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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft Systeme zum Charakterisieren optischer Komponenten
und insbesondere Systeme zum Charakterisieren optischer Komponenten
unter Verwendung interferometerbasierter Analyse optischer Netzwerke.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Das
Charakterisieren zweier Ports einer optischen Komponente beinhaltet
das Eingeben eines optischen Signals in einen der Ports und das
Messen der optischen Antwortsignale, welche die beiden Ports der
optischen Komponente verlassen. Bei einer Anordnung mit zwei Ports
resultiert ein optisches Antwortsignal aus der Reflexion von der
optischen Komponente und das andere optische Antwortsignal resultiert
aus der Transmission durch die optische Komponente. 1 zeigt
ein einfaches Blockdiagramm eines Testsystems 100 zum Charakterisieren einer
optischen Komponente 102 mit zwei Ports, in dem die optische
Komponente allgemein als die zu testende Komponente oder als zu
testende Einrichtung (DUT; DUT = device under test) bezeichnet wird. Das
Testsystem enthält
eine Quelle 104 für
optische Signale, einen Koppler 106 und zwei Analysatoren 108 und 110 für optische
Komponenten (OCAs; OCA = optical component analyzer). Die Quelle
für optische
Signale ist optisch mit einem Port (d. h. dem Eingangsport) 112 der
optischen Komponente verbunden, so daß ein Eingangssignal an die
optische Komponente angelegt werden kann. Einer der OCAs ist über den
Koppler optisch mit dem Eingangsport der optischen Komponente verbunden.
Der Koppler erlaubt dem OCA 108, das optische Antwortsignal
zu empfangen, das aus der Reflexion des Eingangssignals von der
optischen Komponente resultiert. Der andere OCA 110 ist
optisch mit dem Ausgangsport 114 der optischen Komponente
verbunden, um das optische Antwortsignal zu empfangen, das aus der Transmission
des Eingangssignals durch die optische Komponente resultiert. Da
das Testsystem zwei OCAs enthält,
können
beide Ports der optischen Komponente gleichzeitig charakterisiert
werden.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Testsystem liefert die Quelle für optische
Signale ein optisches Eingangssignal (auch als Impuls bezeichnet) zu
der optischen Komponente, und die optischen Antwortsignale, die
aus dem optischen Eingangssignal resultieren, werden direkt von
den OCAs gemessen. Das heißt,
die optischen Antwortsignale werden mit keinen anderen optischen
Signalen kombiniert oder gemischt, bevor sie von den OCAs erfaßt werden.
Obwohl dieses Direktmessungsverfahren zum Charakterisieren einer
optischen Komponente gut geeignet ist, um skalare Größen wie
Bandbreite, Einfügungsverlust
und Verstärkung
oder Verlust der zu testenden Komponente zu messen, sind die Auflösung und
der Bandbreitenbereich, die durch eine direkte Messung der optischen
Antwortsignale erzielt werden, begrenzt. Außerdem kann das Direktmessungsverfahren
nicht verwendet werden, um die Dispersionseigenschaften der zu testenden
Komponente zu charakterisieren. In diesem Fall erfordert die Messung
der Dispersionseigenschaften der zu testenden Komponente die zusätzliche
Verwendung einer Spezialausrüstung.
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Eine
weitere Vorrichtung zum Analysieren eines optischen Multiport-Netzwerks
ist in dem US-Patent 6,023,358 offenbart und enthält eine
optische Schnittstelleneinrichtung zum Anlegen eines Lichtsignals
an den Port einer zu testenden Einrichtung und zum Analysieren der
Signale, die aus jedem der Ports an der Einrichtung austreten.
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Der
Wunsch, mehr und daher schmalere Kanäle in eine einzige Lichtleitfaser
zu multiplexen, um eine kostengünstige
Datenübertragung
mit sehr hohen Datenraten zu erzielen, hat den Bedarf an höherauflösenden Analysetechniken
für optische
Netzwerke erhöht,
die in der Lage sind, die Dispersionseigenschaften einer optischen
Komponente effizient zu charakterisieren. Ein hochauflösendes Analyseverfahren
für optische
Spektren, als interferometerbasierte Analyse optischer Spektren
bekannt, beinhaltet das Kombinieren zweier optischer Signale und das
Messen des Interferenzsignals, das aus der Kombination der beiden
Signale resultiert. Testsysteme, die eine interferometrische Analyse
optischer Spektren verwenden, um eine optische Komponente zu charakterisieren,
sind bekannt. Diese Testsysteme erlauben jedoch nur die Charakterisierung
jeweils eines Ports einer zu testenden Komponente und können nicht
die Dispersionseigenschaften der zu testenden Komponente charakterisieren.
Bekannte Testsysteme können
beispielsweise entweder die Reflexion an dem Eingangsport einer
zu testenden Komponente oder die Transmission an dem Ausgangsport
der zu testenden Komponente charakterisieren. Um den anderen Port
der zu testenden Komponente zu charakterisieren, muß die optische
Komponente von dem Testsystem entfernt, neu ausgerichtet und dann
wieder mit dem Testsystem verbunden werden. Obwohl alle Ports einer
optischen Komponente durch Einstellen der Ausrichtung der optischen
Komponente der Reihe nach getestet werden können, ist es erwünscht, in
der Lage zu sein, zumindest zwei Ports einer optischen Komponente
unter Verwendung interferometerbasierter Analyse optischer Spektren
gleichzeitig zu charakterisieren, ohne die Ausrichtung der zu testenden
Komponente einstellen zu müssen.
