DE60201630T2

DE60201630T2 - Optischer MEMS Schalter mit Abbildungssystem

Info

Publication number: DE60201630T2
Application number: DE60201630T
Authority: DE
Inventors: Joseph E. Del Mar Ford; Randy C. Whippany Giles; David T. Old Bridge Neilson; Roland Aberdeen Ryf
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2022-02-13
Also published as: DE60201630D1; CA2384071A1; JP2003043383A; US6704476B2; EP1271202B1; CN1271434C; CA2384071C; CN1393714A; JP4205900B2; EP1271202A1; US20030002781A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Erfindung betrifft das Gebiet von optischen mikroelektromechanischen System-Vorrichtungen (MEMS-Vorrichtungen) und insbesondere das gänzlich optische Schalten mittels MEMS-Vorrichtungen.
STAND DER TECHNIK
Eine Lösung für das gänzlich optische Schalten bedient sich zweier MEMS-Vorrichtungen, wobei jede ein Array aus kippbaren Mikrospiegeln, z. B. kleinen Spiegeln, umfasst, welche imstande sind, Licht zu reflektieren, was in diesem Dokument jedwede Strahlung in der betreffenden Wellenlänge, ob nun im sichtbaren Spektrum oder nicht, bezeichnet. Ein optischer Weg wird für Licht hergestellt, das von einer Eingangsquelle, z. B. einer Optikfaser, einem Ausgang, z. B. einer Ausgangsfaser, zugeführt wird, durch Lenken des Lichts mittels eines ersten Mikrospiegels an der ersten optischen MEMS-Vorrichtung, wobei der erste Mikrospiegel der Eingangsfaser zugeordnet ist, auf einen zweiten Mikrospiegel an der zweiten optischen MEMS-Vorrichtung, welcher der Ausgangsfaser zugeordnet ist. Der zweite Mikrospiegel lenkt dann das Licht in die Ausgangsfaser. Jede Faser, die mit dem System verbunden ist, wird als ein Port des Systems betrachtet, wobei die Eingangsfasern die Eingangs-Ports und die Ausgangsfasern die Ausgangs-Ports sind.
Oft tritt das Licht, welches von der Eingangsfaser auf den ersten Mikrospiegel der ersten optischen MEMS-Vorrichtung zu lenken ist, zunächst durch eine Mikrolinse, welche dieser zugeordnet ist und einen Teil eines Eingangs-Mikrolinsen-Array darstellt. Die Funktion jeder Mikrolinse ist, den Lichtstrahl, der von seiner jeweiligen zugeordneten Eingangsfaser zugeführt wird, zu kollimieren. Alternativ dazu kann, anstatt ein gesondertes Mikrolinsen-Array zu verwenden, eine jeweilige Linse mit jeder Faser des Faserbündels in einer Anordnung integriert sein, die einen Kollimator bildet.
Es gibt auch ähnliche Anordnungen von Mikrolinsen-Arrays oder integrierten Linsen, die zwischen der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung und dem Ausgangsfaserbündel in dem Ausgangsabschnitt des gänzlich optischen Schalters angeordnet sind. Im Ausgangsabschnitt ist die Funktion jeder Mikrolinse oder jedes Kollimators, den Lichtstrahl in seine jeweilige zugeordnete Ausgangsfaser zu koppeln.
Ein Problem im Stand der Technik des gänzlich optischen Schaltens mittels MEMS-Vorrichtungen ist, dass der Mittelpunkt irgendeiner bestimmten Mikrolinse eventuell nicht genau mit dem Mittelpunkt ihrer entsprechenden Optikfaser ausgerichtet ist. Dies bewirkt, dass der Lichtstrahl einen Richtungsfehler aufweist, insofern, als er sich nicht direkt zum Mittelpunkt seines zugeordneten Mikrospiegels bewegt. Wenn der Abstand zwischen der Mikrolinse und der MEMS-Vorrichtung groß ist, was erforderlich sein kann, um zu verhindern, dass das Eingangsfaserbündel Strahlen blockiert, welche von den Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung reflektiert werden, wird der Lichtstrahl, wenn überhaupt, dann außermittig, auf den Mikrospiegel auftreffen. Infolgedessen wird entweder kein Licht von dem Mikrospiegel reflektiert, wenn der Strahl überhaupt nicht auf den Mikrospiegel auftrifft, oder der Strahl, der reflektiert wird, stellt nur einen Teil des ursprünglichen Strahls dar, insofern, als jener Teil des Lichtstrahls, der nicht auf den Mikrospiegel auftrifft, abgeschnitten wird, was eine Dämpfung des Lichtstrahls zur Folge hat.
Gleicherweise trifft im Ausgangsabschnitt Licht, welches von einem Ausgangsmikrospiegel reflektiert wird, eventuell nicht auf die Mikrolinse auf und wird infol gedessen nicht in die Ausgangsfaser eingekoppelt.
Alternativ dazu trifft eventuell nur ein Teil des Lichts auf die Mikrolinse auf, so dass höchstens jener Teil des Lichts in die Faser eingekoppelt werden könnte. Dies hat eine Dämpfung des Lichtstrahls zur Folge. Ferner wird, selbst wenn das Licht auf die Ausgangsmikrolinse auftrifft, wenn das Licht mit einem anderen Winkel als parallel zu der Achse von dem Mittelpunkt der Mikrolinse zur Faser einfällt, nicht das gesamte Licht, welches die Mikrolinse erreicht, in die Ausgangsfaser eingekoppelt. Auch dies führt zur Dämpfung des Lichtstrahls.
Bei anderen Implementierungen des gänzlich optischen Schalters wird kein Mikrolinsen-Array verwendet. Stattdessen weist jede Faser eine damit integrierte Linse auf, um einen Kollimator zu bilden, so dass das Licht als paralleler Strahl herauskommt. Während die Fasern des optischen Bündels sehr regelmäßig gemacht werden können, ist die Richtung, in welche die Kollimatorlinse weist, eventuell nicht parallel zu der Linie, welche durch den Mittelpunkt der Linse und ihren zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird. Dieser Winkel wird oft durch den Winkel des Gehäuses eingestellt, in welchem die Kollimatoren angebracht sind. Wenn der Winkel der Linse nicht parallel zu der Linie ist, welche durch den Mittelpunkt der Linse und ihren zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, weist der Lichtstrahl einen Richtungsfehler auf, insofern als er sich nicht direkt zum Mittelpunkt seines zugeordneten Mikrospiegels bewegt. Wenn der Abstand zwischen dem Kollimator und der MEMS-Vorrichtung groß ist, was erforderlich sein kann, um zu verhindern, dass das Eingangsfaserbündel Strahlen blockiert, welche von den Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung reflektiert werden, wird der Lichtstrahl auf den Mikrospiegel, wenn überhaupt, dann außermittig, auftreffen. Infolgedessen wird entweder kein Licht von dem Mikrospiegel reflektiert, wenn der Strahl überhaupt nicht auf den Mikrospiegel auftrifft, oder der Strahl, der reflektiert wird, stellt nur einen Teil des ursprünglichen Strahls dar, insofern, als jener Teil des Lichtstrahls, der nicht auf den Mikrospiegel auftrifft, abgeschnitten wird, was eine Dämpfung des Lichtstrahls zur Folge hat.
Gleicherweise trifft im Ausgangsabschnitt Licht, welches von einem Ausgangsmikrospiegel reflektiert wird, eventuell nicht auf die Kollimatorlinse auf und wird infolgedessen nicht in die Ausgangsfaser eingekoppelt.
Alternativ dazu trifft eventuell nur ein Teil des Lichts auf die Kollimatorlinse auf, so dass höchstens jener Teil des Lichts in die Faser eingekoppelt werden könnte. Dies hat eine Dämpfung des Lichtstrahls zur Folge. Ferner wird, selbst wenn das Licht auf die Ausgangsmikrolinse auftrifft, wenn das Licht mit einem anderen Winkel als parallel zu der Achse von dem Mittelpunkt der Mikrolinse zur Faser einfällt, nicht das gesamte Licht, das die Mikrolinse erreicht, in die Ausgangsfaser eingekoppelt. Auch dies führt zur Dämpfung des Lichtstrahls.
Dieselbe Art von Problem liegt bei Verwendung eines Wellenleiters an Stelle eines Faserbündels vor.
Zwar ist es durchaus einfach, die Ausrichtung vorzunehmen, um sicherzustellen, dass der Lichtstrahl dem gewünschten Weg folgt, wenn nur eine einzige Eingangsfaser oder eine einzige Ausgangsfaser vorliegt. Wenn allerdings ein Bündel von Eingangs- oder Ausgangsfasern vorliegt – welches tausend oder mehr Fasern umfassen kann – ist es eine überaus schwere Aufgabe herbeizuführen, dass alle Strahlen parallel sind.
CA-A-2,325,611 und EP-A-1,102,096 offenbaren optische Vorrichtungen zum Richten von Signalen zwischen einer Mehrzahl erster und zweiter Ports mittels MEMS-Vorrich tungen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Wir haben erkannt, dass das vorhin genannte Problem, dass mehrere Lichtstrahlen nicht parallel sind und/oder einen unerwünschten Winkel aufweisen, wenn sie ihre Quelle verlassen, durch Anordnen eines Abbildungssystems zwischen dem Mikrolinsen-Array und/oder den Kollimatoren und den beweglichen Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung, zu welchen die Lichtstrahlen hingelenkt oder von welchen die Lichtstrahlen weggelenkt werden, behoben werden kann. Eine derartige Anordnung bewirkt, dass ein Bild des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren an der MEMS-Vorrichtung gebildet wird oder umgekehrt, auf Grund des umkehrbaren Wesens der Optik, wodurch die Entfernung zwischen dem Mikrolinsen-Array und/oder den Kollimatoren und der MEMS-Vorrichtung, entlang welcher sich die Lichtstrahlen zuvor bewegten, erfolgreich beseitigt wird. Somit wird vorteilhafterweise keinem Lichtstrahl, auch wenn er sich nicht in die gewünschte Richtung parallel zu der Linie bewegt, die durch den Mittelpunkt seiner Linse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, die Gelegenheit geboten, sich von seinem gewünschten Ziel wegzubewegen.
Bei einer Ausführungsform des Systems reproduziert das Abbildungssystem den Reflexionswinkel des Lichtes von dem ersten Mikrospiegel weg, was mittels eines telezentrischen Systems, das auch als 4-f-System bekannt ist, bewerkstelligt werden kann. Die körperliche Größe der Anordnung kann durch Kompaktmachen des optisches Weges, z. B. durch Verwendung geeigneter herkömmlicher Spiegel und/oder durch Anwendung von zusammenlegbaren Anordnungen, d. h. Anordnungen, bei denen nur eine MEMS-Vorrichtungsstufe vorhanden ist, welche eine Doppelfunktion sowohl als Eingang als auch als Ausgang durch die Verwendung von mindestens einem herkömmlichen Spiegel erfüllt, reduziert werden. Das Gesamtsystem ist angeordnet, um jedweden auferlegten Inversionen Rechnung zu tragen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Es zeigen:
1 eine beispielhafte Anordnung zum Durchführen von optischem Schalten gemäß den Grundgedanken der Erfindung;
2 eine beispielhafte gänzlich optische Schaltanordnung, bei welcher der optische Weg angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass mindestens eine der MEMS-Vorrichtungen parallel zu der Ebene von Licht ist, welches in die Fasern seines jeweiligen Faserbündels eintritt oder daraus hervortritt;
3 eine andere Anordnung für die gänzlich optische Schaltanordnung aus 2, bei welcher jedoch Spiegel mit einem Loch ausgerichtet sind, um zu ermöglichen, dass das Eingangsfaserbündel und das Ausgangsfaserbündel auf derselben Seite des Weges zwischen den MEMS-Vorrichtungen sind;
4 eine andere Anordnung für die gänzlich optische Schaltanordnung aus 2, bei welcher jedoch an Stelle von Spiegeln mit einem Loch kleine Spiegel an den Brennpunkten von verschiedenen des Abbildungssystems verwendet werden;
5 eine andere Anordnung für die gänzlich optische Schaltanordnung aus 4, bei welcher jedoch die kleinen Spiegel ausgerichtet sind, um zu ermöglichen, dass das Eingangsfaserbündel und das Ausgangsfaserbündel auf derselben Seite des Weges zwischen den MEMS-Vorrichtungen sind;
6 eine andere, einfachere Ausführungsform einer gänzlich optischen Schaltanordnung gemäß den Grundgedanken der Erfindung, bei welcher der optische Weg angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass mindestens eine der MEMS-Vorrichtungen parallel zur Ebene von Licht ist, welches in die Fasern ihres entsprechenden Faserbündels eintritt oder daraus austritt;
7 eine andere Ausführungsform der Erfindung, welche keiner Spiegel mit Löchern oder kleiner Spiegel bedarf;
8 eine andere, einfachere und kompaktere Ausführungsform der in 6 dargestellten gänzlich optischen Schaltanordnung;
9 eine zusammenlegbare Ausführungsform der in 8 dargestellten gänzlich optischen Schaltanordnung; und
10 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts einer Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel aus 8.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Das Folgende ist lediglich eine Veranschaulichung der Grundgedanken der Erfindung. Es wird somit zu erkennen sein, dass einschlägig versierte Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu ersinnen, welche, wiewohl sie in diesem Dokument nicht explizit beschrieben oder dargestellt werden, die Grundgedanken der Erfindung ausführen und innerhalb deren Umfang, welcher in den beiliegenden Ansprüchen definiert wird, fallen. Ferner sollen alle in diesem Dokument angeführten Beispiele und an Bedingungen geknüpften Formulierungen im Grunde genommen ausdrücklich nur pädagogischen Zwecken dienen, um dem Leser eine Hilfestellung zu Gunsten des Verstehens der Grundgedanken der Erfindung und der durch den/die Erfinder eingebrachten Konzepte zum Verbessern des Standes der Technik zu bieten, und sie sind derart auszulegen, dass sie nicht auf derartige spezifisch angeführte Beispiele und Bedingungen beschränkt sind.
