus Fused-Silica-Wafern hergestellt
werden, so dass sein Ausdehnungskoeffizient demjenigen der Wellenleiter 202 und 203 exakt
angepasst ist, falls diese ebenfalls aus Fused-Silica hergestellt sind.
Die Halterungen 211, 212 können aus Siliziumwafern mit
anisotrop geätzten
V-Nuten 214 und 216 (wie in 2B am
besten ersichtlich ist) ausgebildet sein, die die Basisabschnitte 204 und 207 aufnehmen.
Die V-Nuten 214 und 216 können alternativ mechanisch
ausgebildet werden. Durch axiales Ausrichten der V-Nuten 214 und 216 werden
die Endabschnitte 206 und 209 in der nicht-aktivierten
Position ausgerichtet. Die V-Nuten 214 und 216 können jedoch
auch versetzt sein, so dass die beiden Wellenleiter 202 und 203 in
der nicht-aktivierten Position axial versetzt sind. Im axial ausgerichteten
Zustand haben die Wellenleiter 202 und 203 eine
maximale Kopplung; im versetzten Zustand wird eine gedämpfte Kopplung
erzeugt.
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Im
dargestellten Beispiel ist die Vorrichtung 200 eine Doppel-Freiträgervorrichtung,
bei der einer oder beide Freiträgerabschnitte 205 und 208 bewegt werden
können,
um ein Signal zu dämpfen,
das sich von einem zum anderen Wellenleiter 202, 203 ausbreitet.
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Die 3A und 3B zeigen
eine Querschnittansicht des montierten optischen Dämpfungsglieds 200 mit
dem Basiselement 201 und einem daran befestigten oberen
Element 222. Das obere Element 222 gleicht im
wesentlichen dem Basiselement 201. Das obere Element 222 weist
eine Vertiefung 224 mit einer der Elektrode 218 ähnlichen
dritten Elektrode 226 auf. Die Vertiefungen 224 und 210 bilden
einen Hohlraum 225, der im dargestellten Beispiel eine
gleichmäßige Tiefe
hat. Die dritte Elektrode 226 und eine vierte Elektrode 228 auf
dem Freiträgerabschnitt 208 bilden
einen zweiten elektrisch einstellbaren Aktuator. 3B zeigt
die Struktur von 3A mit den beiden Freiträgerabschnitten 205 und 208,
die in entgegengesetzte Richtungen zu ihren elektrostatischen Aktuatorelektroden 218 bzw. 226 abgelenkt
werden, um eine geeignete Dämpfung für ein sich
dazwischen ausbreitendes Signals zu erhalten. D.h., 3A zeigt
eine erste optische Dämpfungsposition,
bei der der kleinste Dämpfungsgrad erzielt
wird, und 3B zeigt eine zweite optische Dämpfungsposition,
bei der das System derart eingestellt worden ist, dass ein gewünschter
Dämpfungsgrad
erzielt wird.
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In 3B sind
die Endabschnitte 206 und 209 optisch gekoppelt,
jedoch um einen Abstand d versetzt, wodurch eine optische Dämpfung verursacht
wird. Die Dämpfung
zwischen den optisch gekoppelten Endabschnitten 206 und 209 ändert sich als
Funktion eines axialen Versatzes, d.h. eines Versatzes bezüglich der
koaxial ausgerichteten Position, nichtlinear. In der bevorzugten
Ausführungsform
sind die Endabschnitte 206 und 209 permanent für eine Energieübertragung
optisch gekoppelt.
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Die 3A und 3B zeigen
Beispiele von Dämpfungszuständen. Der
Freiträgerabschnitt 205 wird
durch eine erste Elektrode 218 in der Vertiefung 210 und
eine zweite Elektrode 220 auf dem Freiträgerabschnitt 205 aktiviert.
Die Elektroden 218 und 220 bilden einen ersten
elektrisch einstellbaren Aktuator. Die erste Elektrode 218 kann
in der Vertiefung 210 angeordnet sein, und die zweite Elektrode 220 kann
um eine Ummantelung des Freiträgerabschnitts 205 herum
angeordnet sein. Der Freiträgerabschnitt 205 kann
einen verschmälerten
Faserabschnitt aufweisen, d.h. einen Abschnitt mit einer reduzierten Ummantelung
oder ohne Ummantelung, wodurch die Faserflexibilität erhöht werden
kann. Der Freiträgerabschnitt 205 kann
außerdem
einen erweiterten Kern aufweisen. Im dargestellten Beispiel sind
die Freiträgerabschnitte 205 und 208 hinsichtlich
der Länge
und des Durchmessers geometrisch angepasst, um Temperatur und Beschleunigungsfehler
zu kompensieren.
