WO2001050175A1 - Faseroptisches schaltelement - Google Patents

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WO2001050175A1
WO2001050175A1 PCT/EP2001/000007 EP0100007W WO0150175A1 WO 2001050175 A1 WO2001050175 A1 WO 2001050175A1 EP 0100007 W EP0100007 W EP 0100007W WO 0150175 A1 WO0150175 A1 WO 0150175A1
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WO
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fiber
stop
switching
movable
switching element
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PCT/EP2001/000007
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Susanne Sigloch
Michel Neumeier
Jens Hossfeld
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INSTITUT FüR MIKROTECHNIK MAINZ GMBH
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Priority to US10/169,526 priority patent/US20040022484A1/en
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    • G02B6/3582—Housing means or package or arranging details of the switching elements, e.g. for thermal isolation

Definitions

  • This invention relates to a fiber optic switch and a fiber optic switch component consisting of one or more fiber optic switches.
  • the invention relates to a fiber optic Ix2 switching element which is contained one or more times in a fiber optic switch.
  • a movable optical fiber is generally positioned by a switching body either in front of a first fixedly arranged or in front of a second fixedly arranged optical fiber.
  • a fiber For the sake of simplicity, an optical fiber is referred to below as a fiber.
  • a movable optical fiber is arranged within a coil spring and is positioned in front of a first fixed fiber by means of a V-shaped groove when the coil spring is relaxed.
  • the movable optical fiber can be positioned from the rest position in front of the first fixed fiber in a V-shaped groove in front of a second fixed optical fiber.
  • the fixed fibers do not necessarily abut one of the V-shaped grooves, but are only aligned with respect to them.
  • WO88 / 02869 an optical switch is shown, in which a movable fiber is firmly connected to a switch body, through which it can be guided against one of two V-shaped stop surfaces, each of which has a fixed fiber attached to it.
  • mechanical stops are provided which are arranged in such a way that the optical fiber clings to the respective V-shaped stop due to its inherent tension.
  • EP 0 644 447 A1 discloses a mechanical optical switch in which a movable optical fiber is provided with a magnetic fiber sheath in order to move the movable optical fiber in front of a first or one to position the second fixed optical fiber.
  • the movable optical fiber is guided against a respective stop surface on which the first and the second, respectively fixed optical fiber is applied or with respect to which the first or second fixed optical fiber is aligned, a stop used in each case having two positioning surfaces, i. H. two surfaces on which the permanently arranged fibers lie respectively or with respect to which they are aligned and against the. the movable optical fiber is guided in each case.
  • optical switches described above require complex drives, collimation optics or precision mechanics to position the fibers, since the movable fiber is bent away from the point of contact with one of the fixed fibers to the stop and contacts it, so that the fiber does not have the desired bend undergoes further bending and would therefore no longer be correctly aligned with the respective fixed fiber. Furthermore, such switches are very expensive and / or large due to the comparatively complex coating with magnetizable material or the fixed mounting on comparatively complex mechanical actuators. Furthermore, grasping the fibers in ferrules also requires considerable space.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a fiber-optic switching element with which a fiber-optic switch or a fiber-optic switch component consisting of a plurality of fiber-optic switches can be constructed, which is simple and inexpensive to manufacture.
  • a fiber optic switch or a fiber optic switch component according to the invention are described in independent claims 12 and 13. given.
  • the movable fiber according to the invention is not bent towards the stop, that is, pulled against it, but pushed against the stop and pressed flat against it.
  • This has the advantage that material properties of the fiber, such as. B. their bending stiffness no longer needs to be taken into account in design, since the adjustment of the movable fiber to the fiber itself and not - as in the described prior art - takes place on the switching body, which means that precise mechanical guidance of the switching body can be dispensed with, since this only acts as a driver. Even greater precision is achieved here, since the movement is stopped by the fiber itself striking the adjustment structure.
  • Fig. La is a plan view of a first embodiment of a fiber optic switching element according to the invention.
  • Fig. Lb is a sectional view of the first shown in Fig. La
  • Embodiment according to the invention shows a plan view of a second embodiment of a fiber optic switching element according to the invention;
  • F Fiigg .. 2 2bb is a sectional view of the second embodiment according to the invention shown in FIG. 2a;
  • FIG. 4 shows a spatial representation of the individual parts of a further embodiment variant of the second embodiment according to the invention.
