DE19847193A1

DE19847193A1 - Optischer Schalter

Info

Publication number: DE19847193A1
Application number: DE19847193A
Authority: DE
Inventors: Warren H Lewis; Jr Robert N Fair; Terence M Ward; Casey F Kane
Original assignee: Whitaker LLC
Current assignee: Whitaker LLC
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1998-10-13
Publication date: 1999-04-15
Also published as: US5940552A; JPH11174349A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen opti schen Schalter und befaßt sich im spezielleren mit einem optischen Schalter, der einen eine feststehende Position aufweisenden Reflektor und ein schwenkbares Brechungs element aufweist.

Ein bekannter optischer Schalter ist in dem US-Patent 5 361 315 offenbart. Die Arbeitsweise des bekannten opti schen Schalters wird nun erläutert. Mit einem einzigen Brechungselement in einer ersten stationären Position wird ein aus einer der optischen Fasern austretendes optisches Signal durch das Brechungselement übertragen, und nach Reflexion durch einen eine feststehende Posi tion aufweisenden Reflektor wird es wiederum durch das Brechungselement hindurch übertragen, um dadurch in eine optische Ausgangsfaser übertragen zu werden. Das Brechungselement wird in eine zweite stationäre Position verschwenkt, um das Signal in eine andere optische Aus gangsfaser zu übertragen. Auf diese Weise koppelt der optische Schalter ein Ausgangssignal mit zwei aus gewählten optischen Ausgangsfasern durch Verschwenken des einzigen Brechungselements zwischen zwei stationären Positionen. Zur Modifizierung des bekannten Schalters mit mehr als zwei optischen Ausgangsfasern oder mit mehr als einer optischen Eingangsfaser müßte das einzige Bre chungselement eine Fähigkeit aufweisen, sich nacheinan der in mehrere Positionen zu bewegen. Eine sequentielle Bewegung des Brechungselements würde nicht akzeptable Verzögerungen beim Schalterbetrieb verursachen und zu sätzliche Komplexität für einen Mechanismus zum Betä tigen des Brechungselements in mehr als zwei Positionen bedeuten.

Die vorliegende Erfindung schafft einen optischen Schal ter mit mehreren Brechungselementen zwischen einem eine feststehende Position aufweisenden Reflektor und einer Anordnung von optischen Fasern. Jedes der Brechungsele mente läßt sich in nicht mehr als zwei stationäre Po sitionen verschwenken, wodurch Komplexität bei einem Mechanismus zum Betätigen jedes Brechungselements ver mieden wird. Jedes der Brechungselemente ist unabhängig verschwenkbar. Außerdem können die Brechungselemente gleichzeitig verschwenkt werden, wodurch Schaltver zögerungen vermieden werden.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines optischen Schal ters, der einen Satz von optischen Eingangs-Wellen leitern sowie einen zweiten Satz von opti schen Ausgangs-Wellenleitern vor einem eine feststehende Position aufweisenden Reflektor sowie mehrere Brechungselemente aufweist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der optischen Ein gangs-Wellenleiter in dem ersten Satz, wobei ein optisches Ausgangssignal mit einem ersten der optischen Ausgangs-Wellenleiter in dem zweiten Satz gekoppelt wird;

Fig. 3 eine vergrößerte isometrische Ansicht der opti schen Wellenleiter in Form von optischen Fasern seitlich nebeneinander in jeweiligen Kanälen in einer Platte;

Fig. 4 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht unter Darstel lung der Brechungselemente in jeweiligen Binär zuständen 0 0 1;

Fig. 5 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht eines optischen Ausgangssignals, das mit einem anderen Ausgangs-Wellen leiter in dem zweiten Satz gekoppelt wird;

Fig. 6 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht unter Darstel lung der Brechungselemente in jeweiligen Binär zuständen 1 1 1; und

Fig. 7 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht eines optischen Ausgangssignals, das mit einem anderen Ausgangs-Wellen leiter in dem zweiten Satz gekoppelt wird.

Ein bekannter optischer Schalter ist in dem US-Patent 5 361 315 beschrieben, dessen Offenbarung durch Bezugnahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung ge macht wird. Bei dem bekannten Schalter ermöglicht ein einziges Brechungselement ein Umschalten zwischen zwei optischen Ausgangsfasern.

Wie unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 zu sehen ist, besitzt ein optischer Schalter 10 gemäß einem Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Anzahl N von Brechungselementen N₁, N₂, N₃ zwischen einem eine feststehende Position aufweisenden, konkaven Reflektor 9 sowie Enden von mehreren optischen Fasern bzw. Lichtwel lenleitern. Die optischen Fasern lassen sich in zwei Sätze separieren, wobei sich wenigstens eine erste opti sche Faser I in einem ersten Satz befindet und sich 2^N optische Fasern in einem zweiten Satz befinden. Eine optische Faser I in dem ersten Satz kann mit einer be liebigen der 2^N optischen Fasern in dem zweiten Satz ge koppelt werden, indem die in einer Anzahl N vorhandenen Brechungselemente in ausgewählte stationäre Positionen verschwenkt werden. Der Schalter 10 weist zum Beispiel drei Brechungselemente N₁, N₂, N₃ sowie eine entsprechen de Anzahl von acht optischen Ausgangsfasern 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 auf.

