DE69618087T2

DE69618087T2 - Mechanischer faseroptischer Schalter

Info

Publication number: DE69618087T2
Application number: DE69618087T
Authority: DE
Inventors: Kent W. Carey; Karl Salomaa; Karl Schubert; Gary R. Trott; Long Yang
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Avago Technologies International Sales Pte Ltd
Priority date: 1995-06-28
Filing date: 1996-06-14
Publication date: 2002-06-13
Anticipated expiration: 2016-06-15
Also published as: DE69618087D1; JPH0915514A; EP1132763B1; DE69637214T2; JP3840287B2; US5699463A; DE69637214D1; EP0751415A3; EP0751415A2; EP1132763A1; EP0751415B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Lichtwellenleitertechnik, und insbesondere auf Schalter zum Leiten von Licht von einem Lichtwellenleiter zu einer Mehrzahl von Lichtwellenleitern.
Um das Potential von Lichtwellenleiterübertragung von Lichtsignalen zu realisieren, muß eine Form von Schaltsystem zum Bewegen von Lichtsignalen von einem Lichtwellenleiter zu einem anderen geschaffen werden. Im Prinzip weisen mechanische Schalter für die Anwendungen, bei denen die Schaltgeschwindigkeit nicht wichtig ist, im Vergleich zu anderen Formen von optischen Schaltern eine Anzahl von Vorteilen auf. Mechanische Schalter bieten niedrige Einfügungsverluste, einen hohen Grad an Immunität gegenüber Rückstreuung von Licht von dem Schalter zurück entlang den Eingangslichtwellenleiter, niedriges Übersprechen und Unempfindlichkeit gegenüber der Wellenlänge des Lichts, das geschaltet wird.
Herkömmliche mechanische Schalter waren jedoch zu teuer, um auf dem Markt eine volle Akzeptanz zu erreichen. Solche Schalter wirken durch Bewegen eines Eingangslichtwellenleiters bezüglich einer Mehrzahl von Ausgangslichtwellenleitern. Die einfachsten Schemata verwenden ein "Stirnflächenkopplungs"-Schema, wie das, das in der US-A-4699457 offenbart ist, bei dem der Eingangswellenleiter unter Verwendung eines Motors mit einem von einer Mehrzahl von Ausgangslichtwellenleitern ausgerichtet ist. Die Ausgangslichtwellenleiter sind normalerweise an einem Träger befestigt und ihre Enden sind mit einem Winkel geschnitten, um Reflexionen von den Enden zu vermeiden, die Reflexionen erzeugen, die sich zurück entlang dem Eingangslichtwellenleiter ausbreiten. Der Winkel beträgt typischerweise 6 bis 10º.
Um akzeptable Einfügungsverluste zu liefern, müssen die Enden der Lichtwellenleiter in einem Stirnflächenkoplungs- Schalter um nicht mehr als 20 um getrennt sein. Diese Toleranz ist bei Schaltern mit einer großen Anzahl von Ausgangslichtwellenleitern schwer zu erreichen. Daher sind Stirnflächen-Kopplungsschemata, obwohl sie leicht erscheinen, bei großen Ausgangsverzweigungsschaltern in Wirklichkeit schwierig zu implementieren.
Falls zwischen dem Eingangswellenleiter und dem Ausgangswellenleiter zwei Linsen eingeführt werden, wird die erforderliche Toleranz reduziert. Bei einer solchen Anordnung wird das Licht, das den Eingangswellenleiter verläßt, in einen parallel ausgerichteten Strahl ausgedehnt, der dann neu in den Ausgangslichtwellenleiter abgebildet wird. Der Strahl wird ausreichend ausgedehnt, um die Ausrichtungstoleranz in allen Richtungen zu reduzieren. Leider sind die Kosten im Zusammenhang mit den Linsen und der Ausrichtung der Linsen und der Lichtwellenleiter untragbar. Eine Anordnung diesen Typs ist in der JP-A-55-138703 offenbart, die dem einführenden Teil von Anspruch 1 entspricht.
Allgemein gesagt, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Lichtwellenleiterschalter zu schaffen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lichtwellenleiterschalter mit reduzierten Ausrichtungstoleranzen bezüglich herkömmlichen Stirnflächenkopplungs- Schaltern zu schaffen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lichtwellenleiterschalter mit weniger Linsen als herkömmliche Schalter, die Strahlenkollimatoren verwenden, zu schaffen.
