DE3918975A1 - Optischer schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem optischen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher optischer Schalter ist bekannt aus der DE 30 04 714 C2.

Beim optischen Schalter gemäß DE 30 04 714 C2 werden die Lichtwellenleiter über Kollimatorlinsen mit einer optischen Schaltvorrichtung gekoppelt. Aus der DE 32 06 600 ist eine Fixierungsstruktur von optischen Fasern und Linsen des Gradiententyps bekannt, die für optische Schalter einsetzbar ist. Die Umlenkung der Lichtsignalführung erfolgt dort über ein Prisma. Aus dem Prospekt der Firma Nippon Sheet Glass Co., Ltd., "Micro Lens (SML)" ist es prinzipiell bekannt, ein Gradienten-Index-Stablinsensystem zur Realisierung eines optischen Schalters zu verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist es, den optischen Schalter ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß eine geringe Koppeldämpfung zwischen den Lichtwellenleitern einerseits und dem schaltbaren optischen Übertragungskörper andererseits auftritt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die weiteren Patentansprüche zeigen Weiterbildungen bzw. Ausgestaltungen auf.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Abweichungen von der optimalen Schaltstellung des optischen Übertragungskörpers erhebliche Dämpfungen verursachen können. Bei der Erfindung wird eine solche Dämpfung durch das Zusammenwirken mehrerer Maßnahmen klein gehalten:

• - durch die zentrierte Zuführung der Lichtwellenleiter über Kapillaren in den Fassungen der GRIN (Graded-refractive-index)- Stablinsen entfällt die Justierung zwischen Lichtwellenleiter einerseits und den GRIN-Stablinsen andererseits, wodurch Dämpfungen und evtl. Übersprechen durch Justierfehler vermieden werden;
• - durch die Strahlaufweitung und Parallelisierung der Lichtführung durch die GRIN-Stablinsen ist eine relativ gute Kopplung zum schaltbaren optischen Übertragungskörper auch dann noch gewährleistet, wenn sich dieser nicht in der Optimalstellung bezüglich der GRIN-Stablinsen befindet; d.h. wenn die optimale Schaltstellung, in der der Übertragungskörper arretiert wird, nicht erreicht ist;
• - durch die Verspiegelung oder durch das Anbringen eines Filters etwa in der Mitte des Übertragungskörpers ist eine definierte Signalführung erreicht, bei der wenig Streulicht oder Dämpfungsverluste auftreten;
• - über die Kapillaren können die Lichtwellenleiter plan an die Endflächen der GRIN-Stablinsen angelegt werden, so daß Kopplungsverluste durch Sprünge im Übertragungsmedium kaum auftreten können.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein optischer Zweiwegeschalter in einer ersten Schaltstellung,

Fig. 2 den optischen Zweiwegschalter nach Fig. 1 in einer zweiten Schaltstellung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Fassung einer GRIN- Stablinse,

Fig. 4 den optischen Zweiwegschalter in einer modifizierten Ausführungsform,

Fig. 5 den optischen Zweiwegschalter mit einem weiteren Übertragungskörper.

