DE112005000415T5 - Kompensiertes variables optisches Dämpfungsglied - Google Patents

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Stanley E. Victoria Rud
Charles R. Eden Prairie Willcox
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Abstract

Elektrisch einstellbares optisches Dämpfungsglied mit:
einem Paar Wellenleitern, die jeweils einen Endabschnitt aufweisen, wobei mindestens ein Endabschnitt durch eine durch einen elektrisch angesteuerten Aktuator erzeugte Zwangskraft bezüglich des anderen Endabschnitts beweglich ist; und
einem bezüglich des Paars Wellenleitern angeordneten Sensor zum Erfassen einer Variablen, die die Dämpfung beeinflusst, und zum Erzeugen eines mit der Variablen in Beziehung stehenden Sensorausgangssignals.

Description

  • Hintergrund der verwandten Technik
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Beispiels eines optischen Dämpfungssystems mit einem zwischen einem Laser und einem Empfänger angeordneten variablen optischen Dämpfungsglied;
  • 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;
  • 2B zeigt eine Darstellung der Struktur von 2A zum Darstellen von Wellenleiterhalterungen;
  • 3A und 3B zeigen Querschnittansichten eines beispielhaften optischen Dämpfungsglieds mit einem oberen Element zum Darstellen jeweils verschiedener Dämpfungszustände;
  • 4A und 4B zeigen Querschnittansichten eines anderen beispielhaften optischen Dämpfungsglieds mit einem oberen Element zum Darstellen jeweils verschiedener Dämpfungszustände;
  • 5 zeigt eine Explosionsansicht eines anderen Beispiels eines optischen Dämpfungsglieds;
  • 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;
  • 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;
  • 8 zeigt eine Darstellung der Struktur von 5 im montierten Zustand;
  • 9 zeigt eine ähnliche Querschnittansicht wie 6 und 7, jedoch eines anderen Beispiels eines optischen Dämpfungsglieds;
  • 10 zeigt eine ähnliche Querschnittansicht wie 6, 7 und 9, jedoch eines anderen Beispiels eines optischen Dämpfungsglieds;
  • 11 zeigt eine Darstellung eines variablen optischen Dämpfungsgliedarrays;
  • 12 zeigt ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Beispiels eines geschlossenen Regelkreissystems zum Betreiben eines optischen Dämpfungsglieds;
  • 13 zeigt ein Blockdiagramm zum Darstellen eines Beispiels eines Bereitschaftsstromversorgungssystems zum Betreiben eines optischen Dämpfungsglieds; und
  • 14 zeigt eine schematische Ansicht eines Verfahrens zum Charakterisieren einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen variablen optischen Dämpfungsglieds (VOA).
  • Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 %.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zusammenfassung
  • 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)

Claims (39)