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Im
Hinblick auf die Einschränkungen,
die mit bekannten Systemen zum Charakterisieren optischer Komponenten
verbunden sind, besteht ein Bedarf an einem System zum Charakterisieren
einer optischen Komponente, das bei Reflexion und Transmission eine
gleichzeitige interferometrische Analyse einer zu testenden Komponente
erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Teststruktur gemäß Anspruch 1 gelöst.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
Teststruktur, welche die gleichzeitige Charakterisierung einer optischen
Komponente mit zwei Ports unterstützt, verbindet eine optische
Lokaloszillatorquelle bzw. Überlagerungsoszillatorquelle, Empfänger und
einen Signalprozessor optisch mit der optischen Komponente, die
getestet werden soll, auch als zu testende Komponente oder DUT bezeichnet.
Die Teststruktur enthält
einen Eingangsport zum Empfangen eines Eingangssignals von der optischen
Lokaloszillatorquelle, zwei Testports zum Verbinden der Teststruktur
mit einer zu testenden Komponente, getrennte optische Pfade zum
Empfangen reflektierter und transmittierter optischer Antwortsignale
von der zu testenden Komponente und optische Komponenten zum Kombinieren
eines ersten Teils des Eingangssignals mit dem reflektierten optischen Antwortsignal
und zum Kombinieren eines zweiten Teils des Eingangssignals mit
dem transmittierten optischen Antwortsignal. Die Lokaloszillatorquelle
liefert das Eingangssignal zu der zu testenden Komponente, die Empfänger wandeln
die kombinierten optischen Signale in elektrische Signale um und
der Signalprozessor verarbeitet die elektrischen Signale, um Ausgangssignale
zu erzeugen, die eine optische Charakteristik der zu testenden Komponente
angeben. Da die optischen Antwortsignale mit Teilen des Eingangssignals
kombiniert werden, bevor sie in elektrische Signale umgewandelt
werden, kann eine interferometerbasierte Analyse optischer Netzwerke (auch
als Swept-Homodyn-Analyse bekannt) verwendet werden, um eine hochauflösende optische Charakterisierung
der zu testenden Komponente zu erhalten. Das Swept-Homodyn-Verfahren
erlaubt die Charakterisierung von sowohl Verlust- als auch Dispersionseigenschaften
in dem relevanten Wellenlängenbereich
der zu testenden Komponente.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
der Teststruktur werden durch Lichtleitfasern verbundene Optokoppler
verwendet, um das Eingangssignal und die optischen Antwortsignale
zu verbinden, und bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Teststruktur sind
die Optokoppler und die optischen Pfade in ein einziges Substrat
integriert.
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Zusätzlich kann
ein Schalter zwischen dem Eingangsport und den zwei Testports vorgesehen sein,
um zu ermöglichen,
daß die
zu testende Komponente in zwei Richtungen getestet wird, ohne daß die Ausrichtung
der zu testenden Komponente relativ zu der Teststruktur umgekehrt
werden muß.
Bei einem Ausführungsbeispiel,
bei dem die Optokoppler durch Lichtleitfasern verbunden sind, ist
ein 1×2-Schalter
in die Teststruktur integriert. Bei einer Teststruktur mit einem
einzigen Substrat ist der Schalter extern mit Zwischenschalterports
verbunden.
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Andere
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der
folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beiliegenden
Zeichnungen deutlich, welche die Prinzipien der Erfindung exemplarisch
veranschaulichen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein grundlegendes Blockdiagramm eines Testsystems zum Charakterisieren
einer optischen Komponente mit zwei Ports unter Verwendung direkter
Erfassung der reflektierten und transmittierten optischen Antwortsignale
nach dem Stand der Technik.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Teststruktur, welche die gleichzeitige Charakterisierung einer
optischen Komponente mit zwei Ports unter Verwendung interferometerbasierter
Analyse optischer Netzwerke gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung unterstützt.
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3 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Teststruktur ähnlich
der Teststruktur von 2, die Überwachungsports, integrierte
Empfänger
und einen Schalter gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung enthält.
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4 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Teststruktur, die der Teststruktur von 3 ähnlich ist,
abgesehen davon, daß viele
der optischen Komponenten der Teststruktur in einem einzigen Substrat gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der Erfindung integriert sind.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Teststruktur 200, welche die gleichzeitige Charakterisierung
einer optischen Komponente mit zwei Ports unter Verwendung interferometerbasierter
Analyse optischer Netzwerke unterstützt. Die Teststruktur enthält einen
Eingangsport 220, erste und zweite Testports 222 und 224,
erste und zweite Empfangerports 237 und 239 und
mehrere Koppler 226, 228, 232 und 234.
Die Teststruktur verbindet eine Lokaloszillatorquelle 246,
zwei Empfänger 238 und 240 und
einen Signalprozessor 248 mit der optischen Komponente 202,
die getestet werden soll, auch als zu testende Komponente oder DUT
bezeichnet. Die Lokaloszillatorquelle liefert ein Eingangssignal 250 zu
der zu testenden Komponente, die Empfänger wandeln optische Antwortsignale
in elektrische Signale um und der Signalprozessor verarbeitet die
elektrischen Signale. Bei dem Ausführungsbeispiel von 2 sind die
Komponenten der Teststruktur in einem Gehäuse, wie beispielsweise einem
Metall- oder Kunststoffgehäuse, enthalten,
obwohl sie in einem integrierten Wellenleiter eingegliedert sein
könnten,
wie es nachstehend beschrieben ist. Die Teststruktur ist durch optische
Verbindungen, wie beispielsweise Lichtleitfasern, mit der Lokaloszillatorquelle,
den Empfängern
und der zu testenden Komponente verbunden.