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Im
Betrieb wird durch eine Steuereinrichtung, wie beispielsweise den
Controller 108, der Elektrode 218 und der Elektrode 220 ein
Treibersignal für
den elektrostatischen Aktuator zugeführt, um den Endabschnitt 206 in
die Vertiefung 210 zu bewegen. Ein anderes Treibersignal
kann der Elektrode 226 und der Elektrode 228 zugeführt werden,
um den Freiträgerabschnitt 208 in
die Vertiefung 224 zu bewegen. Die beiden Treibersignale
können
eine gemeinsame Treiberspannung sein, durch die die Freiträgerabschnitte 205, 208 in
gleichem Maß in
entgegengesetzte Richtungen bewegt werden. Natürlich können die beiden Treibersignale
auch verschieden sein. In einer Ausführungsform sind die Treibersignale
pulsbreitenmodulierte (PWM) Spannungen. Außerdem können die Treibersignale von
einer Lookup-Tabelle erhalten werden, die Treibersignalspannungen
in Beziehung zu gewünschten
Dämpfungswerten
speichert. Bezüglich
der Vorrichtung 200 kann eine Kalibrierung vorgenommen
werden, um die Lookup-Tabelle zu erzeugen. Außerdem kann, wie nachstehend
diskutiert wird, das Treibersignal von einer Rückkopplungsschleife gewonnen werden,
wobei der Treibersignalwert in Antwort auf einen gemessenen Dämpfungswert
oder einen ablenkungsabhängigen
gemessenen Parameterwert, z.B. einen elektrischen Wert, wie beispielsweise
eine Kapazität,
eine Spannung, ein Strom, eine Induktivität oder eine Frequenz, bestimmt
wird.
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Die 4A und 4B zeigen
ein Beispiel einer Struktur 200', die der Struktur 200 von 3A und 3B ähnlich ist,
so dass ähnliche
Bezugszeichen in gestrichener Form verwendet werden. Das Beispiel
in den 4A und 4B weist
ein Basiselement 201' mit
einer Vertiefung 210' mit
variabler Tiefe und ein oberes Element 222' mit einer Vertiefung 224' mit variabler
Tiefe auf. Die Vertiefungen 210' und 214' bilden einen Hohlraum 225' mit variabler
Tiefe. Durch den Hohlraum mit variabler Tiefe kann die Größe der Spannung
für eine
vorgegebene Ablenkung vermindert werden.
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5 zeigt
einen Abschnitt eines anderen Beispiels eines optischen Dämpfungsglieds 300,
das aus einem Basiselement 302 mit zwei V-Nut-Halterungen 304 und 306 und
einer Vertiefung 308 gebildet wird. Die Vertiefung 308 weist
zwei Seitenwände 310, 312 auf.
Elektroden 314 und 316 sind auf der Seitenwand 310 bzw. 312 in
der Nähe
eines Freiträgerabschnitts 318 eines
Wellenleiters 320 angeordnet. Die Elektroden 314 und 316 sowie
die anderen hierin beschriebenen ähnlichen Elektroden können von
einem direkten Kontakt mit dem Basiselement 302 elektrisch
isoliert sein. Im dargestellten Beispiel ist der Wellenleiter 320 eine
optische Faser mit einem Endabschnitt 321 und einer leitfähigen Schicht 322, die
sich mindestens teilweise von einem auf der Halterung 304 in
Position gehaltenen Basisabschnitt 323 erstreckt. Zwei
weitere Elektroden 324 und 326 sind an einem entgegengesetzten
Ende der Vertiefung 308 in der Nähe eines Freiträgerabschnitts 328 der optischen
Faser 330 angeordnet, die ebenfalls einen Endabschnitt 331 und
eine leitfähige
Schicht 332 und einen auf der Halterung 306 in
Position gehaltenen Basisabschnitt 333 aufweist. Die leitfähigen Schichten 322 und 332 können durch
Aufbringen oder Aufdampfen einer Metallschicht um die Fasern 320 bzw. 330 herum
ausgebildet werden. Es können
ein stromloser Metallisierungsprozess unter Verwendung eines chemischen
Vorläufers
bzw. Zwischenprodukts oder ein physikalischer Aufbringungsprozess
verwendet werden. Die optischen Fasern 320 und 330 sind
derart angeordnet, dass sich ihre Freiträgerabschnitte 318 und 328 über der
Vertiefung 308 erstrecken.
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5 zeigt
außerdem
ein oberes Element 334. Das obere Element 334 weist
eine Vertiefung 336 mit zwei Seitenwänden 338, 340 auf.
Die Vertiefung 336 und die Vertiefung 308 bilden
einen Hohlraum 342 (vgl. 6), in dem
die Freiträger-,
abschnitte 318 und 328 abgelenkt werden können. Der Hohlraum 342 kann
einen diamantförmigen
Querschnitt oder eine andere Querschnittsform aufweisen. Das Basiselement 302 und
das obere Element 334 können
miteinander verbunden, verschmolzen, verklemmt oder andersartig
montiert werden, um die in 8 dargestellte
einheitliche Struktur zu erhalten. Elektroden 344, 346 sind
auf den Seitenwänden 338 bzw. 340 ausgebildet
und wirken, ähnlich
wie die Elektroden 314 und 316 auf den Freiträgerabschnitt 318 ein.
Andere Elektroden 348 und 350 sind in der Vertiefung 336 ausgebildet
und wirken ähnlich
wie die Elektroden 324 und 326 auf den Freiträgerabschnitt 328 ein.
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Das
obere Element 334 weist außerdem V-Nut-Halterungen 352 und 354 auf,
die in Kombination mit den Halterungen 304 und 306 Basisabschnitte 323 und 333 der
optischen Fasern 320 bzw. 330 umschließen.
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6 zeigt
ein Beispiel der Funktionsweise der montierten Teile der Vorrichtung 300 in
einer Querschnittansicht vom Ende 331 des Wellenleiters 330 entlang
den Linien BB in 5 zum Darstellen des Endabschnitts 321 der
optischen Faser 320. Die Vorrichtung 300 verwendet
mehrere laterale Steuerelektroden zum Steuern der Wellenleiterposition.
