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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Opto-Schalteinrichtung und insbesondere eine
Opto-Schalteinrichtung,
die geeignet ist für
einen Knoten in einem opto-elektronischen Netz unter Verwendung
von Wellenlängenmultiplex
bzw. WDM.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Die
Entwicklung und Kommerzialisierung eines Wellenlängenmultiplexsystems bzw. WDM-Systems führen zu
einem Kommunikationssystem, das eine Übertragungskapazität stark
erhöhen
kann. Zum Aufbauen eines photoelektronischen Netzen in großem Maßstab durch
Verbinden von WDM-Systemen ist ein ringartiges Netz geprüft worden,
das erhalten worden ist durch Verbinden von Knoten durch Wellenleiter
bzw. optische Fasern in Form einer Schleife.
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In
dem ringartigen Netz nimmt eine Übertragungskapazität in der
Schleife mit Zunahme des Maßstabs des
Netzes zu. Jedoch ist es in jedem Knoten erforderlich, Verarbeitung
durchzuführen
unter Verwendung einer relativ kleinen Opto-Schalteinrichtung bzw. Opto-Vermittlung.
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Im
Gegensatz hierzu ist in einem Maschennetz eine Übertragungskapazität in jeder
Strecke gering, aber es ist erforderlich, in jedem Knoten Verarbeitung
unter Verwendung einer großen
Opto-Schalteinrichtung bzw. Opto-Vermittlung durchzuführen.
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Ferner
wird nicht nur in dem ringartigen Netz, sondern auch in einem Punkt-zu-Punkt-Verbindungssystem
eine elektrische Vermittlungseinrichtung typischerweise verwendet
zum Extrahieren von Signalen niedriger Ordnung in dem Knoten.
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Durch
eine Ersatzopto-Schalteinrichtung für eine elektrische Vermittlung
können
Kosten im Knoten reduziert werden. Demgemäß schreitet die Entwicklung
eines großmaßstablichen
optischen Netzes fort zu verschiedenen Netztypen.
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Eine
Opto-Schalteinrichtung vom Wellenleitertyp ist als konventionell
kommerzialisierte kleine Opto-Schalteinrichtung bekannt. Die Opto-Schalteinrichtung
vom Wellenleitertyp schließt
ein Schaltelement ein und Faser-Arrays für mit der Schalteinrichtung
verbundene Eingänge
und Ausgänge.
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Zum
Erhöhen
der Größe des Schaltelementes
muss die Güte
jeder Schaltzelle selbst, die in dem Schaltelement ausgebildet ist,
erhöht
werden. Jedoch ist das Erhöhen
der Güte
relativ schwierig wegen enger Herstellungstoleranzen. Ferner wird
durch einen Verlust in jeder Schaltzelle und Verluste an den Verbindungen zwischen
den Eingangs- und Ausgangsfasern in dem Schaltelement Dämpfung produziert.
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Demgemäß ist es
beim Erhöhen
der Größe der Opto-Schalteinrichtung
vom Wellenleitertyp erforderlich, nicht nur die Güte durch
Verbessern des Herstellungsverfahrens zu erhöhen, sondern auch die Leistungsfähigkeit
des Schaltelementes spürbar
zu erhöhen.
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Andererseits
wird eine Konfiguration räumlich
geschalteten Lichts als eine traditionelle Technik angesehen. Unter
Verwendung eines Reflektionsspiegels als ein Element zum Ändern eines
optischen Pfades können
Probleme bei der Leistungsfähigkeit
des Opto-Schalters vom Wellenleitertyp wie zum Beispiel das EIN/AUS-Verhältnis und
Nebensprechen weitgehend eliminiert werden.
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Jedoch
hat ein solcher Raumschalter ein großes Volumen und es ist demnach
schwierig vom Gesichtspunkt der Größe aus, den Maßstab der
Schalteinrichtung zu erhöhen.
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Um
solche Umstände
auszuräumen,
ist jüngst
eine Technik des Reduzierens der Größe dieses Raumschalters entwickelt
worden unter Verwendung einer Halbleitertechnologie. Diese Technik
wird als MEMS bzw. Mikro-Elektromechanisches System bezeichnet und
wird auch im Falle der Anwendung auf dem Gebiet der Optik Opto-MEMS
genannt. Die Opto-Schalteinrichtung
unter Verwendung von MEMS hat eine Vielzahl von kleinen Spiegeln
auf einem Substrat mit einer Halbleiterfabrikationstechnik ausgebildet
und führt
Umschalten optischer Pfade durch selektives Anheben dieser Spiegel
durch statische Elektrizität
aus.
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Information über MEMS
kann von IEEE Photonic Technology Letters, Band 10, Nr. 4, April
1998, Seiten 525–527
bereitgestellt werden.
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Eine
Opto-Schalteinrichtung einschließlich einer Matrixreflektierender
Paneele, die selektiv betreibbar sind zwischen reflektierenden Zuständen und
nicht reflektierenden Zuständen,
ist in
US 5,982,554 beschrieben.
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Die
MEMS verwendende Opto-Schalteinrichtung ist in der Schaltleitungsfähigkeit
einer Wellenleiterschaltvorrichtung überlegen durch die Verwendung
der Spiegel und hat eine kleine Größe wie die Wellenleiterschaltvorrichtung.
Jedoch, wie nachstehend beschrieben wird, unterscheidet sich die
Länge eines
optischen Pfades in Übereinstimmung
mit einem Vermittlungspfad, was eine Streckenabhängigkeit der Dämpfung verursacht.
Wenn die Opto-Pfadlänge
mit einer Vergrößerung des
Maßstabs
zunimmt, wird ferner eine Erhöhung der
Dämpfung bedingt
durch Strahlspreizung bedenklich wegen räumlicher Kopplung.
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In
US-A-5982554 ist
ein optischer Matrix-Querverbindungsmechanismus
einschließlich
einer Überbrückungseinrichtung
beschrieben, der eine Lichtstrahlaufspreizeinrichtung umfasst, welche
in dem Matrix-Array angrenzend an eine Eintrittsposition eines Lichtstrahls
angeordnet ist.
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Resümee der
Erfindung
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Es
ist demnach ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Opto-Schaltvorrichtung
bereitzustellen, welche in ihrer Größe reduziert werden kann.
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Es
ist ein anders Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Opto-Schaltvorrichtung
bereitzustellen, welche Pfadabhängigkeit
von Dämpfung
eliminieren kann.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist eine Opto-Schalteinrichtung vorgesehen,
die umfasst:
eine Vielzahl von optischen Eingangsanschlüssen;
eine
Vielzahl von optischen Ausgangsanschlüssen; und
eine Vielzahl
von Lichtwellenpfadschaltvorrichtungen, vorgesehen zwischen der
Vielzahl optischer Eingangsanschlüsse und der Vielzahl optischer
Ausgangsanschlüsse,
wobei jede der. Vielzahl von Lichtwellenpfadschaltvorrichtungen
ein bewegliches Opto-Reflektorteil hat; und charakterisiert ist
durch
eine außerhalb
der Vielzahl von Lichtwellenpfadschaltvorrichtungen vorgesehene
Reflektorvorrichtung zum Reflektieren von Licht von den optischen
Eingangsanschlüssen
oder Licht von den Lichtwellenpfadschaltvorrichtungen, wobei die
Schalteinrichtung dergestalt ist, dass in einen der Eingangsanschlüsse eingegebenes Licht
direkt zu einem der Ausgangsanschlüsse geführt wird oder durch Reflektion
an einer oder mehreren der Lichtwellenpfadschaltvorrichtungen mit
oder ohne Reflektion an der Reflektionsvorrichtung.
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Die
Lichtwellenpfadlängen
von den Eingangsteilen zu den Ausgangsteilen können alle gleich sein. Die optischen
Dämpfungen
von den Eingangsteilen zu den Ausgangsteilen können alle gleich sein. Die
optischen Eingänge
von den optischen Eingangsanschlüssen
zu angrenzenden der Lichtwellenpfadschaltvorrichtungen können einander
in der Richtung kreuzen. Anfangsbetriebsbedingungen benachbarter
der Lichtquellenpfadschaltvorrichtungen zum Empfangen von Licht
von den optischen Eingangsteilen können gegensinnig zueinander
sein.
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Die
Opto-Schalteinrichtung kann n Eingänge haben (n ist eine natürliche Zahl)
und m Ausgänge
(m ist eine natürliche
Zahl). Die Opto-Schalteinrichtung kann eine Einheitsgröße haben,
definiert als der Abstand zwischen irgendwelchen zwei benachbarten
der Schaltzellen. Die Opto-Schalteinrichtung kann ein Substrat umfassen
mit einer Schalteinrichtungsgröße von K × L (K ist
eine ganze Zahl, die n ≤ K
erfüllt
und L ist eine ganze Zahl, die m ≤ L
erfüllt),
eine Reflektorvorrichtung, die erste und zweite Spiegel parallel
zueinander und rechtwinklig zu einer Hauptfläche des Substrates umfasst
und eine optische Einheit umfasst, die eine Vielzahl von Eingangswellenleiterpfaden
für die
n Eingänge
umfasst und eine Vielzahl von Ausgangswellenleiterpfaden für die m
Ausgänge
bereitstellt. Die Vielzahl von Eingangswellenleiterpfaden kann relativ
zu den ersten und zweiten Spiegeln geneigt sein und die Vielzahl
von Ausgangswellenleiterpfaden kann relativ zu den ersten und zweiten
Spiegeln geneigt sein. Jede der Schaltzellen kann einen bewegbar
relativ zum Substrat vorgesehenen Schaltspiegel umfassen.