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Die
Lokaloszillatorquelle 246 erzeugt das Eingangssignal 250 (auch
als Lokaloszillatorsignal bezeichnet), das an dem Eingangsport 220 in
die Teststruktur eingegeben wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Lokaloszillatorquelle
ein hochkohärenter
abstimmbarer Laser, der über
einen Wellenlängenbereich
von einem Nanometer oder größer abstimmbar
ist. Um die Leistung einer optischen Komponente über einen bestimmten Bereich
von Frequenzen oder Wellenlängen
zu charakterisieren, erzeugt die Lokaloszillatorquelle ein Eingangssignal, das
den bestimmten Bereich von Frequenzen oder Wellenlängen überstreicht.
Bei einem Ausführungsbeispiel
beträgt
die Geschwindigkeit des Überstreichens
des Eingangssignals bei 1550 Nanometern etwa 40 nm/s oder 6,15 MHz/μs und der überstrichene
Bereich etwa 100 nm, die Geschwindigkeit des Überstreichens und der überstrichene
Bereich können
jedoch auch höher
und niedriger bzw. größer und kleiner
sein.
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Der
Eingangsport 220 der Teststruktur 200 ist optisch
verbunden, um das Eingangssignal 250 von der Lokaloszillatorquelle 246 zu
empfangen. Der Eingangsport ist innerhalb der Teststruktur durch
einen optischen Pfad 270 optisch mit einem Koppler 226 (im
folgenden als Eingangskoppler bezeichnet) verbunden, der das Eingangssignal
in drei Teile aufsplittet. In der gesamten Beschreibung enthält eine optische
Verbindung oder ein optischer Pfad irgendeine Struktur (d. h. Lichtleitfasern
oder planare Wellenleiter) oder Technik, die verwendet wird, um ein
optisches Signal zwischen zwei Punkten zu liefern. Bei dem Ausführungsbeispiel
von 2 ist der Eingangskoppler ein 1×3-Koppler,
der das Eingangssignal in drei Teile aufsplittet, von denen ein
Teil zu der zu testenden Komponente 202 geliefert wird,
ein anderer Teil zu dem Empfänger 238 (im
folgenden als Empfänger
A bezeichnet) geliefert wird und ein anderer Teil zu dem Empfänger 240 (im
folgenden als Empfänger
B bezeichnet) geliefert wird.
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Dem
Teil des Eingangssignals folgend, der zu der zu testenden Komponente 202 geliefert
wird, ist der Eingangskoppler 226 durch einen optischen Pfad 272 optisch
mit einem 2×1-Koppler verbunden, der
im folgenden als Testkoppler A 228 bezeichnet wird. Der
Testkoppler A ist durch einen optischen Pfad 278 mit einem
Testport A 222 und durch einen optischen Pfad 280 mit
einem 2×1-Koppler 232 optisch
verbunden, der mit dem Empfänger
A verbunden ist (im folgenden als Empfängerkoppler A bezeichnet).
Der Testkoppler A und die optischen Pfade 272 und 278 verbinden
den Eingangskoppler 226 optisch mit dem Testport A, so
daß das
Eingangssignal zu einem Komponentenport A 212 der zu testenden Komponente
geliefert werden kann. Der Testkoppler A verbindet zudem den Testport
A optisch mit dem Empfängerkoppler
A, so daß ein
reflektiertes optisches Antwortsignal zu dem Empfängerkoppler
A und schließlich
zu dem Empfänger
A 238 geliefert wird.
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Wenn
das Eingangssignal 250 zu dem Komponentenport A 212 der
zu testenden Komponente 202 geliefert wird, wird ein reflektiertes
optisches Antwortsignal zu dem Empfängerkoppler A 232 geführt und
wird ein transmittiertes optisches Antwortsignal zu einem Empfängerkoppler
B 234 geführt.
Das reflektierte optische Antwortsignal erreicht den Empfängerkoppler
A 232 über
einen optischen Pfad 264, den Testport A 222,
den optischen Pfad 278, den Testkoppler A 228 und
den optischen Pfad 280. Das transmittierte optische Antwortsignal
erreicht den Empfängerkoppler
B 234 über
einen optischen Pfad 266, den Testport B 224 und
einen optischen Pfad 284. An den Empfängerkopplern werden die optischen
Antwortsignale mit den Teilen des Eingangssignals kombiniert, die
an dem Eingangskoppler 226 von dem eingehenden Eingangssignal
abgesplittet und über
optische Pfade 243 bzw. 245 geliefert wurden.
Die Empfängerkoppler
kombinieren die jeweiligen Teile des Eingangssignals und das optische
Antwortsignal und liefern die kombinierten optischen Signale über optische
Pfade 286 bzw. 288 und Empfängerports 237 bzw. 239 zu
dem jeweiligen Empfänger.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 2 sind die optischen Koppler 226, 228, 232 und 234 optisch gerichtete
3dB-Faserkoppler, obwohl andere Optokoppler verwendet werden können. Wie
es hierin beschrieben ist, können
die Koppler Aufsplittfunktionen, Koppelfunktionen oder Aufsplitt-
und Koppelfunktionen erfüllen.
Bei einem Ausführungsbeispiel
sind die Optokoppler im wesentlichen unabhängig von der Wellenlänge und
der Polarisation des Eingangssignals. Bei einem Ausführungsbeispiel
sind die Optokoppler Einmodenkoppler.
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Die
Testports A 222 und B 224 ermöglichen, daß die zu testende Komponente 202 optisch
mit der Teststruktur 200 verbunden ist. Die Testports können Faserpasshülsenverbinder
oder Faserverbinder sein. Bei dem Ausführungsbeispiel von 2 sind
die Testports durch die Lichtleitfasern 264 und 266 optisch
mit der zu testenden Komponente verbunden.