Die Elektroden 314, 316, 346 und 344 sind
dazu geeignet, die optische Faser 320 abzulenken. Im in 6 dargestellten
Beispiel stellt Bezugszeichen 320' die Faser 320 dar, die
in eine erste Richtung abgelenkt ist, so dass ein Faserkern 356 von
einer nicht-aktivierten Position um einen Abstand d' versetzt ist. Bezugszeichen 320'' bezeichnet die Faser 320,
die in eine zweite Richtung abgelenkt ist, so dass der Faserkern 356 von
einer nicht-aktivierten. Position um einen Abstand d'' versetzt ist. Die Faser 320 kann auch
in von den dargestellten Richtungen verschiedene Richtungen abgelenkt
werden. 7 zeigt beispielsweise die entlang
vertikalen Richtungen zu Positionen 320' und 320'' abgelenkte
optische Faser 320. Unter Verwendung benachbarter Elektroden, wie
beispielsweise in 7 dargestellt ist, zum Bewegen
eines Wellenleiters, werden wesentlich verminderte elektrostatische
Treibersignalwerte erhalten. Die 6 und 7 zeigen
die in eine erste und eine zweite Richtung (zu Positionen 320' und 320'' hin), die parallel zueinander
ausgerichtet sind, bewegte Faser 320. Es existiert jedoch
ein voller Bewegungsbereich in verschiedene Richtungen. Die dargestellte
Vorrichtung 300 weist mehrere Elektroden 314, 316, 344, 346 bzw. 324, 326, 348 und 350 auf, von
denen einigen identische oder verschiedene Treibersignale empfangen
können.
Außerdem kann (können) das
(die) Treibersignal e) eine feste Vorspannung aufweisen, um eine
gewünschte
nicht-aktivierte Position zwischen den Fasern 320 und 330, z.B.
eine Position für
eine "vollständige" oder "vollständig deaktivierte" oder "teilweise" Dämpfung,
zu erhalten.
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Die
Ablenkung der optischen Faser 330 ist ähnlich wie bei den in den 6 und 7.
bezüglich
der Faser 320 dargestellten Beispielen. Die Position 320 der
optischen Faser in den 6 und 7 kann eine
nicht abgelenkte, axial ausgerichtete Position sein, wohingegen
die Positionen 320' und 320'' versetzte Positionen sein können. Außerdem können, obwohl
die V-Nut-Paare 304/352 und 306/354 axial
ausgerichtet sind, die Paare auch axial versetzt sein, wodurch in
der Vorrichtung 300 ein Versatz bereitgestellt wird.
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Der
Basisabschnitt 323 der optischen Faser 320 ist
in den Halterungen 304 und 352 angeordnet. Die
Halterung 304 weist eine Elektrode 360 auf, die mit
der Metallschicht 322 in Kontakt steht. Es können leitfähige Anschlüsse 362 und 364 verwendet
werden, um die Schicht 322 elektrisch anzuregen. Die Elektroden 314 und 316 sind
mit den leitfähigen
Anschlüssen 366 bzw. 368 verbunden.
Um die optische Faser 320 beispielsweise nach unten abzulenken, kann über den
leitfähigen
Anschluss 362 (und/oder 364) und den leitfähigen Anschluss 366 und/oder
den Anschluss 368 ein Treibersignal zugeführt werden. Die
oberen Elektroden 344 und 346 sind mit leitfähigen Zuleitungen 370 bzw. 372 verbunden,
wenn das obere Element 334 auf dem Basiselement 302 ausgebildet
ist. Wie in 8 dargestellt ist, liegen diese Zuleitungen
in der montierten Vorrichtung 300 frei. Über den
Anschluss 362 (und/oder 364) und die Zuleitung 370 und/oder
die Zuleitung 372 kann eine Spannung zugeführt werden,
um die optische Faser 320 nach oben abzulenken. Die Ablenkung
der optischen Faser 330 wird auf eine ähnliche Weise unter Verwendung
von Zuleitungen 374 und 376 sowie leitfähige Anschlüsse 378, 380, 382 und 384 erhalten.
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9 zeigt
eine Querschnittansicht eines anderen optischen Dämpfungsglieds 400 mit
einem aus sechs Wänden 404, 406, 408, 410, 412 und 414 gebildeten
Hohlraum 402. Ein Basiselement 416 und ein oberes
Element 418 bilden die Vorrichtung 400. Im dargestellten
Beispiel ist eine optische Faser 420 mit einem Endabschnitt 421 in
drei verschiedenen Positionen 420, 420' und 420'' dargestellt. Elektroden 422, 424, 426 und 428 werden
in Kombination mit einer (nicht dargestellten) leitfähigen Elektrode
auf der Faser 420 verwendet, um einen elektrisch angetriebenen
Aktuator zum Ablenken der Faser 420 zu bilden. Eine Steuerung
kann auf ähnliche
Weise wie vorstehend unter Bezug auf 5 beschrieben
bereitgestellt werden.
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10 zeigt
eine Querschnittansicht eines anderen optischen Dämpfungsglieds 500 mit
einem aus drei Seitenwänden 504, 506 und 508 gebildeten Hohlraum 502.