In den Fig. 1 und 2 sind zwei Schaltstellungen des optischen Schalters nach der Erfindung, der hier als optischer Zweiwegschalter ausgebildet ist, dargestellt. In der ersten Schaltstellung (Fig. 1) befindet sich der optische Übertragungskörper ÜK1, der hier als Gradienten-Index-Stablinsensystem ausgebildet ist mit einer Länge, die im wesentlichen gleich der Hälfte der optischen Wiederhollänge P des zugehörigen Gradientenstabes ist, außerhalb des optischen Übertragungsweges zwischen den je zwei einander gegenüberliegenden Lichtwellenleitern L1, L2 und L3, L4. Am Ende jedes Lichtwellenleiters L1, L2, L3, L4 befindet sich eine Gradienten-Index(GRIN)-Stablinse G1, G2, G3, G4. Die Gradienten-Index-Stablinsen G1, G2, G3, G4 besitzen eine Länge von im wesentlichen einem Viertel der optischen Wiederhollänge P des zugehörigen Gradientenstabes. Die GRIN-Stablinsen sind - wie Fig. 3 zeigt - jeweils in einer hochpräzisen rohrförmigen Fassung F fixiert. Diese Fassung besitzt am linken Ende eine Einführungskapillare K für den entsprechenden Lichtwellenleiter. Eine solche Fassung F ermöglicht eine optimale Ausrichtung der Lichtwellenleiter bezüglich der GRIN-Stablinsen, da die Kapillare mit sehr engen Toleranzen genau auf die Lage der GRIN-Stablinse in der Fassung F abgestimmt ist. Durch diesen hochpräzisen Aufbau der Fassung F kommen die Lichtwellenleiter exakt axial zur GRIN-Stablinse und plan zu deren einer Endfläche ohne Justierung zu liegen. Die verwendeten GRIN-Stablinsen sind handelsübliche zylindrische Linsen, deren Brechungsindex mit dem Quadrat des radialen Abstandes von der optischen Achse abnimmt und deren beide Endflächen plan sind. Durch eine GRIN-Stablinse erfährt ein in einem Lichtwellenleiter geführter Lichtstrahl eine Strahlaufweitung bei gleichzeitiger Parallelisierung. Das vom Lichtwellenleiter L1 herrührende und aus der GRIN-Stablinse G1 austretende parallele Lichtbündel gelangt in der Schaltstellung nach Fig. 1 ungehindert zur GRIN-Stablinse G2, mittels deren es ohne große Dämpfungsverluste in den Lichtwellenleiter L2 eingekoppelt wird. Ein vom Lichtwellenleiter L3 über die GRIN-Stablinse G3 kommendes Lichtbündel erreicht die GRIN-Stablinse G4 des Lichtwellenleiters L4.

Bei der Schaltstellung nach Fig. 2 ist der optische Übertragungskörper ÜK1 im optischen Übertragungsweg zwischen den Lichtwellenleitern L1 und L2 einerseits sowie den Lichtwellenleitern L3 und L4 andererseits arretiert. Da der optische Übertragungskörper ÜK1 in diesem Ausführungsbeispiel etwa in der Mitte seiner Längsausdehnung einen Spiegel Sp1 aufweist, wird das aus der GRIN-Stablinse G1 austretende Lichtbündel am Spiegel Sp1 reflektiert und gelangt nun nicht mehr zur GRIN-Stablinse G2 sondern zur GRIN-Stablinse G4. Wenn die Verspiegelung des Spiegels Sp1 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel beidseitig ist, gelangt das vom Lichtwellenleiter L3 kommende Lichtbündel zum Lichtwellenleiter L2. Für den Wechsel des Übertragungskörpers ÜK von der ersten in die zweite Schaltstellung, kann auf übliche Verfahren zurückgegriffen werden. Eine Möglichkeit ist die Kopplung des Übertragungskörpers ÜK1 mit dem Anker eines Relais und einer Rückholfeder. Bei Erregung der Relaiswicklung kann der optische Übertragungskörper ÜK1 entgegen der Federkraft der Rückholfeder von einer ersten Schaltstellung in eine zweite Schaltstellung gebracht werden. Abweichungen des optischen Übertragungskörpers ÜK1 aus der Optimallage wirken sich, wie bereits bei den Vorteilen geschildert, nicht nachteilig aus.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel (Fig. 4) der Erfindung ist der optische Übertragungskörper ÜK1 etwa in der Mitte seiner Längsausdehnung mit einem Filter F1 ausgestattet. Das Filter besitzt demnach von den Enden des Übertragungskörpers ÜK jeweils einen Abstand von 0,25 P. Die erste Schaltstellung entspricht der Fig. 1; sie ist deshalb nicht in einer separaten Zeichnung dargestellt. Befindet sich der optische Übertragungskörper ÜK1 mit Filter F1 im optischen Übertragungsweg (zweite Schaltstellung - Fig. 4), so gelangt das Lichtbündel vom Lichtwellenleiter L1 zum Lichtwellenleiter L3 und das Lichtbündel vom Lichtwellenleiter L2 zum Lichtwellenleiter L4.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist ein weiterer optischer Übertragungskörper ÜK2 vorgesehen. Etwa in der Mitte seiner Längsausdehnung ist ein Filter F2 angeordnet mit einem vom Filter F1 verschiedenen Wellenlängendurchlaßbereich. Die beiden optischen Übertragungskörper ÜK1 und ÜK2 sind mechanisch gekoppelt derart, daß bei jeder der beiden Schaltstellungen ein anderer Übertragungskörper im optischen Übertragungskörper der Lichtwellenleiter L1, L2, L3, L4 liegt. Diese Ausführungsform gestattet die Verwendung des optischen Schalters gleichzeitig als Wellenlängenmultiplexer.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel besteht darin, den Filter F2 des weiteren Übertragungskörpers ÜK2 durch einen Spiegel Sp2 zu ersetzen (nicht dargestellt).