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Die
Empfänger 238 und 240 sind
optisch mit den Empfängerports 237 bzw. 239 verbunden,
um die kombinierten optischen Signale von den Empfängerkopplern 232 bzw. 234 zu
empfangen. Bei einem Ausführungsbeispiel
setzen die Empfänger
eine quadratische Detektion ein, was in einem Mischen der kombinierten
Eingangssignale und der optischen Antwortsignale resultiert. Das
Mischen der kombinierten optischen Signale, die von derselben Lokaloszillatorquelle 246 stammen,
erzeugt ein Homodyn-Schwebungssignal bei einer Frequenz, die von der
Frequenz des Lokaloszillatorsignals, der Rate des Überstreichens
des Lokaloszillatorsignals und der Differenzverzögerung der beiden aufeinander treffenden
Signale an dem Empfängerkoppler
bestimmt wird. Da beide aufeinander treffende Signale an den Empfängerkopplern
von einer kohärenten Quelle
(d. h. der Lokaloszillatorquelle) stammen, hat das resultie rende
Signal ein quadratisches Phasenverhalten, das aus der sich linear
verändernden
Frequenz des Homodyn-Schwebungssignals resultiert. Die Homodyn-Schwebungssignaldaten,
die von den Empfängern
erzeugt werden, repräsentieren
sowohl Amplituden- als auch Phaseneigenschaften der zu testenden
Komponente an den entsprechenden Komponentenports. Die Homodyn-Schwebungssignaldaten
werden über
die elektrischen Verbindungen 268 zu dem Signalprozessor 248 geliefert.
Bei dem Ausführungsbeispiel
von 2 sind die Empfänger Polarisations-Diversity-Empfänger. Die
Polarisations-Diversity-Empfänger
enthalten Schaltungen zum Erzeugen von Ausgangssignalen, die unabhängig von
dem Polarisationszustand des Eingangssignals sind. Polarisations-Diversity-Empfänger sind
bekannt und ihr Betrieb wird nicht weiter beschrieben. Bei dem Ausführungsbeispiel
von 2 gibt jeder Polarisations-Diversity-Empfänger zwei
elektrische Signale aus, welche die optischen Antwortsignale darstellen.
Obwohl die Empfänger
in 2 außerhalb der
Teststruktur 200 gezeigt sind, können die Empfänger auch
in die Teststruktur integriert sein.
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Der
Signalprozessor 248 enthält einen Multifunktionsprozessor,
der elektrische Signale von den beiden Empfängern 238 und 240 empfängt und
Ausgangssignale erzeugt, welche die optischen Eigenschaften der
zu testenden Komponente 202 angeben. Bei einem Ausführungsbeispiel
gibt der Signalprozessor 248 eine Optiknetzwerkanalyse
optischer Signale aus, die von der zu testenden Komponente reflektiert
und durch die zu testende Komponente transmittiert werden. Der Signalprozessor
kann eine Analogsignale verarbeitende Schaltungsanordnung, eine
Digitalsignale verarbeitende Schaltungsanordnung, Software oder
jegliche Kombination derselben enthalten, wie es auf dem Gebiet
der Signalverarbeitung bekannt ist. Bei dem Ausführungsbeispiel von 2 empfängt der
Signalprozessor digitale Homodyn-Schwebungssignaldaten
von den Empfängern und
führt eine
digitale Verarbeitung der Daten durch. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
empfängt
der Signalprozessor analoge Homodyn-Schwebungssignaldaten von den
Empfängern
und wandelt die analogen Signale in digitale Daten um. Die digitalen
Daten werden anschließend
verarbeitet, um das Ausgangssignal zu erzeugen.
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Der
Signalprozessor 248 kann ferner mit einer Anzeige (nicht
dargestellt) verbunden sein, die verwendet werden kann, um das erzeugte
Ausgangssignal zu betrachten. Die Anzeige kann numerische Daten,
wie beispielsweise Wellenlängen-
und Frequenzablesungen, oder graphische Daten, wie beispielsweise
Wellenformen und Interferenzmuster, anzeigen.
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Bei
Betrieb wird ein Eingangssignal 250, wie beispielsweise
ein gewobbeltes bzw. einen Frequenzbereich überstreichendes Lokaloszillatorsignal,
in den Eingangsport 220 der Teststruktur 200 eingegeben.
Das Eingangssignal wird durch den Eingangskoppler 226 in
drei Teile aufgesplittet, von denen zwei Teile zu den Empfängerkopplern 232 und 234 gehen
und ein Teil zu dem Testkoppler 228 geht. Der Teil des
Eingangssignals, der in den Testkoppler ein tritt, bewegt sich dann
weiter entlang einem Pfad, der den Testkoppler, den optischen Pfad 278,
den Testport A 222 und den optischen Pfad 264 enthält, und
wird an dem Komponentenport A 212 an die zu testende Komponente
angelegt. Wenn das Eingangssignal an den Komponentenport A angelegt wird,
tritt ein reflektiertes optisches Antwortsignal aus dem Komponentenport
A aus und tritt ein transmittiertes optisches Antwortsignal aus
dem Komponentenport B aus. Die beiden optischen Antwortsignale, die
in Abhängigkeit
von dem Eingangssignal aus dem Komponentenport A und dem Komponentenport
B austreten, werden von den jeweiligen optischen Pfaden zu den entsprechenden
Empfängerkopplern 232 bzw. 234 geleitet.
Jeder Empfängerkoppler
kombiniert einen Teil des ursprünglichen
Eingangssignals mit dem jeweiligen optischen Antwortsignal und gibt das
kombinierte optische Signal an den entsprechenden Empfänger 238 bzw. 240 aus.