  1. Elektrisch einstellbares optisches Dämpfungsglied mit: einem Paar Wellenleitern, die jeweils einen Endabschnitt aufweisen, wobei mindestens ein Endabschnitt durch eine durch einen elektrisch angesteuerten Aktuator erzeugte Zwangskraft bezüglich des anderen Endabschnitts beweglich ist; und einem bezüglich des Paars Wellenleitern angeordneten Sensor zum Erfassen einer Variablen, die die Dämpfung beeinflusst, und zum Erzeugen eines mit der Variablen in Beziehung stehenden Sensorausgangssignals.
  2. Dämpfungsglied nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Temperatursensor ist.
  3. Dämpfungsglied nach Anspruch 2, wobei der Temperatursensor mindestens in der Nähe eines der Wellenleiter angeordnet ist.
  4. Dämpfungsglied nach Anspruch 2, wobei der Temperatursensor mit dem Dämpfungsglied integral ausgebildet ist.
  5. Dämpfungsglied nach Anspruch 4, wobei der Temperatursensor ein variabler Kondensator ist.
  6. Dämpfungsglied nach Anspruch 4, wobei der Temperatursensor eine Widerstandstemperatureinrichtung ist.
  7. Dämpfungsglied nach Anspruch 2, ferner mit einem zweiten Sensor, der dazu geeignet ist, eine zweite Variable zu erfassen.
  8. Dämpfungsglied nach Anspruch 7, wobei der zweite Sensor ein Eingangssignalwellenlängensensor ist.
  9. Dämpfungsglied nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Wellenlängensensor ist.
  10. Dämpfungsglied nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Beschleunigungssensor ist.
  11. Dämpfungsglied nach Anspruch 1, wobei der Sensor ein Schwingungssensor ist.
  12. Elektrisch einstellbares optisches Dämpfungssystem mit: einem Paar Wellenleitern, die jeweils einen Endabschnitt aufweisen, wobei mindestens ein Endabschnitt durch eine durch einen elektrisch angesteuerten Aktuator erzeugte Zwangskraft bezüglich des anderen Endabschnitts beweglich ist; einem bezüglich des Paars Wellenleitern angeordneten Sensor zum Erfassen einer Variablen, die die Dämpfung beeinflusst, und zum Erzeugen eines mit der Variablen in Beziehung stehenden Sensorausgangssignals; und einem Controller, der dazu geeignet ist, einen Dämpfungspegel basierend auf der erfassten Variablen zu kompensieren.
  13. System nach Anspruch 12, wobei der Sensor ein Temperatursensor ist.
  14. System nach Anspruch 13, wobei der Temperatursensor mindestens in der Nähe eines der Wellenleiter angeordnet ist.
  15. System nach Anspruch 13, wobei der Temperatursensor mit dem Dämpfungsglied integral ausgebildet ist.
  16. System nach Anspruch 15, wobei der Temperatursensor ein variabler Kondensator ist.
  17. System nach Anspruch 15, wobei der Temperatursensor eine Widerstandstemperatureinrichtung ist.
  18. System nach Anspruch 13, ferner mit einem zweiten Sensor, der dazu geeignet ist, eine zweite Variable zu erfassen.
  19. System nach Anspruch 18, wobei der zweite Sensor ein Eingangssignalwellenlängensensor ist.
  20. System nach Anspruch 12, wobei der Controller einen Speicher aufweist, der eine Lookup-Tabelle speichert, der eine erfasste Variable mit einer Dämpfung in Beziehung setzt.
  21. System nach Anspruch 20, wobei die Lookup-Tabelle mehrdimensional ist.
  22. System nach Anspruch 12, wobei der Controller einen Speicher aufweist, der Koeffizienten für eine Funktion speichert, die die erfasste Variable mit der Dämpfung in Beziehung setzt.
  23. System nach Anspruch 12, wobei der Sensor ein Wellenlängensensor ist.
  24. Dämpfungsglied nach Anspruch 12, wobei der Sensor ein Beschleunigungssensor ist.
  25. Dämpfungsglied nach Anspruch 12, wobei der Sensor ein Schwingungssensor ist.
  26. Verfahren zum Charakterisieren eines elektrisch einstellbaren optischen Dämpfungssystems, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Bestimmen eines Anfangswertes einer zu charakterisierenden Variablen; b) Messen einer optischen Dämpfung des Systems; c) Ändern und Messen der zu charakterisierenden Variablen; d) Wiederholen der Schritte b) und c) zum Erzeugen eines Satzes von Dämpfungs-/Variablenwertpaaren; und e) Charakterisieren des elektrisch einstellbaren optischen Dämpfungssystems durch den Satz von Dämpfungs-/Variablenwertpaaren.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Charakterisierung das Speichern einer Lookup-Tabelle bezüglich des Satzes von Dämpfungs-/Variablenwertpaaren aufweist.
  28. Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Verfahren für eine zweite zu charakterisierende Variable wiederholt wird.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Charakterisierung das Speichern einer mehrdimensionalen Lookup-Tabelle bezüglich des Satzes von Dämpfungs-/Variablenwertpaaren aufweist.
  30. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Variable eine Temperatur ist.
  31. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Variable eine Wellenlänge von dem System zugeführtem Licht ist.
  32. Verfahren nach Anspruch 26, ferner mit dem Schritt zum Bestimmen äußerer Variablen.
  33. Verfahren zum Charakterisieren eines elektrisch einstellbaren optischen Dämpfungssystems, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Messen einer optischen Dämpfung des Systems; b) Ändern eines dem optischen Dämpfungssystem zugeführten Steuerungseingangssignals; c) Wiederholen der Schritte a) und b) zum Erzeugen eines Satzes von Dämpfungs-/Variablenwertpaaren; und d) Charakterisieren des elektrisch einstellbaren optischen Dämpfungssystems durch den Satz von Dämpfungs-/Variablenwertpaaren, um einem elektrisch einstellbaren Aktuator ein Steuersignal zuzuführen, das einer gewünschten Beziehung entspricht.
  34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Dämpfung eine lineare Funktion des Steuerungseingangssignals ist.
  35. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Dämpfung eine logarithmische Funktion des Steuerungseingangssignals ist.
  36. Verfahren nach Anspruch 33, wobei die Dämpfung eine Exponentialfunktion des Steuerungseingangssignals ist.
  37. Elektrisch einstellbares optisches Dämpfungssystem mit: einem Paar Wellenleitern, die jeweils einen Endabschnitt aufweisen, wobei mindestens ein Endabschnitt durch eine durch einen elektrisch angesteuerten Aktuator erzeugte Zwangskraft bezüglich des anderen Endabschnitts beweglich ist; und einem Controller, der dazu geeignet ist, einen Wert eines erwarteten Parameters zu empfangen und einen Dämpfungspegel basierend auf dem erwarteten Parameter zu kompensieren.
  38. System nach Anspruch 37, wobei der erwartete Parameter eine Betriebstemperatur des Systems ist.
  39. System nach Anspruch 37, wobei der erwartete Parameter eine Wellenlänge von durch die Wellenleiter zu übertragendem Licht ist.
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