Claims (7)

1. Optischer Schalter zur wahlweisen Umschaltung der Signalführung von mindestens einem ersten Lichtwellenleiter auf jeweils einen von mindestens zwei weiteren Lichtwellenleitern mittels eines optischen Übertragungskörpers, welcher sowohl in einer ersten Schaltstellung außerhalb des optischen Übertragungsweges zwischen dem ersten Lichtwellenleiter und mindestens einem der zwei weiteren Lichtwellenleiter als auch in einer zweiten Schaltstellung im optischen Übertragungsweg zwischen dem ersten und mindestens einem der zwei weiteren Lichtwellenleiter arretierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ankopplung der Lichtwellenleiter (L1, L2, L3, L4) an den optischen Übertragungskörper (ÜK1) jeweils Gradienten-Index-Stablinsen (G1, G2, G3, G4) vorgesehen sind, welche jeweils in einer Fassung (F) fixiert sind, wobei diese Fassungen jeweils eine Einführungskapillare zur Ausrichtung der Lichtwellenleiter (L1, L2, L3, L4) auf die Gradienten-Index-Stablinsen (G1, G2, G3, G4) aufweisen, und daß der optische Übertragungskörper (ÜK1) ein Gradienten-Index-Stablinsensystem ist, dessen Länge im wesentlichen gleich der Hälfte der optischen Wiederhollänge (P) des zugehörigen Gradientenstabes ist.

2. Optischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gradienten-Index-Stablinsen (G1, G2, G3, G4) eine Länge aufweisen, die im wesentlichen gleich einem Viertel der optischen Wiederhollänge (P) des zugehörigen Gradientenstabes ist.

3. Optischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Übertragungskörper (ÜK1) etwa in der Mitte seiner Längsausdehnung einen Spiegel (Sp1) mit ein- oder beidseitiger Verspiegelung aufweist.

4. Optischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Übertragungskörper (ÜK1) etwa in der Mitte seiner Längsausdehnung ein Filter (F1) aufweist.

5. Optischer Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer optischer Übertragungskörper (ÜK2) vorgesehen ist, der ebenfalls als Gradienten-Index-Stablinsensystem mit einer Länge von im wesentlichen gleich der Hälfte der optischen Wiederhollänge (P) des zugehörigen Gradientenstabes ausgebildet ist, daß dieser weitere optische Übertragungskörper (ÜK2) bezüglich des einen optischen Übertragungskörpers (ÜK1) so angeordnet ist, daß er im optischen Übertragungsweg zwischen dem ersten Lichtwellenleiter und dem einen der mindestens zwei weiteren Lichtwellenleiter arretierbar ist, wenn der eine optische Übertragungskörper (ÜK1) außerhalb des vorgenannten optischen Übertragungsweges arretiert ist.

6. Optischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Übertragungskörper (ÜK2) etwa in der Mitte seiner Längsausdehnung ein Filter (F2) mit vom Filter (F1) des ersten Übertragungskörpers (ÜK1) verschiedenen Wellenlängendurchlaßbereiches aufweist.

7. Optischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Übertragungskörper (ÜK2) etwa in der Mitte seiner Längsausdehnung einen Spiegel (Sp2) mit ein- oder beidseitiger Verspiegelung aufweist.