DE3523209A1 - Optischer schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Schalter mit aufeinander abbildenden Linsen, an welche Lichtleit­ fasern angeschlossen sind.

In der DE-AS 25 31 398 ist ein optischer Schalter be­ schrieben, bei dem mindestens zwei Lichtleitfasern ähn­ lich wie bei einem Reedkontakt in einem Gehäuse angeord­ net sind und zwar derart, daß ihre Enden in Ruhelage ein­ ander nicht gegenüberliegen. Eines der beiden Lichtleit­ faserenden ist in einem Rohrstück aus magnetisch wirk­ samen Material gefaßt und durch die Einwirkung einer mag­ netischen Kraft wird diese Lichtleitfaser so verbogen, daß die Achsen der beiden Lichtleitfasern zusammenfal­ len. Hört die Krafteinwirkung auf, so federt das ausge­ lenkte Lichtleitfaserstück in seine Ausgangslage zurück.

Ein solcher optischer Schalter ist im einfachsten Fall als Ein-/Ausschalter ausgebildet. Bei einem Schalter mit Umschaltfunktion ist beispielsweise eine Lichtleitfaser zwischen zwei weiteren Lichtleitfasern hin und her schaltbar, so daß beispielsweise die auf der einen ("an­ kommenden") Lichtleitfaser übertragene Nachricht wahl­ weise über eine der beiden anderen ("abgehenden") Licht­ leitfasern übertragen werden kann.

Von maßgeblichen Einfluß auf die Verluste eines optischen Schalters, bei dem der Schaltvorgang durch Bewegen eines Lichtleitfaserendes erfolgt, ist die Lage der Faserenden zueinander. Dabei spielen neben dem radialen Versatz und dem Winkelversatz der Faserachsen der Abstand der Fasern in axialer Richtung eine Rolle. Der Spalt zwischen den Faserenden bewirkt eine Raumfilterung. Eine Verbesserung wird dadurch erreicht, daß sich nicht die Faserenden selbst unmittelbar gegenüberstehen, sondern daß der Lichtstrahl mittels Linsen aufgeweitet wird. An die ein­ ander gegenüberliegenden Linsen sind die ankommenden und die abgehenden Lichtleitfasern angeschlossen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Schalter der eingangs genannten Art zu schaffen, der elektrisch schaltbar ist, kleine Abmessungen aufweist, mit einfachen Komponenten kostengünstig herzustellen ist, im durchgeschalteten Zustand eine reflexionsarme Strah­ lungsführung gewährleistet und auch bei Ausgestaltung als Umschalter über eine Vielzahl von Schaltspielen hinweg nur geringe und gleichbleibende Dämpfungswerte aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine reflektierende Flüssigkeit zwischen den Linsen im kollimierten Strahlbereich wahlweise einbringbar und entfernbar ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Fig. 1 bis 3 näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines optischen Schalters nach der Erfindung in schematischer Darstellung

Fig. 2 ein Schaltbeispiel für die Anwendung des optischen Schalters

Fig. 3 ein weiteres Schaltbeispiel für die Anwendung des optischen Schalters.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind als Linsen die beiden Gradientenlinsen 1 und 2 verwendet, deren Achsen aufeinander ausgerichtet sind und deren Lichtaustrittsflächen einander gegenüber liegen. Zwischen den beiden einander zugewandten Lichtaustrittsflächen der Gradientenlinsen befindet sich im kollimierten Strahlbe­ reich eine Kammer 9 aus Glas. Der Brechungsindex des Glases ist dem der Gradientenlinsen angepaßt. Die den Lichtaustrittsflächen der Gradientenlinsen zugewandten Außenwände der Glaskammer 9 sind planparallel und liegen unmittelbar an diesen an. Die Glaskammer 9 besitzt zwei einander gegenüberliegende Öffnungen. Die eine dieser beiden Öffnungen mündet in eine geschlossene Kammer 3 aus piezoelektrischem Material, die andere der beiden Kammern in eine weitere Kammer 4, die beispielsweise aus Glas be­ steht. In der Kammer 3 aus piezoelektrischem Material be­ findet sich als reflektierende Flüssigkeit Quecksilber 5, in der Kammer 4 befindet sich als lichtdurchlässige Flüs­ sigkeit ein Immersionsöl 6. Dieses Immersionsöl ist mit dem Quecksilber der Kammer 3 nicht mischbar, so daß sich immer eine scharfe Trennfläche 8 ausbildet. Der Brechungsindex des Immersionsöls 6 ist gleich dem Brech­ ungsindex des Glases der Glaskammer 9. Das Immersionsöl 6 ist durch eine Membran 10 von einem Luftpolster 7 abge­ trennt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Kam­ mer 4 geschlossen. In diesem Fall kann an Stelle des Luftpolsters auch ein evakuierter Raum vorliegen. Eine andere Ausführung kann darin bestehen, daß der das Luft­ polster umschließende Teil der Kammer 4 eine Bohrung auf­ weist, durch welche ein Druckausgleich möglich ist. Die an die Lichtaustrittsflächen der Gradientenlinsen gren­ zenden Außenwände der Glaskammer 9 sind durch parallel liegende Glasplatten gebildet, die etwa 0,5 mm dick sind und einen Abstand von etwa 0,2 mm voneinander haben.