  • Fig. 5 shows a housing for the switching element shown in Fig. 4;
  • FIG. 6 shows the design of a bistable magnetic actuator which can be used to switch a fiber optic switching element according to the invention
  • 7 shows a longitudinal section through a fiber-optic switching element according to the invention to illustrate the axial and lateral fastening of the optical fibers
  • 8 shows a cross section through a fiber-optic switching element according to the invention to illustrate an advantageous lateral fastening of the fixedly arranged optical fibers
  • 9 shows the possibility of arranging a plurality of fiber optic switching elements according to the invention to form a fiber optic switch according to the invention
  • 10 shows a plan view of a third embodiment of a fiber optic switching element according to the invention
  • FIG. 11 shows various sectional representations of the third embodiment according to the invention shown in FIG. 10.
  • the signal emanating from a movable input fiber can be alternately switched between two permanently arranged output fibers, i. H. the movable input fiber can optionally be positioned in front of one of two fixed output fibers. Both the input fiber and the output fibers can be single mode or multimode fibers.
  • the fiber optic switching element according to the invention can also be constructed for a reverse signal flow, in which one of two input signals, which are introduced through a respective fixed input fiber, is passed into a movable output fiber which can be optionally positioned in front of the latter.
  • FIGS. 1 a and 1 b show a first preferred embodiment of the invention, in which the movable input fiber 1 and the fixedly arranged output fibers 4, 6 are located in a common, approximately rectangular groove of a body 8, which is referred to below as the fiber groove, the input fiber 1 depending on the switching state one of the two output fibers 4, 6 faces.
  • the described fixed arrangement of the output fibers only relates to their lateral direction, i. H. on the concerns of the respective adjustment surfaces.
  • the signal transmission takes place via an end face coupling, with a gap between the fiber end faces which is determined by the axial fixation of the fibers.
  • an index matching liquid generally fulfills several functions.
  • back reflections on the fiber end faces of the opposing fibers are reduced, on the other hand the expansion of the beam coupled out of the input fiber 1 in the gap between the input fiber 1 and the corresponding output fiber 4, 6 is reduced.
  • the movement of the fiber in the switch is lubricated by the liquid, which reduces the abrasion of the materials rubbing against one another, and the liquid prevents the stripped fibers from becoming brittle as a result of water retention.
  • the back reflection is advantageously reduced by the beveling of the fiber end surfaces.
  • the coupling attenuation is higher in this case than when using an index matching liquid.
  • z. B. also a coupling of the fiber ends by direct contact by means of a spring mechanism, as z. B. is disclosed in the previously mentioned WO88 / 02869.
  • the adjustment of the first output fiber 4 and the movable input fiber This 1 in front of the first fixed output fiber 4 takes place at a first stop 3 and the adjustment of the second fixed output fiber 6 and the movable input fiber 1 in front of the second fixed output fiber 6 takes place at a second stop 5.
  • the first stop 3 and the second stop 5 are each by a side wall 3a,
  • FIG. 1b shows a sectional illustration of the first embodiment of the invention shown in FIG. 1a along the line AB shown in FIG. 1a, wherein only the functional principle in FIGS. 2a and 2b, but not insignificant assemblies such as, for. B. the electromagnetic actuator shown in Fig. La are shown.
  • the movable input fiber 1 located in the fiber groove, which abuts the second stop 5, which consists of the side wall 5a and the bottom region 5b of the fiber groove adjoining it.
  • the fiber groove has a depth, that is to say a side wall height, which is below the fiber diameter but above half the fiber diameter.
  • Lying on the body 8 is a slide 2c of the switch body 2, which has a groove aligned with the fiber groove, which is referred to below as the switch groove.
  • the carriage 2c is movable in the transverse direction to the fiber groove. The one in the carriage 2c
  • the depth of this switching groove formed in the slide 2c is selected so that the movable input fiber 1 does not abut its bottom.
  • the width of the switching groove is selected so that the part of the movable input fiber 1 protruding from the fiber groove can easily be accommodated therein.
  • the angle ⁇ can also be chosen such that a pressing force results on both stop surfaces 3a, 3b or 5a, 5b, wherein it is advantageously between 20 ° and 70 °.