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Das
obige und andere Ziele, Merkmale und Vorteil der vorliegenden Erfindung
und die Art der Realisierung davon wird ersichtlicher und die Erfindung
selbst wird am besten verstanden aus einem Studium der folgenden
Beschreibung und den beiliegenden Patentansprüchen unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen, die einige bevorzugte Ausführungen
der Erfindung zeigen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Es
zeigt:
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l eine schematische Ansicht einer MEMS
verwendenden konventionellen Opto-Schalteinrichtung;
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2 eine schematische Ansicht
einer konventionellen Pfad-unabhängigen
Opto-Schalteinrichtung;
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3 eine perspektivische Ansicht
einer bevorzugten Ausführungsform
der Opto-Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4A und 4B schematische Ansichten von Beispielen
von Pfadeinstellungen in der in 3 gezeigten
Opto-Schalteinrichtung;
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5 eine schematische Ansicht
eines Teils aller Beispiele von Pfadeinstellungen in der in 3 gezeigten Opto-Schalteinrichtung;
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6 eine schematische Ansicht
des Restteils aller Beispiele von Pfadeinstellungen in der in 3 gezeigten Opto-Schalteinrichtung;
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7A eine schematische Ansicht
aller Schaltbedingungen in dem Fall einer 3 × 3-Opto-Schalteinrichtung,
und
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7B eine schematische Ansicht
aller Schaltbedingungen in dem Fall einer 2 × 2-Opto-Schalteinrichtung;
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8 eine schematische Ansicht
zum Erläutern
der Anordnung der Schaltzellen in dem Fall einer n × n-Opto-Schalteinrichtung;
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9 eine schematische Ansicht
einer bevorzugten Ausführungsform
in dem Fall, dass der Einfallswinkel 30° ist;
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10 eine schematische Ansicht
einer bevorzugten Ausführungsform
in dem Fall, dass der Einfallswinkel θi ist;
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11 eine schematische Ansicht
zum Erläutern
der Anwendbarkeit der bevorzugten Ausführungsform in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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12A und 12B schematische Ansichten zum Darstellen
einer 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung
und einer 8 × 8-Opto-Schalteinrichtung
(jeweils vom Pfadunabhängigen
Typ), von denen jede jeweils als optischer Wellenleiter vorgesehen
ist;
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13A eine schematische Ansicht
einer durch Anwenden der logischen Konfiguration der in 12B gezeigten Opto-Schalteinrichtung
auf die vorliegende Erfindung erhaltene Opto-Schalteinrichtung; und
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13B eine schematische Ansicht
einer bevorzugten Ausführungsform
zum Eliminieren des Problems bei der Fabrikationstechnik unter Beibehalten
der in 13A gezeigten
logischen Konfiguration;
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14A und 14B schematische Ansicht von Beispielen
des Betriebs der in 13A und 13B jeweils dargestellten
Opto-Schalteinrichtungen;
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15 eine schematische Ansicht
einer 8 × 8-Opto-Schalteinrichtung
mit einer Konfiguration ähnlich der
in 13A gezeigten 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung;
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16 eine schematische Ansicht
einer 8 × 8-Opto-Schalteinrichtung
mit einer Konfiguration ähnlich der
in 13B gezeigten 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung;
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17A und 17B schematische Ansichten zum Erläutern des
Betriebs einer sphärische
Linsen enthaltenden 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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18 eine schematische Ansicht
eines Teils von allen oder 24 Arten von Schaltbedingungen der in 17A und 17B gezeigten Opto-Schalteinrichtung;
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19 eine schematische Ansicht
des Restteils von allen oder 24 Arten von Schaltbedingungen der in 17A und 17B gezeigten Opto-Schalteinrichtung;
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20 eine schematische Ansicht
von allen oder 6 Arten von Schaltbedingungen einer 3 × 3-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, ähnlich
den in 18 und 19 gezeigten schematischen
Ansichten;
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21 eine schematische Ansicht
zum Erläutern
eines allgemeinen Aufbaus der Opto-Schalteinrichtung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung einschließlich der in den 17A, 17B, 18, 19 und 20 gezeigten Aufbauten;
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22 eine eine 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung
einschließlich
Stablinsen zeigende schematische Ansicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung;
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23 eine schematische Ansicht
zum Zeigen eines Teils von allen oder 24 Arten von Schaltbedingungen
der in 22 gezeigten
Opto-Schalteinrichtung;
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24 eine schematische Ansicht
zum Zeigen des verbleibenden Teils von allen oder 24 Arten von Schaltbedingungen
der in 22 gezeigten
Opto-Schalteinrichtung;
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25 eine schematische Ansicht
zum Zeigen von allen oder 6 Arten von Schaltbedingungen der 3 × 3-Opto-Schalteinrichtung,
die ähnlich
aufgebaut ist zu der in 22 gezeigten
Opto-Schalteinrichtung;
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26 eine schematische Ansicht
zum Zeigen von allen oder 2 Arten von Schaltbedingungen der 2 × 2-Opto-Schalteinrichtung,
die ähnlich
ausgebaut ist wie die in 22 gezeigte
Opto-Schalteinrichtung;
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27 eine schematische Ansicht
zum Zeigen der Anordnung von Schaltzellen und Stablinsen in einer
n × n-Opto-Schalteinrichtung,
die ähnlich
aufgebaut ist wie die in 22 gezeigte
Opto-Schalteinrichtung;
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28 eine schematische Ansicht
zum Erläutern
des Aufbaus und des Betriebs einer 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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29 eine schematische Ansicht
zum Zeigen einer n × n-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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30 eine schematische Ansicht
zum Darstellen des Ausbildens eines überschüssigen Raums für Stablinsen
in dem Fall, dass die Anzahl von Kanälen weniger als 6 ist;
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31 eine schematische Ansicht
zum Erläutern
des Betriebs der n × n-Opto-Schalteinrichtung
(siehe 29) in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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32 eine schematische Ansicht
zum Erläutern
einer Verbesserung in der in 31 gezeigten
Opto-Schalteinrichtung;
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33 eine schematische Ansicht
zum Erläutern
einer anderen Verbesserung in der in 31 gezeigten
Opto-Schalteinrichtung;
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34 eine schematische Ansicht
zum Erläutern
noch einer anderen Verbesserung in der 31 gezeigten Opto-Schalteinrichtung;
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35 eine schematische Ansicht
zum Zeigen einer n × n-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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36 eine schematische Ansicht
zum Zeigen von allen oder 6 Arten von Schaltbedingungen einer 3 × 3-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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37 eine schematische Ansicht
zum Zeigen von allen oder 2 Arten von Schaltbedingungen einer 2 × 2-Opto- Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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38 eine schematische Ansicht
zum Zeigen eines Teils von allen oder 24 Arten von Schaltbedingungen
einer 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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39 eine schematische Ansicht
zum Zeigen eines anderen Teils von allen oder 24 Arten von Schaltbedingungen
einer in 38 gezeigten
4 × 4-Opto-Schalteinrichtung;
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40 eine schematische Ansicht
zum Zeigen des Restteils von allen oder 24 Arten von Schaltbedingungen
der in 38 gezeigten
4 × 4-Opto-Schalteinrichtung;
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41 eine schematische Ansicht
zum Zeigen einer durch Addieren einer Vielzahl von Stablinsen zu der
in 35 gezeigten Opto-Schalteinrichtung
erhaltenen n × n-Opto-Schalteinrichtung;
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42 eine schematische Ansicht
zum Zeigen eines Teils von allen oder 24 Arten von Schaltbedingungen
einer 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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43 eine schematische Ansicht
zum Zeigen des Restteils von allen oder 24 Arten von Schaltbedingungen
der in 42 gezeigten
4 × 4-Opto-Schalteinrichtung;
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44 eine schematische Ansicht
zum Zusammenfassen der in 42 und 43 gezeigten Bedingungen
zum Klären
der Reflektionsrichtungen der Spiegel der Schaltzellen;
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45 eine schematische Ansicht
zum Erläutern
der Art der mehreren Stablinsen;
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46 eine schematische Ansicht
zum Zeigen einer 8 × 8-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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47 eine schematische Ansicht
zum Erläutern
des Betriebs der in 46 gezeigten
Opto-Schalteinrichtung;
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48 eine schematische Ansicht
zum Erläutern
des Betriebs der in 46 gezeigten
Opto-Schalteinrichtung;
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49 eine schematische Ansicht
zum Zeigen einer n × n-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung;
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50 eine schematische Ansicht
zum Erläutern
der Zahl von Schaltzellen mit den zugeordneten Gleichungen für die Berechnung
davon; und
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51 eine schematische Ansicht
zum Erläutern
eines Linsenbereichs für
das Anordnen von Linsen.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Nun
werden einige bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die
beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
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Es
wird Bezug genommen auf 1,
in der eine konventionelle Opto-Schalteinrichtung unter Verwendung
von MEMS gezeigt ist. Diese Opto-Schalteinrichtung ist derart aufgebaut,
dass vier Eingangskanäle #1–#4 und
vier Ausgangskanäle
#1–#4
orthogonal zueinander angeordnet sind und 16 Schaltzellen derart
angeordnet sind, dass sie irgendeinen beliebigen der Eingangskanäle #1–#4 an irgendeinen
beliebigen der Ausgangskanäle
#1–#4
koppeln. Die Schaltzellen sind an 4 × 4-Gitternetzpositionen angeordnet.
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Jede
Schaltzelle kann optische Pfade durch Bilden eines kleinen Spiegels
auf einem Substrat durch eine Halbleiterfabrikationstechnik und
durch Antreiben dieses Spiegels durch eine elektrostatische Kraft,
umschalten. Beispielsweise kann jede Schaltzelle zwischen einer
ersten Bedingung umschalten, in der der Spiegel parallel zu einer
Hauptoberfläche
(parallel zur Blattebene der 1)
des Substrates liegt und eine zweite Bedingung, bei der der Spiegel
senkrecht zur Hauptoberfläche
liegt.
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Die
Opto-Schalteinrichtung ist höher
in der Vermittlungsleistungsfähigkeit
zu einer Lichtwellenleiterschaltvorrichtung bedingt durch die Verwendung
der Spiegel und kann in der Größe reduziert
werden, wie die Lichtwellenleiterschalteinrichtung. Jedoch, wie
in 1 gezeigt, unterscheidet
sich eine Opto-Pfadlänge
in Übereinstimmung
mit einem geschalteten Pfad, was Pfadabhängigkeit der Dämpfung verursacht.
Ferner wird, wenn die optische Pfadlänge zunimmt mit einer Vergrößerung des
Maßstabs,
ein Zunehmen der Dämpfung bedingt
durch Strahlspreizung ebenfalls bedenklich wegen räumlicher
Kopplung.
