DE60038588T2

DE60038588T2 - Optische Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE60038588T2
Application number: DE60038588T
Authority: DE
Inventors: Martin George Beeston Nottingham Baker; Harry Richard Nottingham Claringburn
Original assignee: Ericsson AB
Current assignee: Ericsson AB
Priority date: 1999-03-12
Filing date: 2000-02-04
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2020-02-05
Also published as: RU2000106111A; US6324315B1; EP1037090A2; CN1267171A; ATE392642T1; CN1145370C; GB2347757B; DE60038588D1; EP1037090A3; AU1756500A; GB2347757A; NO20001259D0; EP1037090B1; NO20001259L; GB9905733D0; HK1027632A1; JP2000267145A

Description

Diese Erfindung betrifft optische Schaltungsanordnungen und betrifft insbesondere solche Anordnungen, welche temperaturabhängige Schaltelemente aufweisen, siehe z. B. Ausführungen nach dem bisherigen Stand der Technik, WO 98/14826 . Um ein zuverlässiges Schalten zu erreichen, kann die Temperatur recht entscheidend sein, doch da solche optischen Schaltungsanordnungen eine große Zahl von Schaltelementen enthalten können, besteht Bedarf an einem einfachen, aber wirksamen Steuerungsmechanismus, welcher sich nicht auf die Messung der Betriebstemperatur stützt und welcher keine Eichung der einzelnen Schaltelemente erfordert.
Gemäß dieser Erfindung enthält eine optische Schaltungsanordnung einen thermooptischen Schalter, der mehrere Heizelemente aufweist, welche selektiv mit Strom versorgt werden können, um optische Signale zu routen; Mittel, um eine vorbestimmte Spannung an die Heizelemente anzulegen; und eine Leistungsanordnung zum Anlegen von Impulsstrom, um die Heizelemente mit Strom zu versorgen, wobei das Tastverhältnis des Impulsstromes variabel ist, um einen konstanten vorbestimmten mittleren Leistungswert zu erzielen.
Die Erfindung wird beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei:
1 einen optischen Schalter zeigt, und
2 eine optische Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zeigt, welche einen solchen optischen Schalter umfasst.
Es wird auf 1 Bezug genommen; diese zeigt einen optischen Schalter mit vier Anschlüssen, der zwei Eingangsanschlüsse 1, 2 und zwei Ausgangsanschlüsse 3, 4 aufweist, wobei der Schalter in einer ersten Konfiguration einen direkten durchgehenden Weg vom Eingangsanschluss 1 zum Ausgangsanschluss 3 und vom Eingangsanschluss 2 zum Ausgangsanschluss 4 zur Verfügung stellt. In einer zweiten Konfiguration bestehen die Verbindungen vom Eingangsanschluss 1 zum Ausgangsanschluss 4 und vom Eingangsanschluss 2 zum Ausgangsanschluss 3.
Die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse sind mit Hilfe von Lichtleitern 5, 6, 7, 8 miteinander verbunden, die Verbindungspunkte 9, 10, 11, 12 aufweisen, welche Schaltelemente darstellen und welche von lokal begrenzten Heizelementen 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 gesteuert werden. Die Lichtleiter umfassen planare Wellenleiter, die einen temperaturempfindlichen Brechungsindex aufweisen, und die Routingfunktion des optischen Schalters wird dadurch bestimmt, dass das eine oder andere Heizelement des Paares von Heizelementen, das zu jedem Verbindungspunkt gehört, betätigt wird. Aus diesem Grunde wird ein solcher optischer Schalter als ein thermooptischer Schalter bezeichnet. Ein Beispiel eines solchen Schalters ist der optische Halbleiterschalter, der von Akzo Nobel bv, Niederlande, vertrieben wird.
Betrachtet man den Verbindungspunkt 9, so wird Licht, das am Anschluss 1 eintritt, jeweils von demjenigen Verbindungsarm weg gelenkt, dessen Heizelement mit Strom versorgt wird, so dass, falls Heizelement 13 mit Strom versorgt wird und Heizelement 14 kühl bleibt, das Licht entlang des Wellenleiters 6 zum Verbindungspunkt 12 gelenkt wird. Daher werden, um Licht vom Eingangsanschluss 1 zum Ausgangsanschluss 4 und vom Eingangsanschluss 2 zum Ausgangsanschluss 3 zu leiten, die Heizelemente 13, 15, 18 und 20 mit Strom versorgt, während die anderen Heizelemente 14, 16, 17, 19 kühl sind. Umgekehrt werden, um zu ermöglichen, dass Licht den optischen Schalter gerade durchläuft, die Heizelemente 14, 16, 17, 19 mit Strom versorgt, während die übrigen Heizelemente kühl sind.
In der Praxis wird dann eine Anzahl von optischen Schaltern der in 1 dargestellten Art in einem einzigen Paket kombiniert, das eine große Zahl von Eingangs- und Ausgangsanschlüssen aufweist.
Es wurde festgestellt, dass die Leistung, die den Heizelementen zugeführt wird, genau eingestellt werden muss, um Toleranzen in den charakteristischen Merkmalen einzelner Verbindungspunkte und Heizelemente zu berücksichtigen. Bei einer optischen Schaltungsanordnung mit einer großen Zahl von Verbindungspunkten ist es nicht wünschenswert und möglicherweise praktisch nicht realisierbar, die Leistungspegel einzeln einzustellen, insbesondere da sich die thermischen und elektrischen Eigenschaften ändern können, wenn das Produkt altert.
2 zeigt eine optische Schaltungsanordnung, welche einen optischen Schalter 25 der in 1 dargestellten Art umfasst, und eine Ansteuerschaltung, welche ihren Heizelementen eine exakt konstante Leistung zuführt.
Die zwei Gruppen von Heizelementen 13, 15, 18, 20 und Heizelementen 14, 16, 17, 19 sind schematisch durch Lasten 26 bzw. 27 dargestellt, wobei die Heizelemente innerhalb einer gegebenen Gruppe elektrisch parallelgeschaltet sind. Die Wahl der geeigneten Last erfolgt durch Heizelement-Selektor 28 in Abhängigkeit von den Eingangssignalen auf den Leitungen 29, 30. Der Heizelement-Selektor 28 verbindet eine Spannungsschiene 31 mit genau aufrechterhaltener Spannung an einem Kontakt mit vorbestimmter Spannung (normalerweise 13 Volt) mit der einen oder anderen von den Lasten 26 oder 27. Die Strompfade durch die Lasten hindurch werden an einem elektrischen Leistungsschalter 32 kombiniert und über einen Sensorwiderstand mit niedrigem Wert 34 zurück zu der Erdungsspannungsschiene 33 geführt.
Der Leistungsschalter 32 ist ein Ein-Aus-Schalter mit Leistungsverstärkung, der mit einer Wiederholfrequenz von 30 kHz arbeitet und ein variables Tastverhältnis aufweist, welches so einstellbar ist, dass eine konstante Leistungsaufnahme in den Lasten 26, 27 aufrechterhalten wird. Die Wiederholfrequenz wird durch einen Dreieckwellen erzeugenden Oszillator 35 bestimmt und wird in Verbindung mit der thermischen Masse der Lasten so gewählt, dass sie oberhalb der Frequenz liegt, bei welcher die Temperatur der Lasten reagieren kann, so dass Lichtsignale, welche den optischen Schalter durchlaufen, durch sie keine Modulation erfahren.
Die Dreieckwellenform bei 30 kHz wird an einen Eingang eines Komparators 36 angelegt, dessen anderer Eingang einen variablen Schwellwertpegel 40 empfängt. Daher wird durch Ändern des Schwellwertpegels das Tastverhältnis am Ausgang des Komparators variiert.
Der Strom, der durch den Sensorwiderstand 34 fließt, wird durch Integrieren des Spannungsabfalls über diesem mittels eines Integrators 37 bestimmt. Der Wert des Widerstands 34 ist sehr niedrig, normalerweise 0,5 Ω, während der Wert jeder Last 26, 27 normalerweise ungefähr 200 Ω beträgt, so dass in dem Sensorwiderstand 34 eine vernachlässigbare Leistung verloren geht. Der Ausgang des Integrators 37 wird an einem Komparator 38 mit einem voreingestellten Referenzwert 39 verglichen, und der Ausgang des Komparators 38 ist proportional zu der Differenz zwischen den Eingängen, und dieses Ausgangssignal mit variierendem Pegel stellt den variablen Schwellwertpegel 40 für den Komparator 36 dar.
Somit bewirkt die Schaltung, dass die an die Lasten angelegte Leistung auf einem konstanten Wert gehalten wird, trotz Schwankungen des Widerstands der Lasten aufgrund von thermischen Änderungen und Alterung. Der Leistungspegel wird so gewählt, dass er in der Mitte des Toleranzbandes typischer Heizelemente liegt, so dass es nicht notwendig ist, die charakteristischen Merkmale der Schaltung an jedes Heizelement individuell anzupassen, während gleichzeitig ein präziser und zuverlässiger Betrieb der optischen Schaltungsanordnung über einen langen Zeitraum sichergestellt wird.