  • convex or concave lateral surfaces 2a, 2b can be selected.
  • a cover 10 is placed on the body 8 and forms a cavity with the height h in which the carriage 2c can move transversely to the fiber groove.
  • the carriage 2c has a height D.
  • the movable input fiber 1 is adjusted on the fiber itself and not on the switching body 2, as a result of which greater precision is achieved.
  • the movement of the carriage 2c in the transverse direction to the fiber groove is only inhibited by the fact that the movable fiber 1 rests on the first stop 3 or on the second stop 5, and thus also stops the carriage 2c pushing the movable fiber 1, which is not on the side walls of the through strikes the body 8 and the lid 10 formed cavity.
  • the carriage 2c per se only needs to perform an imprecise movement, which means that precise mechanical guides for the carriage 2c can be dispensed with. This acts as a driver that pushes the movable fiber 1 against the respective stop and presses against it.
  • the force acting on the movable fiber 1 occurs at 45 ° to the direction of movement, thereby simultaneously pressing the fiber onto a side wall 3a, 5a and on the floor 3b and 5b the fiber groove, that is to say against the complete adjustment structure.
  • This force also acts in the stop position of the movable input fiber 1 such that it is simultaneously adjusted two-dimensionally by applying the one-dimensional force.
  • the carriage 2c which moves the movable input fiber 1 mechanically, is not firmly connected to the input fiber 1, it is easy to assemble. Since the slide - as previously stated - only has to exert pressure on the fiber - it does not require high-precision guidance or precise external dimensions, but only a respective flat stop surface 2a, 2b. Is the carriage 2c z.
  • the height of the switch body D can be smaller by an amount between 0 and t than the cavity height h without influencing the positioning of the movable input fiber 1 with a diameter of 2r.
  • the slide of the switching body does not run on the surface of the body 8, but in a guide groove provided therein, which is arranged transversely to the fiber groove and cuts it ,
  • the slide of the switch body has a switch groove shaped according to the first embodiment variant shown in FIGS. 1 a and 1 b, which, however, is deeper, so that here also the movable input fiber 1 does not rest on the bottom of the switch groove.
  • the slide is guided in the guide groove in order to push the fiber against a respective stop 3, 5 and to press it.
  • this guide groove does not need to be manufactured with high precision due to the design of the slide as a driver.
  • the guide groove should be made precisely to the extent that force is exerted on the movable input fiber 1 as far as possible over an entire stop surface.
  • the guide groove should therefore allow the carriage to be oriented to the extent that its stop surfaces are not perpendicular to the direction of movement of the slide, so that a force can be transmitted from the entire stop surface to the movable input fiber 1.
  • An advantageous "loose" movement of the carriage is promoted in particular by the electromagnetic actuation described in more detail below with reference to FIG. 6.
  • other designs of actuators for the slide are also possible, which enable the slide to be aligned within the guide groove.
  • the switching body 2 consists not only of a carriage 2c with a switching groove which has the cross-sectional shape of a trapezoid, but of a carriage 2c with at least two runners 2d, 2e arranged in axially offset positions with respect to the movable fiber 1, wel - Before they are aligned perpendicular to the fiber groove and each have a flat stop surface 2a, 2b corresponding to one of the stop surfaces 2a, 2b of the carriage 2c of the first embodiment.
  • the runners 2d, 2e can each be designed in accordance with the first or the second embodiment variant of the first embodiment of the invention, that is to say can be arranged either above the fiber groove formed in the body 8, the fiber groove here having a height below the fiber diameter of the movable fiber 1, or be guided in a respective guide groove, which is arranged in the body 8 transversely to the fiber groove located therein, but does not cut it, but only opens into it on a respective side.
  • the carriage 2c of the switch body 2 according to the second embodiment of the invention is arranged such that it is always above the movable fiber 1, that is to say never touches it.
  • FIG. 2a which shows a section along the line A "B" shown in FIG.
  • the movable input fiber 1 by means of a second runner 2e with a stop surface 2b on the second stop 5 is positioned in front of the second fixed output fiber 6. Since the second runner 2e is laterally offset from a first runner 2d, the movable input fiber 1 is not pushed against an interruption in the side wall 5a of the second stop 5 and pressed against it, but against a continuous stop surface.