Wie unter Bezugnahme auf Fig. 3 zu sehen ist, ist die optische Faser I seitlich neben den mehreren, nämlich 2^N optischen Ausgangsfasern 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 in je weiligen Kanälen 11 in einer Platte 12 angeordnet, wobei die Enden von allen optischen Fasern zur Vorderseite des Reflektors 9 hin weisen.

Der Schalter 10 weist somit N Brechungselemente in Folge auf, wobei N<1 ist. Wenn zum Beispiel N = 3 ist, sind acht optische Ausgangsfasern sowie drei Brechungsele mente in Folge vorhanden.

Ein aus einer optischen Faser I in dem ersten Satz aus tretendes optisches Signal wird nacheinander durch die Brechungselemente N₁, N₂, N₃ übertragen, und nach Re flexion durch den Reflektor 9 wird es wieder nachein ander durch die Brechungselemente N₁, N₂, N₃ übertragen, um dadurch in eine ausgewählte der optischen Ausgangs fasern 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 in dem zweiten Satz über tragen zu werden.

Jedes der Brechungselemente N₁, N₂, N₃, ist zwischen aus gewählten Binärzuständen 0 und 1 verschwenkbar. Wie jeweils in den Fig. 1, 4 und 6 gezeigt ist, liegt die Position 0 relativ im Uhrzeigersinn, und die Position 1 liegt relativ im Gegenuhrzeigersinn.

Wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 zu sehen ist, sind alle der Brechungselemente N₁, N₂, N₃ in jeweiligen Uhrzeiger sinnpositionen angeordnet, die den Binärzuständen 0 0 0 entsprechen. Die Binärsumme der Binärzustände wird aus gedrückt als 0 0 0 = 0. Das Ausgangssignal des Schalters 10 wird in eine entsprechende optische Ausgangfaser 1 übertragen. Die optische Ausgangsfaser besitzt eine Po sition = p in der Anordnung, die ausgedrückt wird als

1 + {Binärsumme} = p.

Somit ist 1 + {0} = 1. Ein optisches Signal von der opti schen Faser I wird in die optische Ausgangsfaser 1 über tragen.

Wie unter Bezugnahme auf Fig. 4 zu sehen ist, ist ein erstes Brechungselement N₃ in eine Gegenuhrzeigersinn position verschwenkt dargestellt, so daß sein Binär zustand 1 wird. Die übrigen Brechungselemente, d. h. das zweite und das dritte Brechungselement N₁, N₂, befinden sich in jeweiligen Uhrzeigersinnpositionen und behalten ihre jeweiligen Binärzustände 0 0. Die Binärsumme der Binärzustände wird ausgedrückt als 0 0 1 = 1. Die ent sprechende Position der optischen Ausgangsfaser in der Anordnung läßt sich ausdrücken als 1 + {1} = 2. Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, wird somit ein optisches Signal von der optischen Faser I in eine optische Aus gangsfaser 2 übertragen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 6 ist jedes der drei Bre chungselemente N₁, N₂, N₃ in eine Gegenuhrzeigersinnposi tion verschwenkt dargestellt, so daß ihr Binärzustand 1 wird. Die Binärsumme der Binärzustände wird ausgedrückt als 1 1 1 = 7. Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 wird ein optisches Signal von der optischen Faser I in eine optische Ausgangsfaser 8 übertragen, und zwar auf der Basis

p = 1 + {7} = 8.

Durch Verschwenken der Brechungselemente N₁, N₂, N₃ in einer derartigen Weise, daß sie erstens Binärzuständen 0 0 1, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, entsprechen und zweitens daß sie Binärzuständen 1 1 1, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist, entsprechen, wird der Ausgang des Schal ters 10 zwischen den optischen Fasern 2 und 8 umge schaltet. In ähnlicher Weise wird durch Verschwenken der Brechungselemente N₁, N₂, N₃ in einer derartigen Weise, daß sie erstens den in Fig. 1 gezeigten Binärzuständen 0 0 0 entsprechen und zweitens den in Fig. 6 gezeigten Binärzuständen 1 1 1 entsprechen, der Ausgang des Schal ters zwischen den optischen Fasern 1 und 8 umgeschaltet. Die nachfolgende Tabelle veranschaulicht die jeweiligen Binärzustände der Brechungselemente N, die den Bre chungselementen N₁, N₂, N₃ entsprechen, die Binärsumme sowie die den Binärzuständen der Brechungselemente ent sprechende optische Ausgangsfaser.