28: HEIZELEMENT-SELEKTOR
32: LEISTUNGSSCHALTER
35: OSZILLATOR
37: INTEGRATOR

Claims

Optische Schaltungsanordnung, welche enthält: einen thermooptischen Schalter, der mehrere Heizelemente aufweist, welche selektiv mit Strom versorgt werden können, um optische Signale zu routen; Mittel, um eine vorbestimmte Spannung an die Heizelemente anzulegen; und eine Leistungsanordnung zum Anlegen von Impulsstrom, um die Heizelemente mit Strom zu versorgen, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastverhältnis des Impulsstromes variabel ist, um einen konstanten vorbestimmten mittleren Leistungswert zu erzielen.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei ein Stromsensor in Reihe mit mehreren der Heizelemente vorgesehen ist.
Anordnung nach Anspruch 2, wobei die Heizelemente in Gruppen angeordnet sind, wobei der Stromsensor diesen Gruppen gemeinsam ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei Mittel zum Einstellen des Tastverhältnisses in Abhängigkeit von dem mittleren Strom vorgesehen sind, der durch den Stromsensor fließt.
Anordnung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei der Stromsensor einen vorbestimmten Widerstandswert aufweist, welcher klein im Vergleich zum Widerstand eines Heizelements ist.
Anordnung nach Anspruch 4, wobei ein Integrator vorgesehen ist, um ein Signal zu erzeugen, das für den mittleren Strom repräsentativ ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Periode der Wiederholfrequenz des Impulsstromes wesentlich kürzer ist als die Geschwindigkeit, mit welcher die Temperatur eines Heizelements auf Änderungen der an es angelegten Leistung zu reagieren in der Lage ist.
Anordnung nach Anspruch 7, wobei die Wiederholfrequenz des Impulsstromes konstant ist.