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Nun
wird Bezug genommen auf 2,
in der eine konventionelle Pfad-unabhängige Opto-Schalteinrichtung
gezeigt ist. Diese Opto-Schalteinrichtung ist derart aufgebaut,
dass vier Eingangskanäle
#1–#4
und vier Ausgangskanäle
#1–#4
im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und 16 Schaltzellen
in Form einer Matrix zwischen diesen Eingangs- und Ausgangskanälen vorgesehen
sind. Die 16 Schaltzellen schließen vier 1 × 2-Schaltzellen, acht 2 × 2-Schaltzellen
und vier 2 × 1-Schaltzellen
ein. Alle diese Schaltzellen können
gleichzeitig an einem Wellenleitersubstrat ausgebildet werden.
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In
dieser Opto-Schalteinrichtung wird die Dämpfung zwischen den Eingangskanälen und
Ausgangskanälen
unabhängig
von dem Pfad gemacht, durch geeignetes Verbinden der Schaltzellen.
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In
der in 1 gezeigten Opto-Schalteinrichtung
sind jeder Eingangskanal und jeder Ausgangskanal optisch gekoppelt
durch eine 90°-Reflektion.
Demgemäß kann die
in 1 gezeigte Opto-Schalteinrichtung keine
Opto-Pfadeinstellung erhalten, wie in 2 gezeigt,
welche relativ frei erhalten werden kann in einem Lichtwellenleiter.
Die Pfadabhängigkeit
der Dämpfung
wird fatal mit einer Vergrößerung des
Maßstabs
einer Opto-Schalteinrichtung. Daher wird es bei einer Opto-Schalteinrichtung
unter Verwendung von Reflektionstyp-Schaltzellen, wie in 1 gezeigt, ernsthaft erforderlich, die
Pfadabhängigkeit
der Dämpfung
zu eliminieren.
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3 ist eine perspektivische
Ansicht einer Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. Diese Opto-Schalteinrichtung schließt ein Substrat 2 ein,
das integral 16 Schaltzellen (Optopfad-Schaltvorrichtungen) hat, ausgebildet
durch MEMS, Spiegel 4 und 6 parallel zueinander
und senkrecht zu einer Hauptoberfläche 2A des Substrates 2,
und eine optische Einheit 8, die Eingangsoptopfade P1 für Eingangskanäle (Eingangsanschlüsse) #1–#4 vorsieht
und Ausgangsoptopfade P2 für
Ausgangskanäle (Ausgangsanschlüsse) #1–#4.
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Die
optische Einheit 8 schließt Lichtwellenleiter 10 derart
vorgesehen ein, dass sie jeweils zu den Eingangskanälen #1–#8 korrespondieren
und Lichtwellenleiter 12, die derart vorgesehen sind, dass
sie jeweils zu den Ausgangskanälen
#1–#4
korrespondieren. Optische Kollimationssysteme werden durch (nicht
dargestellte) Linsen zwischen den Lichtwellenleitern 10 und
den Lichtwellenleitern 12 gebildet. Die Lichtwellenleiter 10 sind
derart vorgesehen, dass die optischen Eingangspfade P1 parallel
zueinander sind und schräg
in Bezug auf die Spiegel (Reflektionsvorrichtungen) 4 und 6.
Die Lichtwellenleiter 12 sind derart vorgesehen, dass die optischen
Ausgangspfade P2 parallel zueinander sind und schräg in Bezug
auf die Spiegel 4 und 6. In dieser bevorzugten
Ausführungsform
sind die Lichtwellenleiter 10 und 12 parallel
zueinander in der selben Ebene n2.
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Die
Schaltzellen sind an der Hauptoberfläche 2A des Substrats 2 vorgesehen.
Jede Schaltzelle schließt
einen Schaltspiegel 14 ein, der relativ zum Substrat 2 bewegbar
ist, und kann zwischen einer ersten Bedingung umschalten, in der
der Schaltspiegel 14 parallel zur Hauptoberfläche 2A verläuft und
einer zweiten Bedingung, in der der Schaltspiegel 14 rechtwinklig
zur Hauptoberfläche 2A liegt.
In dieser bevorzugten Ausführungsform
ist jeder Schaltspiegel 14 parallel zu den Spiegeln 4 und 6 in
der zweiten Bedingung.
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Wenn
der Abstand zwischen irgendwelchen nächsten zwei Schaltzellen in
dieser Opto-Schalteinrichtung definiert ist als Einheitsgröße, hat
das Substrat 2 eine 4 × 4-Schalteinrichtungsgröße. Die
16 Schaltzellen sind an 4 × 4-Gitternetzpositionen
vorgesehen. Das Substrat 2 kann eine Größe haben größer als die Schalteinrichtungsgröße.
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Mit
diesem Aufbau kann die Länge
des optischen Pfades konstant gemacht werden unabhängig von einem
umgeschalteten Pfad zum Eliminieren von Variationen in der Dämpfung in Übereinstimmung
mit dem Pfad, wie aus der Überprüfung der
verschiedenen optischen Pfade, die nachstehend zu beschreiben sind,
verstanden wird.
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Es
wird Bezug genommen auf 4A und 4B, die Beispiele von Pfadeinstellungen
in der Opto-Schalteinrichtung zeigen, die in 3 gezeigt ist. 4A zeigt einen Fall, dass die Eingangskanäle #1–#4 jeweils mit
den Ausgangskanälen
#1–#4
verbunden sind. In diesem Fall sind die Schaltzellen in der dritten
Reihe der ersten Spalte, in der dritten Reihe der zweiten Spalte,
in der zweiten Reihe der dritten Spalte und in der zweiten Reihe
der vierten Spalte jeweils in der zweiten Bedingung und die anderen
Schaltzellen sind in der ersten Bedingung.
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4B zeigt einen Fall, dass
die Eingangskanäle
#1–#4
mit den Ausgangskanälen
#4–#1
jeweils verbunden sind. In diesem Fall sind die Schaltzellen in
der ersten Reihe der ersten Spalte, in der ersten Reihe der zweiten
Spalte, in der dritten Reihe der ersten Spalte, in der dritten Reihe
der vierten Spalte, in der vierten Reihe der zweiten Spalte und
in der vierten Reihe der vierten Spalte in der zweiten Bedingung
und die anderen Schaltzellen sind in der ersten Bedingung. Mit dem
Aufbau der Opto-Schalteinrichtung, wie in 3 gezeigt, kann ein beliebiger Pfad eingerichtet
werden durch die festen Spiegel 4 und 6 und den
Schaltspiegel 14 jeder Schaltzelle, hierdurch das Vorsehen
einer nichtblockierenden Opto-Schalteinrichtung ermöglichend.
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5 und 6 zeigen alle Beispiele von Pfadeinstellungen
in der in 3 gezeigten
Opto-Schalteinrichtung und die Weise der Betrachtung der Beispiele,
die in 5 und 6 gezeigt sind, in der selben
Weise wie die in den 4A und 4B.
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Die
Opto-Schalteinrichtung hat in diesem Fall vier Eingänge und
vier Ausgänge.
Wenn demgemäß die als
Abstand zwischen irgendwelchen zwei nächsten Schaltzellen definierte
Einheitsgröße 1 ist,
ist die Vermittlungs- bzw. Schalteinrichtungsgröße 4 × 4. Wenn die diagonale Länge jeder
Schaltzelle 1 ist, ist ferner die Opto-Pfadlänge in allen Beispielen 4.
Die Zahl von Reflektionen an den Spiegeloberflächen ist auf drei Arten klassifiziert,
d. h. 2, 4 oder 0. Die Opto-Schalteinrichtung
hat 16 Schaltzellen, klassifiziert in fünf Schaltzellen mit nur abwärts reflektierenden
Spiegeln (Unterseiten-Reflektionsspiegel), fünft Schaltzellen mit nur aufwärts reflektierenden
Spiegeln (Oberseiten-Reflektionsspiegel) und sechs Schaltzellen
mit bidirektional reflektierenden Spiegeln (doppelseitig reflektierende
Spiegel).
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Es
wird Bezug genommen auf 7A,
in der schematisch alle Schaltbedingungen in dem Fall gezeigt sind,
dass die Opto-Schalteinrichtung
drei Eingänge
und drei Ausgänge
hat. Die Schalteinrichtungsgröße ist 3 × 3 und
die Opto-Pfadlänge
ist 3, wenn die diagonale Länge
jeder Schaltzelle 1 ist. Die Zahl von Reflektionen an den Spiegeloberflächen ist
klassifiziert in drei Arten, d. h. 2, 4 und 0.
Die Opto-Schalteinrichtung hat in diesem Fall neun Schaltzellen,
klassifiziert in vier Schaltzellen mit nur abwärts reflektierenden Spiegeln,
vier Schaltzellen mit nur aufwärts
reflektierenden Spiegeln und eine Schaltzelle mit bidirektional
reflektierendem Spiegel.
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Es
wird Bezug genommen auf 7B,
in der alle Schaltbedingungen (zwei Schaltbedingungen) schematisch
dargestellt sind in dem Fall, dass die Opto-Schalteinrichtung zwei
Eingänge
und zwei Ausgänge
hat. in diesem Fall ist die Vermittlungsgröße 2 × 2 und die Opto-Pfadlänge ist
2, wenn die diagonale Länge
jeder Schaltzelle 1 ist. Die Zahl der Reflektionen an den Spiegeloberflächen ist
klassifiziert in zwei Arten, d. h. 2 und 1. Die
Opto-Schalteinrichtung hat in diesem Fall vier Schaltzellen, klassifiziert
in zwei Schaltzellen mit nur abwärts
reflektierenden Spiegeln und zwei Schaltzellen mit nur aufwärts reflektierenden
Spiegeln.
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8 ist eine schematische
Ansicht zum Darlegen der Anordnung der Schaltzellen in dem Fall,
dass die Opto-Schalteinrichtung
n Eingänge
und n Ausgänge
hat (n ist eine ganze Zahl größer als
2). Die Schalteinrichtungsgröße ist n × n und
die Opto-Pfadlänge
ist n, wenn die diagonale Länge
jeder Schaltzelle 1 ist. Die Zahl von Reflektionen an den Spiegeloberflächen ist
klassifiziert in drei Arten, d. h. 2, 4 und 0.