An der anderen Lichtaustrittsfläche der Gradientenlinse 1 sind die beiden Lichtleitfasern 11 und 12 angeschlossen und zwar sind sie unter einem Winkel von bevorzugt Null Grad zur optischen Achse auf der Oberfläche der Gra­ dientenlinsen befestigt. Auf der der Glaskammer 9 abge­ wandten Lichtaustrittsfläche der Gradientenlinse 2 sind zwei weitere Lichtleitfasern 13 und 14 befestigt. Durch eine in der Fig. 1 nicht näher dargestellte elektrische Anregung kann eine Volumenveränderung der aus piezoelek­ trischem Material bestehenden Kammer 3 hervorgerufen wer­ den. Bei einer Volumenverminderung der Kammer 3 befindet sich in der Glaskammer 9 Quecksilber. Ein in der Licht­ leitfaser 11 übertragener Lichtstrahl wird dann an der spiegelnden Oberfläche des Quecksilbers reflektiert und gelangt infolge der Reflektion in die Lichtleitfaser 12. Die beiden Lichtleitfasern 11 und 12 sind hierdurch un­ mittelbar miteinander verbunden. Das gleiche gilt für die an der Gradientenlinse 2 angeschlossenen Lichtleitfa­ sern 13 und 14.

Wird das Volumen der Kammer 3 durch entsprechende elek­ trische Anregung wieder erhöht, so wandert die Grenz­ fläche 8 zwischen den beiden Flüssigkeiten in den Bereich zwischen der Kammer 3 und der Glaskammer 9, so daß sich nunmehr Immersionsöl in der Glaskammer 9 befindet und der Lichtweg zwischen den einander gegenüberliegenden Licht­ austrittsflächen der Gradientenlinsen 1 und 2 frei ist. In diesem Fall gelangt die Strahlung aus der Lichtleit­ faser 11 in die Lichtleitfaser 14, während eine gege­ benenfalls über die Lichtleitfaser 12 ankommende Strah­ lung in die Lichtleitfaser 13 übertragen wird. Da im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel das Volumen der Kammer 4 unverändert bleibt, sorgt das Luftpolster 7 für einen Volumenausgleich.

Eine andere Ausführung des optischen Schalters nach der Erfindung sieht vor, daß beide an die Glaskammer 9 ange­ schlossenen Kammern 3 und 4 aus piezoelektrischem Mat­ erial bestehen. In diesem Fall ist ein Luftpolster 7 nicht erforderlich. Die Ansteuerung der beiden Kammern 3 und 4 erfolgt gegensinnig, d. h., daß bei einer Volumen­ vergrößerung der Kammer 3 sich das Volumen der Kammer 4 entsprechend vermindert.

Durch entsprechende Bemessung der Ansteuerleistung kann auch bewirkt werden, daß die Trennfläche 8 zwischen den beiden Flüssigkeiten in der Glaskammer 9 nur bis zur Achse der Gradientenlinsen bewegt wird, so daß nur eine der beiden Schaltstrecken durchgeschaltet und die andere unterbrochen ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen in Schaltbeispielen Einsatzmög­ lichkeiten des optischen Schalters nach der Erfindung. In der Fig. 2 sind mit 11 und 12 zwei Lichtleitfasern be­ zeichnet, welche über den Schalter U sowie über die Lichtleitfasern 13 und 14 mit einem Teilnehmer Tln ver­ bindbar sind. Dem Teilnehmer Tln sind ein Sender S und ein Empfänger E zugeordnet, wobei der Sender S an der Lichtleitfaser 13 und der Empfänger E an der Lichtleit­ faser 14 angeschlossen ist. Der Umschalter U symbolisiert einen optischen Schalter, wie er in Fig. 1 dargestellt ist.