Ein Basiselement 510 und ein oberes Element 512 bilden
die Vorrichtung 500. Im dargestellten Beispiel ist eine
optische Faser 514 in drei verschiedenen Positionen 514, 514' und 514'' dargestellt. Elektroden 516, 518 und 520 werden
in Kombination mit einer (nicht dargestellten) leitfähigen Elektrode
auf der Faser 514 verwendet, um einen elektrisch angetriebenen
Aktuator zum Ablenken der Faser 514 zu bilden. Eine Steuerung
kann auf ähnliche Weise
wie vorstehend unter Bezug auf 5 beschrieben
bereitgestellt werden.
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Bezüglich der
vorstehend beschriebenen Beispiele bedeutet die Verwendung eines
symmetrischen Paars von Freiträger-Wellenleiterabschnitten, die
in verschiedene Richtungen frei ablenkbar sind, dass eine geringere
Ablenkung jedes Wellenleiters erforderlich ist, um eine vorgegebene
Dämpfung
zu erzielen. Dadurch können
kürzere
Wellenleiter-Freiträger, eine
höhere
Resonanzfrequenz und kürzere Ansprechzeiten
erzielt werden. Außerdem
können eine
Common-Mode- oder Gleichtakt-Kompensation von durch Beschleunigungsablenkung
induzierten Fehlern erzielt und temperaturinduzierte Fehler vermindert
werden. Außerdem
zeigen frei gehaltene, einseitig eingespannte bewegliche Abschnitte
nur eine geringe oder keine Hysterese, weil kein Bodenkontakt- oder
Rollkontaktfläche
vorhanden ist, wodurch Reibungs- und Gleiteffekte vermieden werden, die
bei anderen Vorrichtungen nachteilig auftreten.
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Für die beschriebenen
Hohlräume
und Vertiefungen können
andere Geometrien verwendet werden. Beispielsweise können die
Vertiefungen einen gekrümmten,
d.h. halbkreisförmigen,
Querschnitt aufweisen. Außerdem
können
alternative Elektrodengeometrien oder -muster verwendet werden.
Es können
Elektrodengeometrien und Steuerschemas verwendet werden, um den
Ablenkungsgrad zu erhöhen,
bevor beispielsweise eine instabile elektrostatische Snap-Down-Position
erreicht wird.
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Snap-Down
ist ein Zustand, in dem ein Faserende unkontrollierbar abgelenkt
wird, bis es sich in direkten Kontakt mit der Ziehelektrode bewegt.
Dieser Zustand ergibt sich folgendermaßen. Die elektrostatische Kraft
zwischen einer beschichteten optischen Faser und einer benachbarten
Elektrode nimmt ungefähr
wie das inverse Quadrat des Abstands zwischen den beiden Komponenten
zu. Die Rückstellfederkraft
in einer optischen Faser nimmt jedoch mit der Auslenkung linear
zu. Wenn die Treiberspannung zu- und der Abstand zwischen einer
Faser und einer benachbarten Elektrode abnimmt, wird ein instabiler
Punkt erreicht, bei dem die exponentiell ansteigende elektrostatische
Kraft die linear zunehmende Federkraft in der Faser überwindet
und die Faser plötzlich
auf die Ziehelektrode nach unten klappt.
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Der
Snap-Down-Punkt kann durch Ersetzen der Elektroden in den Vertiefungen
durch mehrere Elektroden eingestellt werden, denen verschiedene Treiberspannungen
zugeführt
werden. Ein geeignetes verschachteltes oder ineinandergreifendes
Elektrodenmuster ist in der mitanhängigen US-Patentanmeldung mit
der Seriennummer 10/261111, eingereicht am 30. September 2002, mit
dem Titel "VARIABLE
OPTICAL ATTENUATOR" beschrieben,
auf die hierin durch Verweis Bezug genommen wird.
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Für Fachleute
sind zahlreiche Alternativen ersichtlich. Beispielsweise kann in
den Hohlräumen der
Vorrichtungen 200, 300, 400 und 500 ein
dielektrisches Ölfüllmaterial
verwendet werden, um die Treiberspannung zu vermindern, Vibrationen
zu dämpfen und
Stirnflächenreflexionen
zu eliminieren. Durch in der Umgebung vorhandene Schwingungen bis
zu typischerweise 2 kHz kann veranlasst werden, dass die Freiträgerabschnitte
mit ihren Resonanzfrequenzen schwingen. Die sich von einem Basisabschnitt
erstreckende Länge
des Freiträgerabschnitts
kann derart festgelegt werden, dass eine solche Resonanz vermieden
wird. Mit einem Füllmaterial
kann das System kritisch gedämpft
werden, um Resonanzen zu eliminieren, wodurch größere Aspekt- oder Längenverhältnisse
für die
Freiträgerabschnitte
ermöglicht
werden.
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Mit
oder ohne Füllmaterial
kann es erwünscht
sein, für
jeden beweglichen Abschnitt einen abgeschrägten Endabschnitt bereitzustellen.
Beispielsweise kann ein Winkel von 8° verwendet werden, um Stirnflächenreflexionen
zurück
in die Faser zu vermindern. Außerdem
kann eine auf jeden Endabschnitt aufgebrachte Antireflexionsbeschichtung verwendet
werden, um Transmissionsverluste zu vermindern.
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11 zeigt
eine variable Dämpfungsarrayvorrichtung 600,
die aus einzeln steuerbaren variablen optischen Dämpfungsgliedern 602, 604 und 606 gebildet
wird. Die Arrayvor richtung 600 wird verwendet, um in drei
verschiedenen optischen Kommunikationspfaden ähnliche oder verschiedene Dämpfungspegel
zu setzen. Ein einzelner Controller kann jede der Vorrichtungen 602, 604 und 606 individuell
ansteuern. Die Arrayvorrichtung 600 kann mehr oder weniger
optische Dämpfungsglieder
aufweisen. Jeder der Dämpfungsglieder 602, 604 oder 606 kann eine
beliebige der Vorrichtungen 200, 300, 400, 500 oder
eine andere hierin beschriebene Vorrichtung darstellen.