Die Opto-Schalteinrichtung hat in diesem Fall n2 Schaltzellen, klassifiziert
in (n + 1)-Schaltzellen mit nur abwärts reflektierenden Spiegeln,
(n + 1) Schaltzellen mit nur aufwärts reflektierenden Spiegeln
und (n2 – 2n – 2) Schaltzellen mit bidirektional
reflektierenden Spiegeln.
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Die
Schaltzelle in der i-ten Reihe und der j-Spalte überträgt einfallendes Licht in Richtung
der Schaltzelle in der (i + 1)-ten Reihe und der (j + 1)-ten Spalte
unter der ersten Bedingung oder reflektiert einfallendes Licht in
Richtung der Schaltzelle in der (i – 1)-ten Reihe und der (j +
1)-ten Spalte in der zweiten Bedingung.
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In
der obigen bevorzugten Ausführungsform
ist der Abstand zwischen irgendwelchen benachbarten zwei Schaltzellen,
die entlang jeder Reihe angeordnet sind gleich dem Abstand zwischen
irgendwelchen benachbarten zwei Schaltzellen, die entlang jeder
Spalte angeordnet sind und der Einfallswinkel (der zwischen der
Achse eines einfallenden Strahls und jeder Spiegeloberfläche gebildete
Winkel) ist 45°.
Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Konfiguration
beschränkt,
dass der Einfallswinkel 45° ist.
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Beispielsweise
kann der Einfallswinkel 30° sein,
wie in 9 gezeigt. In
diesem Fall kann der Abstand zwischen irgendwelchen benachbarten
zwei Schaltzellen, die entlang jeder Reihe angeordnet sind, festgelegt werden
auf zweimal den Abstand zwischen irgendwelchen benachbarten zwei
Schaltzellen, die entlang jeder Spalte angeordnet sind..
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Ferner
kann in dem Fall, dass der Einfallswinkel ein beliebiger Winkel
(θi) ist,
wie in 10 gezeigt, das
Verhältnis
des Abstandes zwischen irgendwelchen benachbarten zwei Schaltzellen,
die entlang jeder Reihe angeordnet sind, zu dem Abstand zwischen
irgendwelchen benachbarten zwei Schaltzellen, die entlang jeder
Spalte angeordnet sind festgelegt sein auf 1 : tan (θi).
-
Ferner
wird der Abstand dm zwischen jeder Schaltzelle in der ersten Reihe
und dem Spiegel 4 ausgedrückt als dm =
(1/2) × a × tan(θi), wobei
a der Abstand zwischen irgendwelchen benachbarten zwei entlang jeder
Reihe angeordneten Schaltzellen ist.
-
Die
Opto-Schalteinrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ausdehnbar. Beispielsweise kann durch Verwenden von
vier Substraten 2, jeweils für die Opto-Schalteinrichtung
mit vier Eingängen
und vier Ausgängen,
wie in 3 gezeigt, eine
Opto-Schalteinrichtung mit acht Eingängen und acht Ausgängen erhalten
werden.
-
Wie
in 11 gezeigt, kann
eine solche 8 × 8-Opto-Schalteinrichtung
durch derartiges Anordnen von vier 4 × 4-Substraten 2 erhalten werden,
dass sie ein viereckiges Substrat bilden und Zwischenschalten dieser viereckigen
Substrate zwischen gemeinsamen Spiegeln 4 und 6.
-
Während jede
Schaltzelle in der obigen bevorzugten Ausführungsform durch Verwenden
von MEMS aufgebaut ist, kann auch eine Opto-Schalteinrichtung vom
Reflektionstyp unter Verwendung eines Fluids verwendet werden. Diese
Opto-Schalteinrichtung
vom Reflektionstyp ist aufgebaut durch Einschließen einer Blasen enthaltenden
Flüssigkeit
in einem in einem Festkörper
ausgebildeten Hohlraum mit einem bestimmten Brechungsindex und durch
Ermöglichen
des Bewegt-Werdens
der Blasen durch die Verwendung eines Heizers oder ähnlichem.
Der Brechungsindex der Flüssigkeit
wird im wesentlichen gleich dem Brechungsindex des Festkörpers festgelegt.
Demgemäß kann durch
Festlegen eines durch den Hohlraum verlaufenden optischen Pfades
die Opto-Schalteinrichtung
zwischen Transmission und Totalreflektion umschalten in Übereinstimmung
mit dem Vorhandensein oder Fehlen der Blase.
-
Es
wird Bezug genommen auf 12A und 12B, in denen eine 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung
und eine 8 × 8-Opto-Schalteinrichtung
gezeigt sind, jede jeweils mit einem Lichtwellenleiter versehen.
Jede Opto-Schalteinrichtung ist von einem Pfad-unabhängigen Typ.
-
Jede
Schaltzelle schaltet zwischen einer Durchquerungsbedingung entsprechend
der ersten Bedingung und einer Sperrbedingung entsprechend der zweiten
Bedingung in der vorliegenden Erfindung um. Die jeder Schaltzelle
entsprechenden in dem Kreis dargestellten Zahlen wie zum Beispiel
(13) oder (23) beziehen sich auf einen Eingang
zu einem Ausgang. Beispielsweise bedeutet die Zahl (13)
ein Schaltelement zum Verbinden eines Eingangskanals #1 mit einem
Ausgangskanal #3. Ferner hält
jedes Schaltelement die Durchquerungsbedingung in einem elektrisch
ausgeschalteten Zustand bei und ändert
in die Sperrbedingung, wenn es elektrisch eingeschaltet wird.
-
13A zeigt eine optische
Schalteinrichtung, die erhalten wird durch Anwenden der logischen
Konfiguration der in 12A gezeigten
Opto-Schalteinrichtung gemäß der Erfindung.
Speziell kreuzen die ungeradzahligen Kanäle und die geradzahligen Kanäle von optischen
Eingangspfaden einander und die ungeradzahligen Kanäle und geradzahligen
Kanäle
der optischen Ausgangspfade kreuzen einander.
-
In
einem Lichtwellenleiter aus LN (LiNbO3)
verursacht beispielsweise das Vorhandensein solcher Überkreuzungen
kein besonderes Problem in der Fabrikationstechnik. Jedoch kann
in dem Fall des Vorsehens der Eingangslichtwellenpfade und der Ausgangslichtwellenpfade
durch die Verwendung von Lichtwellenleiterarrays oder ähnlichem
das Überqueren
der Kanäle
manchmal in der Fabrikationstechnik schwierig gestalten. 13B zeigt eine Opto-Schalteinrichtung,
die das obige Problem in der Fabrikationstechnik eliminieren kann,
wobei die in 13A gezeigte
logische Konfiguration beibehalten wird.
-
Wie
in 13B gezeigt, sind
die Eingangslichtwellenpfade parallel zueinander und die Ausgangslichtwellenpfade
sind auch parallel zueinander. Durch Invertieren der Logik in den
Eingangsschaltzellen der ungeradzahligen Kanäle und der Logik in den Ausgangsschaltzellen
der ungeradzahligen Kanäle
oder durch Invertieren der Logik in den Eingangsschaltzellen der
geradzahligen Kanäle
und der Logik in den Ausgangsschaltzellen der geradzahligen Kanäle wird
Licht normalerweise von jeder Schaltzelle reflektiert und in dem
Fall, dass jede Schaltzelle aktiviert wird zum Einrichten eines
Pfades wird kein Licht durch jede Schaltzelle reflektiert.
-
In
jeder der 13A und 13B ist die Anzahl von aufwärts reflektierenden
Schaltzellen 8 und die Anzahl von abwärts reflektierenden Schaltzellen
ist B. Ferner ist die Anzahl von Reflektionen auf den Spiegeloberflächen der
Schaltzellen in 13A klassifiziert
in 3 Arten, d. h. 1, 2 und 3 und die
Anzahl von Reflektionen der Spiegeloberflächen der Schaltzellen in 13B ist klassifiziert in
drei Arten, d. h. 0, 2 und 4.
-
In
der Konfiguration der 13A befindet
sich jeder Schaltspiegel normalerweise in der ersten Bedingung und
in dem Fall, dass jeder Schaltspiegel aktiviert ist zum Einrichten
eines Pfades wird jeder Schaltspiegel die zweite Bedingung erhalten.
In der Konfiguration der 13B sind
durch die Kreise eingeschlossene Schaltzellen normalerweise in der
zweiten Bedingung und erhalten die erste Bedingung, wenn sie Pfade
einrichten. Die anderen Schaltzellen sind die selben wie die in 13A gezeigten.
-
14A und 14B zeigen Beispiele des Betriebs der
in 13A und 13B jeweils gezeigten Opto-Schalteinrichtungen
und 15 und 16 zeigen 8 × 8-Opto-Schaltvorrichtungen
mit Konfigurationen ähnlich den
Konfigurationen der in 13A und 13B jeweils gezeigten 4 × 4-Opto-Schalteinrichtungen.
-
In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ist es, wie oben beschrieben, möglich, eine Pfad-unabhängige nicht
blockierende Opto-Schalteinrichtung vorzusehen.
-
In
einer Opto-Schalteinrichtung unter Verwendung von optischen MEMS
gibt es eine Möglichkeit,
dass ein optischer Strahl gespreizt werden kann zum Erhöhen der
Dämpfung
mit einer Erhöhung
der Länge
des optischen Pfades aufgrund räumlicher
Kopplung zwischen einem Eingang und einem Ausgang. Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der optische Strahl an einer Zwischenposition auf
einem optischen Pfad konvergent sein. Diese Konfiguration wird zuerst
in dem Falle einer 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung
unter Bezugnahme auf 17A und 17B beschrieben.
-
17A und 17B sind schematische Ansichten zum Erläutern des
Betriebs einer 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung
einschließlich
sphärischer
Linsen in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. Wenn die Größe jeder Schaltzelle 1 ist,
ist die Vermittlungsgröße dieser
Opto-Schalteinrichtung 4 × 5
und wenn die diagonale Länge
jeder Vermittlungszelle oder Schaltzelle 1 ist, ist die Opto-Pfadlänge in dieser
Opto-Schalteinrichtung 5. In diesem Beispiel sind vier
sphärische
Linsen in der dritten Spalte vorgesehen.