Dementsprechend liefert die vorliegende Erfindung einen Schalter zum selektiven Koppeln von Licht von einem Eingangslichtwellenleiter zu einem ausgewählten von einer Vielzahl von Ausgangslichtwellenleitern, wie er in Anspruch 1 definiert ist. Der Schalter umfaßt einen ersten Wagen, an dem ein Ende des Eingangslichtwellenleiters befestigt ist, und einen zweiten Wagen, an dem die Ausgangslichtwellenleiter befestigt sind, so daß ein Ende von jedem der Ausgangslichtwellenleiter zwischen dem ersten und zweiten Abstand bezüglich dem Ende des Eingangslichtwellenleiters liegt, wenn der Ausgangslichtwellenleiter mit dem Eingangslichtwellenleiter ausgerichtet ist. Eine Linse, die bezüglich dem Ende des Eingangslichtwellenleiters befestigt ist, bildet Licht, das den Eingangslichtwellenleiter verläßt, auf eine Ebene ab, die zwischen dem ersten und dem zweiten Abstand von dem Ende des Eingangslichtwellenleiters liegt. Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein Codierer zum Erfassen der Ausrichtung in dem ersten und dem zweiten Wagen integriert. Der Codierer umfaßt einen Codiereingangslichtwellenleiter mit einem Ende, das an dem ersten Wagen befestigt ist, wobei der Codiereingangslichtwellenleiter vorzugsweise ein Einmodenlichtwellenleiter ist. Licht, das den Codierer verläßt, wird durch einen zweiten Einmodenlichtwellenleiter aufgenommen, wenn sich die Wägen in einer spezifischen Beziehung zueinander befinden. Der zweite Einmodenlichtwellenleiter kann entweder ein Lichtwellenleiter auf dem zweiten Wagen oder der Codiereingangslichtwellenleiter selbst sein. Im letzteren Fall umfaßt der zweite Wagen einen Reflektor, der das Licht von dem Codiereingangslichtwellenleiter zurück in den Codiereingangslichtwellenleiter abbildet. Die Erfindung kann auch in dem Codiergerät selbst gesehen werden.
Die vorliegende Erfindung wird für den Fachmann auf diesem Gebiet durch die folgende detaillierte Beschreibung von beispielhaften Ausführungsbeispielen der Erfindung offensichtlich werden, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind.
Fig. 1 ist eine Draufsicht eines herkömmlichen Stirnflächenkopplungs-Schalters.
Fig. 2 ist eine Draufsicht eines herkömmlichen parallel ausgerichteten Schalters.
Fig. 3 ist eine Draufsicht eines Lichtwellenleiterschalters 30 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4, 5 und 6 stellen einen Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung dar, der das bevorzugte Ausrichtungs- und das bevorzugte Passivierungssystem enthält.
Fig. 7 ist eine Draufsicht eines Schalters, der ein Codiersystem gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Fig. 8 ist eine Draufsicht eines Schalters, der ein zweites Ausführungsbeispiel eines Codiersystems gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Die vorliegende Erfindung kann besser verstanden werden, indem zunächst die Art und Weise untersucht wird, auf die herkömmliche Stirnflächenkopplungs- und Linsenkollimations- Schalter hergestellt sind. Nachfolgend wird Bezug genommen auf Fig. 1, die eine Draufsicht eines Stirnflächenkopplungs-Schalters 10 ist. Im allgemeinen ist der Eingangslichtwellenleiter 12 an einem Wagen befestigt, der es dem Eingangslichtwellenleiter ermöglicht, sich bezüglich der Ausgangslichtwellenleiter 13-17 in den Richtungen zu bewegen, die durch die Pfeile bei 19 angezeigt sind. Die Enden des Eingangslichtwellenleiters und der Ausgangslichtwellenleiter sind mit einem Winkel geschnitten, poliert und dann mit einer nicht reflektierenden Beschichtung beschichtet, um Reflexionen von dem Ende des Eingangslichtwellenleiters oder dem Ende des angrenzenden Ausgangslichtwellenleiters daran zu hindern, sich zurück entlang dem Eingangslichtwellenleiter auszubreiten. Die Genauigkeit, mit der dieser Schneide- und Poliervorgang durchgeführt wird, bestimmt im allgemeinen die Toleranz, die erhalten werden kann. Im allgemeinen sind die Ausgangslichtwellenleiter um variierende Beträge versetzt angeordnet.