Bei einem Ausführungsbeispiel
werden die kombinierten optischen Signale gleichzeitig an die Empfänger 238 und 240 ausgegeben.
Die beiden Empfänger
geben gleichzeitig elektrische Signale aus, welche die optischen
Antwortsignale darstellen. Der Signalprozessor 248 verarbeitet
die elektrischen Signale, um Ausgangssignale zu erzeugen, die Transmissions-
und Reflexionseigenschaften der zu testenden Komponente darstellen.
Die Richtung des Tests kann gewechselt werden, indem die Position
der zu testenden Komponente 202 relativ zu den Testports
A und B umgekehrt wird.
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Obwohl
eine bestimmte Anordnung der Koppler und Ports beschrieben wurde,
sind andere Anordnungen der Koppler und Ports möglich. Beispielsweise kann
der Eingangskoppler 226 durch mehrere 1×2-Kopplern ersetzt werden,
um das Eingangssignal in die gewünschte
Anzahl an Teilen aufzusplitten. Zwar ist die zu testende optische
Komponente 202 bei dem Ausführungsbeispiel von 2 eine
optische Komponente mit zwei Ports, aber die Teststruktur 200 kann
zudem vergrößert werden,
um eine zu testende Komponente mit mehr als zwei Ports aufzunehmen.
Eine vergrößerte Teststruktur kann
einen Schalter mit derselben Anzahl an Ausgangsports, wie Ports
an der zu testenden Komponente vorgesehen sind, und zusätzliche
Testports, Testkoppler, Empfängerkoppler
und Empfänger
enthalten, um jedem zusätzlichen
Port der zu testenden Komponente gerecht zu werden.
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3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Teststruktur 300, die gegenüber der Teststruktur von 2 einige
zusätzliche
Merkmale enthält. Genauer
gesagt enthält
die Teststruktur drei Überwachungsports
zum Überwachen
des Eingangssignals, Empfänger,
die in die Teststruktur integriert sind, und einen 1×2-Schalter,
der ermöglicht,
daß eine
zu testende Komponente aus zwei unterschiedlichen Richtungen charakterisiert
wird, ohne die Position der zu testenden Komponente relativ zu den
Testsports der Teststruktur umzukehren. In der gesamten Beschreibung
werden ähnliche
Bezugszeichen verwendet, um ähnliche
Elemente zu bezeichnen.
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Mit
Bezug auf 3 enthält die Teststruktur einen Eingangsport 320,
erste und zweite Testports 322 und 324, mehrere
Koppler 326, 328, 330, 332 und 334,
einen Schalter 336, zwei Empfänger 338 und 340 und
zwei Polarisationssteuerungen 342 und 344. Die
Teststruktur verbindet eine Lokaloszillatorquelle 346 und
einen Signalprozessor 348 mit der optischen Komponente 302,
die getestet werden soll, auch als zu testende Komponente oder DUT
bezeichnet. Die Lokaloszillatorquelle liefert ein Eingangssignal 350 zu
der zu testenden Komponente und der Signalprozessor verarbeitet
die elektrischen Signale, die in Antwort auf die Reflexion und Transmission
des Eingangssignals von der zu testenden Komponente erzeugt werden.
Die Teststruktur enthält
zudem Überwachungsports 356, 358 und 360, die
verwendet werden können,
um Teile des Eingangssignals zu überwachen,
die nicht an die zu testende Komponente angelegt werden. Bei dem
Ausführungsbeispiel
von 3 sind die Komponenten der Teststruktur in einem
Gehäuse,
wie beispielsweise einem Metall- oder Kunststoffgehäuse, enthalten. Die
Teststruktur ist durch optische Verbindungen, wie beispielsweise
Lichtleitfasern, mit der Lokaloszillatorquelle und der zu testenden
Komponente und durch elektrische Verbindungen mit dem Signalprozessor verbunden.
Die Lokaloszillatorquelle 346 ist der Lokaloszillatorquelle 246 ähnlich,
die oben mit Bezug auf 2 beschrieben ist.
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Mit
Bezug auf die Teststruktur 300 ist der Eingangsport 320 optisch
verbunden, um ein Eingangssignal von der Lokaloszillatorquelle 346 zu
empfangen. Der Eingangsport ist innerhalb der Teststruktur durch
einen optischen Pfad 370 optisch mit dem Eingangskoppler 326 verbunden,
der das Eingangssignal in mehrere Teile aufsplittet. Bei dem Ausführungsbeispiel
von 3 ist der Eingangskoppler ein 1×4-Koppler,
der das Eingangssignal in vier Teile aufsplittet, von denen ein
Teil zu der zu testenden Komponente 302 geliefert wird,
ein anderer Teil zu dem ersten Empfänger 338 geliefert
wird, ein anderer Teil zu dem zweiten Empfänger 340 geliefert
wird und ein anderer Teil zu dem Überwachungsport 356 geliefert wird.
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Dem
Teil des Eingangssignals folgend, der zu der zu testenden Komponente 302 geliefert
wird, ist der Eingangskoppler 326 durch den optischen Pfad 372 optisch
mit dem Eingang des Schalters 336 verbunden. Der Schalter
ist ein 1×2-Schalter,
der steuert, welcher Testport, und letztendlich welcher Port der
zu testenden Komponente das Eingangssignal empfängt. Wie es in 3 gezeigt
ist, wird das Eingangssignal, wenn sich der Schalter in Position
A befindet, zu dem Testport A 322 der Teststruktur 300 und
dem Komponentenport A 312 der zu testenden Komponente geliefert.
