DE3822513A1 - Switch for switching optical signals - Google Patents

Switch for switching optical signals

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DE3822513A1
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Klaus Dipl Ing Langner
Edilbert Alexander Kar Froning
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Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
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Abstract

A switch for switching optical signals contains a substrate (10) having a waveguide (12) which is limited by the surface (14) of the substrate (10) and has a refractive index, increased with respect to the substrate, and a refractive body (16) which is held at a slight distance from the waveguide (12) and whose refractive index is greater than or equal to the refractive index of the waveguide (12) and which can be placed with one surface (18) against the surface (14), limiting the waveguide (12), of the substrate (10) when the switch is operated. The substrate (10) is a first glass plate having a flat surface (14) limiting the waveguide (12). The refractive body (16) is a second glass plate having a flat surface (18) facing the substrate (10). The second glass plate (16) is held with its flat surface (18) at such a distance from the said flat surface (14) of the substrate (10) that the second glass plate (16) can, as a result of a pressure force, be bent through in a contact region (22) until light-connecting contact to the waveguide (12). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter zum Schalten optischer Signale.The invention relates to a switch for switching optical signals.

Es ist bekannt, digitale optische Signale (Licht oder kein Licht) durch Wellenleiter oder lichtleitende Fasern zu übertragen. Wellenleiter sind Bereiche von erhöhtem Brechungsindex in einem lichtbrechenden Substrat, beispielsweise einer Glasplatte, die sich längs einer vorgegebenen Bahn erstrecken. Solche Wellenleiter werden in "integrierter Optik" hergestellt, indem auf ein Substrat auf photographischem Wege eine Maske mit der gewünschten positiven oder negativen Wellenleiterstruktur aufgebracht wird und durch Ionenaustausch oder Auslaugen dafür gesorgt wird, daß der Wellenleiter einen höheren Brechungsindex besitzt als seine Umgebung. Ein Beispiel für die Herstellung integriert - optischer Strukturen in Glas ist in der EP-A1-02 25 558 beschrieben.It is known to use digital optical signals (light or no Light) through waveguides or light-conducting fibers transfer. Waveguides are areas of increased Refractive index in a refractive substrate, For example, a glass plate that extends along one extend predetermined path. Such waveguides will be manufactured in "integrated optics" by clicking on a A mask with the desired positive or negative waveguide structure is applied and by ion exchange or leaching ensure that the waveguide has a higher Refractive index possesses as its surroundings. An example integrated for the production - optical structures in Glass is described in EP-A1-02 25 558.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter zum Schalten von optischen Signalen zu schaffen, die in solchen Wellenleitern oder lichtleitenden Fasern geführt werden. The invention has for its object a switch for switching optical signals to create the such waveguides or light-guiding fibers will.  

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durchAccording to the invention, this object is achieved by

  • (a) ein Substrat mit einem Wellenleiter, der durch die Oberfläche des Substrats begrenzt ist und einen gegenüber dem Substrat erhöhten Brechungsindex besitzt und(a) a substrate with a waveguide that passes through the surface of the substrate is limited and an increased refractive index compared to the substrate owns and
  • (b) einen in geringem Abstand von dem Wellenleiter gehaltenen lichtbrechenden Körper, dessen Brechungs­ index größer ist als der Brechungsindex des Wellen­ leiters und der bei Betätigung des Schalters mit einer Oberfläche an die den Wellenleiter begrenzende Ober­ fläche des Substrats anlegbar ist.(b) one a short distance from the waveguide held refractive body, its refraction index is greater than the refractive index of the waves conductor and when the switch is actuated with a Surface on the upper surface bounding the waveguide surface of the substrate can be applied.

Beim Anlegen des lichtbrechenden Körpers an den Wellen­ leiter wird Licht aus dem Wellenleiter in den licht­ brechenden Körper ausgekoppelt. Dadurch wird der Signal­ durchgang gesperrt oder das Signal umgeschaltet.When placing the light-refracting body on the waves Light is guided from the waveguide into the light breaking body uncoupled. This is the signal passage blocked or the signal switched.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Embodiments of the invention are the subject of Subclaims.

Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.Some embodiments of the invention are below with reference to the accompanying drawings explained.

Fig. 1 zeigt im Schnitt eine erste Ausführung eines Schalters für optische Signale im "geschlossenen" Schaltzustand. Fig. 1 shows in section a first embodiment of a switch for optical signals in the "closed" switching state.

Fig. 2 zeigt den Schalter von Fig. 1 im "geöffneten" Schaltzustand. Fig. 2 shows the switch of Fig. 1 in the "open" switching state.

Fig. 3 zeigt im Schnitt einen Umschalter für optische Signale in einem ersten Schaltzustand. Fig. 3 shows in section a switch for optical signals in a first switching state.

Fig. 4 zeigt den Umschalter von Fig. 3 in seinem zweiten Schaltzustand. Fig. 4 shows the switch of Fig. 3 in its second switching state.

Fig. 5 ist eine schematische Draufsicht eines Umschalters nach Fig. 3 und 4. FIG. 5 is a schematic top view of a switch according to FIGS. 3 and 4.

Fig. 6 ist eine schematische Draufsicht ähnlich Fig. 5 eines Schalters, durch welchen ein Eingang wahlweise gleichzeitig mit einer Mehrzahl von Ausgängen verbindbar ist. FIG. 6 is a schematic top view similar to FIG. 5 of a switch, by means of which an input can optionally be connected simultaneously to a plurality of outputs.

In Fig. 1 ist mit 10 ein Substrat in Form einer ersten Glasplatte bezeichnet. In dem Substrat ist ein Wellen­ leiter 12 gebildet. Der Wellenleiter 12 ist durch die in Fig. 1 obere, plane Oberfläche 14 des Substrats 10, also der ersten Glasplatte, begrenzt. In geringem Abstand von der ersten Glasplatte 10 ist eine zweite Glasplatte 16 gehalten. Die zweite Glasplatte 16 weist eine plane Ober­ fläche 18 auf, die der planen Oberfläche 14 der ersten Glasplatte 10 zugewandt ist. Zwischen den beiden Glas­ platten 10 und 16 ist eine niedrigbrechende Beschichtung 20 angeordnet, welche den Abstand zwischen den Glasplatten 10 und 16 bestimmt. Die Beschichtung 20 läßt jedoch einen Kontaktbereich 22 frei.In Fig. 1, 10 denotes a substrate in the form of a first glass plate. A waveguide 12 is formed in the substrate. The waveguide 12 is delimited by the upper, flat surface 14 of the substrate 10 , that is to say the first glass plate, in FIG. 1. A second glass plate 16 is held at a short distance from the first glass plate 10 . The second glass plate 16 has a flat upper surface 18 which faces the flat surface 14 of the first glass plate 10 . Between the two glass plates 10 and 16 , a low-refractive coating 20 is arranged, which determines the distance between the glass plates 10 and 16 . The coating 20 , however, leaves a contact area 22 free.

Der Wellenleiter 12 hat einen höheren Brechungsindex als das Substrat 10, also die in Fig. 1 untere Glasplatte. Der Brechungsindex des Wellenleiters 12 ist auch höher als der Brechungsindex der Beschichtung 20. Der Brechungsindex der zweiten Glasplatte 16 ist gleich oder höher als der Brechungsindex des Wellenleiters 12. In dem Zwischenraum zwischen den Glasplatten 10 und 16 im Kontaktbereich 22 befindet sich Luft oder, was noch besser ist, Vakuum. Der Wellenleiter 12 führt daher im Schaltzustand des Schalters, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, ein an seinem Ende eingegebenes optisches Signal, also einen Lichtstrom von einer (nicht dargestellten) Lichtquelle. Das ist dadurch angedeutet, daß der Wellenleiter 12 in Fig. 1 massiv schwarz dargestellt ist.The waveguide 12 has a higher refractive index than the substrate 10 , that is to say the lower glass plate in FIG. 1. The refractive index of the waveguide 12 is also higher than the refractive index of the coating 20 . The refractive index of the second glass plate 16 is equal to or higher than the refractive index of the waveguide 12 . In the space between the glass plates 10 and 16 in the contact area 22 there is air or, even better, vacuum. In the switching state of the switch, as shown in FIG. 1, the waveguide 12 therefore carries an optical signal input at its end, that is to say a luminous flux from a light source (not shown). This is indicated by the fact that the waveguide 12 is shown in solid black in FIG. 1.