Da der Eingangslichtwellenleiter in der Lage sein muß, jeden der Lichtwellenleiter zu passieren, während derselbe sich vor- und zurückbewegt, muß zwischen den Lichtwellenleitern ein Zwischenraum 18 beibehalten werden. Prinzipiell wird der Zwischenraum durch das nächstliegendste und das entfernteste Ausgangslichtwellenleiterende, Lichtwellenleiter 13 und 15 in Fig. 1, bestimmt. Falls das Eingangslichtwellenleiterende näher zu den Ausgangslichtwellenleiterenden plaziert wird, ist das Eingangslichtwellenleiterende nicht in der Lage, den Lichtwellenleiter 14 zu passieren. Falls dasselbe weiter weg plaziert wird, ist der Abstand zu allen Ausgangslichtwellenleiterenden und somit der Einfügungsverlust erhöht. In der Praxis ist der Zwischenraum größer als gewünscht, wenn die Enden der Lichtwellenleiter wie oben beschrieben geschnitten und poliert sind. Obwohl der Zwischenraum mit Hochpräzisionsbearbeitungstechniken reduziert werden kann, machen die Kosten dieser Techniken diesen Lösungsansatz unattraktiv.
Die obige Analyse nimmt an, daß der Wagenmechanismus, auf dem der Eingangslichtwellenleiter 12 befestigt ist, und der verwendet wird, um den Eingangslichtwellenleiter 12 mit den verschiedenen Ausgangslichtwellenleitern auszurichten, sich exakt parallel zu dem Träger bewegt, auf dem die Ausgangslichtwellenleiter befestigt sind. Falls dies nicht der Fall ist, muß der Zwischenraum 18 noch größer gemacht werden, um solche Mängel auszugleichen.
Bei der Bemühung, die Einfügungsverlustprobleme und den hohen Grad an Ausrichtungstoleranzen, der bei Stirnflächenkopplungs-Schemata erforderlich ist, zu reduzieren, wurden herkömmliche Systeme auf der Basis von parallel ausrichtenden Linsen verwendet. Nachfolgend wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die eine Draufsicht eines herkömmlichen Lichtschalters 20 ist, der diesen Lösungsansatz verwendet, um Licht von einem Eingangslichtwellenleiter 21 zu einem von einer Mehrzahl von Ausgangslichtwellenleitern, die bei 22-24 gezeigt sind, zu koppeln. Das Licht, das den Eingangslichtwellenleiter 21 verläßt, wird durch eine Linse 25 in einen Parallelstrahl von Licht parallel ausgerichtet, der durch eine entsprechende Linse auf dem Ausgangslichtwellenleiter, der aktuell mit dem Eingangslichtwellenleiter ausgerichtet ist, in einem Punkt neu abgebildet wird. Da der Durchmesser der Linsen und somit der parallel ausgerichtete Strahl im Vergleich mit dem Kern des Lichtwellenleiters groß sind, haben kleine Ausrichtungsfehler transversal zu der Bewegungsrichtung des Eingangslichtwellenleiters nur eine kleine Auswirkung auf die Einfügungseffizienz. An erster Stelle ist die Effizienz durch Änderungen bei dem Abstand zwischen den beiden Linsen nicht beeinträchtigt, somit sind die Einfügungsverluste, die Stirnflächenkopplungs-Systeme behindern, wesentlich reduziert.
Die verbesserte Toleranz gegenüber Ausrichtungsfehlern und Abständen zwischen den Enden der Lichtwellenleitern wird jedoch mit hohen Kosten erreicht. Jeder Ausgangslichtwellenleiter muß mit einer Linse ausgestattet sein. Die Kosten der Linsen sind ein wesentlicher Teil der Kosten eines Schalters, wie z.B. des Schalters 20. Außerdem ist die Ausrichtungstoleranz der Linse bezüglich des entsprechenden Lichtwellenleiters genau so zwingend wie die Toleranzen, die bei Stirnflächenkopplungs-Systemen erforderlich sind. Somit sind die Herstellungskosten für einen parallel ausrichtenden Linsenschalter ebenfalls ein wesentlicher Teil der Schalterkosten. Schließlich müssen die Linsen im Vergleich mit dem Durchmesser des Lichtwellenleiters groß sein, um den Schutz von den oben beschriebenen Ausrichtungsfehlern zu liefern. Somit ist das Verdichten von Ausgangslichtwellenleitern bei Schalterentwicklungen, die auf einem Kollimator basieren, wesentlich reduziert, da die einzelnen Lichtwellenleiter physikalisch voneinander beabstandet sein müssen, um Platz für die Linsen zu schaffen.