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Unter
der in 17A gezeigten
Bedingung sind die Eingangskanäle
#1–#4
mit den Ausgangskanälen #1–#4 jeweils
verbunden. Unter der in 17B gezeigten
Bedingung sind die Eingangskanäle
#1–#4
mit den Ausgangskanälen
#4–#1
jeweils verbunden.
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18 und 19 sind schematische Ansichten zum Zeigen
aller Schaltbedingungen (24 Arten von Schaltbedingungen)
der in 17A und 17B gezeigten Opto-Schalteinrichtung.
Die Anzahl von Schaltzellen ist 16 und diese 16 Schaltzellen sind
klassifiziert in vier Schaltzellen mit nur abwärts reflektierenden Spiegeln, vier
Schaltzellen mit nur aufwärts
reflektierenden Spiegeln und acht Schaltzellen mit bidirektional
reflektierenden Spiegeln. Fünf
der acht Schaltzellen mit bidirektional reflektierenden Spiegeln
führen
simultane bidirektionale Reflektion aus. Wenn bidirektional reflektierenden
Spiegel in diesem Fall jeweils dick sind, ist es schwierig, zwei
einfallende Strahlen gleichzeitig an einem gegebenen Reflektionspunkt
zu reflektieren. Demgemäß ist es
wünschenswert,
die Dicke jedes Reflektionsspiegels in Übereinstimmung mit der Größenordnung
der Opto-Schalteinrichtung zu reduzieren.
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20 ist eine schematische
Ansicht zum Zeigen aller Schaltbedingungen (6 Arten von Schaltbedingungen)
von einer 3 × 3-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung ähnlich zu
den in den 18 und 19 gezeigten schematischen
Ansichten. Die Schalteinrichtungsgröße ist 3 × 3, wenn die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist und die Opto-Pfadlänge ist 4, wenn die diagonale
Länge jeder
Schaltzelle 1 ist. Die Anzahl von Reflektionen an den Spiegeloberflächen ist
klassifiziert in zwei Arten, d. h. 2 und 4. Die
Anzahl von Schaltzellen ist neun und diese neun Schaltzellen sind
klassifiziert in drei Schaltzellen mit nur abwärts reflektierenden Spiegeln,
drei Schaltzellen mit nur aufwärts
reflektierenden Spiegeln und drei Schaltzellen mit bidirektional
reflektierenden Spiegeln.
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21 ist eine ist eine schematische
Ansicht zum Darlegen einer generellen Konfiguration der Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung einschließlich der Konfigurierung, die in 17A, 17B, 18, 19 und 20 gezeigt sind. Das heißt, 21 zeigt die Anordnung der
Schaltzellen und sphärischen
Linsen in einer n × n-Opto-Schalteinrichtung
(n ist eine ganze Zahl größer als
2).
-
Wenn
n eine gerade Zahl ist, hat die Opto-Schalteinrichtung n Linsen
in der (n/2 + 1)-ten Spalte angeordnet, wohingegen, wenn n eine
ungerade Zahl ist, die Opto-Schalteinrichtung n Linsen in der [(n
+ 1)/2 + 1]-ten Spalte hat. 21 zeigt
den Fall, in dem n eine gerade Zahl ist.
-
Die
Schalteinrichtungsgröße ist n × (n + 1),
wenn die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist und die Opto-Pfadlänge ist (n + 1), wenn die diagonale
Länge jeder
Schaltzelle 1 ist. Die Anzahl von Reflektionen an den Spiegeloberflächen ist
klassifiziert in drei Arten, d. h. 2, 4 und 6,
oder irgendwelche zwei Arten, ausgewählt aus diesen drei Arten.
Die Anzahl von Schaltzellen ist n2 und diese n2 Schaltzellen sind
klassifiziert in n Schaltzellen mit nur abwärts reflektierenden Spiegeln
(in der ersten Spalte), n Schaltzellen mit nur aufwärts reflektierenden
Spiegeln (in der n-ten Spalte) und (n2 – 2n) Schaltzellen
mit bidirektional reflektierenden Spiegeln (in den anderen Spalten).
-
In
dem Fall, dass n eine gerade Zahl ist, ist die Opto-Pfadlänge auf
der Eingangsseite jeder sphärischen
Linse gleich der einer Ausgangsseite jeder sphärischen Linse, sodass ein optisches
Linsensystem leicht entworfen werden kann.
-
Nun
wird eine Opto-Schalteinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung beschrieben, in der Stablinsen anwendbar sind. In der
bevorzugten Ausführungsform,
die unter Bezugnahme auf 17A, 17B und 18 bis 21 beschrieben
worden ist, verlaufen höchstens
zwei optische Pfade mit unterschiedlichen Richtungen durch jede
Linse. Daher ist es erforderlich, Linsen ohne Anisotropität zu verwenden
wie zum Beispiel sphärische
Linsen. Dem gegenüber
ist die folgende bevorzugte Ausführungsform
derart konfiguriert, dass höchstens
ein optischer Pfad durch jede Linse verläuft, hierdurch das Montieren
von Linsen und das Ausrichten der optischen Achsen unterstützend. Im
Allgemeinen ist die Ausrichttoleranz von Stablinsen größer als die
von sphärischen
Linsen.
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22 zeigt eine 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung,
die Stablinsen einschließt
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. Die Schalteinrichtungsgröße ist 5 × 6, wenn
die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist und die Länge
des optischen Pfades ist 6, wenn die diagonale Länge jeder Schaltzelle 1 ist.
Acht Stablinsen sind in dem Substrat 2 (nicht in 22, aber in 3 gezeigt) vorgesehen, ausgebildet mit
den Schaltzellen. Die Stablinsen sind zickzackförmig entlang einer Diagonallinie
des Substrates 2 angeordnet.
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Die
Anzahl von Schaltzellen ist 20 und diese 20 Schaltzellen sind in
sechs Schaltzellen klassifiziert mit nur abwärts reflektierenden Spiegeln,
sechs Schaltzellen mit nur aufwärts
reflektierenden Spiegeln und acht Schaltzellen mit bidirektional
reflektierenden Spiegeln. In dieser bevorzugten Ausführungsform
ist es nicht erforderlich, irgendwelche simultan bidirektional reflektierenden
Spiegel vorzusehen. Die Anzahl von Reflektionen auf den Spiegeloberflächen ist
klassifiziert in zwei Arten, d. h. 2 und 4. Die
acht Stablinsen sind in der zweiten bis fünften Spalte derart angeordnet,
dass alle zwei Stablinsen parallel zueinander schräg in der
selben Spalte angeordnet sind. In dem Fall, dass die optischen Eingangspfade
und die optischen Ausgangspfade nach oben rechts gerichtet sind,
ist jede Stablinse nach unten rechts gerichtet.
-
23 und 24 sind schematische Ansichten zum Zeigen
aller Schaltbedingungen (24 Arten von Schaltbedingungen) der in 22 gezeigten Opto-Schalteinrichtung.
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25 ist eine schematische
Ansicht zum Zeigen aller Schaltbedingungen (6 Arten von Schaltbedingungen)
einer 3 × 3-Opto-Schalteinrichtung,
die ähnlich
konfiguriert ist zu der in 22 gezeigten
Opto-Schalteinrichtung. In der in 25 gezeigten
Opto-Schalteinrichtung ist die Schalteinrichtungsgröße 4 × 5, wenn
die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist und die Opto-Pfadlänge ist 5, wenn die diagonale
Länge jeder
Schaltzelle 1 ist. Die Zahl von Reflektionen an Spiegeloberflächen ist
klassifiziert in zwei Arten, d. h. 2 und 4. Die
Zahl von Schaltzellen ist 12 und diese 12 Schaltzellen sind klassifiziert
in fünf
Schaltzellen mit nur abwärts
reflektierenden Spiegeln, fünf
Schaltzellen mit nur aufwärts
reflektierenden Spiegeln und zwei Schaltzellen mit bidirektional
reflektierenden Spiegeln. In einigen in 25 gezeigten Schaltbedingungen sind keine
Stablinsen gezeigt, aber eine Zone, in der die Stablinsen vorliegen,
ist dargestellt.
-
26 ist eine schematische
Ansicht zum Zeigen aller Schaltbedingungen (2 Arten von
Schaltbedingungen) einer ähnlich
der in 22 gezeigten
Opto-Schalteinrichtung konfigurierten 2 × 2-Opto-Schalteinrichtung.
Die Schalteinrichtungsgröße ist 3 × 4, wenn
die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist und die Opto-Pfadlänge ist 4, wenn die diagonale
Länge jeder
Schaltzelle 1 ist. Die Anzahl von Reflektionen an den Spiegeloberflächen ist
immer 2. Die Anzahl von Schaltzellen ist 6 und diese 6 Schaltzellen
sind klassifiziert in drei Schaltzellen mit nur abwärts reflektierenden
Spiegeln und drei Schaltzellen mit nur aufwärts reflektierenden Spiegeln.
-
27 ist eine schematische
Ansicht zum Zeigen der Anordnung von Schaltzellen und Stablinsen
in einer Opto-Schalteinrichtung,
die ähnlich
konfiguriert ist der in 22 gezeigten
Opto-Schalteinrichtung. Die Schalteinrichtungsgröße ist (n + 1) × (n + 2),
wenn die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist und die Opto-Pfadlänge ist (n + 2), wenn die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist. Während
die Opto-Pfadlänge von
einem Eingang zu einer Stablinse und die Opto-Pfadlänge von der Stablinse zu einem
Ausgang unterschiedlich sind, in Übereinstimmung mit der Spalte,
an der die Stablinse angeordnet ist, ist die Anzahl von Arten der
Stablinsen etwa (n/2), was nachstehend diskutiert werden wird. Die
Positionen der Stablinsen werden ausgedrückt in (Reihe, Spalte) als (1,
n + 1) , (2, n) , (2, n + 1) ,..., (i, n – i + 2) , (i, n – i + 3),...,
(n, 2), (n, 3) und (n + 1, 2).
-
Die
Anzahl von Reflektionen an den Spiegeloberflächen ist klassifiziert in zwei
Arten, d. h. 2 und 4.