Auf die zweite Glasplatte 16 kann z.B. durch Fingerdruck eine Kraft F ausgeübt werden, welche die Glasplatte 16 im Kontaktbereich 22 durchbiegt. Dadurch kommt die Oberfläche 18 der Glasplatte 16 mit der Oberfläche 14 der Glasplatte 10 und des Wellenleiters 12 in Kontakt. Durch diesen Kontakt erfolgt eine Überkopplung von Licht aus dem Wellenleiter 12 in die Glasplatte 16. Das ist in Fig. 2 dargestellt. Da an der Glasplatte 16 keine Totalreflexion erfolgt, wird der Lichtstrom in dem Wellenleiter 12 praktisch vollständig in die Glasplatte 16 gebrochen. Die Übertragung des optischen Signals durch den Wellenleiter 12 ist unterbrochen. Das entspricht im elektrischen Analogon einem geöffneten Schalter.A force F can be exerted on the second glass plate 16 , for example by finger pressure, which deflects the glass plate 16 in the contact area 22 . As a result, the surface 18 of the glass plate 16 comes into contact with the surface 14 of the glass plate 10 and the waveguide 12 . This contact couples light from the waveguide 12 into the glass plate 16 . This is shown in Fig. 2. Since there is no total reflection on the glass plate 16 , the luminous flux in the waveguide 12 is practically completely broken into the glass plate 16 . The transmission of the optical signal through the waveguide 12 is interrupted. This corresponds to an open switch in the electrical analogue.

Bei der Ausführung nach Fig. 3, 4 und 5 ist mit 24 eine als erstes Substrat dienende erste Glasplatte bezeichnet, in welcher ein Wellenleiter 26 gebildet ist. Die in Fig. 3 obere Oberfläche 28 der ersten Glasplatte 24 begrenzt auch den Wellenleiter 26. In einem geringen Abstand von der ersten Glasplatte 24 ist eine zweite Glasplatte 30 gehalten. Die zweite Glasplatte 30 weist eine der ersten Glasplatte zugewandte Oberfläche 32 auf. In der zweiten Glasplatte 32 ist ein Wellenleiter 34 gebildet. Der Wellenleiter 34 ist jedenfalls innerhalb eines Kontakt­ bereiches 36 parallel zu dem Wellenleiter 26 der ersten Glasplatte 24 angeordnet und liegt in Draufsicht auf die Glasplatten über diesem Wellenleiter 26. Die Glasplatten 24 und 30 sind durch eine niedrigbrechende Beschichtung 38 in einem bestimmten geringen Abstand voneinander gehalten. In the embodiment of Fig. 3, 4 and 5 denotes a first substrate serving first glass plate 24 is formed in which a waveguide 26. The upper surface 28 of the first glass plate 24 in FIG. 3 also delimits the waveguide 26 . A second glass plate 30 is held at a short distance from the first glass plate 24 . The second glass plate 30 has a surface 32 facing the first glass plate. A waveguide 34 is formed in the second glass plate 32 . The waveguide 34 is in any case arranged within a contact area 36 parallel to the waveguide 26 of the first glass plate 24 and lies in a plan view of the glass plates above this waveguide 26 . The glass plates 24 and 30 are held at a certain short distance from one another by a low-refractive coating 38 .