Die vorliegende Erfindung liefert ihre Vorteile im Vergleich mit den Stirnflächenkopplungs- und Kollimator- Entwicklungen, die oben beschrieben sind, durch Verwenden einer einzigen Linse auf dem Eingangslichtwellenleiter, um das Licht von dem Eingangslichtwellenleiter in den entsprechenden Ausgangslichtwellenleiter abzubilden. Nachfolgend wird auf Fig. 3 Bezug genommen, die eine Draufsicht eines Lichtwellenschalters 30 gemäß der vorliegenden Erfindung ist. Licht von dem Eingangslichtwellenleiter 31 wird durch die Linse 32 auf den Ausgangslichtwellenleiter abgebildet, der sich gerade gegenüber von dem Eingangslichtwellenleiter befindet. Beispielhafte Ausgangslichtwellenleiter sind bei 33-37 gezeigt. Die Linse 32 bildet das Ende des Eingangslichtwellenleiters 31 an einem Punkt ab, der vorzugsweise in der Mitte des Zwischenraums 38 liegt. Somit kann der Schalter 30 als ein Stirnflächenkopplungs-Schalter gesehen werden, bei dem das Bild des Eingangslichtwellenleiters an die Ausgangslichtwellenleiter "Stirnflächen-gekoppelt" wird. Da das Bild durch die Enden von allen Lichtwellenleitern passieren kann, die sich über den Mittelpunkt des Zwischenraums erstrecken, kann das Bild an seiner optimalen Position plaziert werden, d.h. dem Mittelpunkt des Zwischenraums. Als Folge weist der Eingangswellenleiter eine effektive Trennung von dem entsprechenden Ausgangslichtwellenleiter auf, die höchstens D/2 beträgt, wobei D die Breite des Zwischenraums ist, d.h. der Abstand zwischen dem nächsten und entferntesten Ausgangslichtwellenleiterende bezüglich der Ebene, die das Eingangslichtwellenleiterende enthält. Wie oben angemerkt, müssen herkömmliche Stirnflächenkopplungssysteme einen Abstand von D unterbringen. Somit erfordert die vorliegende Erfindung eine um den Faktor 2 niedrigere Präzision beim Ausrichten der Ausgangslichtwellenleiterenden.
Der zusätzliche Platz, der durch die Aufnahme der Linse 32 geschaffen wird, trägt außerdem zu einer wesentlichen Reduzierung der Kosten des Lieferns der Antireflexbeschichtung bei, die benötigt wird, um Licht davon abzuhalten, zurück entlang dem Eingangslichtwellenleiter reflektiert zu werden. Wie oben angemerkt, müssen die Enden von jedem Lichtwellenleiter behandelt werden, um Reflexionen, die an der Luft-Glas-Schnittstelle erzeugt werden, daran zu hindern, sich zurück entlang dem Lichtwellenleiter auszubreiten. Diese Behandlung besteht typischerweise aus dem Schneiden des Endes mit einem Winkel, Polieren des Endes und dann Beschichten des Endes mit einer Antireflexbeschichtung. Falls eine Anzahl von Lichtwellenleitern bezüglich zueinander positioniert werden muß, muß jedes Ende geschnitten, poliert und beschichtet werden.
Nachfolgend wird auf die Fig. 4, 5 und 6 Bezug genommen, die einen Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen, der das bevorzugte Aufrichtungs- und das bevorzugte Passivierungssystem umfaßt. Die erforderliche Ausrichtungstoleranz wird durch einen Sockel 102 geliefert, der Schlitze 104 umfaßt, die positioniert sind, derart, daß Lichtwellenleiter gegen den Boden jedes Schlitzes gedrückt werden, und zueinander richtig ausgerichtet werden. Beispielhafte Ausgangslichtwellenleiter sind bei 108-110 gezeigt. Der Eingangslichtwellenleiter ist bei 106 gezeigt. Die Lichtwellenleiter werden durch die obere Platte 112, die vorzugsweise an dem Sockel 102 befestigt ist, gegen die Schlitze 104 gezwungen. Die Art und Weise, auf die der Sockel 102 aufgebaut ist, wird nachfolgend näher erläutert. Die Abbildungslinse 135 ist gleichartig dazu in einem Schlitz positioniert, der in dem Sockel 102 vorgesehen ist.