-
Die
Anzahl von Schaltzellen ist n × (n
+ 1). Von diesen n × (n
+ 1)-Schaltzellen ist die Anzahl von Schaltzellen mit nur abwärts reflektierenden
Spiegeln 3, wenn n = 2, 5, wenn n = 3 oder (2n – 2), wenn
n > 3 gilt. Die Anzahl
von Schaltzellen mit nur aufwärts
reflektierenden Spiegeln ist die selbe wie die Anzahl von Schaltzellen
mit nur abwärts
reflektierenden Spiegeln. Die Anzahl von Schaltzellen mit bidirektional
reflektierenden Spiegeln ist 0, wenn n = 2, 2, wenn n = 3, oder
(n2 – 3n
+ 4), wenn n > 3 gilt.
-
In
den obigen bevorzugten Ausführungsformen
hängt der
Pfad von der Anzahl von Spiegelreflektionen ab einschließlich der
Reflektion an den Spiegel 4 oder 6. In dem Fall,
dass Reflektionsverlust nicht vernachlässigbar ist, wird die Pfadabhängigkeit
von dem Verlust generiert in Übereinstimmung
mit der Anzahl von Reflektionen. In den folgenden bevorzugten Ausführungsformen
ist die Anzahl von Reflektionen festgelegt auf 2, um die Pfadabhängigkeit
der Dämpfung
bzw. des Verlustes zu eliminieren.
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28 ist eine schematische
Ansicht zum Erläutern
der Konfiguration und des Betriebsablaufs einer 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. Vier Schaltzellen sind in der ersten
Spalte auf der Eingangsseite angeordnet und ein optisches Signal
von jeder Schaltzelle in der ersten Spalte wird geschaltet durch
spezifische Schaltzellen. Die in den Kreisen gezeigten Ziffern,
die alle Schaltzellen repräsentieren,
bedeuteten Eingangskanalnummern. Fünf spezifische Schaltzellen
sind jedem Eingangskanal zugeordnet, sodass das optische Signal
immer nach zwei Reflektionen ohne Staubildung ausgegeben wird.
-
Die
Schalteinrichtungsgröße ist 6 × 6, wenn
die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist und die Opto-Pfadlänge ist 6, wenn die diagonale
Länge jeder
Schaltzelle 1 ist. Diese Opto-Schalteinrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Reflektionen an
den Spiegeloberflächen
immer 2 ist. Die Anzahl von Schaltzellen ist 19 und diese 19 Schaltzellen
sind klassifiziert in vier Schaltzellen mit nur abwärts reflektierenden
Spiegeln und 15 Schaltzellen mit nur aufwärts reflektierenden Spiegeln.
-
29 ist eine schematische
Ansicht zum Zeigen einer n × n-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. In 29 ist
eine 8 × 8-Opto-Schalteinrichtung
als ein Beispiel gezeigt. In der ersten Spalte der n × n-Opto-Schalteinrichtung
sind n Schaltzellen für
nur Abwärtsreflektionen
angeordnet. Jede Schaltzelle funktioniert zum Aufteilen eines Eingangskanals
in zwei optische Pfade. Einer der optischen Pfade wird durch die
erste Bedingung jeder Schaltzelle bereitgestellt und schließt die Reflektion
an dem Spiegel 4 ein. Der andere optische Pfad wird durch
die zweite Bedingung jeder Schaltzelle bereitgestellt und schließt nicht
die Reflektion an dem Spiegel 4 ein. Ferner sind (n2 – 1)
Schaltzellen für
nur Aufwärtsreflektion vorgesehen,
sodass die optischen Pfade von den n Schaltzellen in der ersten
Spalte gekoppelt werden an die (n2 – 1) Schaltzellen.
Jede Schaltzelle für
nur Aufwärtsreflektion
ist derart positioniert, dass sie jedem optischen Signalpfad entspricht
und bestimmt einen finalen einen Ausgang erreichenden optischen
Pfad. Die Schalteinrichtungsgröße ist 2(n – 1) × 2(n – 1), wenn
die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist und die Opto-Pfadlänge ist 2(n – 1), wenn
die diagonale Länge
jeder Schaltzelle 1 ist. Die Anzahl aller Schaltzellen ist (n2 + n – 1).
Es ist nicht erforderlich, irgendwelche Schaltzellen mit bidirektional
reflektierenden Spiegeln vorzusehen. Während die Anzahl der Reflektionen
an den Spiegeloberflächen
immer 2 ist, neigt die Opto-Pfadlänge dazu, zuzunehmen. Demgemäß wird vorgezogen,
eine Stablinse entlang jedes Opto-Pfades vorzusehen. Wie in 29 gezeigt, gibt es einen
Raum zwischen den Schaltzellen für
nur Abwärtsreflektion
und den Schaltzellen für
nur Aufwärtsreflektion
und die Stablinsen können
in diesem Raum vorgesehen sein.
-
Jedoch
in dem Fall, dass die Anzahl von Kanälen 5 oder weniger
ist, liegt ein solcher Raum zum Vorsehen von Stablinsen nicht vor.
Demgemäß wird vorgezogen,
den Stablinsenraum durch Hinzufügen
einer Reihe und einer Spalte zu definieren, wie in 30 gezeigt.
-
In
der Konfiguration der 29 ist
die Größe des Stablinsenraums
(n/2 – 2)
und in dem Fall, dass n 6 oder größer ist, wird die Größe des Stablinsenraums 1 oder
größer.
-
Die
Positionen der Schaltzellen werden in (Reihe, Spalte) folgendermaßen ausgedrückt:
-
Für die Schaltzellen
mit nur abwärts
reflektierenden Spiegeln:
(i, 1) ; i = 1 bis n
-
Für die Schaltzellen
mit nur aufwärts
reflektierenden Spiegeln:
(n/2 + i, 2 (n – 1) – n/2 + 1 – i); i = 0 bis (n – 1)
(n/2
+ i, 2 (n – 1) – n/2 +
2 – i);
i = 0 bis (n – 1)
(n/2
+ i + 1, 2 (n – 1) – n/2 +
1 – i);
i = 0 bis (n – 1)
(n – 1 + i,
2 (n – 1) – i); i
= 0 bis (n – 1)
(n
+ i, 2 (n – 1) – i); i
= 0 bis (n – 1)
-
Der
Betrieb der n × n-Opto-Schalteinrichtung
(siehe 29) in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 31 beschrieben. Zuerst wird
der optische Pfad von jeder Schaltzelle in der ersten Spalte umgeschaltet
in Übereinstimmung
damit, ob der Ausgangskanal ein geradzahliger Kanal ist oder ein
ungeradzahliger Kanal. Im Fall, dass der Ausgangskanal ein ungeradzahliger
Kanal ist, wird beispielsweise der Schaltspiegel der Schaltzelle
in der ersten Spalte entsprechend dem Eingangskanal #2 angehoben
(auf die zweite Bedingung eingestellt) zum Umschalten des optischen
Eingangspfades zu einem optischen Pfad entlang einer Diagonallinie,
die sich von der linken oberen Ecke des Substrates 2 zur
rechten unteren Ecke davon erstreckt. In dem Fall, dass der Ausgangskanal
ein geradzahliger Kanal ist, wird der Schaltspiegel der Schaltzelle
nicht angehoben (eingestellt auf die erste Bedingung) zum Ändern des
optischen Eingangskanals durch den festen Spiegel 4, der
an der oberen Seite vorgesehen ist, wie in 31 gezeigt. Dann wird ein finaler Ausgangskanal
durch eine Gruppe von Schaltzellen bestimmt, die entlang einer Diagonallinie angeordnet
sind, welche sich von der rechten oberen Ecke des Substrates 2 zur
linken unteren Ecke davon erstreckt. In 31 repräsentiert die durch (in) dargestellte
Zelle eine Schaltzellen, deren Schaltspiegel angehoben ist, wenn
der Eingangskanal #i ist und der Ausgangskanal #n ist.
-
Die
Schalteinrichtungsgröße dieser
Opto-Schalteinrichtung wird nun geprüft. Angenommen, dass der Eingangskanal
#n ist und der Ausgangskanal ein geradzahliger Kanal, wird das dem
Eingangskanal #n entsprechende optische Signal von der Schaltzelle
an den festen Spiegel 4 an einem Reflektionspunkt Rn reflektiert
und wird als nächstes
in die Schaltzellen eingegeben, die durch n2,
n4,..., nn gezeigt
sind. Wenn die Gruppe von Schaltzellen zur nur Aufwärtsreflektion
nicht beabstandet von dem Spiegel 4 angeordnet ist, wird
ein Teil des Lichtstrahls eher von einer Position entsprechend dem
Spiegel 4 ausgegeben als von einer Seitenfläche des Substrates 2,
was zu schwieriger Handhabung führt.
In 31 sind die Ausgangskanäle #1 bis
#4 an einer Position entsprechend dem Spiegel 4 angeordnet.
-
32 zeigt eine Verbesserung
in der Anordnung der Schaltzellen, die durch n2,
n4,..., nn gezeigt
sind, derart, dass der Ausgangskanal #1 an der rechten oberen Ecke
des Substrates 4 angeordnet ist. In diesem Fall ist die
Größe jeder
Seite des Substrates 2 gleich n + 2(n/2 – 1) = 2n – 2, sodass
die Schalteinrichtungsgröße (2n – 2) × (2n – 2) ist.
In dieser Konfiguration wird der Ausgangskanal #n durch einen optischen
Pfad bereitgestellt, der an einem Reflektionspunkt an dem unteren
Spiegel 6 produziert wird in Übereinstimmung mit der durch
nn – 1
gezeigten Schaltzelle.
-
Die
Zahl aller Schaltzellen ist (n2 + n – 1), wobei
die Zahl der abwärts
reflektierenden Schaltzellen (der Schaltzellen in der ersten Spalte)
n ist und die Zahl der aufwärts
reflektierenden Schaltzellen (die Gruppe von Schaltzellen, die entlang
der Diagonallinie angeordnet sind, welche sich von der rechten oberen
Ecke zur linken unteren Ecke im Substrat 2 erstrecken)
(n2 – 1)
ist. Die Zahl der Reflektionen ist immer 2 unabhängig von den optischen Pfaden.
Die Opto-Pfadlänge
ist (2n – 2),
wenn die diagonale Länge
jeder Schaltzelle 1 ist.