Durch Modifizieren des Schalters 10 zur Schaffung von beispielsweise zwei Brechungselementen N₁, N₂, kann ein Teil der Tabelle derart gekürzt werden, daß die Binärzu stände von den beiden Brechungselementen N₁, N₂ als 1 1 dargestellt werden, die eine entsprechende Binärsumme von 3 besitzen, wodurch ein Umschalten zwischen vier optischen Ausgangsfasern ermöglicht wird. Durch Modi fizierung des Schalters zur Schaffung von beispielsweise vier Brechungselementen N₁, N₂, N₃₁ N₄₁ kann die Tabelle zum Angeben der Binärzustände der vier Brechungselemente als 1 1 1 1 erweitert werden, wobei die Binärsumme der selben 15 ist und dadurch ein Umschalten zwischen 16 optischen Ausgangsfasern möglich ist.

Bei jedem Ausführungsbeispiel der Erfindung können die mehreren Brechungselemente N, deren Anzahl 2 oder mehr beträgt, gleichzeitig verschwenkt werden, wobei dies bedeutet, daß eine Erhöhung der Anzahl von Brechungsele menten N zusätzliche Zeitverzögerungen beim Umschalten derselben vermeidet. Ein geeigneter Mechanismus zum Ver schwenken eines einzelnen Brechungselements in seine Binärzustände ist in der US-Patentanmeldung Nr. 08/686,886 beschrieben, deren Offenbarung durch Bezug nahme zu einem Bestandteil der vorliegenden Beschreibung gemacht wird. Bei der vorliegenden Erfindung kann jedes der mehreren Brechungselemente N, wie sie vorstehend beschrieben wurden, durch Betätigung eines entsprechen den Mechanismus, wie er in dem genannten Patent be schrieben ist, in unabhängiger Weise in seine Binärzustände verschwenkt werden. Ferner können durch gleichzeitiges Betätigen der entsprechenden Mechanismen die mehreren Brechungselemente N gleichzeitig ver schwenkt werden, wodurch größere Zeitverzögerungen beim Umschalten vermieden werden.

Claims

1. Optischer Schalter mit wenigstens einem Eingangs-Wellen leiterende, das zur Vorderseite eines eine feststehende Position aufweisenden Reflektors (9) weist, gekennzeichnet durch:
eine Anordnung von optischen Wellenleitern (1-8), die seitlich nebeneinander ausgerichtet sind, wobei ihre Enden zur Vorderseite des eine feststehende Position aufweisenden Reflektors (9) weisen, wobei die Wellenleiter in zwei Sätzen angeordnet sind, wobei der erste Satz den wenigstens einen Eingangs-Wellen leiter aufweist und der zweite Satz 2^N Wellen leiter aufweist und wobei eine Anzahl von N Bre chungselementen (N₁, N₂, N₃) zwischen den Enden der Wellenleiter und dem Reflektor vorhanden ist, wobei N<1 ist, und wobei der Wellenleiter des ersten Satzes mit einem beliebigen der 2^N Wellenleiter op tisch gekoppelt werden kann, indem die Brechungsele mente in ausgewählte Positionen verschwenkt werden.

2. Optischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei jedem Wel lenleiter um eine optische Faser handelt.

3. Optischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Brechungsele mente (N₁, N₂, N₃) in jeweilige Binärzustände 0 und 1 verschwenkbar ist.

4. Optischer Schalter nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Brechungsele mente (N₁, N₂, N₃) in jeweilige Binärzustände 0 und 1 verschwenkbar ist und jede Binärsumme der Binärzu stände einem der 2^N Wellenleiter entspricht.

5. Optischer Schalter nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechungselemente (N₁, N₂, N₃) in voneinander unabhängiger Weise in je weilige Binärzustände 0 und 1 verschwenkbar sind.

6. Optischer Schalter, gekennzeichnet durch: eine Anordnung aus einer An zahl von 2^N optischen Ausgangsfasern, deren Enden zu der Vorderseite eines eine feststehende Position aufweisenden Reflektors (9) weisen, sowie eine An zahl von N Brechungselementen zwischen einer opti schen Signalquelle und dem Reflektor, wobei jedes der Brechungselemente selektiv in eine erste und eine zweite Position verschwenkbar ist, um das opti sche Signal auf eine ausgewählte optische Ausgangs faser zu schalten.

7. Optischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der opti schen Signalquelle wenigstens um eine erste optische Faser handelt, die seitlich neben den optischen Aus gangsfasern angeordnet ist.

8. Optischer Schalter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechungselemente in voneinander unabhängiger Weise in jeweilige Binär zustände 0 und 1 schwenkbar sind.