Sofern in diesem Dokument nichts anderes ausdrücklich angeführt wird, sind die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu gezeichnet.
Darüber hinaus ist, sofern in diesem Dokument nichts anderes ausdrücklich angegeben wird, jedwede in diesem Dokument gezeigte und/oder beschriebene Linse tatsächlich ein optisches System, welches die jeweiligen angegebenen Eigenschaften dieser Linse aufweist. Ein derartiges optisches System kann mittels eines einzigen Linsenelements implementiert werden, ist jedoch nicht unbedingt darauf beschränkt. Gleicherweise wird in Fällen, in denen ein Spiegel gezeigt und/oder beschrieben wird, in Wirklichkeit ein optisches System mit den angegebenen Eigenschaften eines derartigen Spiegels gezeigt und/oder beschrieben, welches mittels eines einzigen Spiegelelements implementiert werden kann, jedoch nicht unbedingt auf ein einziges Spiegelelement beschränkt ist. Dies kommt daher, da, wie im Stand der Technik bestens bekannt ist, die Funktionalität eines gekrümmten Spiegels mittels einer Kombination aus Linsen und Spiegeln und umgekehrt realisiert werden kann. Darüber hinaus kann jedwede Anordnung von optischen Komponenten, welche eine angegebene Funktion ausführt, z. B. ein Abbildungssystem, Gitter, beschichtete Elemente und Prismen, durch jedwede andere Anordnung von optischen Komponenten, welche dieselbe angegebene Funktion ausführt, ersetzt werden. Demnach sind, sofern in diesem Dokument nichts anderes ausdrücklich angegeben wird, alle optischen Elemente oder Systeme, welche in der Lage sind, eine spezifische Funktion innerhalb einer in diesem Dokument offenbarten Gesamtausführungsform vorzusehen, für Zwecke der vorliegenden Offenbarung miteinander äquivalent.
In diesem Dokument soll der Begriff mikroelektromechanische System-Vorrichtung (MEMS-Vorrichtung) eine gesamte MEMS-Vorrichtung oder jeden beliebigen Abschnitt davon bezeichnen. Demnach wird, wenn ein Abschnitt einer MEMS-Vorrichtung betriebsunfähig ist oder ein Abschnitt einer MEMS-Vorrichtung abgedeckt ist, eine derartige MEMS-Vorrichtung für Zwecke der vorliegenden Offenbarung dennoch als MEMS-Vorrichtung betrachtet.
1 zeigt eine beispielhafte Anordnung zum Durchführen optischen Schaltens gemäß den Grundgedanken der Erfindung. In 1 dargestellt sind a) ein Eingangsfaserbündel 101, b) ein Eingangs-Mikrolinsen-Array 103, c) eine Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105, d) eine Linse 107, e) eine Linse 109, f) eine Linse 113, g) eine Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115, h) eine Linse 117, i) eine Linse 119, j) ein Ausgangs-Mikrolinsen-Array 123 und k) ein Ausgangsfaserbündel 125.
Das Eingangsfaserbündel 101 führt zu schaltende optische Signale zu. Insbesondere ist jede Faser des Eingangsfaserbündels 101 ein Eingangsport zum Schaltsystem aus 1. Das durch jede Faser des Faserbündels 101 zugeführte Licht tritt durch eine jeweilige entsprechende Mikrolinse, die Teil eines Mikrolinsen-Array 103 ist. Die Funktion jeder Mikrolinse ist, den Lichtstrahl, welcher von seiner jeweiligen zugeordneten Eingangsfaser zugeführt wird, zu kollimieren. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann, anstatt ein gesondertes Mikrolinsen-Array zu verwenden, eine Linse mit jeder Faser des Faserbündels 101 in einer Anordnung, welche einen Kollimator bildet, integriert sein, so dass das Licht als paralleler Strahl austritt.
Gemäß den Grundgedanken der Erfindung fallen die Lichtstrahlen, welche von dem Mikrolinsen-Array 103 weggehen, jeweils auf das Abbildungssystem, welches sich aus den Linsen 107 und 109 zusammensetzt, wobei sie bei Linse 107 eintreten und bei Linse 109 austreten. Das Abbildungssystem ist angeordnet, um zu bewirken, dass ein Bild des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren an der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 gebildet wird oder umgekehrt, auf Grund des umkehrbaren Wesens der Optik, wodurch die Entfernung zwischen dem Mikrolinsen-Array und/oder den Kollimatoren 103 und der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105, entlang welcher sich die Lichtstrahlen bei im Stand der Technik bekannten Anordnungen effektiv bewegt hatten, erfolgreich beseitigt wird.
Somit wird vorteilhafterweise keinem Lichtstrahl, auch wenn er sich nicht in die gewünschte Richtung parallel zu der Linie bewegt, die durch den Mittelpunkt seiner Mikrolinse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, die Gelegenheit geboten, sich von seinem gewünschten Ziel wegzubewegen.
Festzuhalten ist, dass, wenngleich dargestellt ist, dass sich das Abbildungssystem aus zwei Linsen zusammensetzt, dies lediglich pädagogischen Zwecken und Zwecken der Übersichtlichkeit dient. Einschlägig versierte Fachleute werden ohne weiteres erkennen, dass jedwedes Abbildungssystem, z. B. ein System, das sich einer oder mehrerer Linsen bedient, verwendet werden kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein telezentrisches System, welches auch als 4-f-System bekannt ist, als Abbildungssystem verwendet. Durch Verwendung eines telezentrischen Systems, wobei derartige Systeme im Stand der Technik bestens bekannt sind, wird der Winkel jedes Strahls, wenn er aus jeder der Mikrolinsen 103 austritt, reproduziert, wenn dieses Licht die Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 erreicht. Allerdings wird vorteilhafterweise dieser Winkel direkt an der Ebene der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 reproduziert. Infolgedessen weisen die Lichtstrahlen nicht die Fähigkeit auf, sich entlang der Linie jenes Winkels zu bewegen, und es wird ihnen somit keine Gelegenheit geboten, den Mikrospiegel, der sie reflektieren soll, zur Gänze oder zum Teil zu verfehlen.
Festzuhalten ist, dass, da das telezentrische System eventuell invertierend ist, die jeweiligen entsprechenden Mikrospiegel der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 eventuell nicht an genau demselben Ort, z. B. auf einer direkten Linie vom Eingangsfaserbündel 101, sind, wo diese gewesen wären, wäre das Abbildungssystem nicht verwendet worden. Das Abbildungssystem ändert eventuell auch verglichen mit dem Original die Größe des Bildes.
Dies würde ermöglichen, dass die Mikrospiegel der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 eine andere Größe und/oder Beabstandung als jene des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren 103 aufweisen. Es würde auch die Verwendung eines Faserbündels ohne ein Mikrolinsen-Array und/oder Kollimatoren ermöglichen, wenn der Füllfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der Punktgröße und dem Abstand zwischen den Punkten, zwischen dem Faserbündel und den Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Ferner ist es möglich, optische Splitter, z. B. zwischen den Linsen 107 und 109, zu verwenden, um mehrere Signalpfade durch das System zu schaffen, z. B. um eine Sammelsende-, eine Rundsende-, eine Überwachungs-, eine Schutz- und eine Wiederherstellungsfunktion zu implementieren. Vorteilhafterweise wird eine große Flexibilität im Systemdesign erzielt.
Jeder Mikrospiegel der ersten Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 ist eingestellt, um den Lichtstrahl der auf ihn auftrifft, in einem jeweiligen vorgegebenen Winkel zu reflektieren. Jeder bestimmte vorgegebene Winkel wird derart gewählt, dass der Strahl zu einem jeweiligen vorgegebenen Mikrospiegel an der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 hingelenkt wird, welcher der bestimmten Faser des Ausgangsfaserbündels 125 entspricht, zu welcher das Licht von diesem Mikrospiegel als Ausgang hingelenkt wird. Jedweder Fehler, der sich daraus ergibt, dass sich Licht, welches in das Abbildungssystem eingetreten ist, in eine Richtung bewegt, die nicht parallel zu der Linie ist, welche durch den Mittelpunkt seiner Linse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel an der ersten Eingangs-MEMS-Vorrichtung gebildet wird, wird durch das "Training" des gänzlich optischen Systems kompensiert, solange der Abweichungswinkel des Lichtes von der Parallelen verglichen mit dem maximalen Winkel, in dem der Spiegel geneigt werden kann, klein ist. "Training" ist der Vorgang des Bestimmens, welche Spannungen an die Elektroden jedes Mikrospiegels angelegt werden müssen, um die erforderliche Neigung zu erreichen, welche die beste Verbindung zwischen ihm und jedem anderen Mikrospiegel der entgegengesetzten MEMS-Vorrichtung ermöglicht, und auch welche Spannung an die Elektroden jedes der entgegengesetzten Mikrospiegel angelegt werden muss.
Nach dem Wegreflektiertwerden von seinem betreffenden Mikrospiegel tritt jeder Lichtstrahl auf seinem Weg zur Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 durch die optionale Linse 113. Die optionale Linse 113 dient als Feldlinse und verschiebt den Winkel, in welchem das Licht auf jeden Mikrospiegel auftrifft, in eine Position, zu welcher das Licht hingelenkt wird. Dies ermöglicht, alle Eingangsmikrospiegel zu homogenisieren, insofern als alle Mikrospiegel, welche dieselbe Neigung aufweisen, ihr Licht zu derselben Position hinlenken werden. Ferner refokussiert die Feldlinse jeden der Strahlen, die durch sie hindurchtreten, und reduziert somit Verluste.
Die Lichtstrahlen, welche von der Linse 113 weggehen, fallen jeweils auf einen jeweiligen Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115. Jeder Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 ist eingestellt, um den Lichtstrahl, der auf ihn auftrifft, in einem jeweiligen vorgegebenen Winkel zu reflektieren. Jeder betreffende vorgegebene Winkel ist so gewählt, dass jeder Lichtstrahl zur jeweiligen Faser des Ausgangsfaserbündels 125 hingelenkt wird, welche die Ausgangsfaser für den Lichtstrahl sein soll.
Nach dem Wegreflektiertwerden von seinem betreffenden Mikrospiegel und vor dem Erreichen seiner jeweiligen Ausgangsfaser tritt jeder Lichtstrahl durch die Linse 117 und dann die Linse 119, welche gemeinsam ein Abbildungssystem bilden. Das Abbildungssystem ist angeordnet, um zu bewirken, dass ein Bild der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 an dem Ausgangs-Mikrolinsen-Array 123 und/oder den Kollimatoren 123 gebildet wird oder umgekehrt, auf Grund des umkehrbaren Wesens der Optik, wodurch die Entfernung zwischen der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 und dem Mikrolinsen-Array und/oder den Kollimatoren 123, entlang welcher sich die Lichtstrahlen bei im Stand der Technik bekannten Anordnungen effektiv bewegt hatten, erfolgreich beseitigt wird.
Somit erhält vorteilhafterweise keiner der Lichtstrahlen, auch wenn er sich nicht in der gewünschten Richtung parallel zu der Linie bewegt, die durch den Mittelpunkt seiner Mikrolinse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, die Gelegenheit, sich von seinem gewünschten Ziel wegzubewegen.