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12 zeigt
ein Blockdiagramm eines Beispiels eines Verarbeitungssystems 700 zum
Betreiben eines optischen Dämpfungsglieds.
Ein Steuerblock 702 empfängt ein Eingangssignal oder
einen Befehl, durch das/den der gewünschte Dämpfungspegel gesetzt wird.
Der Steuerblock 702 kann einen Speicher und Auslese- und
Ausführungs-Softwareroutinen
aufweisen. Der Steuerblock 702 kann eine Lookup-Tabelle
von Daten, die Treiberspannungen in Beziehung zu Dämpfungspegeln
darstellen, speichern oder darauf zugreifen. Ein Signalblock 702 wird für einen
EVA- (elektrisch einstellbarer Aktuator) und VOA- (variables optisches
Dämpfungsglied)
Block 704 bereitgestellt. Der Steuerblock 702 steuert
den EVA- und VOA-Block 704, der die Vorrichtungen 200, 300, 400 und/oder 500 aufweisen
kann. Der Block 704 kann außerdem mehrere Aktuatoren aufweisen. Der
Block 704 empfängt
ein optisches Signal über
einen Eingangswellenleiter 705a und weist einen Ausgangswellenleiter 705b auf,
der mit einem optionalen optischen Detektorblock 706 verbindbar
ist, der die optische Ausgangsleistung misst und einem Messblock 708 ein
Signal zuführt.
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Unter
Verwendung des Systems 700 z.B. mit dem optischen Dämpfungsglied 200 wird
der bewegliche Abschnitt 205 durch ein der Elektrode 218 zugeführtes Gleichspannungs(DC)signal
abgelenkt. Wenn die Dämpfung
durch einen elektrischen Parameter, wie beispielsweise eine Kapazität, gesteuert wird, würde den
Elektroden 218 und 220 durch den Steuerblock 702 über den
EVA- und VOA-Block 704 ein AC-Signal zugeführt, um
einen Erfassungswert des elektrischen Parameters zu erfassen. D.h.,
das AC-Signal wird verwendet, um eine aktuelle Kapazität zwischen
den Elektroden 218, 220 zu erfassen. Eine Kapazität, ein Strom,
eine Induktivität,
eine Frequenz und andere elektrische Parameter können auf ähnliche Weise erfasst werden.
Daher kann ein einzelnes Elektrodenpaar verwendet werden, um einen beweglichen
Abschnitt eines Wellenleiters abzulenken und für eine Rückkopplungssteuerung einen
Erfassungswert eines elektrischen Parameters zu bestimmen, der mit
der Position dieses beweglichen Abschnitts in Beziehung steht. Alternativ
können
für die
Bewegung und für
den Erfassungsvorgang separate Elektroden verwendet werden.
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In
einer Konfiguration wird der Erfassungswert vom Block 704 dem
Messblock 708 zugeführt, der
einen aktuellen Parameterwert herleiten kann (z.B. einen Kapazitätswert in
Farad berechnen kann), oder der Block 708 kann einen Abstand
oder eine Dämpfung
basierend auf dem Erfassungswert berechnen. Der Messblock 708 kann
ein Teil eines Controllers oder eines Prozessors sein, der andere
in 12 dargestellte Blöcke enthält. Der Erfassungswert des
elektrischen Parameters wird durch den Block 708 dem Steuerblock 702 zugeführt, der
bestimmt, ob der Erfassungswert dem gewünschten elektrischen Parameterwert
gleicht. Der Steuerblock 702 kann auch bestimmen, ob ein
gewünschter
Versatz- oder Positionswert erreicht worden ist. Wenn die beiden
Werte nicht übereinstimmen,
wird der Steuerblock 702 den Block 704 anweisen,
einen oder beide beweglichen Abschnitte entsprechend zu bewegen,
bis die beiden Werte übereinstimmen.
Wenn die beiden Werte übereinstimmen
und die gewünschte
Dämpfung
nicht erreicht wird – eine
Bestimmung, die unter Verwendung eines separaten Fotodetektors,
wie durch Block 706 dargestellt ist, mit einem dem Steuerblock 702 zugeführten Eingangssignal ausgeführt werden
könnte – kann der
Steuerblock die Endabschnittposition im System einstellen, bis die gewünschte Dämpfung erreicht
ist. Der Steuerblock 702 kann in diesen Fällen außerdem die
Lookup-Tabellendaten aktualisieren, weil dadurch angezeigt wird,
dass die gespeicherten Daten, die Dämpfungswerte in Beziehung zu
einem elektrischen Parameter darstellen, nicht mehr korrekt sind.