In dem Zustand von Fig. 3 leitet der Wellenleiter 34 ein Lichtbündel, was in Fig. 3 dadurch dargestellt ist, daß der Wellenleiter 34 massiv schwarz gezeichnet ist. Wenn auf die Glasplatte 30 eine Druckkraft F ausgeübt wird, biegt sich die Glasplatte 30 wie dargestellt durch. Dadurch kommt der Wellenleiter 34 in Licht überkoppelnden Kontakt mit dem Wellenleiter 26 der ersten Glasplatte 24. Es wird dadurch Lichtstrom in den Wellenleiter 26 übergekoppelt, wie in Fig. 4 angedeutet ist. Wenn der Brechungsindex des Wellenleiters 26 höher ist als der Brechungsindex des Wellenleiters 34, dann wird praktisch der gesamte Lichtstrom von dem Wellenleiter 34 auf den Wellenleiter 26 "umgeschaltet".In the state of FIG. 3, the waveguide 34 conducts a light beam, which is shown in FIG. 3 by the fact that the waveguide 34 is drawn solid black. If a pressing force F is exerted on the glass plate 30, the glass plate 30 to bend as illustrated. As a result, the waveguide 34 comes into light-coupling contact with the waveguide 26 of the first glass plate 24 . Luminous flux is thereby coupled into the waveguide 26 , as indicated in FIG. 4. If the refractive index of the waveguide 26 is higher than the refractive index of the waveguide 34 , then practically all of the luminous flux is "switched" from the waveguide 34 to the waveguide 26 .

Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, sind die Wellenleiter 26 und 34 an ihren Enden 40 bzw. 42 und 44 bzw. 46 außerhalb des Kontaktbereiches 36 nach entgegengesetzten Seiten abgebogen, so daß die benachbarten Enden hinreichend weit auseinanderliegen, um die bequeme Befestigung von lichtleitenden Fasern mittels geeigneter, an sich bekannter Klebetechniken zu ermöglichen.5 as can be seen from Fig. , The waveguides 26 and 34 are bent at their ends 40 or 42 and 44 or 46 outside the contact area 36 to opposite sides, so that the adjacent ends are sufficiently far apart for the convenient attachment of light-guiding To enable fibers by means of suitable, known adhesive techniques.

Aus Fig. 5 ist weiterhin ersichtlich, daß Licht einmal von links in den Figuren auf den Wellenleiter 42 geleitet wird, wie durch Pfeil I 1 angedeutet ist, und einmal von rechts auf den Wellenleiter 26, wie durch Pfeil I 4 angedeutet ist. Das führt zu Intensitäten I 2 und I 3 in nach rechts in Fig. 5 gerichteten Lichtbündeln in den Enden 44 und 46 der Wellenleiter 26 bzw. 34 auf der rechten Seite von Fig. 5 und zu Intensitäten I 5 und I 6 in nach links in Fig. 5 gerichteten Lichtbündeln in den Enden 42 und 40 der Wellenleiter 34 und 26 auf der linken Seite von Fig. 5. Der Schalter kann also gleichzeitig optische Signale von rechts nach links und unabhängig davon andere optische Signale von links nach rechts übertragen. From Fig. 5 it can also be seen that light is directed once from the left in the figures onto the waveguide 42 , as indicated by arrow I 1 , and once from the right onto the waveguide 26 , as indicated by arrow I 4 . This leads to intensities I 2 and I 3 in light beams directed to the right in FIG. 5 in the ends 44 and 46 of the waveguides 26 and 34 on the right side of FIG. 5 and to intensities I 5 and I 6 in to the left in Fig. 5 directed light beams in the ends 42 and 40 of the waveguides 34 and 26 on the left side of Fig. 5. The switch can thus simultaneously transmit optical signals from right to left and independently of it other optical signals from left to right.