Wie zuvor in Verbindung mit der Linse des Eingangsabbildungssystems angegeben wurde, dient dies, auch wenn dargestellt ist, dass sich das Abbildungssystem aus zwei Linsen zusammensetzt, lediglich pädagogischen Zwecken und Zwecken der Übersichtlichkeit. Einschlägig versierte Fachleute werden ohne weiteres erkennen, dass jedwedes Abbildungssystem, z. B. ein System, das sich einer oder mehrerer Linsen bedient, verwendet werden kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein telezentrisches System als Abbildungssystem verwendet.
Festzuhalten ist, dass das Abbildungssystem verglichen mit dem Original auch die Größe des Bildes ändern kann.
Dies würde ermöglichen, dass die Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 eine andere Größe und/oder Beabstandung als jene des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren 123 aufweisen. Es würde auch die Verwendung eines Faserbündels ohne ein Mikrolinsen-Array und/oder Kollimatoren ermöglichen, wenn der Füllfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der Punktgröße und dem Abstand zwischen den Punkten, zwischen dem Faserbündel und den Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Ferner ist es möglich, optische Splitter, z. B. zwischen den Linsen 117 und 119, zu verwenden, um mehrere Signalpfade durch das System zu schaffen, z. B. um eine Sammelsende-, eine Rundsende-, eine Überwachungs-, eine Schutz- und eine Wiederherstellungsfunktion zu implementieren. Vorteilhafterweise wird eine hohe Flexibilität im Systemdesign erzielt.
Die Lichtstrahlen, welche von der Linse 119 weggehen, treten durch eine jeweilige Mikrolinse des Mikrolinsen-Array 123. Die Funktion jeder Mikrolinse ist, den Lichtstrahl, der seiner jeweiligen zugeordneten Eingangsfaser zugeführt wird, zu kollimieren. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann an Stelle des Verwendens eines gesonderten Mikrolinsen-Array eine Linse auf jede Ausgangsfaser des Faserbündels 125 integriert sein und somit einen Kollimator bilden. Das Licht von jeder Mikrolinse des Mikrolinsen-Array 123 tritt dann in das jeweilige Ausgangsfaserbündel, welches der Mikrolinse zugeordnet ist.
Festzuhalten ist, dass bei manchen Ausführungsformen der Erfindung nur ein Abbildungssystem verwendet werden muss. Bei derartigen Ausführungsformen kann das Abbildungssystem nur für den Eingang oder nur für den Ausgang verwendet werden.
Das in 1 dargestellte System bietet eine große Verbesserung gegenüber den im Stand der Technik bekannten Anordnungen. Allerdings ist die Leistung noch etwas eingeschränkt, insofern als in 1 die Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 in einem Winkel in Bezug zu der Ebene steht, an welcher die Lichtstrahlen aus den Fasern des Eingangsfaserbündels 101 heraustreten, und gleicherweise steht die Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 in einem Winkel in Bezug zu der Ebene, an welcher Licht in die Fasern des Ausgangsfaserbündels 125 eintritt.
Infolgedessen sind die Bilder der Faserbündel, die durch das jeweilige Abbildungssystem geformt werden, nicht genau komplanar mit deren jeweiliger MEMS-Vorrichtung, was dazu führt, dass das Bild geringfügig unscharf ist. Daher wird gemäß einem Aspekt der Erfindung in 2 eine beispielhafte gänzlich optische Schaltanordnung dargestellt, bei welcher der optische Weg angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass mindestens eine der MEMS-Vorrichtungen parallel zu der Ebene von Licht ist, welches in die Fasern seines jeweiligen Faserbündels eintritt oder daraus austritt.
Zusätzlich zu den Elementen auf 1 zeigt 2 Spiegel mit einem Loch 221 und 223. Wie in 1 führt das Eingangsfaserbündel 101 zu schaltende optische Signale zu. Insbesondere ist jede Faser des Eingangsfaserbündels 101 ein Eingangs-Port zu dem Schaltsystem aus 1. Das durch jede Faser des Faserbündels 101 zugeführte Licht tritt durch eine jeweilige entsprechende Mikrolinse, die einen Teil des Mikrolinsen-Array 103 darstellt. Die Funktion jeder Mikrolinse ist, den Lichtstrahl, der von seiner jeweiligen zugeordneten Eingangsfaser zugeführt wird, zu kollimieren. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann an Stelle des Verwendens eines gesonderten Mikrolinsen-Array eine Linse mit jeder Faser des Faserbündels 101 in einer Anordnung, die einen Kollimator bildet, integ riert sein, so dass das Licht als paralleler Strahl austritt.
Gemäß den Grundgedanken der Erfindung fällt jeder Lichtstrahl, der von dem Mikrolinsen-Array 103 weggeht, auf das Abbildungssystem, das durch die Linsen 107 und 109 gebildet wird, wobei er bei Linse 107 eintritt und bei Linse 109 austritt. Das Abbildungssystem ist angeordnet, um zu bewirken, dass ein Bild des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren an der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 gebildet wird oder umgekehrt, auf Grund des umkehrbaren Wesens der Optik, wodurch die Entfernung zwischen dem Mikrolinsen-Array und/oder den Kollimatoren 103 und der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105, entlang welcher sich die Lichtstrahlen bei im Stand der Technik bekannten Anordnungen effektiv bewegt hatten, erfolgreich beseitigt wird. Demnach erhält vorteilhafterweise kein Lichtstrahl, auch wenn er sich nicht in die gewünschte Richtung parallel zu der Linie bewegt, die durch den Mittelpunkt seiner Mikrolinse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, Gelegenheit, sich von seinem gewünschten Ziel wegzubewegen.
Festzuhalten ist, dass, wenngleich dargestellt ist, dass sich das Abbildungssystem aus zwei Linsen zusammensetzt, dies lediglich pädagogischen Zwecken und Zwecken der Übersichtlichkeit dient. Einschlägig versierte Fachleute werden ohne weiteres erkennen, dass jedwedes Abbildungssystem, z. B. ein System, das sich einer oder mehrerer Linsen bedient, verwendet werden kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein telezentrisches System, welches auch als 4-f-System bekannt ist, als Abbildungssystem verwendet. Durch Verwendung eines telezentrischen Systems, wobei derartige Systeme im Stand der Technik bestens bekannt sind, wird der Winkel jedes Strahls, wenn er aus jeder der Mikrolinsen 103 austritt, reproduziert, wenn dieses Licht die Eingabe-MEMS-Vorrichtung 105 erreicht. Allerdings wird vorteilhafterweise dieser Winkel direkt an der Ebene der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 reproduziert. Infolgedessen weisen die Lichtstrahlen nicht die Fähigkeit auf, sich entlang der Linie jenes Winkels zu bewegen, und es wird ihnen somit keine Gelegenheit geboten, den Mikrospiegel, der sie reflektieren soll, zu verfehlen.
Festzuhalten ist, dass, da das telezentrische System eventuell invertierend ist, die jeweiligen entsprechenden Mikrospiegel der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 eventuell nicht an genau demselben Ort, z. B. auf einer direkten Linie vom Eingangsfaserbündel 101, sind, wo diese gewesen wären, wäre das Abbildungssystem nicht verwendet worden. Das Abbildungssystem ändert eventuell auch verglichen mit dem Original die Größe des Bildes.
Dies würde ermöglichen, dass die Mikrospiegel der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 eine andere Größe und/oder Beabstandung als jene des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren 103 aufweisen. Es würde auch die Verwendung eines Faserbündels ohne ein Mikrolinsen-Array und/oder Kollimatoren ermöglichen, wenn der Füllfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der Punktgröße und dem Abstand zwischen den Punkten, zwischen dem Faserbündel und den Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Ferner ist es möglich, optische Splitter, z. B. zwischen den Linsen 107 und 109, zu verwenden, um mehrere Signalpfade durch das System zu schaffen, z. B. um eine Sammelsende-, eine Rundsende-, eine Überwachungs-, eine Schutz- und eine Wiederherstellungsfunktion zu implementieren. Vorteilhafterweise wird eine große Flexibilität im Systemdesign erzielt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Spiegel mit einem Loch 221 zwischen der Linse 107 und der Linse 109 eingesetzt, so dass das Loch des Spiegels mit einem Loch 221 am Brennpunkt der Linse 107 angeordnet ist.
Durch Anordnen des Loches des Spiegels mit einem Loch 221 an dem Brennpunkt der Linse 107 tritt das gesamte Licht, welches in das Abbildungssystem eintritt, durch den Brennpunkt und somit durch das Loch, ungehindert durch den Spiegel 221. Licht, das aus dem Abbildungssystem austritt, bewegt sich zur Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 weiter, welche derart angeordnet ist, dass sie parallel zu der Ebene von Licht ist, das aus dem Eingangsfaserbündel 101 austritt.
Jeder Mikrospiegel der ersten Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 ist eingestellt, um den Lichtstrahl, der auf sie auftrifft, in einem jeweiligen vorgegebenen Winkel zu reflektieren. Der betreffende vorgegebene Winkel wird derart gewählt, dass der Strahl zu einem vorgegebenen Mikrospiegel an der Ausgang-MEMS-Vorrichtung 115 hingelenkt wird, welcher der betreffenden Faser des Ausgangsfaserbündels 125 entspricht, zu welcher das Licht als Ausgang hingelenkt wird. Jedweder Fehler, der sich daraus ergibt, dass sich das Licht, welches in das Abbildungssystem eingetreten ist, entlang einer Richtung fortbewegt, die nicht parallel zu der Linie ist, welche durch den Mittelpunkt seiner Linse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, wird durch das Training des gänzlich optischen Systems kompensiert, solange der Abweichungswinkel des Lichts von der, Parallelen verglichen mit dem maximalen Winkel, in welchem der Spiegel geneigt sein kann, klein ist.
Festzuhalten ist, dass zumindest der Spiegel in dem Mittelpunkt der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 und der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 nicht zum Schalten verwendet werden kann. Gleicherweise ist es je nach Geometrie und der Größe des Loches in den Spiegeln mit einem Loch möglich, dass andere Mikrospiegel, welche rund um den mittleren Mikrospiegel angeordnet sind, ebenfalls nicht verwendbar sein können.
Nach dem Wegreflektiertwerden von seinem betreffenden Mikrospiegel tritt jeder Lichtstrahl durch ein Abbildungssystem, welches sich aus der Linse 109, dem Spiegel mit einem Loch 221 und der Linse 113 zusammensetzt.
Das Abbildungssystem erzeugt ein Bild der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 an dem Spiegel mit einem Loch 223.
Dieses Bild der Eingangs-MEMS-Vorrichtung kann als virtuelle Eingangs-MEMS-Vorrichtung betrachtet werden.
Licht von dem Bild der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 wird von dem Spiegel mit einem Loch 223 wegreflektiert und bewegt sich zur Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115, wobei es durch die Linse 117 hindurchtritt. In diesem Fall dient die Linse 117 als Feldlinse. Die Feldlinse verschiebt den Winkel, in welchem das Licht auf jeden Mikrospiegel auftrifft, in eine Position, zu welcher das Licht hingelenkt wird. Dies ermöglicht, alle Eingangsmikrospiegel zu homogenisieren, insofern als alle Mikrospiegel, welche dieselbe Neigung aufweisen, ihr Licht zu derselben Position hinlenken werden. Ferner refokussiert die Feldlinse jeden der Strahlen, die durch sie hindurchtreten, und reduziert somit Verluste.
Die Lichtstrahlen, die von der Feldlinse weggehen, fallen jeweils auf einen jeweiligen Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115. Jeder Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 ist eingestellt, um den Lichtstrahl, der auf sie auftrifft, in einem jeweiligen vorgegebenen Winkel zu reflektieren. Jeder betreffende vorgegebene Winkel wird derart gewählt, dass jeder Lichtstrahl zur jeweiligen Faser des Ausgangsfaserbündels 125, welche die Ausgangsfaser für den Lichtstrahl sein soll, hingelenkt wird.
Nach dem Wegreflektiertwerden von seinem betreffenden Mikrospiegel und vor dem Erreichen seiner jeweiligen Ausgangsfaser tritt jeder Lichtstrahl durch die Linse 117 und dann die Linse 119, welche gemeinsam ein Abbildungssystem bilden. Das Abbildungssystem ist angeordnet, um zu bewirken, dass ein Bild der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 und/oder der Kollimatoren an dem Ausgangs-Mikrolinsen-Array 123 und/oder den Kollimatoren 123 gebildet wird oder umgekehrt, auf Grund des umkehrbaren Wesens der Optik, wodurch die Entfernung zwischen der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 und dem Mikrolinsen-Array und/oder den Kollimatoren 123, entlang welcher sich die Lichtstrahlen bei im Stand der Technik bekannten Anordnungen effektiv bewegt hatten, erfolgreich beseitigt wird. Somit erhält vorteilhafterweise keiner der Lichtstrahlen, auch wenn er sich nicht in der gewünschten Richtung parallel zu der Linie bewegt, die durch den Mittelpunkt seiner Mikrolinse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, die Gelegenheit, sich von seinem gewünschten Ziel wegzubewegen.