Wenn sich der Schalter jedoch in Position B befindet, wird das Eingangssignal
zu dem Testport B 324 der Teststruktur und dem Komponentenport
B 314 der zu testenden Komponente geliefert. Der Schalter
ermöglicht,
daß diese
beiden Ports der zu testenden Komponente in zwei Richtungen charakterisiert
werden, ohne daß die
Ausrichtung der zu testenden Komponente relativ zu der Teststruktur
umgekehrt werden muß.
Der Schalter kann manuell oder elektronisch gesteuert sein.
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Die
beiden Ausgänge
des Schalters 336 sind durch optische Pfade 374 und 376 optisch
mit zwei 2×2-Testkopplern
verbunden. Der erste Testkoppler 328 (Testkoppler A) ist
durch einen optischen Pfad 378 mit dem Testport A 322 und
durch einen optischen Pfad 380 mit einem 2×1-Empfängerkoppler 332 optisch
verbunden, der mit einem Empfänger
A (im folgenden als Empfängerkoppler
A bezeichnet) verbunden ist. Wenn sich der Schalter in Position
A befindet, verbinden der Testkoppler A und die optischen Pfade 374 und 378 den
Schalter optisch mit dem Testport A, so daß das Eingangssignal zu dem Komponentenport
A 312 der zu testenden Komponente geliefert werden kann.
Der Testkoppler A verbindet zudem den Testport A optisch mit dem
Empfängerkoppler
A, so daß ein
reflektiertes optisches Antwortsignal zu dem Empfängerkoppler
A und schließlich
zu dem Empfänger
A 338 geliefert wird.
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Der
zweite Testkoppler 330 (Testkoppler B) ist durch einen
optischen Pfad 382 mit dem Testport B 324 und
durch einen optischen Pfad 384 mit einem 2×1-Koppler 334 optisch
verbunden, der mit einem Empfänger
B 340 (im folgenden als Empfängerkoppler B bezeichnet) verbunden
ist. Wenn sich der Schalter 336 in Position A befindet,
verbinden der Testkoppler B 330 und die optischen Pfade 382 und 384 den
Testport B 324 optisch mit dem Empfängerkoppler B 334,
so daß ein
transmittiertes optisches Antwortsignal zu dem Empfängerkoppler
B und schließlich
zu dem Empfänger
B geliefert wird.
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Wenn
sich der Schalter 336 in Position B befindet, verbindet
der Testkoppler B 330 den Schalter optisch mit dem Testport
B 324, so daß das
Eingangssignal zu dem Komponentenport B 314 der zu testenden
Komponente 302 geliefert werden kann. In dem Moment, in
dem das Eingangssignal an den Komponentenport B angelegt wird, wird
ein reflektiertes optisches Antwortsignal über den Testport B, den Testkoppler
B und den Empfängerkoppler
B 334 zu dem Empfänger
B geliefert und wird ein transmittiertes optisches Antwortsignal über den
Testport A 322, den Testkoppler A 328 und den
Empfängerkoppler
A 332 zu dem Empfänger
A 338 geliefert. Bei dem Ausführungsbeispiel von 3 sind
die optischen Koppler 326, 328, 330, 332 und 334,
wie oben beschrieben, optisch gerichtete 3dB-Faserkoppler, obwohl andere
Optokoppler verwendet werden können.
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Die
Testports A 322 und B 324 ermöglichen, daß die zu testende Komponente 302 optisch
mit der Teststruktur 300 verbunden ist. Die Testports können Faserpasshülsenverbinder
oder Faserverbinder sein. Bei dem Ausführungsbeispiel von 3 sind
die Testports durch Lichtleitfasern 364 und 366 optisch mit
der zu testenden Komponente verbunden. Wenn sich der Schalter 336 in
Position A befindet, empfängt der
Komponentenport A 312 das Eingangssignal von dem Eingangsport 320 und
wenn sich der Schalter in Position B befindet, empfängt der
Komponentenport B 314 das optische Eingangssignal von dem
Eingangsport.
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Unabhängig davon,
ob das Eingangsignal zu dem Komponentenport A 312 oder
dem Komponentenport B 314 der zu testenden Komponente 302 geliefert
wird, werden die zwei optischen Antwortsignale (Reflexion und Transmission)
zu den entsprechenden Empfängerkopplern,
Empfängerkoppler
A 332 und Empfängerkoppler
B 334, gerichtet bzw. gelenkt. An den Empfängerkopplern
werden die optischen Antwortsignale mit den Teilen des Eingangsignals kombiniert,
die an dem Eingangskoppler 326 von dem eingehenden Eingangssignal
abgesplittet und über
optische Pfade 343 bzw. 345 geliefert wurden. Die
Empfängerkoppler
kombinieren die jeweiligen Teile des Eingangssignals und das optische
Antwortsignal und liefern die kombinierten optischen Signale über optische
Pfade 386 bzw. 388 zu dem jeweiligen Empfänger.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 3 enthalten die optischen Pfade 343 und 345,
welche die Empfängerkoppler
mit dem Eingangskoppler verbinden, zudem Polarisationssteuerungen 342 bzw. 344. Die
Polarisationssteuerungen ermöglichen,
daß der Polarisationszustand
der Eingangssignale gesteuert wird, so daß der Polarisationszustand
der Eingangssignale an den Polarisationszustand der optischen Antwortsignale
angepaßt
ist, die von den optischen Pfaden 380 bzw. 384 aus
empfangen wurden. Eine Anpassung der Polarisationszustände der
Signale stellt ein maximales Homodyn-Schwebungssignal am Ausgang
der Empfänger
sicher. Obwohl das Ausführungsbeispiel
von 3 Polarisationssteuerungen enthält, sind
die Polarisationssteuerungen nicht mehr nötig, wenn die Empfänger 338 und 340 Polarisations-Diversity-Empfänger sind.