-
33 und 34 zeigen Modifikationen der in 32 gezeigten Konfiguration,
in welcher die Aufwärtsreflektions-Schaltzellen entsprechend
den Ausgangskanälen
in ihrer Position verändert
sind. In der Konfiguration der 33 sind
die den ungeradzahligen Ausgangskanälen entsprechenden Aufwärtsreflektions-Schaltzellen
an rechten oberen Positionen angeordnet und die den geradzahligen
Ausgangskanälen
entsprechenden Abwärtsreflektions-Schaltzellen
sind an linken unteren Positionen angeordnet. Andererseits sind
in der Konfiguration der 34 die
den geradzahligen Ausgangskanälen
entsprechenden Aufwärtsreflektions- Schaltzellen an rechten
oberen Positionen angeordnet und die den ungeradzahligen Ausgangskanälen entsprechenden
Aufwärtsreflektions-Schaltzellen
sind an linken unteren Positionen angeordnet.
-
In
jedem Fall ist die Zahl aller Schaltzellen (n2 +
n), wobei die Zahl der Abwärtsreflektions-Schaltzellen (der
Schaltzellen in der ersten Spalte) n ist und die Zahl der Aufwärtsreflektions-Schaltzellen
(die Gruppe von Schaltzellen, die entlang der diagonalen Linie angeordnet
sind, welche sich von der rechten oberen Ecke zur linken unteren
Ecke des Substrates 2 erstreckt) n2 ist.
-
Die
Schalteinrichtungsgröße der in 33 gezeigten Opto-Schalteinrichtung
ist (2n – 1) × (2n – 1) und die
Opto-Pfadlänge ist
(2n – 1),
wenn die diagonale Länge
jeder Schaltzelle 1 ist. Die Schalteinrichtungsgröße der in 34 gezeigten Opto-Schalteinrichtung
ist 2n × 2n
und die Opto-Pfadlänge ist
2n.
-
In
jedem Fall ist die Anzahl von Reflektionen 2 und die Pfadabhängigkeit
von Dämpfung
in Übereinstimmung
mit der Anzahl von Reflektionen kann eliminiert werden. Als ein
Ergebnis ist es möglich,
Spiegel zu verwenden, deren Reflektionsdämpfung nicht niedrig ist.
-
Ferner
ist es in den in 33 und 34 gezeigten bevorzugten
Ausführungsformen
nicht erforderlich, einen unteren Spiegel vorzusehen (der Spiegel 6 in
den vorangegangenen bevorzugten Ausführungsformen), hierdurch das
Herstellen der Opto-Schalteinrichtung
erleichternd.
-
Nun
wird eine andere bevorzugte Ausführungsform
beschrieben, die die Pfadabhängigkeit
von Dämpfung
in Übereinstimmung
mit der Anzahl von Spiegelreflektionen eliminiert, wie die oben
beschriebene in 28 bis 34 gezeigte bevorzugte Ausführungsform.
-
35 zeigt eine n × n-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. Eine Vielzahl von Schaltzellen ist
in Form eines (n + 1) × (n
+ 1)-Gitters angeordnet. Es ist nicht erforderlich, die Schaltzellen
an den Positionen von ((n + 1), 1), ((n + 1), (n + 1)) und (1, n),
ausgedrückt
in (Zeile, Spalte) derart anzuordnen, dass die Zahl aller Schaltzellen
(n2 + 2n – 2) ist.
-
Die
Schalteinrichtungsgröße ist (n
+ 1) × (n
+ 1) und die Opto-Pfadlänge
ist (n + 1), wenn die diagonale Länge jeder Schaltzelle 1 ist.
Die Anzahl von Spiegelreflektionen ist immer 2 unabhängig von
den optischen Pfaden.
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Die
Anzahl von Schaltzellen mit nur abwärts reflektierenden Spiegeln
ist n(n + 1)/2 – 1
und die Zahl von Schaltzellen mit nur aufwärts reflektierenden Spiegeln
ist n(n + 1)/2 – 1
+ n. In dieser bevorzugten Ausführungsform
ist es nicht erforderlich, Schaltzellen mit bidirektional reflektierenden
Spiegeln bereitzustellen.
-
36 ist eine schematische
Ansicht zum Zeigen aller Schaltbedingungen (6 Arten von Schaltbedingungen)
einer 3 × 3-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. In jeder Schaltbedingung ist die
Anzahl der Reflektionen 2.
-
Die
Schalteinrichtungsgröße ist 4 × 4, wenn
die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist und die Opto-Pfadlänge ist 4, wenn die diagonale
Länge jeder
Schaltzelle 1 ist. Die Zahl von Schaltzellen ist 13 und diese 13
Schaltzellen sind klassifiziert in fünf Schaltzellen mit nur abwärts reflektierenden
Spiegeln und acht Schaltzellen mit nur aufwärts reflektierenden Spiegeln.
Es ist nicht erforderlich, Schaltzellen mit bidirektional reflektierenden Spiegeln
bereitzustellen.
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37 ist eine schematische
Ansicht zum Zeigen aller Schaltbedingungen (2 Arten von Schaltbedingungen)
einer 2 × 2-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. Die Schalteinrichtungsgröße ist 3 × 3, wenn
die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist und die Opto-Pfadlänge ist
3, wenn die diagonale Länge
jeder Schaltzelle 1 ist.
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Die
Zahl von Reflektionen an den Spiegeloberflächen ist immer 2. Die Zahl
von Schaltzellen ist 6 und diese 6 Schaltzellen sind klassifiziert
in zwei Schaltzellen mit nur abwärts
reflektierenden Spiegeln und vier Schaltzellen mit nur aufwärts reflektierenden
Spiegeln. Es ist nicht erforderlich, Schaltzellen mit bidirektional reflektierenden
Spiegeln bereitzustellen.
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38 bis 40 zeigen alle Schaltbedingungen (24
Arten von Schaltbedingungen) einer 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. Die Schalteinrichtungsgröße ist 5 × 5, wenn
die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist und die Opto-Pfadlänge ist 5, wenn die diagonale
Länge jeder
Schaltzelle 1 ist. Die Zahl von Reflektionen an den Spiegeloberflächen ist
immer 2. Die Zahl von Schaltzellen ist 22 und diese 22 Schaltzellen
sind klassifiziert in neun Schaltzellen mit nur abwärts reflektierenden
Spiegeln und 13 Schaltzellen mit nur aufwärts reflektierenden Spiegeln.
Es ist nicht erforderlich, Schaltzellen mit bidirektional reflektierenden
Spiegeln bereitzustellen.
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41 zeigt eine n × n-Opto-Schalteinrichtung,
die erhalten wird durch Addieren einer Vielzahl von Stablinsen zu
der in 35 gezeigten
Konfiguration. In dem Fall, dass optische MEMS verwendet werden,
gibt es eine Möglichkeit,
dass obwohl eine Kollimatorlinse an jedem der Eingangsfaserenden
und Ausgangsfaserenden vorgesehen ist, der Lichtstrahl spreizen
wird mit einer Zunahme an Opto-Pfadlänge, was eine Zunahme an Dämpfung verursacht.
Um dieses Problem zu behandeln, ist es wirksam, eine Stablinse,
die leicht zu handhaben ist entlang jeder optischen Achse in der
Opto-Schalteinrichtung vorzusehen.
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In
der in 41 gezeigten
bevorzugten Ausführungsform
sind eine Vielzahl von Schaltzellen in Form eines (n + 2) × (n + 2)-Quadratgitters
angeordnet und ein Raum zum Bereitstellen einer Vielzahl von Stablinsen ist
definiert entlang einer Diagonallinie, die sich von der linken oberen
Ecke zur rechten unteren Ecke des Substrates 2 erstreckt.
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Die
Schalteinrichtungsgröße ist (n
+ 2) × (n
+ 2), wenn die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist und die Opto-Pfadlänge ist (n + 2), wenn die diagonale
Länge jeder
Schaltzelle 1 ist.
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Die
Zahl aller Stablinsen ist 2n und die Zahl von Arten von Stablinsen
ist n/2 (was nachstehend detaillierter beschrieben werden wird).
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Die
Zahl aller Schaltzellen ist (n2 + 2n – 2), in
welcher die Zahl von Schaltzellen mit nur abwärts reflektierenden Spiegeln
(n + 1)/2 – 1
ist und die Zahl von nur aufwärts
reflektierenden Spiegeln n(n + 2)/2 – 1 + n ist. Es ist nicht erforderlich,
Schaltzellen mit bidirektional reflektierenden Spiegeln vorzusehen.
Die Zahl von Spiegelreflektionen ist immer 2 unabhängig von
den optischen Pfaden.
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Die
Positionen der Stablinsen werden ausgedrückt als (1, n + 1), (2, n),
(2, n + 1),..., (i, n – i
+ 2), (i, n – i
+ 3), ..., (n, 2), (n, 3) und (n + 1, 2).
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42 und 43 zeigen alle Schaltbedingungen (24 Arten
von Schaltbedingungen) von einer 4 × 4-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. 44 ist
eine sche matische Ansicht zum Zusammenfassen der in 42 und 43 gezeigten
Bedingungen zum Klären
der Reflektionsrichtungen an den Spiegeln der Schaltzellen.
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Die
Schalteinrichtungsgröße ist 6 × 6, wenn
die Größe jeder
Schaltzelle 1 ist und die Opto-Pfadlänge ist 6, wenn die diagonale
Länge jeder
Schaltzelle 1 ist. Die Zahl von Reflektionen an den Spiegeloberflächen ist
immer 2.
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Die
Zahl von Schaltzellen ist 22 und diese 22 Schaltzellen sind klassifiziert
in neun Schaltzellen mit nur abwärts
reflektierenden Spiegeln und 13 Schaltzellen mit nur aufwärts reflektierenden
Spiegeln. Es ist nicht erforderlich, Schaltzellen mit bidirektional
reflektierenden Spiegeln bereitzustellen.
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Die
Art der Vielzahl von Stablinsen wird nun unter Bezugnahme auf 45 überprüft. Vier Stablinsen sind entlang
optischer Pfade angeordnet, die durch vier Kollimatorsysteme vorgesehen
sind, welche sich jeweils von vier Eingängen zu vier Ausgängen erstrecken.