Wie zuvor in Verbindung mit der Linse des Eingangsabbildungssystems angegeben wurde, dient dies, auch wenn dargestellt ist, dass sich das Abbildungssystem aus zwei Linsen zusammensetzt, lediglich pädagogischen Zwecken und Zwecken der Übersichtlichkeit. Einschlägig versierte Fachleute werden ohne weiteres erkennen, dass jedwedes Abbildungssystem, z. B. ein System, das sich einer oder mehrerer Linsen bedient, verwendet werden kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein telezentrisches System als Abbildungssystem verwendet.
Festzuhalten ist, dass das Abbildungssystem verglichen mit dem Original auch die Größe des Bildes ändern kann.
Dies würde ermöglichen, dass die Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 eine andere Größe und/oder Beabstandung als jene des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren 123 aufweisen. Es würde auch die Verwendung eines Faserbündels ohne ein Mikrolinsen-Array und/oder Kollimatoren ermöglichen, wenn der Füllfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der Punktgröße und dem Abstand zwischen den Punkten, zwischen dem Faserbündel und den Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Ferner ist es möglich, optische Splitter, z. B. zwischen den Linsen 117 und 119, zu verwenden, um mehrere Signalpfade durch das System zu schaffen, z. B. um eine Sammelsende-, eine Rundsende-, eine Überwachungs-, eine Schutz- und eine Wiederherstellungsfunktion zu implementieren. Vorteilhafterweise wird eine hohe Flexibilität im Systemdesign erzielt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der Spiegel mit einem Loch 223 zwischen der Linse 117 und der Linse 119 eingesetzt, so dass das Loch des Spiegels mit einem Loch 223 am Brennpunkt der Linse 117 angeordnet ist.
Durch Anordnen des Loches des Spiegels mit einem Loch 223 an dem Brennpunkt des Abbildungssystems tritt das gesamte Licht, welches in das Abbildungssystem eintritt, durch den Brennpunkt und somit durch das Loch, ungehindert durch den Spiegel mit einem Loch 223.
Vorteilhafterweise ist die Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 angeordnet, um parallel zu der Ebene von Licht zu sein, das in das Ausgangsfaserbündel 125 eintritt, wodurch das Schärfeproblem der Ausführungsform aus 1 behoben wird.
Jeder Lichtstrahl, der von der Linse 119 weggeht, tritt durch eine jeweilige Mikrolinse des Mikrolinsen-Array 123. Die Funktion jeder Mikrolinse ist, den Lichtstrahl, der seiner jeweiligen zugeordneten Eingangsfaser zugeführt wird, zu kollimieren. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann an Stelle des Verwendens eines gesonderten Mikrolinsen-Array eine Linse auf jede Ausgangsfaser des Faserbündels 125 integriert werden und somit einen Kollimator bilden.
Das Licht von jeder Mikrolinse des Mikrolinsen-Array 123 tritt dann in das jeweilige Ausgangsfaserbündel ein, welches der Mikrolinse zugeordnet ist.
Festzuhalten ist, dass bei manchen Ausführungsformen der Erfindung nur ein Abbildungssystem verwendet werden muss. Bei derartigen Ausführungsformen kann das Abbildungssystem nur für den Eingang oder nur für den Ausgang verwendet werden. Festzuhalten ist auch, dass, wenngleich in 2 der Winkel der Spiegel mit einem Loch 45 Grad zu sein scheint, ein derartiger bestimmter Winkel nicht erforderlich ist.
Jedweder Spiegel mit einem Loch kann eventuell kein tatsächliches körperliches Loch aufweisen, sondern kann anstatt dessen einen Bereich an dem gewünschten Ort des Loches verwenden, der für die Wellenlänge von Licht, das durch den gänzlich optischen Schalter geschaltet wird, durchlässig ist. Die erforderliche Größe des durchlässigen Bereichs ist direkt proportional zum Winkelfehler des Lichts, das von dem Linsen-Array 103 kommt.
3 zeigt eine andere Anordnung für die gänzlich optische Schaltanordnung aus 2, bei welcher jedoch die Spiegel mit einem Loch 221 und 223 ausgerichtet sind, um zu ermöglichen, dass das Eingangsfaserbündel 101 und das Ausgangsfaserbündel 125 auf derselben Seite des Wegs zwischen den MEMS-Vorrichtungen sind. Optisch sind die Wege und die Funktionalität dieselben.
4 zeigt eine andere Anordnung für die gänzlich optische Schaltanordnung aus 2, welche jedoch, anstatt die Spiegel mit einem Loch 221 und 223 zu verwenden, kleine Spiegel 421 und 423 an den Brennpunkten von verschiedenen des Abbildungssystems verwen det. Die kleinen Spiegel 421 und 423 können auf Glasplatten 425 bzw. 427 angebracht sein, um zu ermöglichen, dass diese außerhalb des optischen Weges gelagert werden. Ferner wird, anstatt zu ermöglichen, das zumindest eine der MEMS-Vorrichtungen tatsächlich körperlich parallel zu der Ebene von Licht ist, das in die Fasern seines jeweiligen Faserbündels eintritt oder daraus austritt, bei der Ausführungsform aus 4 zumindest eine der MEMS-Vorrichtungen optisch parallel, d. h. virtuell parallel, zu der Ebene von Licht, das in die Fasern seines jeweiligen Faserbündels eintritt oder daraus austritt, gemacht.
Wie in 2 führt das Faserbündel 101 zu schaltende optische Signale zu. Insbesondere ist jede Faser des Eingangsfaserbündels 101 ein Eingangs-Port zu dem Schaltsystem aus 4. Das Licht, welches durch jede Faser des Faserbündels 101 zugeführt wird, tritt durch eine jeweilige entsprechende Mikrolinse, die einen Teil des Mikrolinsen-Array 103 darstellt. Die Funktion jeder Mikrolinse ist, den Lichtstrahl, welcher von seiner jeweiligen zugeordneten Eingangsfaser zugeführt wird, zu kollimieren. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann, anstatt ein gesondertes Mikrolinsen-Array zu verwenden, eine Linse mit jeder Faser des Faserbündels 101 in einer Anordnung, welche einen Kollimator bildet, integriert sein, so dass das Licht als paralleler Strahl austritt.
Gemäß den Grundgedanken der Erfindung fallen die Lichtstrahlen, welche von dem Mikrolinsen-Array 103 weggehen, jeweils auf das Abbildungssystem, welches sich aus den Linsen 107 und 109 zusammensetzt, wobei sie bei Linse 107 eintreten und bei Linse 109 austreten. Das Abbildungssystem ist angeordnet, um zu bewirken, dass ein Bild des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren an der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 gebildet wird oder umgekehrt, auf Grund des umkehrbaren Wesens der Optik, wodurch die Entfernung zwischen dem Mikrolinsen- Array und/oder den Kollimatoren 103 und der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105, entlang welcher sich die Lichtstrahlen bei im Stand der Technik bekannten Anordnungen effektiv bewegt hatten, erfolgreich beseitigt wird.
Somit wird vorteilhafterweise keinem Lichtstrahl, auch wenn er sich nicht in die gewünschte Richtung parallel zu der Linie bewegt, die durch den Mittelpunkt seiner Mikrolinse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, die Gelegenheit geboten, sich von seinem gewünschten Ziel wegzubewegen.
Festzuhalten ist, dass, wenngleich dargestellt ist, dass sich das Abbildungssystem aus zwei Linsen zusammensetzt, dies lediglich pädagogischen Zwecken und Zwecken der Übersichtlichkeit dient. Einschlägig versierte Fachleute werden ohne weiteres erkennen, dass jedwedes Abbildungssystem, z. B. ein System, das sich einer oder mehrerer Linsen bedient, verwendet werden kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein telezentrisches System, welches auch als 4-f-System bekannt ist, als Abbildungssystem verwendet. Durch Verwendung eines telezentrischen Systems, wobei derartige Systeme im Stand der Technik bestens bekannt sind, wird der Winkel jedes Strahls, wenn er aus jeder der Mikrolinsen 103 austritt, reproduziert, wenn dieses Licht die Eingabe-MEMS-Vorrichtung 105 erreicht. Allerdings wird vorteilhafterweise dieser Winkel direkt an der Ebene der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 reproduziert. Infolgedessen weisen die Lichtstrahlen nicht die Fähigkeit auf, sich entlang der Linie jenes Winkels zu bewegen, und es wird ihnen somit keine Gelegenheit geboten, den Mikrospiegel, der sie reflektieren soll, zu verfehlen.
Festzuhalten ist, dass, da das telezentrische System eventuell invertierend ist, die jeweiligen entsprechenden Mikrospiegel der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 eventuell nicht an genau demselben Ort, z. B. auf einer direkten Linie vom Eingangsfaserbündel 101, sind, wo diese gewesen wären, wäre das Abbildungssystem nicht verwendet worden. Festzuhalten ist, dass das Abbildungssystem eventuell verglichen mit dem Original auch die Größe des Bildes ändert. Dies würde ermöglichen, dass die Mikrospiegel der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 eine andere Größe und/oder Beabstandung als jene des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren 103 aufweisen. Es würde auch die Verwendung eines Faserbündels ohne ein Mikrolinsen-Array und/oder Kollimatoren ermöglichen, wenn der Füllfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der Punktgröße und dem Abstand zwischen den Punkten, zwischen dem Faserbündel und den Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Ferner ist es möglich, optische Splitter, z. B. zwischen den Linsen 107 und 109, zu verwenden, um mehrere Signalpfade durch das System zu schaffen, z. B. um eine Sammelsende-, eine Rundsende-, eine Überwachungs-, eine Schutz- und eine Wiederherstellungsfunk tion zu implementieren. Vorteilhafterweise wird eine große Flexibilität im Systemdesign erzielt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist der kleine Spiegel 421 zwischen der Linse 107 und der Linse 109 eingesetzt, so dass das der kleine Spiegel 421 am Brennpunkt des Abbildungssystems angeordnet ist. Durch Anordnen des kleinen Spiegels 421 an dem Brennpunkt des Abbildungssystems tritt das gesamte Licht, welches in das Abbildungssystem eintritt, durch den Brennpunkt und wird daher durch den kleinen Spiegel 421 reflektiert, wodurch seine Richtung zur Linse 109 hin geändert wird.
Licht, das aus dem Abbildungssystem austritt, bewegt sich zur Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 weiter, welche derart angeordnet ist, dass sie optisch parallel zu dem Bild des Eingangsfaserbündels 101, welches durch das Abbildungssystem der Linsen 107 und 109 erzeugt wird, ist.
Jeder Mikrospiegel der ersten Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 ist eingestellt, um den Lichtstrahl, der auf sie auftrifft, in einem jeweiligen vorgegebenen Winkel zu reflektieren. Jeder betreffende vorgegebene Winkel wird derart gewählt, dass der Strahl zu einem vorgegebenen Mikrospiegel an der Ausgang-MEMS-Vorrichtung 115 hingelenkt wird, welcher der betreffenden Faser des Ausgangsfaserbündels 125 entspricht, zu welcher das Licht als Ausgang hingelenkt wird. Jedweder Fehler, der sich daraus ergibt, dass sich das Licht, welches in das Abbildungssystem eingetreten ist, entlang einer Richtung fortbewegt, die nicht parallel zu der Linie ist, welche durch den Mittelpunkt seiner Linse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, wird durch das Training des gänzlich optischen Systems kompensiert, solange der Abweichungswinkel des Lichts von der Parallelen verglichen mit dem maximalen Winkel, in welchem der Spiegel geneigt sein kann, klein ist.
Festzuhalten ist, dass zumindest der Spiegel in dem Mittelpunkt der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 und der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 nicht zum Schalten verwendet werden kann. Gleicherweise ist es je nach Geometrie und der Größe des Loches in den Spiegeln mit einem Loch möglich, dass andere Mikrospiegel, welche rund um den mittleren Mikrospiegel angeordnet sind, ebenfalls nicht verwendbar sein können.
Nach dem Wegreflektiertwerden von seinem betreffenden Mikrospiegel tritt jeder Lichtstrahl durch ein Abbildungssystem, welches sich aus der Linse 109 und der Linse 113 zusammensetzt. Das Abbildungssystem erzeugt ein Bild der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 an der Ebene, welche den kleinen Spiegel 423 schneidet und parallel zu der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 ist.