  • the movable input fiber 1 can be positioned in front of the first fixedly arranged output fiber 4, the movable input fiber 1 also not preventing an interruption of the Side wall 3a of the first stop 3 is pushed and pressed against it, but against a continuous stop surface.
  • FIG. 2b shows a sectional illustration of the second embodiment along the line A'B 'drawn in FIG. 2a corresponding to FIG. 1b for the first embodiment according to the invention. It can be spotted, that the second stop surface 2b of the second runner 2e presses the movable input fiber 1 against the continuous side wall 5a and the bottom region 5b of the fiber groove, which form the second stop 5. Correspondingly, there is no interruption in the side wall 3a of the first stop in the sectional plane that runs through the first runner 2d.
  • the angle 45 ° is drawn on the first runner 2d by which the stop surfaces 2a and 2b are beveled relative to the side walls 5a and 3a of the fiber groove.
  • the second embodiment of the invention shown in FIGS. 2a and 2b is constructed in accordance with the second embodiment of the first embodiment of the invention.
  • the second embodiment according to the invention (with laterally offset runners) can also be constructed according to the first embodiment variant of the first embodiment according to the invention shown in FIGS. 1a and 1b.
  • the embodiment variant of the second embodiment according to the invention shown in FIGS. 2a and 2b like the second embodiment variant of the first embodiment according to the invention, can also be implemented for heights y> r (l + sin ⁇ ).
  • the smaller the y ⁇ the smaller the precision requirements, whereby N can also be negative.
  • the switching body 2 has three runners 2d, 2e arranged in one direction on the slide 2c, i.e. a total of 6 runners 2d, 2e, three of which are first runners 2d each have a flat first stop surface 2a corresponding to the first side wall of the slide 2c of the first embodiment according to the invention, and three second runners 2e each have a flat second stop surface 2b corresponding to the second side wall of the slide 2c of the first embodiment according to the invention.
  • the respective stop surfaces 2a, 2b are each aligned such that they push the movable fiber 1 together and press flat against the corresponding first or second stop.
  • FIG. 3 shows a first switching state in which the movable input fiber 1 is positioned in front of the first fixed output fiber 4, that is to say at the first stop 3.
  • the upper part shows a top view and the lower part shows a sectional view along the line CD 'drawn in the upper part, the slide 2c of the switching body 2, which is indicated in the upper part by a broken line, not being shown, since only the operating principle should be described. It can be seen that the movable input fiber 1 for positioning in front of the first fixed output fiber 4 is pushed onto and pressed onto the first side wall 3a and the bottom 3b of the fiber groove.
  • FIG. 3 shows a second switching state in which the movable input fiber 1 is arranged in front of the second fixed output fiber 6.
  • the movable input fiber 1 is pushed onto and pressed against the second side wall 5a and the bottom 5b of the fiber groove, as shown in FIG. 2b for the first embodiment of the second embodiment according to the invention and in the lower right part of FIG. 3 3, which corresponds to the lower left part of FIG. 3 shows a section along the line CD drawn in the upper part.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a body 8 and a switching body 2 adapted to it, which consists of a carriage 2c with 4 in each Direction acting skids 2d, 2e.
  • the carriage 2c has a recess on its upper side opposite the runners 2d, 2e for receiving a permanent magnet.
  • FIG. 4 also shows a clamping wedge 9 with which the fixedly arranged output fibers 4, 6 are held laterally in the fiber groove of the body 8, but are axially displaceable, as described below with reference to FIGS. 7 and 8 ,
  • two recesses are provided in the body 8, in which the clamping wedge 9 can be glued or fastened in another suitable manner.
  • Fig. 5 shows a housing for the assemblies of the switching element shown in Fig. 4, which consists of a lower housing part 1 1 and a matching housing cover 12, in a spatial representation.
  • the lower housing part 11 is designed in such a way that it can accommodate the body 8 and has grooves for fiber guidance, which are aligned with the fiber groove when the body 8 is inserted into the lower housing part 11. Furthermore, the lower housing part 11 has holes for making electrical contact with the electromagnets of the electromechanical actuator 7.