Nachfolgend wird auf Fig. 6 Bezug genommen, die die Art und Weise darstellt, in der die Enden der optischen Lichtquellenleiter behandelt werden, um Licht daran zu hindern, an den Glas-Luft-Schnittstellen zurück entlang den Lichtwellenleitern zu reflektieren. Nachdem die Lichtwellenleiter durch die obere Platte an dem Bodensockel befestigt sind, wird jeder Lichtwellenleiter mit dem gewünschten Winkel geschnitten, indem ein Sägenschnitt durch die obere Platte 112 durchgeführt wird. Der Schnitt erstreckt sich in den Sockel 102, wie es bei 131 und 132 gezeigt ist. Der Sägeschnitt trennt jeden Lichtwellenleiter mit dem korrekten Winkel. Es wird angemerkt, daß ein einziger Sägeschnitt mehrere Lichtwellenleiter trennt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen werden die Enden der optischen Fasern nach dem Sägeschnitt nicht poliert. Statt dessen wird eine Platte 146 mit Hilfe einer Schicht 145 aus transparentem Haftmittel fest mit den Lichtwellenleiterenden verbunden. Der Brechungsindex des Haftmittels ist ausgewählt, um in dem Fall eines Einzelmodenlichtwellenleiters mit dem Kernbrechungsindex des Lichtwellenleiters übereinzustimmen. Die Platte 146 besteht aus einem Material, das den gleichen Brechungsindex aufweist wie die Haftmittelschicht. Somit werden jegliche Kratzer auf der Seite der Platte 146, die mit der Haftmittelschicht in Kontakt ist, oder auf dem geschnittenen Lichtwellenleiterende durch die Haftmittelschicht eliminiert. Die Oberfläche 147 der Platte 146, die nicht mit der Haftmittelschicht in Kontakt ist, wird vorzugsweise mit einem Antireflexmaterial beschichtet, um die Reflexionen weiter zu reduzieren.
Es wird angemerkt, daß die Platte 146 eine unaufwendige Komponente ist, die nur eine optisch flache Oberfläche aufweisen muß, d.h. die Oberfläche 147. Somit kann die Vorrichtung 100 zu Kosten aufgebaut werden, die wesentlich geringer sind als die Kosten für Systeme, bei denen die Lichtwellenleiter poliert und mit dem Antireflexmaterial überzogen sind. Es wurde experimentell herausgefunden, daß das Antireflexionssystem der vorliegenden Erfindung genau so gut funktioniert wie das herkömmliche System mit geschnittenen und polierten Enden. Somit liefert die vorliegende Erfindung die Vorteile der herkömmlichen Systeme bei wesentlich reduzierten Kosten.
Es sollte außerdem angemerkt werden, daß dieses unaufwendige Passivierungssystem bei Stirnflächenkopplungssystemen nicht möglich ist, weil es keinen ausreichenden Platz zwischen den Lichtwellenleitern gibt, um die optisch flache und Klebeschicht zu plazieren. Somit liefert die Verwendung der Abbildungslinse einen zweiten Vorteil für einen Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Sockel 102 kann unter Verwendung von herkömmlichen Photolithographietechniken hergestellt werden. Solche Techniken liefern die erforderliche Ausrichtungspräzision und können leicht in Massenfertigung hergestellt werden. Techniken zum Liefern von V-Rillen in Silizium oder Keramik sind in der Mikrobearbeitungstechnik gut bekannt. Im Fall eines Siliziumsubstrats kann beispielsweise ein KOH- Ätzmittel verwendet werden. KOH liefert ein nichtisotropes Ätzen, bei dem die Ätzrate der (111) Ebene so niedrig ist, daß der Ätzprozeß an den (111) Ebenen praktisch gestoppt ist. Somit führt eine Ätzmaske, die auf einem (100) Siliziumwafer nach unten in der (110) Richtung ausgerichtet ist, zu einer V-Rille, die durch zwei (111) Ebenen gebildet ist, die einander mit dem genauen Winkel von 70,53º schneiden. Die Tiefe der V-Rille wird lediglich durch die Breite der Maskenöffnung bestimmt. Somit kann eine zweidimensionale Lithographie verwendet werden, um eine genaue dreidimensionale V-Rillenstruktur zu erzeugen.
Nachdem die Lichtwellenleiter in dem Sockel 102 positioniert sind, wird ein einziger Sägeschnitt, der bei 150 gezeigt ist, in den Sockel 102 eingeführt, um denselben in zwei Abschnitte zu trennen, die unter der Steuerung eines Motors oder einer anderen Betätigungsvorrichtung zueinander bewegt werden können.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwendeten eine Betätigungsvorrichtung, um den Eingangslichtwellenleiter bezüglich des Ausgangslichtwellenleiters zu bewegen, und dadurch den Schaltvorgang auszuführen. Bei Schaltern mit einer großen Anzahl von Ausgangslichtwellenleitern wird die Präzision, die erforderlich ist, um die Lichtwellenleiter zu positionieren, ein Problem. Probleme bezüglich eines Spiels bei Getrieben und feiner Positionsgenauigkeiten beschränken die Fähigkeit von unaufwendigen Motoren, die Lichtwellenleiter ohne eine Form von Codiersystem zu positionieren, um eine Rückmeldung über die tatsächliche Position des Eingangslichtwellenleiters bezüglich der Ausgangslichtwellenleiter zu liefern. Diesbezüglich sollte angemerkt werden, daß die Lichtwellenleiter mit einer Genauigkeit von typischerweise 2 um positioniert werden müssen, da die Kerne der entsprechenden Lichtwellenleiter ausgerichtet werden müssen. Dies ist ein kleiner Bruchteil des Lichtwellenleiterdurchmessers. Somit muß jedes Codiersystem diese ebene an Genauigkeit liefern, ohne die Kosten des Schalters wesentlich zu erhöhen.