Dieses Bild der Eingangs-MEMS-Vorrichtung kann als virtuelle Eingangs-MEMS-Vorrichtung betrachtet werden. Licht von dem Bild der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 bewegt sich zu der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 weiter, wobei es durch die Linse 117 hindurchtritt. In diesem Fall dient die Linse 117 als Feldlinse. Die Feldlinse verschiebt den Winkel, in welchem das Licht auf jeden Mikrospiegel auftrifft, in eine Position, zu welcher das Licht hingelenkt wird. Dies ermöglicht, alle Eingangsmikrospiegel zu homogenisieren, insofern als alle Mikrospiegel, welche dieselbe Neigung aufweisen, ihr Licht zu derselben Position hinlenken werden.
Ferner refokussiert die Feldlinse jeden der Strahlen, die durch sie hindurchtreten, und reduziert somit Verluste.
Die Lichtstrahlen, die von der Feldlinse weggehen, fallen jeweils auf einen jeweiligen Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115. Jeder Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 ist eingestellt, um den Lichtstrahl, der auf sie auftrifft, in einem jeweiligen vorgegebenen Winkel zu reflektieren. Jeder betreffende vorgegebene Winkel wird derart gewählt, dass jeder Lichtstrahl zur jeweiligen Faser des Ausgangsfaserbündels 125, welche die Ausgangsfaser für den Lichtstrahl sein soll, hingelenkt wird, wenn das Ausgangsfaserbündel 125 entlang dem Weg zwischen der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 und der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 gewesen wäre.
Allerdings tritt nach dem Wegreflektiertwerden von seinem betreffenden Mikrospiegel und vor dem Erreichen seiner jeweiligen Ausgangsfaser jeder Lichtstrahl durch ein Abbildungssystem, welches sich aus der Linse 117, dem kleinen Spiegel 423 und der Linse 119 zusammensetzt. Das Abbildungssystem ist angeordnet, um zu bewirken, dass ein Bild der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 an dem Ausgangs-Mikrolinsen-Array 123 und/oder den Kollimatoren 123 gebildet wird oder umgekehrt, auf Grund des umkehrbaren Wesens der Optik, welches in einem rechten Winkel zu dem Weg zwischen der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 und der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105 angeordnet ist. Diese Richtungsänderung wird durch den kleinen Spiegel 423 erreicht, der am Brennpunkt der Linse 117 angeordnet ist. Das Abbildungssystem ändert somit die Richtung des optischen Weges und beseitigt auch erfolgreich die Entfernung zwischen der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 und dem Mikrolinsen-Array und/oder den Kollimatoren 123, entlang welcher sich die Lichtstrahlen bei im Stand der Technik bekannten Anordnungen effektiv bewegten. Somit erhält vorteilhafterweise keiner der Lichtstrahlen, auch wenn er sich nicht in der gewünschten Richtung parallel zu der Linie bewegt, die durch den Mittelpunkt seiner Mikrolinse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, die Gelegenheit, sich von seinem gewünschten Ziel wegzubewegen.
Wie zuvor in Verbindung mit der Linse des Eingangsabbildungssystems angegeben wurde, dient dies, auch wenn dargestellt ist, dass sich das Abbildungssystem aus zwei Linsen zusammensetzt, lediglich pädagogischen Zwecken und Zwecken der Übersichtlichkeit. Einschlägig versierte Fachleute werden ohne weiteres erkennen, dass jedwedes Abbildungssystem, z. B. ein System, das sich einer oder mehrerer Linsen bedient, verwendet werden kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein telezentrisches System als Abbildungssystem verwendet.
Festzuhalten ist, dass das Abbildungssystem verglichen mit dem Original auch die Größe des Bildes ändern kann.
Dies würde ermöglichen, dass die Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung 115 eine andere Größe und/oder Beabstandung als jene des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren 123 aufweisen. Es würde auch die Verwendung eines Faserbündels ohne ein Mikrolinsen-Array und/oder Kollimatoren ermöglichen, wenn der Füllfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der Punktgröße und dem Abstand zwischen den Punkten, zwischen dem Faserbündel und den Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Ferner ist es möglich, optische Splitter, z. B. zwischen den Linsen 117 und 119, zu verwenden, um mehrere Signalpfade durch das System zu schaffen, z. B. um eine Sammelsende-, eine Rundsende-, eine Überwachungs-, eine Schutz- und eine Wiederherstellungsfunktion zu implementieren. Vorteilhafterweise wird eine hohe Flexibilität im Systemdesign erzielt.
Jeder Lichtstrahl, der von der Linse 119 weggeht, tritt durch eine jeweilige Mikrolinse des Mikrolinsen-Array 123. Die Funktion jeder Mikrolinse ist, den Lichtstrahl, der seiner jeweiligen zugeordneten Eingangsfaser zugeführt wird, zu kollimieren. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann an Stelle des Verwendens eines gesonderten Mikrolinsen-Array eine Linse auf jede Ausgangsfaser des Faserbündels 125 integriert werden und somit einen Kollimator bilden.
Das Licht von jeder Mikrolinse des Mikrolinsen-Array 123 tritt dann in das jeweilige Ausgangsfaserbündel ein, welches der Mikrolinse zugeordnet ist.
5 zeigt eine andere Anordnung für die gänzlich optische Schaltanordnung aus 4, bei welcher jedoch kleine Spiegel 421 und 423 ausgerichtet sind, um zu ermöglichen, dass das Eingangsfaserbündel 101 und das Ausgangsfaserbündel 125 auf derselben Seite des Weges zwischen den MEMS-Vorrichtungen angeordnet sind. Optisch sind die Wege und die Funktionalität dieselben.
Andere Anordnungen mit anderen Winkeln können durch einschlägig versierte Fachleute unter Anwendung der in diesem Dokument offenbarten Grundgedanken ohne weiteres entwickelt werden, ob nun für Ausführungsformen der Erfindung, die sich Spiegeln mit einem Loch bedienen, oder Ausführungsformen der Erfindung, die sich kleiner Spiegel oder irgendeiner Kombination aus Spiegeln mit einem Loch und kleinen Spiegeln bedienen.
6 zeigt eine andere, einfachere Ausführungsform einer gänzlich optischen Schaltanordnung gemäß den Grundgedanken der Erfindung, bei welcher der optische Weg angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass zumindest eine der MEMS-Vorrichtungen parallel zu der Ebene von Licht ist, das in die Fasern seines jeweiligen Faserbündels eintritt oder daraus austritt. In 6 dargestellt sind a) das Eingangsfaserbündel 101, b) das Eingangs-Mikrolinsen-Array 103, c) die Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 605, d) die Linse 107, e) die Linse 613, f) die Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 615, g) die Linse 119, h) das Ausgangs-Mikrolinsen-Array 123 und i) das Ausgangsfaserbündel 125.
Das Eingangsfaserbündel 101 führt zu schaltende optische Signale zu. Insbesondere ist jede Faser des Eingangsfaserbündels 101 ein Eingangsport zum Schaltsystem aus 6. Das durch jede Faser des Faserbündels 101 zugeführte Licht tritt durch eine jeweilige entsprechende Mikrolinse, die Teil eines Mikrolinsen-Array 103 ist. Die Funktion jeder Mikrolinse ist, den Lichtstrahl, welcher von seiner jeweiligen zugeordneten Eingangsfaser zugeführt wird, zu kollimieren. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann, anstatt ein gesondertes Mikrolinsen-Array zu verwenden, eine Linse mit jeder Faser des Faserbündels 101 in einer Anordnung, welche einen Kollimator bildet, integriert sein, so dass das Licht als paralleler Strahl austritt.
Gemäß den Grundgedanken der Erfindung fallen die Lichtstrahlen, welche von dem Mikrolinsen-Array 103 weggehen, jeweils auf das Abbildungssystem, welches sich aus den Linsen 107 und 613 zusammensetzt, wobei sie bei Linse 107 eintreten und bei Linse 613 austreten. Das Abbildungssystem ist angeordnet, um zu bewirken, dass ein Bild des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren an der Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 605 gebildet wird oder umgekehrt, auf Grund des umkehrbaren Wesens der Optik, wodurch die Entfernung zwischen dem Mikrolinsen-Array und/oder den Kollimatoren 103 und der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 105, entlang welcher sich die Lichtstrahlen bei im Stand der Technik bekannten Anordnungen effektiv bewegt hatten, erfolgreich beseitigt wird. Somit wird vorteilhafterweise keinem Lichtstrahl, auch wenn er sich nicht in die gewünschte Richtung parallel zu der Linie bewegt, die durch den Mittelpunkt seiner Mikrolinse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, die Gelegenheit geboten, sich von seinem gewünschten Ziel wegzubewegen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 615 zwischen der Linse 107 und der Linse 613 eingesetzt, so dass das Loch der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 615 am Brennpunkt der Linse 107 angeordnet ist. Durch Anordnen des Loches der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 615 an dem Brennpunkt der Linse 107 tritt das gesamte Licht, welches in das Abbildungssystem eintritt, durch den Brennpunkt und somit durch das Loch, ungehindert durch die Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 615.
Licht, das aus dem Abbildungssystem austritt, bewegt sich zur Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 605 weiter, welche derart angeordnet ist, dass sie parallel zu der Ebene von Licht ist, das aus dem Eingangsfaserbündel 101 austritt.
Festzuhalten ist, dass, wenngleich dargestellt ist, dass sich das Abbildungssystem aus zwei Linsen zusammensetzt, dies lediglich pädagogischen Zwecken und Zwecken der Übersichtlichkeit dient. Einschlägig ver sierte Fachleute werden ohne weiteres erkennen, dass jedwedes Abbildungssystem, z. B. ein System, das sich einer oder mehrerer Linsen bedient, verwendet werden kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein telezentrisches System, welches auch als 4-f-System bekannt ist, als Abbildungssystem verwendet. Durch Verwendung eines telezentrischen Systems, wobei derartige Systeme im Stand der Technik bestens bekannt sind, wird der Winkel jedes Strahls, wenn er aus jeder der Mikrolinsen 103 austritt, reproduziert, wenn dieses Licht die Eingabe-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 605 erreicht.
Allerdings wird vorteilhafterweise dieser Winkel direkt an der Ebene der Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 605 reproduziert. Infolgedessen weisen die Lichtstrahlen nicht die Fähigkeit auf, sich entlang der Linie jenes Winkels zu bewegen, und es wird ihnen somit keine Gelegenheit geboten, den Mikrospiegel, der sie reflektieren soll, zu verfehlen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Eingangs-MEMS-Vorrichtung 605 zwischen den Linsen 613 und 119 eingesetzt, so dass das Loch der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 605 am Brennpunkt der Linse 613 angeordnet ist.
Festzuhalten ist, dass, da das telezentrische System eventuell invertierend ist, die jeweiligen entsprechenden Mikrospiegel der Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 605 eventuell nicht an genau demselben Ort, z. B. auf einer direkten Linie vom Eingangsfaserbündel 101, sind, wo diese gewesen wären, wäre das Abbildungssystem nicht verwendet worden. Das Abbildungssystem ändert eventuell auch verglichen mit dem Original die Größe des Bildes. Dies würde ermöglichen, dass die Mikrospiegel der Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 605 eine andere Größe und/oder Beabstandung als jene des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren 103 aufweisen. Es würde auch die Verwendung eines Faserbündels ohne ein Mikrolinsen-Array und/oder Kollimatoren ermöglichen, wenn der Füllfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der Punktgröße und dem Abstand zwischen den Punkten, zwischen dem Faserbündel und den Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Ferner ist es möglich, optische Splitter, z. B. zwischen den Linsen 107 und 613, zu verwenden, um mehrere Signalpfade durch das System zu schaffen, z. B. um eine Sammelsende-, eine Rundsende-, eine Überwachungs-, eine Schutz- und eine Wiederherstellungsfunktion zu implementieren. Vorteilhafterweise wird eine große Flexibilität im Systemdesign erzielt.
Jeder Mikrospiegel der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 605 ist eingestellt, um den Lichtstrahl, der auf sie auftrifft, in einem jeweiligen vorgegebenen Winkel zu reflektieren. Der betreffende vorgegebene Winkel wird derart gewählt, dass der Strahl zu einem vorgegebenen Mikrospiegel an der Ausgang-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 615 hingelenkt wird, welcher der betreffenden Faser des Ausgangsfaserbündels 125 entspricht, zu welcher das Licht als Ausgang hingelenkt wird. Jedweder Fehler, der sich daraus ergibt, dass sich das Licht, welches in das Abbildungssystem eingetreten ist, entlang einer Richtung fortbewegt, die nicht parallel zu der Linie ist, welche durch den Mittelpunkt seiner Linse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, wird durch das Training des gänzlich optischen Systems kompensiert, solange der Abweichungswinkel des Lichts von der Parallelen verglichen mit dem maximalen Winkel, in welchem der Spiegel geneigt sein kann, klein ist.