  • the function of the housing cover 12 does not normally correspond to the cover 10 described above, which rests directly on the body 8 and which is not shown in FIGS. 4 and 5. However, it is also possible that the housing cover 12 takes over the function of the cover 10 with sufficient precision, which can be dispensed with in this case. Further functional features of the lower housing part 1 1 and housing cover 12
  • FIG. 6 shows, in three figures, the design of the bistable magnetic actuator 7 already mentioned, which is used for switching the switching body 2 according to the invention.
  • the bistable magnetic actuator is shown by way of example in FIG. 6 with a switching body 2 according to the first embodiment according to the invention.
  • the upper figure shows the magnetic actuator in a second switching state, in which the movable input fiber 1 is arranged on the second stop 5 in front of the second fixedly arranged output fiber 6,
  • the middle figure shows a movement of the carriage 2c in the first switching state, in which the movable input fiber 1 is firmly attached to the first stop before the first arranged output fiber 4 is positioned
  • the lower figure shows the arrangement of the electromagnetic actuator with the moving carriage 2c in the first switching state.
  • the figures each show only the slide 2c with the groove provided therein with the side surfaces 2a and 2b and the actuator 7 consisting of the magnets 7a, 7b and 7c and not the body 8 and the fibers 1, 4, 6, since these are a figure to illustrate the functional principle of the actuator 7 is.
  • the electromagnetic actuator 7 consists of two electromagnets 7b, 7c, which consist of a coil core wound with a coil.
  • the electromagnets 7b, 7c are each arranged in an extension of the direction of movement of the slide 2c, i. H. z. B. aligned with the guide groove according to the second embodiment of the first embodiment according to the invention.
  • the coil core is made of a soft magnetic material.
  • z. B. made of a nickel-iron alloy.
  • the electromagnetic actuator 7 has a permanent magnet 7a arranged on or in the slide 2c, the poles of which are each aligned with one of the coil cores of the electromagnets 7b, 7c.
  • the fixation i.e. H. the movable input fiber 1 is pressed against one of the stops 3, 5 in a respective rest position by the interaction of the permanent magnet 7a attached to the slide 2c with the respective coil core of the electromagnet 7b, 7c arranged closer to the respective stop.
  • the coils of the two electromagnets 7b, 7c are activated in such a way that the coil by means of which the core of the switching body was held in its last rest position now repels it by a magnetic field which counteracts the magnetic field of the permanent magnet 7a while a magnetic field is generated by the other coil, which simultaneously attracts the permanent magnet 7a.
  • the carriage 2c has reached its new switching position, the coil current can be switched off and the fixation is again effected by the magnetic interaction of the permanent magnet, but with the corresponding other coil core.
  • FIG. 6 This switching principle described above is illustrated in FIG. 6.
  • the upper illustration in FIG. 6 shows that the switching body 2 is pulled through the north pole of the permanent magnet 7a arranged on or in it in the direction of the coil core of a first electromagnet 7b, which leads the carriage 2c into the second switching state, and thereby a force is exerted. testifies by which the carriage 2c presses the movable input fiber 1 against the second stop 5 by means of the stop surface 2b.
  • FIG. 6 shows the changeover from the second to the first switching state in that the first electromagnet 7b generates a north pole on its side facing the carriage 2c and repels the permanent magnet 7a arranged on the carriage 2c and thus the carriage 2c and a second electromagnet 7c arranged closer to the first stop also generates a north pole on its side facing the carriage 2c, whereby the south pole of the permanent magnet 7a arranged on the carriage 2c is attracted.
  • This switchover from the second to the first switching state pushes the movable input fiber 1 away from the second stop 5 against the first stop 3 by means of the stop surface 2a.
  • the coil current in both electromagnets 7b and 7c can be switched off and the carriage 2c is only activated by the magnetic interaction of the permanent magnet 7a with the coil core of the second electromagnet 7c via the movable input fiber at the first stop 3 held, as shown in the lower figure of FIG. 6, whereby a force is generated by which the carriage 2c presses the movable input fiber 1 against the first stop 3 by means of the stop surface 2a.
  • the switch can also be driven by means of another actuator, for example by means of a piezoelectric actuator, a thermal actuator, e.g. B. a bimetal or memory metal actuator.
  • the functional elements of the switch can advantageously be produced by injection molding or other mass-producing processes.