Ein Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet die inhärente Ausrichtungsgenauigkeit bei den Sockeln, die oben beschrieben ist, um einen Codierer zu liefern, der verwendet werden kann, um die Position des Eingangslichtwellenleiters bezüglich der Ausgangslichtwellenleiter zu bestimmen. Nun wird auf Fig. 7 Bezug genommen, die eine Draufsicht eines Lichtwellenleiterschalters 200 ist, der einen Codierer gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet. Der Schalter 200 kann als ein Schalter gesehen werden, bei dem die Ausgangslichtwellenleiter 203-207 in zwei Gruppen unterteilt sind. Die erste Gruppe 203-206 wird verwendet, um das Signal auszugeben, und ist analog zu den oben erörterten Ausgangslichtwellenleitern. Die zweite Gruppe 207 - 210 wird verwendet, um die Position der Plattform 212 bezüglich der Plattform 211 zu erfassen, und Rückmeldung an die Betätigungsvorrichtung 230 zu liefern, die die jeweilige Bewegung zwischen den Plattformen 211 und 212 liefert. Die Codierlichtwellenleiter sind durch eine LED-Lichtquelle über einen Codiereingangslichtwellenleiter 202 beleuchtet, der bezüglich des Signaleingangslichtwellenleiters 201 fest positioniert ist. Dies stellt sicher, daß die Codierlichtwellenleiter beleuchtet sind, selbst wenn kein Signal in dem Signaleingangslichtwellenleiter vorliegt. Die Codierlichtwellenleiter sind vorzugsweise aus den gleichen optischen Lichtwellenleitern aufgebaut, die verwendet werden, um die Signallichtwellenleiter zu bilden. Somit liefert der Codierer nur ein Signal, wenn die Ausrichtung, innerhalb einer Toleranz von der Größenordnung des Kerns des optischen Lichtwellenleiters korrekt ist. Daher wird der Codierer die erforderliche Genauigkeit aufweisen, vorausgesetzt, daß die optischen Lichtwellenleiter mit ausreichender Genauigkeit ausgerichtet werden können. Wie oben angemerkt, liefert die oben beschriebene Plattformaufbautechnik diese Genauigkeit. Somit kann ein Codierer gemäß der vorliegenden Erfindung die erforderliche Positionsgenauigkeit liefern, auf Kosten des Einbauens einiger zusätzlicher Lichtwellenleiter.
Da der Codierer Einmodenlichtwellenleiter verwendet, kann derselbe die gleiche Ebene an Ausrichtungsgenauigkeit liefern, die erforderlich ist, um Einmodenlichtwellenleiter auszurichten. Somit können Ausrichtungstoleranzen von einigen wenigen Mikrometern erreicht werden.
Das oben beschriebene Codiersystem verwendete einen Codierlichtwellenleiter für jeden Signalausgangslichtwellenleiter, für einen Fachmann auf diesem Gebiet ist es jedoch offensichtlich, daß weniger Codierlichtwellenleiter verwendet werden können, die nach wie vor die erforderliche Codierfunktion liefern. Im Prinzip müssen die Codierlichtwellenleiter nur an ausreichenden Positionen in dem Ausgangslichtwellenleiterarray positioniert sein, um die Betätigungsvorrichtung 230 mit ausreichend Bezugspunkten zu versehen, um ihre aktuelle Position zu berechnen. Jedesmal, wenn ein Codierlichtwellenleiter passiert wird, kann die Betätigungsvorrichtung 230 die Position desselben aktualisieren und von diesem Punkt aus das "Koppeln" fortsetzen, bis dieselbe den nächsten Codierlichtwellenleiter erreicht. Somit muß die tatsächliche Anzahl von Codierlichtwellenleitern nur ein kleiner Bruchteil der Gesamtzahl von Ausgangslichtwellenleitern sein.