Nach dem Wegreflektiertwerden von seinem betreffenden Mikrospiegel tritt jeder Lichtstrahl durch die Linse 613, die als Feldlinse dient. Die Feldlinse verschiebt den Winkel, in welchem das Licht auf jeden Mikrospiegel auftrifft, in eine Position, zu welcher das Licht hingelenkt wird. Dies ermöglicht, alle Eingangsmikrospiegel zu homogenisieren, insofern als alle Mikrospiegel, welche dieselbe Neigung aufweisen, ihr Licht zu derselben Position hinlenken werden. Ferner refokussiert die Feldlinse jeden der Strahlen, die durch sie hindurchtreten, und verringert somit Verluste.
Die Lichtstrahlen, welche von der Feldlinse weggehen, fallen jeweils auf einen jeweiligen Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 615. Jeder Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 615 ist eingestellt, um den Lichtstrahl, der auf ihn auftrifft, in einem jeweiligen vorgegebenen Winkel zu reflektieren. Jeder betreffende vorgegebene Winkel ist so gewählt, dass jeder Lichtstrahl zur jeweiligen Faser des Ausgangsfaserbündels 125 hingelenkt wird, welche die Ausgangsfaser für den Lichtstrahl sein soll.
Nach dem Wegreflektiertwerden von seinem betreffenden Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 615 und vor dem Erreichen seiner jeweiligen Ausgangsfaser tritt jeder Lichtstrahl durch die Linse 613 und dann die Linse 119, welche gemeinsam ein Abbildungssystem bilden. Das Abbildungssystem ist angeordnet, um zu bewirken, dass ein Bild der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 615 und/oder der Kollimatoren an dem Ausgangs-Mikrolinsen-Array 123 und/oder den Kollimatoren 123 gebildet wird oder umgekehrt, auf Grund des umkehrbaren Wesens der Optik, wodurch die Entfernung zwischen der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 615 und dem Mikrolinsen-Array und/oder den Kollimatoren 123, entlang welcher sich die Lichtstrahlen bei im Stand der Technik bekannten Anordnungen effektiv bewegt hatten, erfolgreich beseitigt wird.
Somit erhält vorteilhafterweise keiner der Lichtstrahlen, auch wenn er sich nicht in der gewünschten Richtung parallel zu der Linie bewegt, die durch den Mittelpunkt seiner Mikrolinse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, die Gelegenheit, sich von seinem gewünschten Ziel wegzubewegen.
Wie zuvor in Verbindung mit der Linse des Eingangsabbildungssystems angegeben wurde, dient dies, auch wenn dargestellt ist, dass sich das Abbildungssystem aus zwei Linsen zusammensetzt, lediglich pädagogischen Zwecken und Zwecken der Übersichtlichkeit. Einschlägig versierte Fachleute werden ohne weiteres erkennen, dass jedwedes Abbildungssystem, z. B. ein System, das sich einer oder mehrerer Linsen bedient, verwendet werden kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein telezentrisches System als Abbildungssystem verwendet.
Festzuhalten ist, dass das Abbildungssystem verglichen mit dem Original auch die Größe des Bildes ändern kann.
Dies würde ermöglichen, dass die Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 615 eine andere Größe und/oder Beabstandung als jene des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren 123 aufweisen.
Es würde auch die Verwendung eines Faserbündels ohne ein Mikrolinsen-Array und/oder Kollimatoren ermöglichen, wenn der Füllfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der Punktgröße und dem Abstand zwischen den Punkten, zwischen dem Faserbündel und den Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Ferner ist es möglich, optische Splitter, z. B. zwischen den Linsen 613 und 119, zu verwenden, um mehrere Signalpfade durch das System zu schaffen, z. B. um eine Sammelsende-, eine Rundsende-, eine Überwachungs-, eine Schutz- und eine Wiederherstellungsfunktion zu implementieren. Vorteilhafterweise wird eine hohe Flexibilität im Systemdesign erzielt.
Jeder Lichtstrahl, der von der Linse 119 weggeht, tritt durch eine jeweilige Mikrolinse des Mikrolinsen-Array 123. Die Funktion jeder Mikrolinse ist, den Lichtstrahl, der seiner jeweiligen zugeordneten Eingangsfaser zugeführt wird, zu kollimieren. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann an Stelle des Verwendens eines gesonderten Mikrolinsen-Array eine Linse auf jede Ausgangsfaser des Faserbündels 125 integriert werden und somit einen Kollimator bilden.
Das Licht von jeder Mikrolinse des Mikrolinsen-Array 123 tritt dann in das jeweilige Ausgangsfaserbündel ein, welches der Mikrolinse zugeordnet ist.
Festzuhalten ist, dass im Mittelpunkt der Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 605 oder der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Loch 615 keine Mikrospiegel sein können und dass gleicherweise je nach Geometrie und der Größe des Loches in den MEMS-Vorrichtungen mit einem Loch es möglich ist, dass andere Mikrospiegel, die andernfalls rund um den Mittelpunkt des Mikrospiegel-Array vorgelegen wären, eventuell ebenfalls nicht verwendbar sind. Das Loch muss kein tatsächliches körperliches Loch sein, sondern muss lediglich ein Bereich sein, der für die Wellenlängen von Licht, welches durch den gänzlich optischen Schalter geschaltet wird, durchlässig ist. Ferner ist festzuhalten, dass, wenngleich das Loch als in dem "Mittelpunkt" der MEMS-Vorrichtung angeordnet dargestellt und beschrieben ist, es nicht in dem Mittelpunkt sein muss. Einschlägig versierte Fachleute werden in der Lage sein, das Loch an anderen Orten anzuordnen und zusätzliche betriebsfähige Ausführungsformen zu entwickeln. Jedwede Änderungen der Linsenanordnungen oder Winkel der Komponenten, um die anderen Orte der Löcher zu kompensieren, können von einschlägig versierten Fachleuten ohne weiteres entwickelt werden. Darüber hinaus ist es möglich, durch Lenken das Lichts nach oben oder nach unten, um zu vermeiden, auf die MEMS-Vorrichtung aufzutreffen, das Loch gänzlich zu eliminieren. Eine derartige Ausführungsform ist in 7 dargestellt. Festzuhalten ist, dass, da die MEMS-Vorrichtungen in 7 keine Löcher aufweisen, sie einfach als Eingangs-MEMS-Vorrichtung und Ausgangs-MEMS-Vorrichtung bezeichnet werden und demnach wie in 1–6 mit 105 bzw. 115 gekennzeichnet sind.
8 zeigt eine andere, einfachere und kompaktere Ausführungsform der in 6 dargestellten gänzlich optischen Schaltanordnung. In 8 dargestellt sind a) das Eingangsfaserbündel 101, b) das Eingangs-Mikrolinsen-Array 103, c) die Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815, d) die Linse 107, e) die Linse 613, f) die Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815, g) die Linse 119, h) das Ausgangs-Mikrolinsen-Array 123 und i) das Aungangsfaserbündel 125.
Das Eingangsfaserbündel 101 führt zu schaltende optische Signale zu. Insbesondere ist jede Faser des Eingangsfaserbündels 101 ein Eingangsport zum Schaltsystem aus 8. Das durch jede Faser des Faserbündels 101 zugeführte Licht tritt durch eine jeweilige entsprechende Mikrolinse, die Teil eines Mikrolinsen-Array 103 ist. Die Funktion jeder Mikrolinse ist, den Lichtstrahl, welcher von seiner jeweiligen zugeordneten Eingangsfaser zugeführt wird, zu kollimieren. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann, anstatt ein gesondertes Mikrolinsen-Array zu verwenden, eine Linse mit jeder Faser des Faserbündels 101 in einer Anordnung, welche einen Kollimator bildet, integriert sein, so dass das Licht als paralleler Strahl austritt.
Gemäß den Grundgedanken der Erfindung fallen die Lichtstrahlen, welche von dem Mikrolinsen-Array 103 weggehen, jeweils auf das Abbildungssystem, welches sich aus den Linsen 107 und 613 zusammensetzt, wobei sie bei Linse 107 eintreten und bei Linse 613 austreten. Das Abbildungssystem ist angeordnet, um zu bewirken, dass ein Bild des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimato ren an der Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 805 gebildet wird oder umgekehrt, auf Grund des umkehrbaren Wesens der Optik, wodurch die Entfernung zwischen dem Mikrolinsen-Array und/oder den Kollimatoren 103 und der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 805, entlang welcher sich die Lichtstrahlen bei im Stand der Technik bekannten Anordnungen effektiv bewegt hatten, erfolgreich beseitigt wird. Somit wird vorteilhafterweise keinem Lichtstrahl, auch wenn er sich nicht in die gewünschte Richtung parallel zu der Linie bewegt, die durch den Mittelpunkt seiner Mikrolinse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, die Gelegenheit geboten, sich von seinem gewünschten Ziel wegzubewegen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815 optisch zwischen der Linse 107 und der Linse 613 angeordnet, so dass der Spiegel 845 der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815 am Brennpunkt der Linse 107 angeordnet ist.
Der Spiegel, auf den bei der Namhaftmachung einer MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel Bezug genommen wird, ist ein Spiegel, der auf der MEMS-Vorrichtung eingebunden ist, jedoch während des Betriebs des optischen Schalters anders als die anderen Mikroschalter, die auf der MEMS-Vorrichtung eingebunden sind, nicht bewegt wird.
Der Spiegel kann ein getrennter fixierter Spiegel sein, der auf der MEMS-Vorrichtung hergestellt oder auf andere Weise darauf eingebunden werden kann, oder er kann ein Mikrospiegel sein, der auf eine feste Neigung eingestellt ist. Für die Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815 ist der Spiegel der Spiegel 845, während für die Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 805 der Spiegel der Spiegel 835 ist.
10 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815. In
10 dargestellt sind ein MEMS-Vorrichtungssubstrat 1051, Mikrospiegel 1053 und der Spiegel 845. Die Mikrospiegel 1053 können frei geneigt werden, wobei der Spiegel 845 jedoch auf einer festen Neigung gehalten wird. Die Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 835 weist dieselbe Struktur auf.
Durch Anordnen des Spiegels 845 der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815 am Brennpunkt der Linse 107 tritt das gesamte Licht, welches in das Abbildungssystem eintritt, durch den Brennpunkt und wird somit durch den Spiegel 845 der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815 reflektiert. Licht, das aus dem Abbildungssystem austritt, bewegt sich weiter zu der Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 805.
Festzuhalten ist, dass, wenngleich dargestellt ist, dass sich das Abbildungssystem aus zwei Linsen zusammensetzt, dies lediglich pädagogischen Zwecken und Zwecken der Übersichtlichkeit dient. Einschlägig versierte Fachleute werden ohne weiteres erkennen, dass jedwedes Abbildungssystem, z. B. ein System, das sich einer oder mehrerer Linsen bedient, verwendet werden kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein telezentrisches System, welches auch als 4-f-System bekannt ist, als Abbildungssystem verwendet. Durch Verwendung eines telezentrischen Systems, wobei derartige Systeme im Stand der Technik bestens bekannt sind, wird der Winkel jedes Strahls, wenn er aus jeder der Mikrolinsen 107 austritt, reproduziert, wenn dieses Licht die Eingabe-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 805 erreicht. Allerdings wird vorteilhafterweise dieser Winkel direkt an der Ebene der Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 805 reproduziert. Infolgedessen weisen die Lichtstrahlen nicht die Fähigkeit auf, sich entlang der Linie jenes Winkels zu bewegen, und es wird ihnen somit keine Gelegenheit geboten, den Mikrospiegel, der sie reflektieren soll, zu verfehlen.
Festzuhalten ist, dass, da das telezentrische System eventuell invertierend ist, die jeweiligen entsprechenden Mikrospiegel der Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 805 eventuell nicht an genau demselben Ort, z. B. auf einer direkten Linie vom Eingangsfaserbündel 101, sind, wo diese gewesen wären, wäre das Abbildungssystem nicht verwendet worden. Das Abbildungssystem ändert eventuell auch verglichen mit dem Original die Größe des Bildes. Dies würde ermöglichen, dass die Mikrospiegel der Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 805 eine andere Größe und/oder Beabstandung als jene des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren 103 aufweisen. Es würde auch die Verwendung eines Faserbündels ohne ein Mikrolinsen-Array und/oder Kollimatoren ermöglichen, wenn der Füllfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der Punktgröße und dem Abstand zwischen den Punkten, zwischen dem Faserbündel und den Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Ferner ist es möglich, optische Splitter, z. B. zwischen den Linsen 107 und 613, zu verwenden, um mehrere Signalpfade durch das System zu schaffen, z. B. um eine Sammelsende-, eine Rundsende-, eine Überwachungs-, eine Schutz- und eine Wiederherstellungsfunktion zu implementieren. Vorteilhafterweise wird eine große Flexibilität im Systemdesign erzielt.