  • the simplest processing with low price and the required precision is achieved with plastics.
  • plastics show a strong, temperature-dependent linear expansion in the unreinforced state, which is different from that of the optical fibers.
  • Reinforced plastics show this effect to a significantly reduced extent, however, the required surface qualities cannot be achieved here.
  • If the entire switch is made of a material that has a strong temperature is subject to linear expansion due to the temperature, a slight change in temperature often causes the switch structure to contract or expand in such a way that the gap between the movable input fiber 1 and the corresponding fixed output fiber 4, 6 is reduced or enlarged, as a result of which the damping values achieved change significantly can. With usual temperature requirements, damping increases at high temperatures or collision of the fiber ends at low temperatures can result.
  • FIG. 7 shows that both the fibers are not laterally and axially on the switch structure itself, i. H. the body 8, but attached to a lower housing part 1 1, which shows a lower temperature-related material expansion or a temperature-related material expansion corresponding to the optical fibers, such as. B. glass or ceramic for fiber optics or suitable polymers for polymer fibers, to which in turn the body 8 of the switching element is attached.
  • This material can also be mass-produced very inexpensively.
  • the low precision that can be achieved here is sufficient for the function as a housing.
  • Fig. 7 shows that both the
  • the bonding of the respective fibers to the lower housing part 1 1 ensures that the fibers are fixed in the axial direction.
  • the output fibers 4, 6 are fixed by a clamping wedge 9 within the fiber groove located in the body 8 close to the coupling point.
  • This wedge 9 is z. B. firmly glued to the body 8, as shown in Fig. 8, which shows a section along the line EF shown in Fig. 7, here the lower housing part 1 1 is not shown, because only the principle of operation of the wedge 9 is to be shown.
  • FIG. 8 shows that the clamping wedge 9 positions the (laterally) output fibers 4, 6 fixedly arranged in the body 8 on a respective side wall 3a, 5a and the bottom 3b and 5b of the fiber groove located in the body 8, that is to say at the same stops which the input fiber is positioned in the appropriate switch position.
  • the force effect by the clamping wedge 9 on the corresponding output fiber 4, 6 takes place in a similar manner as by the switching body 2 on the movable input fiber 1, the force here also being inclined at 45 ° to the surfaces 3 a, 5 forming a respective stop 3, 5 3b, 5a, 5b, standing contact surfaces are diverted from one direction to the bottom of the fiber groove in one direction against both surfaces forming the respective stop 3, 5.
  • the clamping wedge 9 is in the recesses already mentioned in connection with FIG. 4, which position it, connected to the body 8, for. B. glued. Instead of gluing, however, B. a detachable connection by z. B. Snap-in technology can be realized.
  • the clamping wedge 9 clamps the (laterally) fixedly arranged output fibers 4, 6 in such a way that they lie firmly against the respective stop 3, 5, but axially, ie. H. are displaceable in their longitudinal direction.
  • the axial fixation of the fibers on the lower housing part 11 ensures that the fiber ends of (in the fiber groove of the body 8) movable input fiber 1 and (laterally in the fiber groove of the body 8) fixed output fibers 4, 6 with little Face gap.
  • FIG. 9 shows that a plurality of switching elements can be placed next to one another or stacked in order to set up a multiple Ix2 switch, the movement of the respective switching bodies 2 being able to be carried out by a common actuator 7, which consists of a first electromagnet 7b, a second electromagnet 7c and a number corresponding to the number of switching bodies 2 on these permanent magnets 7a.
  • one or more fiber-optic switches stacked one on top of the other can be built with several actuators.
  • the fiber-optic switching elements or fiber-optic switches or fiber-optic switch components according to the invention described in this way can thus be produced by manufacturing their individual parts by injection molding or similar processes in large quantities at a low price, the assembly being automatable since the individual parts only have to be passively adjusted.
  • the high accuracy required for the alignment of the movable fiber in front of the permanently arranged fibers is achieved by positioning them on common straight walls, and the temperature-related linear expansion of the injection-molded material is compensated for by the lateral fixation of the permanently arranged fibers to this material.
  • the optional use of an index matching liquid reduces insertion loss and back reflection, which reduces loss of attenuation and also lubricates the movement, ie. H. abrasion at the locations relevant for positioning is reduced.