Es wird außerdem angemerkt, daß das in Fig. 7 gelehrte Schema mit jedem Schaltschema funktioniert. Das heißt, das Codierschema der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls Stirnflächenkopplungs- und Kollimations-Schaltgeometrien verwenden.
Obwohl die obigen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ein eindimensionales Array von Ausgangslichtwellenleitern verwendeten, wird es für einen Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein, daß ein Schalter gemäß der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines zweidimensionalen Arrays oder eines Bündels von Ausgangslichtwellenleitern aufgebaut werden kann. In diesem Fall muß die in Fig. 7 gezeigte Betätigungsvorrichtung 230 in der Lage sein, den Eingangslichtwellenleiter in zwei Dimensionen zu bewegen, im Gegensatz zu der einfachen eindimensionalen Bewegung, die in der Figur angezeigt ist.
Wenn die Anzahl von "Codierlichtwellenleitern" groß ist, wird die geometrische Anordnung der Lichtwellenleiter komplizierter. Ein Ausführungsbeispiel eines Codierers gemäß der vorliegenden Erfindung, der dieses Problem vermeidet, ist in Fig. 8 bei 300 gezeigt. Der Codierer 300 ist in Verbindung mit einem Schalter zum Koppeln von Licht von einem Eingangslichtwellenleiter 301 zu einem ausgewählten von einer Mehrzahl von Ausgangslichtwellenleitern 303-310 unter der Steuerung einer Betätigungsvorrichtung 330 gezeigt. Die Ausgangslichtwellenleiter sind auf dem Wagen 311 getragen, und der Eingangslichtwellenleiter ist mit dem Wagen 312 gekoppelt.
Der Codierer wird unter Verwendung eines Codierlichtwellenleiters 302 und einer Mehrzahl von Reflektoren 343 implementiert. Die Oberfläche jedes Reflektors ist positioniert und geformt, derart, daß Licht, das den Codierlichtwellenleiter 302 verläßt und auf den Reflektor auftrifft, auf dem Kern des Codierlichtwellenleiters 302 neu abgebildet wird, wenn der Codierlichtwellenleiter 302 richtig mit dem Reflektor ausgerichtet ist. Es wird angemerkt, daß die Ausrichtung der Reflektoren bezüglich des Codierlichtwellenleiters 302 den Winkel berücksichtigen muß, mit dem das Ende des Codierlichtwellenleiters 302 geschnitten wurde, falls das oben beschriebene Antireflexionsschema auf dem Codierlichtwellenleiter 302 verwendet wird. Licht wird durch eine LED oder eine ähnliche Lichtquelle in den Codierlichtwellenleiter 302 eingegeben. Das Licht, das in dem Codierlichtwellenleiter 302 neu abgebildet wird, wird mit Hilfe eines Kopplers 340 zu einem Detektor geleitet.
Obwohl die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bezüglich Einmodenlichtwellenleitern erörtert wurden, wird es für einen Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung ebenfalls bei Mehrmodenlichtwellenleitern anwendbar ist, da die Toleranzen, die für die Ausrichtung von solchen Lichtwellenleitern erforderlich sind, wesentlich geringer sind, als diejenigen, die für Einmodenlichtwellenleiter erforderlich sind.
Verschiedene Modifikationen der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann auf diesem Gebiet aus der vorhergehenden Beschreibung und beiliegenden Zeichnungen offensichtlich werden. Dementsprechend ist die vorliegende Erfindung lediglich durch den Schutzbereich der folgenden Ansprüche begrenzt.

Claims

1. Ein Schalter (100, 200, 300) zum selektiven Koppeln von Licht von einem Eingangslichtwellenleiter (106, 201, 301) zu einem ausgewählten von einer Mehrzahl von Ausgangslichtwellenleitern (108-110, 203-206, 303 310), wobei der Schalter folgende Merkmale aufweist: einen ersten Wagen (212, 312), an dem ein Ende des Eingangslichtwellenleiters (106, 201, 301) befestigt ist; einen zweiten Wagen (211, 311), an dem die Ausgangslichtwellenleiter (108-110, 203-206, 303-310) derart befestigt sind, daß ein Ende von jedem Ausgangslichtwellenleiter (108-110, 203-206, 303-310) bezüglich des Endes des Eingangslichtwellenleiters (106, 201, 301) zwischen einem ersten und einem zweiten Abstand liegt, wenn der Ausgangslichtwellenleiter (108- 110, 203-206, 303-310) mit dem Eingangslichtwellenleiter (106, 201, 301) ausgerichtet ist; und eine Linse (134, 132), die bezüglich des Endes des Eingangslichtwellenleiters (106, 201, 301) in einer Position befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Linse (134, 132) angeordnet ist, um Licht, das den Eingangslichtwellenleiter (106, 201, 301) verläßt, auf eine Ebene abzubilden, die zwischen dem ersten und dem zweiten Abstand von dem Ende des Eingangslichtwellenleiters (106, 201, 301) liegt.