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12 zeigt
ein System, das eine Positionsstabilisierung in einem geschlossenen
Regelkreis bezüglich
eines beweglichen Freiträgerabschnitts
eines optischen Wellenleiters ausführt. Für Fachleute sind zahlreiche
Alternativen zu dem Steuersystem 700 ersichtlich. Beispielsweise
kann der Messblock 708 eine Temperatur messen und in Verbindung
mit dem Steuerblock 702 oder unabhängig davon einen Temperaturkompensationskoeffizienten
bereitstellen, der für
die Bestimmung von Steuerparametern verwendet wird, die für eine gewünschte optische
Dämpfung
erforderlich sind. Für
Erläuterungszwecke
ist ein mit dem VOA gekoppelter Sensor 710 dargestellt. Der
Sensor 710 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zum Erfassen
eines beliebigen Zustands sein, der die Dämpfung des VOA auf irgendeine
Weise beeinflussen kann. Daher könnte
ein geeigneter Sensor 710 zum Erfassen der Temperatur,
der Beschleunigung, der Vibration und/oder des Drucks unter Verwendung
geeigneter Erfassungstransducer verwendet werden. In Ausführungsformen,
in denen der Sensor 710 ein Temperatursensor ist, ist der
Sensor 710 vorzugsweise mit dem VOA thermisch gekoppelt.
Der Sensor 710 könnte
eine Widerstandstemperatursensor (RTD), ein Thermoelement, ein Thermistor,
ein temperaturempfindlicher Kondensator oder ein beliebiger anderer
geeigneter Temperatursensor sein, der in der Nähe des VOA angeordnet oder
sogar integral damit ausgebildet sein kann.
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Für Ausführungsformen,
in denen der Sensor mit dem VOA integral ausgebildet ist, können mehrere
Herstellungsoptionen verwendet werden, z.B. könnte ein Dünnschichtwiderstand auf dem
VOA aufgebracht werden. Alternativ könnte ein temperaturempfindlicher
Widerstand in das VOA-Substrat diffundiert werden. In noch anderen
Ausführungsformen
könnte
ein temperaturempfindlicher Kondensator auf dem VOA-Substrat ausgebildet
werden. In diesen Fällen
wird die elektrische Eigenschaft des Sensors (z.B. die Kapazität eines
temperaturempfindlichen Kondensators) durch den Messblock 708 und/oder
den Steuerblock 702 überwacht,
so dass jegliche temperaturinduzierten Auswirkungen auf die Dämpfung korrigiert
oder kompensiert werden können.
Dies kann erreicht werden, indem veranlasst wird, dass der Steuerblock 702 das
dem EVA 704 zugeführte
Steuersignal basierend auf der Größe und dem Vorzeichen des durch
den Temperatursensor gemessenen Temperaturunterschieds bezüglich eines
Standard-Temperaturzustands erhöht
oder vermindert. Die Genauigkeit der Temperaturkorrektur kann in
Abhängigkeit
von den Erfordernissen für
jede Anwendung variieren.
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Gemäß Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann auch ein wellenlängenabhängiger Verlust (WDL) kompensiert
werden. 12 zeigt eine Eingangswelle 712,
die in einen WDL-Block 714 eintritt, der dem Steuerblock 702 eine
Information über
die Eingangssignalwellenlänge(n)
zuführt.
In Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann nur eine WDL-Kompensation; eine
WDL-Kompensation in Kombination mit einer Temperaturkompensation;
nur eine Temperaturkompensation; und beliebige Kombinationen aus
einer WDL-Kompensation, einer Temperaturkompensation und/oder einer
andersartigen Kompensation unter Verwendung von einem oder mehreren
Sensoren verwendet werden, die in der Nähe und/oder innerhalb des VOA
angeordnet sind. Das durch den Block 714 bereitgestellte Wellenlängensignal
kann mit einer Referenzwellenlänge verglichen
werden, und das Vergleichsergebnis kann auch zum Einstellen der
Position des beweglichen Freiträgerabschnitts
verwendet werden.
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Die
Verarbeitung von 12 kann vollständig in
einem optischen Dämpfungsgliedchip
ausgeführt
werden, der eine Steuerschaltung und einen Speicherabschnitt aufweist,
oder die Verarbeitung kann durch externe Komponenten ausgeführt werden.
Für Fachleute
ist ersichtlich, dass die dargestellte Verarbeitung ferner weitere
Verarbeitungsblöcke und/oder
eine Eingabeeinrichtung, wie beispielsweise eine Tastatur, ein Touch
Screen oder eine manuelle Eingabe- oder Benutzerschnittstelleneinrichtung, sowie
eine Ausgabeeinrichtung, wie beispielsweise einen Computermonitor
aufweisen kann.
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13 zeigt
ein alternatives Verarbeitungssystem 800 eines optischen
Dämpfungsglieds.
Wie dargestellt ist, weist ein Steuerblock 802 Abspeicherungs-
oder Speicherzugriff- und
Auslese- und Ausführungssoftwareroutinen
zum Bestimmen eines gewünschten
Treibersignals zum Ablenken eines beweglichen Abschnitts eines Wellenleiters
auf, wenn der Block 802 das Treibersignal einem EVA-Block 804 zuführt. Der
Block 804 lenkt einen Wellenleiter oder mehrere Wellenleiter
in einem VOA-Block 806 ab. Ein Eingangswellenleiter 807a und
ein Ausgangswellenleiter 807b sind in der Darstellung mit dem
VOA 806 gekoppelt.