Jeder Mikrospiegel der Eingangs-MEMS-Vorrichtung 605 ist eingestellt, um den Lichtstrahl, der auf sie auftrifft, in einem jeweiligen vorgegebenen Winkel zu reflektieren. Jeder betreffende vorgegebene Winkel wird derart gewählt, dass der Strahl zu einem vorgegebenen Mikrospiegel an der Ausgang-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815 hingelenkt wird, welcher der betreffenden Faser des Ausgangsfaserbündels 125 entspricht, zu welcher das Licht als Ausgang hingelenkt wird. Jedweder Fehler, der sich daraus ergibt, dass sich das Licht, welches in das Abbildungssystem eingetreten ist, entlang einer Richtung fortbewegt, die nicht parallel zu der Linie ist, welche durch den Mittelpunkt seiner Linse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, wird durch das Training des gänzlich optischen Systems kompensiert, solange der Abweichungswinkel des Lichts von der Parallelen verglichen mit dem maximalen Winkel, in welchem der Spiegel geneigt sein kann, klein ist.
Nach dem Wegreflektiertwerden von seinem betreffenden Mikrospiegel tritt jeder Lichtstrahl durch die Linse 613, welche als Feldlinse dient. Die Feldlinse verschiebt den Winkel, in welchem das Licht auf jeden Mikrospiegel auftrifft, in eine Position, zu welcher das Licht hingelenkt wird. Dies ermöglicht, alle Eingangsmikrospiegel zu homogenisieren, insofern als alle Mikrospiegel, welche dieselbe Neigung aufweisen, ihr Licht zu derselben Position hinlenken werden. Ferner refokussiert die Feldlinse jeden der Strahlen, die durch sie hindurchtreten, und verringert somit Verluste.
Die Lichtstrahlen, die von der Feldlinse weggehen, fallen jeweils auf einen jeweiligen Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815. Jeder Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815 ist eingestellt, um den Lichtstrahl, der auf ihn auftrifft, in einem jeweiligen vorgegebenen Winkel zu reflektieren. Der betreffende vorgegebene Winkel ist so gewählt, dass jeder Lichtstrahl zur jeweiligen Faser des Ausgangsfaserbündels 125 hingelenkt wird, welche die Ausgangsfaser für den Lichtstrahl sein soll.
Nach dem Wegreflektiertwerden von seinem betreffenden Mikrospiegel und vor dem Erreichen seiner jeweiligen Ausgangsfaser tritt jeder Lichtstrahl durch die Linse 613 und dann die Linse 119, welche gemeinsam ein Abbil dungssystem bilden. Das Abbildungssystem ist angeordnet, um zu bewirken, dass ein Bild der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815 und/oder der Kollimatoren an dem Ausgangs-Mikrolinsen-Array 123 und/oder den Kollimatoren 123 gebildet wird oder umgekehrt, auf Grund des umkehrbaren Wesens der Optik, wodurch die Entfernung zwischen der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815 und dem Mikrolinsen-Array und/oder den Kollimatoren 123, entlang welcher sich die Lichtstrahlen bei im Stand der Technik bekannten Anordnungen effektiv bewegt hatten, erfolgreich beseitigt wird. Somit erhält vorteilhafterweise keiner der Lichtstrahlen, auch wenn er sich nicht in der gewünschten Richtung parallel zu der Linie bewegt, die durch den Mittelpunkt seiner Mikrolinse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, die Gelegenheit, sich von seinem gewünschten Ziel wegzubewegen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 805 zwischen der Linse 613 und der Linse 119 eingesetzt, so dass der Spiegel 835 der Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 805 am Brennpunkt der Linse 613 angeordnet ist. Durch Anordnen des Spiegels 835 der Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 835 am Brennpunkt des Abbildungssystems tritt das gesamte Licht, welches in das Abbildungssystem eintritt, durch den Brennpunkt und wird somit durch den Spiegel 835 der Eingangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 805 reflektiert.
Wie zuvor in Verbindung mit der Linse des Eingangsabbildungssystems angegeben wurde, dient dies, auch wenn dargestellt ist, dass sich das Abbildungssystem aus zwei Linsen zusammensetzt, lediglich pädagogischen Zwecken und Zwecken der Übersichtlichkeit. Einschlägig versierte Fachleute werden ohne weiteres erkennen, dass jedwedes Abbildungssystem, z. B. ein System, das sich einer oder mehrerer Linsen bedient, verwendet werden kann. Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein telezentrisches System als Abbildungssystem verwendet.
Festzuhalten ist, dass das Abbildungssystem verglichen mit dem Original auch die Größe des Bildes ändern kann.
Dies würde ermöglichen, dass die Mikrospiegel der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815 eine andere Größe und/oder Beabstandung als jene des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren 123 aufweisen. Es würde auch die Verwendung eines Faserbündels ohne ein Mikrolinsen-Array und/oder Kollimatoren ermöglichen, wenn der Füllfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der Punktgröße und dem Abstand zwischen den Punkten, zwischen dem Faserbündel und den Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Ferner ist es möglich, optische Splitter, z. B. zwischen den Linsen 613 und 119, zu verwenden, um mehrere Signalpfade durch das System zu schaffen, z. B. um eine Sammelsende-, eine Rundsende-, eine Überwachungs-, eine Schutz- und eine Wiederherstellungsfunktion zu implementieren. Vorteilhafterweise wird eine hohe Flexibilität im Systemdesign erzielt.
Jeder Lichtstrahl, der von der Linse 119 weggeht, tritt durch eine jeweilige Mikrolinse des Mikrolinsen-Array 123. Die Funktion jeder Mikrolinse ist, den Lichtstrahl, der seiner jeweiligen zugeordneten Eingangsfaser zugeführt wird, zu kollimieren. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann an Stelle des Verwendens eines gesonderten Mikrolinsen-Array eine Linse auf jede Ausgangsfaser des Faserbündels 125 integriert werden und somit einen Kollimator bilden.
Das Licht von jeder Mikrolinse des Mikrolinsen-Array 123 tritt dann in das jeweilige Ausgangsfaserbündel ein, welches der Mikrolinse zugeordnet ist.
Festzuhalten ist, dass dort, wo der Spiegel einer MEMS- Vorrichtung mit einem Spiegel angeordnet ist, keine Mikrospiegel zum Schalten verwendet werden können.
Ferner ist festzuhalten, dass, wenngleich der Spiegel als in dem "Mittelpunkt" der MEMS-Vorrichtungen angeordnet dargestellt und beschrieben ist, er nicht in dem Mittelpunkt sein muss. Einschlägig versierte Fachleute werden in der Lage sein, den Spiegel an anderen Orten anzuordnen und zusätzliche betriebsfähige Ausführungsformen zu entwickeln. Jedwede Änderungen der Linsenanordnungen oder Winkel der Komponenten, um die anderen Orte der Löcher zu kompensieren, können von einschlägig versierten Fachleuten ohne weiteres entwickelt werden.
Bei dem Vorhergesagten dienen Bezeichnungen der Eingangs- und Ausgangsfaserbündel, MEMS-Vorrichtungen und dergleichen primär pädagogischen Zwecken, da jedes querverbundene Faserpaar in Wirklichkeit dazwischen eine bidirektionale Verbindung aufweisen kann. Allerdings kann eine Eingangsfaser kein auszugebendes Licht von irgendeiner anderen Ausgangsfaser als jener, zu welcher das Licht der Eingangsfaser als Ausgang hingelenkt wird, empfangen.
9 zeigt eine zusammenlegbare Ausführungsform der in 8 dargestellten gänzlich optischen Schaltanordnung. In 9 dargestellt sind a) ein Faserbündel 901, b) ein Mikrolinsen-Array 903, c) eine MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905, d) eine Linse 907 und e) ein gekrümmter Spiegel 913. Anders als bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen enthält das Faserbündel 901 sowohl Eingangsfasern, welche Licht zuführen, als auch Ausgangsfasern, welche Licht empfangen, so dass das Faserbündel 901 sowohl als Eingangs- als auch als Ausgangs-Ports dient. Allerdings dienen derartige Bezeichnungen der Eingangs- und Ausgangsfasern primär pädagogischen Zwecken, da jedes querverbundene Faserpaar in Wirklichkeit dazwischen eine bidirektionale Verbindung aufweisen kann. Jedwede spezifische Faser, welche der Benutzer als Eingangsfaser bestimmt, kann mit jedweder anderen Faser, welche der Benutzer als Ausgangsfaser zu bestimmen gedenkt, gepaart werden.
Licht, das von den Eingangsfasern des Faserbündels 901 zugeführt wird, tritt durch eine jeweilige zugeordnete Mikrolinse des ersten Mikrolinsen-Array 903. Die Funktion jeder Mikrolinse ist, den Lichtstrahl, der von seiner jeweiligen zugeordneten Eingangsfaser zugeführt wird, zu kollimieren. Bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann, anstatt ein gesondertes Mikrolinsen-Array zu verwenden, eine Linse mit jeder Faser des Faserbündels 901 in einer Anordnung, welche einen Kollimator bildet, integriert sein, so dass das Licht als paralleler Strahl austritt.
Gemäß den Grundgedanken der Erfindung fallen die Lichtstrahlen, welche von dem Mikrolinsen-Array 903 weggehen, jeweils auf das Abbildungssystem, welches sich aus der Linse 907, dem Spiegel 935 der MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905 und dem gekrümmten Spiegel 913 zusammensetzt. Das Licht tritt bei Linse 907 ein und tritt bei dem gekrümmten Spiegel 913 aus, nachdem es an dem Spiegel 935, welcher im wesentlichen am Brennpunkt der Linse 907 angeordnet ist, umgelenkt wurde. Der Spiegel 935 ist auch im Wesentlichen am Brennpunkt des gekrümmten Spiegels 935 angeordnet. Das Abbildungssystem ist angeordnet, um zu bewirken, dass ein Bild des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren an der MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905 gebildet wird oder umgekehrt, auf Grund des umkehrbaren Wesens der Optik, wodurch die Entfernung zwischen dem Mikrolinsen-Array und/oder den Kollimatoren 903 und der MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905, entlang welcher sich die Lichtstrahlen bei im Stand der Technik bekannten Anordnungen effektiv bewegt hatten, erfolgreich beseitigt wird.
Somit wird vorteilhafterweise keinem Lichtstrahl, auch wenn er sich nicht in die gewünschte Richtung parallel zu der Linie bewegt, die durch den Mittelpunkt seiner Mikrolinse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, die Gelegenheit geboten, sich von seinem gewünschten Ziel wegzubewegen.
Die MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905 weist dieselbe Struktur wie die MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 815, welche in 10 dargestellt ist, auf.
Durch Anordnen des Spiegels der MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905 am Brennpunkt der Linse 907 tritt das gesamte Licht, welches in das Abbildungssystem eintritt, durch den Brennpunkt und wird somit durch den Spiegel 935 der MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905 reflektiert. Licht, das aus dem Abbildungssystem austritt, bewegt sich weiter zu der MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird ein telezentrisches System, welches auch als 4-f-System bekannt ist, als Abbildungssystem verwendet. Durch Verwendung eines telezentrischen Systems, wobei derartige Systeme im Stand der Technik bestens bekannt sind, wird der Winkel jedes Strahls, wenn er aus jeder der Mikrolinsen 903 austritt, reproduziert, wenn dieses Licht die MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905 erreicht. Allerdings wird vorteilhafterweise dieser Winkel direkt an der Ebene der MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905 reproduziert. Infolgedessen weisen die Lichtstrahlen nicht die Fähigkeit auf, sich entlang der Linie jenes Winkels zu bewegen, und es wird ihnen somit keine Gelegenheit geboten, den Mikrospiegel, der sie reflektieren soll, zu verfehlen.