2. Der Schalter (100, 200, 300) gemäß Anspruch 1, der ferner folgende Merkmale aufweist: einen Codiereingangslichtwellenleiter (202, 302) mit einem Ende, das an dem ersten Wagen befestigt ist; und einen Codierausgangslichtwellenleiter mit einem Ende, das an dem zweiten Wagen befestigt ist, wobei der Codiereingangslichtwellenleiter (202, 302) und der Codierausgangslichtwellenleiter derart positioniert sind, daß Licht, das den Codiereingangslichtwellenleiter (202, 302) verläßt, durch den Codierausgangslichtwellenleiter aufgenommen wird, wenn sich der erste und der zweite Wagen in einer spezifischen räumlichen Beziehung befinden, wobei der Codierausgangslichtwellenleiter von dem gleichen Modentyp ist wie der Eingangslichtwellenleiter (106, 201, 301)

3. Der Schalter (100, 200, 300) gemäß Anspruch 1, der ferner folgende Merkmale aufweist: einen Codiereingangslichtwellenleiter (202, 302) mit einem Ende, das an dem ersten Wagen (212, 312) befestigt ist; und einen Reflektor (343), der an dem zweiten Wagen (211, 311) befestigt ist, wobei der Reflektor (343) derart geformt und positioniert ist, daß Licht, das das Ende des Codiereingangslichtwellenleiters (202, 302) verläßt, zurück in das Ende des Codiereingangslichtwellenleiters (202, 302) abgebildet wird, wenn sich der erste und der zweite Wagen in einer spezifischen räumlichen Beziehung befinden.

4. Der Schalter (100, 200, 300) gemäß Anspruch 2, bei dem der Eingangs- und der Ausgangslichtwellenleiter (108- 110, 203-206, 303-310) Einmodenlichtwellenleiter sind.

5. Der Schalter (100, 200, 300) gemäß Anspruch 3, bei dem der Eingangslichtwellenleiter ein Einmodenlichtwellenleiter ist.

6. Ein Schalter gemäß Anspruch 1, der einen Codierer zum Erfassen der Ausrichtung des ersten Wagens (212, 312) mit dem zweiten Wagen (211, 311) umfaßt, wobei der Codierer folgende Merkmale aufweist: einen Codiereingangslichtwellenleiter (202, 302) mit einem Ende, das an dem ersten Wagen (212, 312) befestigt ist, und einen Codierausgangslichtwellenleiter (208-210) mit einem Ende, das an dem zweiten. Wägen (211, 311) befestigt ist, wobei der Codiereingangslichtwellenleiter (202, 302) und der Codierausgangslichtwellenleiter (208-210) derart positioniert sind, daß Licht, das den Codiereingangslichtwellenleiter (202, 302) verläßt, durch den Codierausgangslichtwellenleiter (208-210) aufgenommen wird, wenn sich der erste und der zweite Wagen in einer spezifischen räumlichen Beziehung befinden, wobei eine Einrichtung zum Erfassen des aufgenommenen Lichts vorgesehen ist.

7. Ein Schalter gemäß Anspruch 6, bei dem der Codiereingangs- und der Codierausgangslichtwellenleiter Einmodenlichtwellenleiter sind.

6. Ein Schalter gemäß Anspruch 1, der einen Codierer zum Erfassen der Ausrichtung des ersten Wagens (212, 312) mit dem zweiten Wagen (211, 311) umfaßt, wobei der Codierer folgende Merkmale aufweist: einen Codiereingangslichtwellenleiter (202, 302) mit einem Ende, das an dem ersten Wagen (212, 312) befestigt ist, und einen Reflektor (343), der an dem zweiten Wagen (211, 311) befestigt ist, wobei der Reflektor (343) derart geformt und positioniert ist, daß Licht, das das Ende des Codiereingangslichtwellenleiters (202, 302) verläßt, in das Ende des Codiereingangslichtwellenleiters (202, 302) reflektiert wird, wenn sich der erste und der zweite Wagen in einer spezifischen räumlichen Beziehung befinden, wobei eine Einrichtung zum Erfassen des reflektierten Lichts vorgesehen ist.

9. Ein Schalter gemäß Anspruch 8, bei dem der Codiereingangs- und der Codierausgangslichtwellenleiter Einmodenlichtwellenleiter sind.