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13 zeigt
ferner einen Bereitschafts- bzw. Notstromversorgungsblock 808 auf,
der gewährleistet,
dass dem Block 804 eine konstante Treibersignalzufuhr zugeführt wird,
so dass, wenn die dem Steuerblock 802 oder dem Block 804 zugeführte Leistung
aus irgendeinem Grunde unterbrochen wird, der Notstromversorgungsblock 808 den
Block 804 mit Leistung versorgen wird, wodurch das Treibersignal
der (den) Aktuatorelektrode(n) unterbrechungsfrei zugeführt wird
und der End abschnitt und der bewegliche Abschnitt in ihren vor der
Störung vorliegenden
Positionen gehalten werden. Die Verarbeitung von 13 ist
eine Positionshaltesteuerung, die die optische Dämpfung auch bei einer Störung bei einem
vorgegebenen Wert hält.
Alternativ kann der Systemblock 800 die Dämpfungsposition
des beweglichen Wellenleiters (der Wellenleiter) auf eine Bereitschaftsposition
zurücksetzen,
z.B. auf eine Position für
eine "vollständige" oder "vollständig deaktivierte" oder "teilweise" Dämpfung.
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Der
Notstromversorgungsblock 808 kann auf bekannte Weisen implementiert
werden. Beispielsweise kann er durch eine Sicherungsbatterie oder eine
beliebige Leistungsquelle implementiert werden, die Leistung durch
einen gesteuerten langsamen Stromabfluss bereitstellt, z.B. durch
einen Superkondensator. Für
den Notstromversorgungsblock 808 können verschiedene Ansprechzeiten
verwendet werden, im bevorzugten Beispiel ist der Notstromversorgungsblock 808 beispielsweise über eine
elektrische Verbindung 810 kontinuierlich mit dem EVA-Block 804 verbunden,
so dass die Endabschnittposition sich bei einer Störung nicht ändert.
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14 zeigt
eine schematische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Charakterisieren eines VOA. Das Verfahren 900 kann
ausgeführt
werden, um das VOA bezüglich
einer beliebigen Variablen, z.B. der Temperatur, zu charakterisieren.
Außerdem
kann das Verfahren 900 wiederholt werden, um das VOA bezüglich weiteren
Variablen zu charakterisieren. Diese Iteration sollte verschachtelt
ausgeführt
werden, bis die charakterisierten Parameter vollständig unabhängig voneinander
sind. Beispielsweise könnte
das Verfahren 900 erstmals ausgeführt werden, um eine Charakterisierung
bezüglich
der Temperatur auszuführen,
und anschließend
ausgeführt
werden, um eine Charakterisierung bezüglich des wellenlängenabhängigen Verlusts
(WDL) auszu führen.
Das Verfahren beginnt in Block 902, wo eine oder mehrere äußere Variablen
bestimmt werden. Das Bestimmen der Variablen kann das Messen der äußeren Variablen,
das Halten dieser Variablen auf einem konstanten Pegel oder das
Setzen der Variablen auf einen Sollwert aufweisen. Beispielsweise
besteht, wenn das VOA bezüglich
der Temperatur charakterisiert werden soll, ein Verfahren zum Bestimmen
einer äußeren Variablen
(einer beliebigen Variablen, die nicht Gegenstand der Charakterisierung
ist), darin, eine einzelne Wellenlängenintensität auf einem
vorgegebenen Sollwert zu halten. In Block 904 wird die
charakterisierte Variable in einem Initialisierungsschritt gesetzt
oder gemessen. In Block 906 wird der VOA-Dämpfungspegel
gemessen. In Block 908 wird die Variable, die Gegenstand
der Charakterisierung ist, geändert
und gemessen. Gemäß einem
Beispiel von Schritt 908 könnte einfach die VOA-Temperatur während einer
Temperaturcharakterisierung erhöht werden.
In Schritt 910 wird geprüft, ob die Variable ausreichend
geändert
worden ist, um die Charakterisierung abzuschließen. Wenn die Charakterisierung noch
nicht abgeschlossen ist, springt die Steuerung zu Block 906 zurück, wo die
Dämpfung
gemessen und aufgezeichnet wird. Dieser Prozess wird mit geeigneten
Intervallen fortgesetzt, bis die Charakterisierung einen für die Variable
geeigneten Bereich abgedeckt hat.
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In
Block 910 werden die aufgezeichneten Paare von Dämpfungspegeln
und gemessenen Variablen verwendet, um eine Charakterisierung zu
erzeugen, die die VOA-Dämpfung
mit der gemessenen Variablen in Beziehung setzt. Vorzugsweise wird
diese Charakterisierung für
den Variablenbereich verwendet, für den die Charakterisierung
ausgeführt worden
ist. In Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird die Charakterisierung jedoch für Variablenbereiche
außerhalb
des während
der Charakterisierung verwendeten Variablenbereichs extrapo liert.
Die Charakterisierung kann die Erzeugung einer Lookup-Tabelle und/oder
die Berechnung von Koeffizienten für eine mathematische Funktion
beinhalten, die die Dämpfungspegel
als Funktion der charakterisierten Variablen annähern kann. Nachdem die Charakterisierung
abgeschlossen worden ist, können Änderungen
der charakterisierten Variablen effektiv kompensiert werden. In
Ausführungsformen,
in denen das Verfahren 900 mehrmals ausgeführt wird, um
mehrere Variablen zu charakterisieren, ist es vorstellbar, dass
die Lookup-Tabelle
eine beliebige Anzahl von Dimensionen aufweisen kann, um alle Charakterisierungen
aufzunehmen. Beispielsweise kann ein für eine Temperatur und einen
wellenabhängigen Verlust
(WDL) charakterisiertes VOA eine zweidimensionale Lookup-Tabelle
aufweisen, so dass eine Eingangssignalwellenlänge und eine Temperatur verwendet
werden könnten,
um einen VOA-Dämpfungskompensationspegel
zu erhalten.