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Die
Empfänger 338 und 340 sind
optisch verbunden, um die kombinierten optischen Signale von den
Empfängerkopplern 332 bzw. 334 zu
empfangen. Bei einem Ausführungsbeispiel
setzen die Empfänger
eine quadratische Detektion ein, wie es oben mit Bezug auf 2 beschrieben
ist. Die von den Empfängern
erzeugten Signale werden über
die elektrischen Verbindungen 368 zu dem Signalprozessor 348 geliefert.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind
die Empfänger
Polarisations-Diversity-Empfänger.
Der Signalprozessor 348 empfängt elektrische Signale von
den beiden Empfängern 338 und 340 und
erzeugt Ausgangssignale, welche die optischen Eigenschaften der
zu testenden Komponente 302 angeben, wie es oben mit Bezug
auf 2 beschrieben ist.
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Die
Teststruktur 300 enthält
drei Überwachungsports 356, 358 und 360 zum Überwachen
von Teilen des Eingangssignals 350, die nicht an die zu testende
Komponente 302 angelegt wurden. Einer der Überwachungsports 356 ist
durch einen optischen Pfad 390 optisch mit dem Eingangskoppler 326 verbunden.
Die beiden anderen Überwachungsports
sind über
optische Pfade 392 bzw. 394 optisch mit den Testkopplern 328 bzw. 330 verbunden.
Die Überwachungsports
können
verwendet werden, um die Leistung und den Polarisationszustand des
Lokaloszillatorsignals zusätzlich
zu dem Impulssignal an dem Eingangs- und dem Aus gangsport zu überwachen,
so daß eine
präzise
Kalibrierung der gemessenen Parameter vorgenommen werden kann.
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Bei
Betrieb wird ein Eingangssignal 350, wie beispielsweise
ein einen Frequenzbereich überstreichenden
Lokaloszillatorsignal, in den Eingangsport 320 der Teststruktur 300 eingegeben.
Das Eingangssignal wird durch den Eingangskoppler 326 in
vier Teile aufgesplittet, von denen zwei Teile zu den Empfängerkopplern 332 und 334 gehen,
ein Teil zu dem Schalter 336 geht und ein Teil zu dem Überwachungsport 356 geht.
Je nach Stellung des Schalters wird der Teil des Eingangssignals,
der in den Schalter eintritt, entweder an den Komponentenport A 312 oder
den Komponentenport B 314 der zu testenden Komponente angelegt.
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Unabhängig davon,
ob der Schalter das Eingangssignal zu dem Komponentenport A 312 oder dem
Komponentenport B 314 der zu testenden Komponente 302 richtet,
werden die beiden optischen Antwortsignale, die in Abhängigkeit
von dem Eingangssignal aus dem Komponentenport A und dem Komponentenport
B austreten, durch die jeweiligen optischen Pfade zu den entsprechenden
Empfängerkopplern 332 bzw. 334 geleitet.
Jeder Empfängerkoppler
kombiniert einen Teil des ursprünglichen
Eingangssignals mit dem jeweiligen optischen Antwortsignal und gibt
das kombinierte optische Signal an den entsprechenden Empfänger 338 bzw. 340 aus. Die
kombinierten optischen Signale werden gleichzeitig an die Empfänger ausgegeben.
Die beiden Empfänger
geben gleichzeitig elektrische Signale aus, welche die optischen
Antwortsignale darstellen. Der Signalprozessor 348 verarbeitet
die elektrischen Signale, um Ausgangssignale zu erzeugen, die Transmissions-
und Reflexionseigenschaften der zu testenden Komponente darstellen.
Die Richtung des Tests kann gewechselt werden, indem lediglich die Position
des Schalters 336 verändert
wird.
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Obwohl
eine bestimmte Anordnung der Koppler, Ports und eines Schalters
beschrieben wurde, sind andere Anordnungen der Koppler, Ports und des
Schalters möglich.
Beispielsweise kann der Eingangskoppler 326 durch mehrere
1×2-Kopplern
ersetzt werden, um das Eingangssignal in die gewünschte Anzahl an Teilen aufzusplitten.
Zwar ist die zu testende optische Komponente 302 bei dem
Ausführungsbeispiel
von 3 eine optische Komponente mit zwei Ports, aber
die Teststruktur 300 kann zudem vergrößert werden, um eine zu testende
Komponente mit mehr als zwei Ports aufzunehmen. Eine vergrößerte Teststruktur
kann einen Schalter mit derselben Anzahl an Ausgangsports, wie Ports
an der zu testenden Komponente vorgesehen sind, und zusätzliche
Testports, Testkoppler, Empfängerkoppler und
Empfänger
enthalten, um jedem zusätzlichen Port
der zu testenden Komponente gerecht zu werden.
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Zusätzlich zu
den Leistungseigenschaften einer Teststruktur, welche die gleichzeitige
Charakterisierung einer optischen Komponente mit zwei Ports unter
Verwendung interferometerbasierter Analyse optischer Netzwerke unterstützt, sollte
eine Teststruktur mit optischen Kom ponenten zuverlässig und wirtschaftlich
in der Herstellung sein. Es ist bekannt, daß optische Systeme, die auf
planare Wellenleiter integriert sind, zuverlässig und wirtschaftlich in
der Herstellung sind. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel
einer Teststruktur 400, die den Teststrukturen 200 und 300 von 2 bzw. 3 ähnlich ist,
abgesehen davon, daß viele
der optischen Komponenten der Teststruktur in einem einzigen Substrat
integriert sind, was im folgenden als integrierter Wellenleiter bezeichnet
wird. Genauer gesagt sind bei dem Ausführungsbeispiel von 4 die
Eingangs-, Test- und Empfängerkoppler 426, 428, 430, 432 und 434 in
einem einzigen Substrat integriert. Bei dem Ausführungsbeispiel von 4 kann
das Substrat irgendein Substrat sein, das geeignet ist, um optische
Pfade und optische Komponenten wie beispielsweise Koppler zu bilden.