Die in den die Stablinsen repräsentierenden
Rechtecken gezeigten Zahlen von 1 bis 4 sind dazu gedacht, die Stablinsen
zu unterscheiden.
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In
jedem Kanal ist die Opto-Pfadlänge
5, wenn die diagonale Länge
jeder Schaltzelle 1 ist. Beispielsweise ist in dem Kanal #1 das
Verhältnis
des Abstandes zwischen der Eingangsfaser und der Stablinse zu dem Abstand
zwischen der Ausgangsfaser und der Stablinse 1 : 4. In ähnlicher
Weise ist das obige Verhältnis
in den Kanälen
#2, #3 und #4 2 : 3, 3 : 2 bzw. 4 : 1. Entsprechend ist die Zahl
von Arten von Stablinsen relativ zu einer Brennweite oder Ähnlichem
2. Im Allgemeinen ist die Zahl der Arten von in einer n × n-Opto-Schalteinrichtung
erforderlichen Stablinsen n/2.
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46 zeigt eine 8 × 8-Opto-Schalteinrichtung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung. Diese Opto-Schalteinrichtung ist eine nicht blockierende
Opto- Schalteinrichtung,
in welcher die Zahl von Reflektionen immer 2 ist, unabhängig von
den optischen Pfaden, wie in den vorangegangenen bevorzugten Ausführungsformen.
Der Betrieb dieser Opto-Schalteinrichtung wird nun unter Bezugnahme
auf 47 und 48 beschrieben.
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Betrachte
zuerst den Fall, dass die Eingangskanäle geradzahlige Kanäle sind
und die Ausgangskanäle
geradzahlige Kanäle
sind, wie in 47 gezeigt.
Die unterbrochenen Linien in 47 zeigen
Strecken, die durch Verbinden der ungeradzahligen Eingangskanäle mit den
geradzahligen Ausgangskanälen
gebildet werden. Diese Strecken sind jeweils als den ungeradzahligen
Eingangskanälen
entsprechende Strecken gedacht und werden an dem Spiegel 4 reflektiert.
Die Volllinien in 47 zeigen
Strecken, die durch Verbinden der geradzahligen Eingangskanäle mit den
geradzahligen Ausgangskanälen
gebildet werden. Diese Strecken sind folgendermaßen klassifiziert:
- (a) Drei Strecken, denen es möglich ist, die Ausgangskanäle #2, #4,
#6 und #8 zu erreichen (in 47 gezeigte
Strecken (1) , (2) und (3)). Die Strecke
(1) ist auch eine für
den Eingangskanal #1 gedachte Strecke.
- (b) Eine Strecke, der es möglich
ist, die Ausgangskanäle
#2, #4 und #6 zu erreichen (in 47 gezeigte Strecke
(4)).
- (c) Eine Strecke, der es möglich
ist, die Ausgangskanäle
#2 und #4 zu erreichen (in 47 gezeigte
Strecke (5)).
- (d) Eine Strecke, der es möglich
ist, nur den Ausgangskanal #2 zu erreichen (in 47 gezeigte Strecke (6)).
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Die
zulässigen
Strecken werden in Übereinstimmung
mit den geradzahligen Eingangskanälen in einer an einem unteren
Abschnitt der 47 gezeigten
Tabelle zusammengefasst.
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Unter
der Überlegung,
dass die an stärksten
belegten Strecken die Strecken von dem Eingangskanal #8 zum Ausgangskanal
#8 sind, von dem Eingangskanal #6 zum Ausgangskanal #6, von dem
Eingangskanal #4 zum Ausgangskanal #4 und von dem Eingangskanal
#2 zum Ausgangskanal #2, wird verstanden, dass die drei Strecken,
denen es ermöglicht
wird, die Ausgangskanäle
#2, #4, #6 und #8 zu erreichen, ausreichend sind.
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Demgemäß ist es
ausreichend, die Schaltzellen derart anzuordnen, dass die Strecken
(1), (2) und (3) verwendet werden können.
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Obwohl
die Strecke (1) auch eine Strecke ist, die für den Eingangskanal
#1 gedacht ist, sind die geradzahligen Ausgangskanäle den geradzahligen
Eingangskanälen
zugeordnet und die Strecke (1) ist demnach nicht erforderlich.
Demgemäß kann die
Strecke (1) für
die geradzahligen Eingangskanäle
verwendet werden.
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Mit
dieser Anordnung von Schaltzellen wird die Schalteinrichtungsgröße 11 × 11 durch
Erhöhen
einer Reihe aufwärts
und Erhöhen
von zwei Reihen abwärts.
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Betrachte
als nächstes
den Fall, dass die Eingangskanäle
ungeradzahlige Kanäle
sind und die Ausgangskanäle
ungeradzahlige Kanäle
sind, wie in 48 gezeigt.
Die unterbrochen Linien in 48 zeigen Strecken,
die durch Verbinden der geradzahligen Eingangskanäle mit den
ungeradzahligen Ausgangskanälen gebildet
werden. Diese Strecken sind dedizierte Strecken, die jeweils den
geradzahligen Eingangskanälen
entsprechen und an dem Spiegel 4 reflektiert werden.
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Die
Volllinien in 48 zeigen
Strecken, die durch Verbinden der ungeradzahligen Eingangskanäle mit den
ungeradzahligen Ausgangskanälen
gebildet werden. Diese Strecken sind fünf Strecken. Wie aus der am
unteren Abschnitt der 48 gezeigten
Tabelle verstanden wird, ist es ausreichend, zwei Strecken sicherzustellen,
denen es ermöglicht
ist, die Ausgangskanäle
#1, #3, #5 und #7 zu erreichen. Diese beiden Strecken werden automatisch
erhalten durch Festlegen der die ungeradzahligen Eingangskanäle mit den
geradzahligen Ausgangskanälen
verbindenden Strecken. Demgemäß kann die
Schalteinrichtungsgröße leicht überprüft werden.
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Nun
wird eine n × n-Opto-Schalteinrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung betrachtet werden. Der wichtigste Punkt ist, wie viele
Strecken erforderlich sind, denen es ermöglicht ist, vom Eingangskanal
#2 zum Ausgangskanal #n zu führen.
Wie aus 49 verstanden
wird, ist die Anzahl dieser erforderlichen Strecken (n/4 + 1). In
dem Fall, dass n kein Vielfaches von 4 ist, kann (n – 2) als
Ersatz für
n verwendet werden.
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Die
Größe eines
diese Opto-Schalteinrichtung bildenden Quadratgitters (die Länge jeder
Seite des Quadratgitters), die erforderlich ist zum Erhalten der
obigen Anzahl erforderlicher Strecken, ist n + (n/4 – 1) + (n/4)
=(1,5n – 1),
wie aus 49 ersichtlich
ist. Wenn n groß ist,
wird diese Größe im wesentlichen
gleich 1,5n. Demgemäß wird auf
diese Konfiguration nachstehend Bezug genommen als "1,5n-Quadrat-Gitter".
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Der
in 35 gezeigte (n +
1)-Quadratgittertyp entspricht beispielsweise dem Fall, in dem n
6 oder weniger ist in dem 1,5n-Quadratgittertp. Die Anzahl von Schaltzellen
wird nun betrachtet werden.
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Wie
aus den Gleichungen in 50 verstanden
wird, ist die Zahl von Schaltzellen mit nur aufwärts reflektierenden Spiegeln
(3n2/4 + n/2 – 1), und die Zahl von Schaltzellen
mit nur abwärts
reflektierenden Spiegeln ist (n2/2). Demgemäß ist die
Zahl aller Schaltzellen (5n2/4 + n/2 – 1).
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Ein
Raum zum Anordnen von Strahlkondensorvorrichtungen wie zum Beispiel
Stablinsen in der Opto-Schalteinrichtung ist definiert, wenn n 8
ist oder größer. In
diesem Fall ist die Anzahl von Linsen (5n/2 – 2).
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In
dem Fall, dass n ein Vielfaches von vier ist, in der in 49 gezeigten bevorzugten
Ausführungsform,
ist die Schalteinrichtungsgröße (3n/2 – 1) × (3n/2 – 1), und
in dem Fall, dass n kein Vielfaches von vier ist, ist die Schalteinrichtungsgröße (3n/2 – 2) × (3n/2 – 2). Die
Schalteinrichtungsgröße ist um
(n/2 – 1)
größer als
die Schalteinrichtungsgröße von n × n.
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Tabelle
1 zeigt als Beispiel den Zusammenhang zwischen der Zahl von Eingangs-
und Ausgangskanälen,
der Zahl von Strecken von dem Eingangskanal #2 zum Ausgangskanal
#n, die Größenzunahme
und die Schalteinrichtungsgröße in der
bevorzugten in 49 gezeigten
Ausführungsform.
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Während die
Spiegel
4 und
6 als feste Spiegel verwendet werden,
können
Schaltzellen an den Reflektionspunkten in Übereinstimmung mit anderen
bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein. Ferner kann während n
in der obigen Beschreibung in einer n × n-Opto-Schalteinrichtung eine gerade Zahl ist,
auch eine ähnliche
Funktion erhalten werden, falls n eine ungerade Zahl ist.
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In
dem Fall, dass n 8 ist oder größer, ist
eine Linsenzone zum Anordnen von Strahlkondensorvorrichtungen wie
zum Beispiel Stablinsen auf dem Substrat 2 definiert, wie
in 51 gezeigt. Wie
aus 51 ersichtlich
wird, ist die Anzahl von Linsen (5n/2 – 2).
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Die
Konfigurationen der verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden in Tabellen 2 und 3 verglichen.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, wie sie oben beschrieben worden
ist, ist es möglich,
eine in der Größe reduzierbare
Opto-Schalteinrichtung bereitzustellen, die Pfadabhängigkeit
von Dämpfung
eliminieren kann.
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Diese
von den spezifischen bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung erzielten Wirkungen sind oben beschrieben worden, sodass
die Beschreibung davon hier weggelassen wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschrieben
bevorzugten Ausführungsformen
beschränkt.
Der Schutzbereich der Erfindung ist definiert durch die beiliegenden
Patentansprüche
und alle in de Äquivalenzbereich
des Schutzbereichs der Patentansprüche fallenden Änderungen
und Modifikationen sind demnach von der Erfindung umfasst.
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