Befindet sich Immersionsöl in der Glaskammer 9 dieses Schalters, so entspricht dies dem in Fig. 2 mit durchge­ zogenen Linien dargestellten Schaltzustand I. In diesem Schaltzustand sind die Lichtleitfasern 11 und 13 sowie die Lichtleitfasern 12 und 14 optisch miteinander verbun­ den, so daß eine über die Lichtleitfasern übertragene Nachricht in den Empfänger E des Teilnehmers Tln gelangen und dieser selbst mit seinem Sender S über die Lichtleit­ faser 11 eine Nachricht senden kann. Befindet sich Queck­ silber in der Glaskammer 9 des optischen Schalters, so entspricht dies dem in der Fig. 2 mit punktierten Linien dargestellten Schaltzustand, die beiden Lichtleitfasern 11 und 12 sind unmittelbar miteinander verbunden, der Teilnehmer Tln ist abgetrennt.

Ein anderes Beispiel ist in Fig. 3 gezeigt, wobei hier die Lichtleitfasern 11 und 14 die Strecke bilden und die Lichtleitfasern 12 und 13 jeweils an den Sender S bzw. an den Empfänger E des Teilnehmers Tln angeschlossen sind. Auch in diesem Fall ist mit dem Umschalter U die in Fig. 1 gezeigt Schaltvorrichtung symbolisiert, die in Fig. 3 dargestellten Lichtleitfasern 11 bis 14 sind an diesen Schalter so angeschlossen wie in Fig. 1 gezeigt.

Befindet sich Quecksilber in der Glaskammer 9 des Schal­ ters, so entspricht dies bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung dem mit durchgezogenen Linien darge­ stellten Schaltzustand I, bei dem die Lichtleitfasern 11 und 12 infolge Reflexion der Strahlung an der Quecksil­ beroberfläche optisch miteinander verbunden sind und ebenso die Lichtleitfasern 13 und 14. In diesem Fall sind Sender S und Empfänger E des Teilnehmers an die Strecke angekoppelt. Befindet sich jedoch Immersionsöl in der Glaskammer 9, so entspricht dies dem in Fig. 3 mit ge­ strichelten Linien dargestellten Schaltzustand II. Es sind die Lichtleitfasern 11 und 14 und die Lichtleitfa­ sern 12 und 13 untereinander verbunden, so daß der Teil­ nehmer von der Strecke abgetrennt und die durch die Lichtleitfasern 11 und 14 gebildete Strecke durchgeschal­ tet ist. Sender S und Empfänger E des Teilnehmers Tln sind optisch miteinander verkoppelt.

Claims (9)

1. Optischer Schalter mit aufeinander abbildenden Linsen, an welche Lichtleitfasern angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine reflektierende Flüssigkeit (5) zwischen den Linsen (1, 2) im kollimierten Strahl­ bereich wahlweise einbringbar und entfernbar ist.

2. Optischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzei­ chnet, daß eine mit der reflektierenden Flüssigkeit (5) nicht mischbare lichtdurchlässige weitere Flüssig­ keit (6) vorgesehen ist und wahlweise die reflektier­ ende oder die lichtdurchlässige Flüssigkeit zwischen die Linsen (1, 2) einbringbar ist.

3. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Flüs­ sigkeit (5) Quecksilber ist.

4. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtdurchlässige Flüssigkeit (6) ein Immersionsöl ist.

5. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Linsen (1, 2) im kollimierten Strahlbereich eine Kammer (9) angeord­ net ist, welche mit einer die reflektierende Flüssig­ keit enthaltenden aus piezoelektrischem Material be­ stehenden weiteren Kammer (3) verbunden ist.

6. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der beiden Flüs­ sigkeiten (5, 6) je eine Kammer (3, 4) vorgesehen ist, wobei wenigstens eine der beiden Kammern aus piezo­ elektrischem Material besteht.

7. Optischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die nicht aus piezoelektrischem Material bestehende Kammer gegen die Umgebung mit einer beweg­ lichen Membran abgeschlossen ist.

8. Optischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich in der nicht aus piezoelektrischem Material bestehenden Kammer (4) ein Luftpolster (7) befindet und dieses durch eine bewegliche Membran (8) von der Flüssigkeit (6) getrennt ist.

9. Optischer Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsen (1, 2) Gradien­ tenlinsen sind.