Die Anordnung nach Fig. 6 ist mechanisch ähnlich aufgebaut wie die Anordnung nach Fig. 3 bis 5. Der Kontaktbereich ist in Fig. 6 mit 48 bezeichnet. In der unteren ersten Glasplatte sind vier parallele Wellenleiter 50, 52, 54 und 56 gebildet. Die obere, zweite Glasplatte enthält in ihrer der ersten Glasplatte zugewandten Oberfläche einen Wellenleiter 58. Der Wellenleiter 58 verläuft stufenförmig mit vier parallelen Abschnitten 60, 62, 64 und 66, die im Kontaktbereich 48 parallel zu je einem der Wellenleiter und in Draufsicht unmittelbar über diesem angeordnet sind. Bei einer Druckkraft auf die obere Glasscheibe wird, wie in Fig. 3 dargestellt, ein Licht überkoppelnder Kontakt zwischen dem Wellenleiter 58 und jedem der Wellenleiter 50, 52, 54 und 56 über die Abschnitte 60, 62, 64 bzw. 66 hergestellt. Es kann also ein optisches Signal I 1 an einem Eingang 68 durch Betätigung des Schalters als optische Signale I 2, I 3, I 4, und I 5 auf vier Ausgänge 70, 72, 74 bzw. 76 und bei entsprechender Ausbildung der Anordnung in Form weiterer Signale I i auf entsprechende Ausgänge übertragen werden.The arrangement according to FIG. 6 is constructed mechanically similar to the arrangement according to FIGS. 3 to 5. The contact area is designated by 48 in FIG. 6. Four parallel waveguides 50 , 52 , 54 and 56 are formed in the lower first glass plate. The upper, second glass plate contains a waveguide 58 in its surface facing the first glass plate. The waveguide 58 extends in a stepped manner with four parallel sections 60 , 62 , 64 and 66 , which are arranged in the contact area 48 parallel to each of the waveguides and in a plan view directly above the latter. When a compressive force to the upper glass plate 3, as shown in Fig., A light-coupling the contact between the waveguide 58 and each of the waveguides 50, 52, 54 and 56 over the sections 60, 62 made, 64 and 66 respectively. There can thus be an optical signal I 1 at an input 68 by actuating the switch as optical signals I 2 , I 3 , I 4 , and I 5 to four outputs 70 , 72 , 74 and 76 and, if the arrangement is designed accordingly, in the form further signals I i are transmitted to corresponding outputs.

Claims (8)