Festzuhalten ist, dass, da das telezentrische System eventuell invertierend ist, die jeweiligen entsprechenden Mikrospiegel der MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905 eventuell nicht an genau demselben Ort, z. B. auf einer direkten Linie vom Eingangsfaserbündel 901, sind, wo diese gewesen wären, wäre das Abbildungssystem nicht verwendet worden. Festzuhalten ist, dass das Abbildungssystem eventuell verglichen mit dem Original auch die Größe des Bildes ändert. Dies würde ermöglichen, dass die Mikrospiegel der MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905 eine andere Größe und/oder Beabstandung als jene des Mikrolinsen-Array und/oder der Kollimatoren 903 aufweisen. Es würde auch die Verwendung eines Faserbündels ohne ein Mikrolinsen-Array und/oder Kollimatoren ermöglichen, wenn der Füllfaktor, d. h. das Verhältnis zwischen der Punktgröße und dem Abstand zwischen den Punkten, zwischen dem Faserbündel und den Mikrospiegeln der MEMS-Vorrichtung im Wesentlichen aufrechterhalten wird. Ferner ist es möglich, optische Splitter, z. B. zwischen der Linse 907 und dem gekrümmten Spiegel 913, zu verwenden, um mehrere Signalpfade durch das System zu schaffen, z. B. um eine Sammelsende-, eine Rundsende-, eine Überwachungs-, eine Schutz- und eine Wiederherstellungsfunktion zu implementieren.
Vorteilhafterweise wird eine große Flexibilität im Systemdesign erzielt.
Jeder Mikrospiegel der MEMS-Vorrichtung 905 ist eingestellt, um den Lichtstrahl, der auf sie auftrifft, in einem jeweiligen vorgegebenen Winkel zu reflektieren.
Jeder betreffende vorgegebene Winkel wird derart gewählt, dass der Strahl zu einem vorgegebenen Mikrospiegel an MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905 hingelenkt wird, welcher der betreffenden Ausgangsfaser des Faserbündels 901 entspricht, zu welcher das Licht als Ausgang hingelenkt wird, nachdem das Licht durch den gekrümmten Spiegel 913 reflektiert wird, der ebenfalls die Funktion einer Feldlinse erfüllt. Die Feldlinsenfunktion verschiebt den Winkel, in dem das Licht auf jeden Mikrospiegel auftrifft, in eine Position, zu welcher das Licht hingelenkt wird. Dies ermöglicht, alle Eingangsmikrospiegel zu homogenisieren, insofern als alle Mikrospiegel, welche dieselbe Neigung aufweisen, ihr Licht zu derselben Position hinlenken werden.
Ferner refokussiert die Feldlinse jeden der Strahlen, die durch sie hindurchtreten, und reduziert somit Verluste. Jedweder Fehler, der sich daraus ergibt, dass sich das Licht, welches in das Abbildungssystem eingetreten ist, entlang einer Richtung fortbewegt, die nicht parallel zu der Linie ist, welche durch den Mittelpunkt seiner Linse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, wird durch das Training des gänzlich optischen Systems kompensiert, solange der Abweichungswinkel des Lichts von der Parallelen verglichen mit dem maximalen Winkel, in welchem der Spiegel geneigt sein kann, klein ist.
Die Lichtstrahlen, welche sich von dem gekrümmten Spiegel 913 zurückbewegen, fallen jeweils auf einen jeweiligen Mikrospiegel der MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905, welcher ein Ausgangsmikrospiegel ist, insofern als er verwendet wird, um das Licht zu einer bestimmten Faser des Faserbündels 101 hinzulenken, über welche das Licht als ein Ausgang zugeführt wird. Jeder Ausgangsmikrospiegel der MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905 ist eingestellt, um den Lichtstrahl zu reflektieren, der darauf in einem jeweiligen vorgebenen Winkel auftrifft, der derart gewählt wird, dass jeder Lichtstrahl zu seiner jeweiligen Ausgangsfaser des Faserbündels 901 hingelenkt wird.
Nach dem Wegreflektiertwerden von seinem betreffenden Ausgangsmikrospiegel und vor dem Erreichen seiner jeweiligen Ausgangsfaser tritt jeder Lichtstrahl durch das Abbildungssystem, das durch den gekrümmten Spiegel 913, den Spiegel 935 und die Linse 907 gebildet wird.
Dieses Abbildungssystem ist dasselbe Abbildungssystem, durch welche anfangs die Eingangslichtstrahlen durchgetreten sind. Wie zuvor erläutert wurde, ist das Abbil dungssystem angeordnet, um zu bewirken, dass ein Bild der MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905 an dem Mikrolinsen-Array 903 und/oder den Kollimatoren 903 gebildet wird oder umgekehrt, auf Grund des umkehrbaren Wesens der Optik, wodurch die Entfernung zwischen der Ausgangs-MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel 905 und dem Mikrolinsen-Array und/oder den Kollimatoren 903, entlang welcher sich die Lichtstrahlen bei im Stand der Technik bekannten Anordnungen effektiv bewegt hatten, erfolgreich beseitigt wird. Somit erhält vorteilhafterweise keiner der Lichtstrahlen, auch wenn er sich nicht in der gewünschten Richtung parallel zu der Linie bewegt, die durch den Mittelpunkt seiner Mikrolinse oder seines Kollimators und seinen zugeordneten Mikrospiegel gebildet wird, die Gelegenheit, sich von seinem gewünschten Ziel wegzubewegen.
Jeder Ausgangslichtstrahl, der von der Linse 907 weggeht, tritt durch eine jeweilige Mikrolinse des Mikrolinsen-Array 903. Das Licht von jeder Mikrolinse des Mikrolinsen-Array 903 tritt dann in die jeweilige Ausgangsfaser des Faserbündels 901 ein, welche der Mikrolinse zugeordnet ist.
Festzuhalten ist, dass dort, wo der Spiegel einer MEMS-Vorrichtung mit einem Spiegel angeordnet ist, keine Mikrospiegel zum Schalten verwendet werden können.
Ferner ist festzuhalten, dass, wenngleich der Spiegel als in dem "Mittelpunkt" der MEMS-Vorrichtungen angeordnet dargestellt und beschrieben ist, er nicht in dem Mittelpunkt sein muss. Einschlägig versierte Fachleute werden in der Lage sein, den Spiegel an anderen Orten anzuordnen und zusätzliche betriebsfähige Ausführungsformen zu entwickeln. Jedwede Änderungen der Linsenanordnungen oder Winkel der Komponenten, um die anderen Orte der Löcher zu kompensieren, können von einschlägig versierten Fachleuten ohne weiteres entwickelt werden.
Wie festgehalten wurde, ist die Ausführungsform aus 9 eine zusammenlegbare Version der Erfindung.
Einschlägig versierte Fachleute werden ohne weiteres in der Lage sein, zusammenlegbare Versionen anderer Ausführungsformen der Erfindung zu entwickeln.
Festzuhalten ist, dass an Stelle von optischen Fasern, die die Lichtstrahlen als Eingänge zuführen, diese durch eine optische Quelle, z. B. einen Laser oder eine Leuchtdiode, planare Wellenleiter oder dergleichen, zugeführt werden können. Gleicherweise könnten an Stelle von optischen Fasern, welche die Lichtstrahlen als Ausgänge empfangen, die Lichtstrahlen durch andere Empfänger, beispielsweise Fotodetektoren, planare Wellenleiter oder dergleichen, empfangen werden.

Claims

Optischer Schalter, umfassend: eine erste mikroelektromechanische System-Vorrichtung (MEMS-Vorrichtung) [105, 115, 605, 615], die eine erste Anzahl von Mikrospiegeln umfasst, und ein erstes Abbildungssystem [107, 109, 117, 119, 613, 907, 913]; wobei der optische Schalter DADURCH GEKENNZEICHNET IST, dass: das erste Abbildungssystem an einem Ende davon an die erste MEMS-Vorrichtung optisch angekoppelt ist, um an dem Ende des ersten Abbildungssystems, welches jenem Ende des ersten Abbildungssystems, an dem die erste MEMS-Vorrichtung angekoppelt ist, entgegengesetzt ist, ein Bild der ersten MEMS-Vorrichtung zu erzeugen; wobei das Bild der ersten MEMS-Vorrichtung näher bei mindestens einem Element aus der Menge, welche Eingänge zu dem optischen Schalter und Ausgänge des optischen Schalters [101, 103, 123, 125] umfasst, als bei der ersten MEMS-Vorrichtung ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, wobei das Bild an mindestens einem Punkt eine Ebene kreuzt, die durch das mindestens eine Element aus der Menge, welche Eingänge zu dem optischen Schalter und Ausgänge des optischen Schalters umfasst, gebildet wird.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, wobei ein optisches Element des ersten Abbildungssystems, welches kleiner als die Gesamtheit des ersten Abbildungssystems ist, ebenfalls als Feldlinse für den optischen Schalter dient.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Feldlinse [113, 613], durch welche Licht, das von der ersten MEMS-Vorrichtung reflek tiert wird, hindurchtritt.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen gekrümmten Spiegel [913], der angeordnet ist, um die Funktion einer Feldlinse auszuführen, und der Licht auf einem optischen Weg reflektiert, welches von der ersten MEMS-Vorrichtung reflektiert worden war.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, 2, 4, 5 oder 6, wobei die erste MEMS-Vorrichtung eine MEMS-Vorrichtung mit einem während des Betriebs fixierten Spiegel [935] ist, wobei der während des Betriebs fixierte Spiegel im Wesentlichen an einem Brennpunkt des ersten Abbildungssystems angeordnet ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, wobei die erste MEMS-Vorrichtung einen Bereich aufweist, der gegenüber Licht von zumindest einigen Wellenlängen, welche durch den optischen Schalter geschaltet werden, durchlässig ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 7, wobei der lichtdurchlässige Bereich im Wesentlichen an einem Brennpunkt des ersten Abbildungssystems angeordnet ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, wobei Licht, welches durch das erste Abbildungssystem hindurchtritt, durch einen lichtdurchlässigen Bereich eines Spiegels [425, 427] hindurchtritt, wobei der lichtdurchlässige Bereich gegenüber mindestens einigen Wellenlängen durchlässig ist, welche durch den optischen Schalter geschaltet werden, und innerhalb des optischen Weges des ersten Abbildungssystems liegt, während der Rest des Spiegels nicht innerhalb des optischen Weges des Abbildungssystems liegt.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, wobei das erste Abbildungssystem ein telezentrisches Abbildungssystem ist.
Optischer Schalter nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine zweite mikroelektromechanische System-Vorrichtung (MEMS-Vorrichtung) [105, 115, 605, 615], die eine zweite Anzahl von Mikrospiegeln umfasst; und ein zweites Abbildungssystem [107, 109, 117, 119, 613, 907, 913], welches an einem Ende davon optisch an das zweite MEMS angekoppelt ist, um an dem Ende des zweiten Abbildungssystems, welches jenem Ende des zweiten Abbildungssystems, an dem die zweite MEMS-Vorrichtung angekoppelt ist, entgegengesetzt ist, ein Bild der zweiten MEMS-Vorrichtung zu erzeugen; wobei das Bild der ersten MEMS-Vorrichtung näher bei einem Element aus der Menge als bei der ersten MEMS-Vorrichtung ist und das Bild der zweiten MEMS-Vorrichtung näher bei dem anderen Element aus der Menge als bei der zweiten MEMS-Vorrichtung ist; und wobei Licht, das durch mindestens einen der Mikrospiegel der ersten MEMS-Vorrichtung reflektiert wird, durch mindestens einen der Mikrospiegel der zweiten MEMS-Vorrichtung reflektiert wird.
Optischer Schalter nach Anspruch 11, wobei sich das erste Abbildungssystem und das zweite Abbildungssystem mindestens eine Linse teilen.
Verfahren zur Verwendung in einem gänzlich optischen Schalter, GEKENNZEICHNET durch den Schritt des Abbildens einer ersten mikroelektromechanischen System-Vorrichtung (MEMS-Vorrichtung), die eine erste Anzahl von Mikrospiegeln umfasst, um ein Bild der ersten MEMS-Vorrichtung zu erzeugen, welches näher bei mindestens einem aus der Menge, umfassend Eingänge zu dem optischen Schalter und Ausgänge des optischen Schalters, als bei der ersten MEMS-Vorrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend den Schritt des Hindurchführens von Lichtstrahlen, welche das Bild erzeugen, durch einen lichtdurchlässigen Bereich, der innerhalb eines Spiegels enthalten ist, im Wesentlichen wenn die Lichtstrahlen einander im Wesentlichen an einem Brennpunkt treffen.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend den Schritt des Reflektierens von Lichtstrahlen, welche das Bild erzeugen, von einem Spiegel an der MEMS-Vorrichtung weg, der eine feste Neigung aufweist, im Wesentlichen wenn die Lichtstrahlen einander im Wesentlichen an einem Brennpunkt treffen.