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Obwohl
sich die Beschreibung von 14 auf
die Charakterisierung des VOA für
eine vorgegebene Variable, z.B. eine Temperatur, konzentrierte, kann
das Verfahren auch zum Messen der Antwort des VOA auf veränderliche
Steuerungseingangssignale verwendet werden, so dass es für jegliche
gewünschte
Funktion anpassbar ist. Beispielsweise kann die Steuerung/Dämpfung durch
jede beliebige Kurve charakterisiert werden. Die Dämpfung könnte eine
lineare Funktion des Steuerungseingangssignals, eine logarithmische
Funktion des Steuerungseingangssignals, eine Exponentialfunktion
des Steuerungseingangssignals oder eine beliebige andere Funktion
sein. Vorzugsweise wird der Dämpfungspegel
in Dezibel festgelegt. Gemäß der hierin
verwendeten Definition beträgt
die Dämpfung
in Dezibel (dB) = 10log10 (Pout/Pin) und die Dämpfung in % = (Pout/Pin)·100
%.
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Nachstehend
wird ein Beispiel einer Eingangs-/Ausgangssignalcharakterisierung
dargestellt. Durch ein nicht charak terisiertes VOA werden beispielsweise
50% seiner Ausgangssignalspanne für 75% seiner Steuerungseingangssignalspanne
bereitgestellt. Durch eine sich von der Charakterisierung des Ausgangssignals
vom Steuerungseingangssignal ergebende Übertragungsfunktion kann die
Nichtlinearität
zwischen Ein- und Ausgangssignal korrigiert werden. Die Übertragungsfunktion
kann das VOA auf einen 50%-Ausgangssignalzustand steuern, wenn 50%
des Steuerungseingangssignals zugeführt werden. Diese Korrektur
kann nach Bedarf unter Verwendung einer Lookup-Tabelle oder einer mathematischen
Anpassung ausgeführt
werden.
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Die
Charakterisierung kann auf einer Vorrichtungsebene und/oder einer
Modellebene ausgeführt
werden. Beispielsweise könnte
jede Vorrichtung vor der Installation und/oder während der Herstellung charakterisiert
werden. Dann könnte
für eine
Kompensation vorrichtungsspezifische Information verwendet werden.
Außerdem
könnte
während
der Herstellung modellbasierte Information gewonnen werden, um mindestens
eine gewisse Charakterisierung für
alle Vorrichtungen dieses Modelltyps bereitzustellen.
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Durch
eine beliebige geeignete Verarbeitungseinrichtung, die in oder in
der Nähe
des VOR oder in einer beliebige geeigneten externen Vorrichtung
angeordnet ist, können
Kompensationsberechnungen unter Verwendung der Charakterisierungsinformation
ausgeführt
werden. Außerdem
kann der Verarbeitungseinrichtung ein erwarteter Variablenwert,
z.B. eine Wellenlänge,
eine Temperatur, usw. zugeführt
werden, so dass die Verarbeitungseinrichtung eine Kompensation ausführen kann,
ohne dass irgendein Sensoreingangssignal bereitgestellt werden muss.
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Obwohl
hierin eine spezifische Vorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Konstruktion
beschrieben worden ist, ist der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung
nicht hierauf beschränkt.
Innerhalb des durch die Merkmale der beigefügten Patentansprüche definierten
Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung sind andere Ausführungsformen
und äquivalente
Ausführungsformen
realisierbar. Beispielsweise ist, obwohl Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung unter Bezug auf die Kompensation eines elektrisch einstellbaren
optischen Dämpfungsgliedes
bezüglich
Variablen beschrieben worden ist, die die Dämpfung beeinflussen, die vorliegende
Erfindung auch auf jegliche MEMS-basierten optischen Vorrichtungen
anwendbar, die durch derartige variablen beeinflussbar sind. Daher
ist die vorliegende Erfindung für
Vorrichtungen, wie beispielsweise MEMS-basierte optische Schalter
und MEMS-basierte
optische Multiplexer, geeignet.
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Zusammenfassung
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Kompensiertes
variables optisches Dämpfungsglied
-
Durch
die vorliegende Erfindung werden ein elektrisch einstellbares optisches
Dämpfungsglied (100, 200, 300, 400, 500, 602, 604, 606)
und damit in Beziehung stehende Verfahren bereitgestellt. Gemäß einem
Aspekt weist das Dämpfungsglied
(100, 200, 300, 400, 500, 602, 604, 606)
mindestens einen Sensor (710) auf, der ein Sensorausgangssignal
bereitstellt, das mit einer die Dämpfung beeinflussenden Variable
in Beziehung steht. Erfindungsgemäße Verfahren zum Charakterisieren
des Dämpfungsglieds
(100, 200, 300, 400, 500, 602, 604, 606)
weisen die Schritte auf: Bereitstellen eines Satzes von Dämpfungs-/Erfassungsvariablendaten
und Erzeugen einer Beziehung (z.B. einer Lookup-Tabelle oder einer
mathematischen Funktion), die die Erfassungsvariable mit der Dämpfung in
Beziehung setzt. Gemäß Aspekten
der vorliegenden Erfindung wird außerdem eine Charakterisierung
des Steuerungseingangs-/Dämpfungsausgangssignals
gemäß einer durch
eine ausgewählte
mathematische Funktion bestimmten Beziehung bereitgestellt. (12)