1. Schalter zum Schalten optischer Signale, gekennzeichnet durch
  • (a) ein Substrat (10) mit einem Wellenleiter (12), der durch die Oberfläche (14) des Substrats (10) begrenzt ist und einen gegenüber dem Substrat erhöhten Brechungsindex besitzt und
  • (b) einen in geringem Abstand von dem Wellenleiter (12) gehaltenen lichtbrechenden Körper (16) , dessen Brechungsindex gleich oder größer ist als der Brechungsindex des Wellenleiters (12) und der bei Betätigung des Schalters mit einer Oberfläche (18) an die den Wellenleiter (12) begrenzende Oberfläche (14) des Substrats (10) anlegbar ist.
1. Switch for switching optical signals, characterized by
  • (a) a substrate ( 10 ) with a waveguide ( 12 ) which is delimited by the surface ( 14 ) of the substrate ( 10 ) and has a higher refractive index than the substrate and
  • (b) a light-refracting body ( 16 ) held at a short distance from the waveguide ( 12 ), the refractive index of which is equal to or greater than the refractive index of the waveguide ( 12 ) and which, when the switch is actuated, has a surface ( 18 ) on the waveguide ( 12 ) delimiting surface ( 14 ) of the substrate ( 10 ) can be applied.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • (a) das Substrat (10) eine erste Glasplatte mit einer den Wellenleiter (12) begrenzenden planen Ober­ fläche (14) ist,
  • (b) der lichtbrechende Körper (16) eine zweite Glas­ platte mit einer dem Substrat (10) zugewandten planen Oberfläche (18) ist und
  • (c) die zweite Glasplatte (16) mit ihrer planen Ober­ fläche (18) in einem solchen Abstand von der besagten planen Oberfläche (14) des Substrats (10) gehalten ist, daß die zweite Glasplatte (16) in einem Kontaktbereich (22) durch eine Druck­ kraft bis zum Licht überkoppelnden Kontakt mit dem Wellenleiter (12) durchbiegbar ist.
2. Switch according to claim 1, characterized in that
  • (a) the substrate ( 10 ) is a first glass plate with a planar surface ( 14 ) delimiting the waveguide ( 12 ),
  • (b) the light-refractive body ( 16 ) is a second glass plate with a flat surface ( 18 ) facing the substrate ( 10 ) and
  • (c) the second glass plate ( 16 ) with its flat upper surface ( 18 ) is held at such a distance from said flat surface ( 14 ) of the substrate ( 10 ) that the second glass plate ( 16 ) in a contact area ( 22 ) can be deflected by a pressure force to the light coupling contact with the waveguide ( 12 ).
3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasplatten (10, 16) außerhalb des Kontakt­ bereiches (22) durch eine niedrigbrechende Beschichtung (20) im Abstand voneinander gehalten sind.3. Switch according to claim 2, characterized in that the glass plates ( 10 , 16 ) outside the contact area ( 22 ) by a low-refractive coating ( 20 ) are kept apart. 4. Schalter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Glasplatte (30) ein Substrat für wenigstens einen zweiten Wellenleiter (34) bildet, der von der besagten Oberfläche (32) begrenzt ist und bei der Durchbiegung der zweiten Glasplatte (30) mit dem Wellenleiter (26) der ersten Glaplatte (24) in Licht überkoppelnden Kontakt kommt.4. Switch according to one of claims 2 or 3, characterized in that the second glass plate ( 30 ) forms a substrate for at least a second waveguide ( 34 ) which is limited by said surface ( 32 ) and in the deflection of the second glass plate ( 30 ) comes into light coupling contact with the waveguide ( 26 ) of the first glass plate ( 24 ). 5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter (26, 34) in dem Kontaktbereich (36) parallel zueinander verlaufen.5. Switch according to claim 4, characterized in that the waveguides ( 26 , 34 ) in the contact region ( 36 ) run parallel to each other. 6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenleiter (26, 34) außerhalb des Kontakt­ bereiches (36) mit ihren Enden (40, 42; 44, 46) nach entgegengesetzten Richtungen seitlich abgebogen sind.6. Switch according to claim 5, characterized in that the waveguides ( 26 , 34 ) outside the contact area ( 36 ) with their ends ( 40 , 42 ; 44 , 46 ) are bent laterally in opposite directions. 7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (40, 42, 44, 46) der Wellenleiter (26, 34) mit lichtleitenden Fasern verbunden sind. 7. Switch according to claim 6, characterized in that the ends ( 40 , 42 , 44 , 46 ) of the waveguide ( 26 , 34 ) are connected to light-conducting fibers. 8. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
  • (a) die erste Glasplatte eine Mehrzahl von Wellen­ leitern (50, 52, 54, 56) aufweist, welche in dem Kontaktbereich (48) parallel zueinander verlaufen und durch die besagte Oberfläche begrenzt sind, und
  • (b) die zweite Glasplatte einen Wellenleiter (58) enthält, welcher durch die der ersten Glasplatte zugewandte Oberfläche begrenzt ist und so stufenförmig verläuft, daß er in jeweils einem Abschnitt (60, 62, 64, 66) parallel oberhalb eines der Wellenleiter (50, 52, 54, 56) der ersten Glas­ platte angeordnet ist und bei Durchbiegung der ersten Glasplatte Licht überkoppelnde Kontakte zwischen den besagten Abschnitten und den zugeordneten Wellenleitern der ersten Glasplatte hergestellt werden.
8. Switch according to claim 4, characterized in that
  • (a) the first glass plate has a plurality of waveguides ( 50 , 52 , 54 , 56 ) which run parallel to one another in the contact region ( 48 ) and are delimited by said surface, and
  • (b) the second glass plate contains a waveguide ( 58 ) which is delimited by the surface facing the first glass plate and extends in a stepped manner such that it is parallel in each section ( 60 , 62 , 64 , 66 ) above one of the waveguides ( 50 , 52 , 54 , 56 ) of the first glass plate is arranged and when the first glass plate is deflected, light-coupling contacts are produced between said sections and the associated waveguides of the first glass plate.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2690253A1 (en) * 1992-04-16 1993-10-22 Ericsson Telefon Ab L M Coating of an optical waveguide to facilitate the derivation of light signals.

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0089237A2 (en) * 1982-03-16 1983-09-21 Unisys Corporation Single plane optical membrane switch and keyboard

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