Das Substrat kann beispielsweise Quarz, Silizium oder ein anderes
Material sein, das für
die Herstellung von optischen Wellenleitern geeignet ist.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 4 enthält
der integrierte Wellenleiter elf Ports, einen 1×4-Eingangskoppler, zwei 2×2-Testkoppler
und zwei 2×1
Empfängerkoppler.
Die elf Ports enthalten einen Eingangsport 420, zwei Testports 422 und 424, zwei
Empfängerports 437 und 439,
drei Überwachungsports 456, 458 und 460,
einen Zwischenport 473 zum Schalter hin und zwei Zwischenports 475 und 477 vom
Schalter weg. Der Eingangsport, die beiden Testports und die drei Überwachungsports
erfüllen
dieselben Funktionen wie die ähnlich
benannten Ports bei dem Ausführungsbeispiel
von 3. Die Empfängerports
ermöglichen,
daß die
optischen Antwortsignale mit den Empfängern, dem Empfänger A 438 bzw.
dem Empfänger
B 440, verbunden werden, die sich bei diesem Ausführungsbeispiel
außerhalb
der Teststruktur 400 befinden. Bei dem Ausführungsbeispiel
von 4 sind die beiden Empfänger Polarisations-Diversity-Empfänger.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
von 4 befindet sich der Schalter 436 außerhalb
des integrierten Wellenleiters (Teststruktur 400). Da sich
der Schalter außerhalb
des integrierten Wellenleiters befindet, werden die Zwischenports 473, 475 und 477 verwendet,
um den Schalter (über
Pfade 479, 481 und 483) optisch zwischen
den Eingangsport 420 und die Testports A und B 422 und 424 zu
schalten. Wie es in 4 gezeigt ist, ist der Zwischenport 473 zum
Schalter hin (über
den Pfad 479) optisch mit dem Eingang des Schalters verbunden,
so daß das Eingangssignal
zu dem Schalter geliefert werden kann. Die beiden Ausgänge des
Schalters sind (über Pfade 481 und 483)
mit den Zwischenports 475 und 477 vom Schalter
weg derart optisch verbunden, daß, wenn sich der Schalter in
Position A befindet, das Eingangssignal über den Zwischenport 475 vom Schalter
weg und den Testkoppler A 428 zu dem Komponentenport A 412 gerichtet
wird, und wenn sich der Schalter in Position B befindet, das Eingangsignal über den
Zwischenport 477 zum Schalter hin und den Testkoppler B 430 zu
dem Komponentenport B 414 gerichtet wird. Der Schalter
kann beispielsweise durch Lichtleitfasern optisch mit der Teststruktur verbunden
sein.
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Bei
Betrieb wird ein Eingangssignal, wie beispielsweise ein gewobbeltes
oder einen Frequenzbereich überstreichendes
Lokaloszillatorsignal, in den Eingangsport 420 der Teststruktur 400 eingegeben. Das
Eingangssignal wird durch den Eingangskoppler 426 in vier
Teile aufgesplittet, von denen zwei Teile zu den Empfängerkopplern 432 und 434 gehen,
ein Teil zu dem Zwischenport 473 zum Schalter hin geht
und ein Teil zu dem Überwachungsport 456 geht.
Je nach Stellung des Schalters wird der Teil des Eingangssignals,
der in den Schalter eintritt, entweder an den Zwischenport 475 vom
Schalter weg und dann an den Komponentenport A 412 oder
den Zwischenport 477 vom Schalter weg und dann an den Komponentenport
B 414 angelegt.
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Unabhängig davon,
ob der Schalter das Eingangssignal zu dem Komponentenport A 412 oder dem
Komponentenport B 414 der zu testenden Komponente 402 richtet,
werden die beiden optischen Antwortsignale, die in Abhängigkeit
von dem Eingangssignal aus dem Komponentenport A und dem Komponentenport
B der zu testenden Komponente austreten, durch die oben beschriebenen
optischen Pfade zu den entsprechenden Empfängerkopplern 432 bzw. 434 geleitet.
Jeder Empfängerkoppler
kombiniert einen Teil des ursprünglichen
Eingangssignals mit dem jeweiligen optischen Antwortsignal und gibt das
kombinierte optische Signal an den entsprechenden Empfängerport 437 bzw. 439 aus.
Die kombinierten optischen Signale werden gleichzeitig an die Empfängerports
ausgegeben. Die beiden Polarisations-Diversity-Empfänger 438 und 440,
die mit den Empfängerports
verbunden sind, geben gleichzeitig elektrische Signale aus, welche
die optischen Antwortsignale darstellen. Der Signalprozessor 448 verarbeitet
die elektrischen Signale, um simultane Ausgangssignale zu erzeugen,
die Transmissions- und Reflexionseigenschaften der zu testenden
Komponente darstellen. Die Richtung des Tests kann gewechselt werden,
indem lediglich die Position des Schalters 436 verändert wird.
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Obwohl
spezielle Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben und veranschaulicht wurden, ist die Erfindung
nicht auf die speziellen Formen und Anordnungen von Teilen beschränkt, wie
es hierin beschrieben und veranschaulicht wurde. Die Erfindung ist
lediglich durch die Ansprüche
beschränkt.