  • the movable fiber is also protected against embrittlement. Furthermore, a chamfering of the fiber end faces is also possible in order to further reduce a back reflection.
  • the fiber-optic switching elements according to the invention achieve a lateral and angular alignment accuracy in the micrometer and milliradiate range.
  • at least the first and the second stop are advantageously manufactured using the LIGA or laser LIGA technology.
  • the two stops 3, 5 each have two stop surfaces 3a, 5a and 3b, 5b which are (at least almost) perpendicular to one another.
  • the two stop surfaces can also have a different angle to one another and / or the stops can have a different number of stop surfaces.
  • both stops do not have to be of the same design. In such a Chen case only a corresponding stop surface 2a, 2b of the
  • Switch body 2 are changed and / or arranged so that a uniform force distribution acts on the movable input fiber 1 so that it rests in such a defined position on the respective stop as the laterally fixed output fiber 4, 6.
  • an Ix2 switching element has been described previously.
  • the teaching according to the invention can of course also be applied to an nx2n switching element or nxm switching element if the fibers are appropriately arranged, the switching body 2 and the stops are configured.
  • an arrangement according to the second embodiment of the first embodiment according to the invention or according to the second embodiment according to the invention is conceivable, in which a fiber ribbon consisting of a plurality of individual fibers lying next to one another and connected to one another lies flat against a side wall of a respective stop, wherein it vertically through its bottom or its design eg is positioned in the form of a surface adapted to the fiber ribbon.
  • FIG. 10 and 1 1 show how.
  • B. a 2x3 switching element can be realized in which, for. B. two movable input fibers can be positioned in front of three fixed output fibers.
  • 10 shows schematically the position of the two movable input fibers F 1, F2 and the three fixed output fibers F3, F4 and F5 in the two switching states.
  • the fiber groove in the body 8 is designed so that the three output fibers are abutted next to each other and the two outer fibers each abut one of the stops 3, 5.
  • FIG. 11 along the lines GH, IK for the first switching state or G'H ', I'K' for the second switching state shown in FIG.
  • the side walls of the fiber groove according to this embodiment are inclined by approximately 45 ° in such a way that the bottom of the fiber groove is wider than the opening opposite it.
  • a slide 2c is provided as switching body 2, each with two runners 2d, 2e acting in one direction, which are offset in the longitudinal direction of the fibers are, since the side walls of the fiber groove have interruptions offset in the longitudinal direction of the fibers at the locations of the guide grooves running perpendicular to the fiber groove.
  • the second movable input fiber F2 is pressed by the side walls 2a of the first runners 2d against the first movable input fiber Fl, which in turn is pressed against the first stop 3 and positioned thereon. Since the side wall 3a of the fiber groove and the stop surface 2a of the runner 2d are inclined, both movable input fibers are pressed and positioned against the bottom 3b of the fiber groove, as shown in the sectional view I-K in FIG. 11.
  • the sectional view G-H shows that the two movable input fibers F 1, F 2 do not abut the stop surfaces 2 b of the second runners 2 e in the first switching state.
  • the fixed output fiber F3 also bears against and is positioned against the first stop 3 and the second fixed output fiber F4 bears against the first fixed output fiber F3, the first movable input fiber F1 is in the first switching state before the first fixed output fiber F3 and the second movable input fiber F2 is positioned in front of the second fixed output fiber F4.
  • the second movable input fiber F2 is pressed against the second stop 5 by the second stop surfaces 2b of the second runners 2e via the first movable input fiber F1, as shown in the sectional view G'-H ', to which the third stop is likewise fixed arranged output fiber F5 is applied, which in turn bears the second fixed output fiber F4.
  • the sectional representation I'-K ' shows that the two movable input fibers F1, F2 do not abut the stop surfaces 2a of the first runners 2d in the second switching state.
  • both movable input fibers F1, F2 are pressed against the bottom 5b of the fiber groove and on positioned this.
  • the first movable input fiber F l is positioned in the second switching state in front of the second fixed output fiber F4 and the second movable input fiber F2 in front of the third fixed output fiber F5.
  • the carriage is arranged above the movable input fibers F1, F2 in such a way that they cannot slide over one another during the movement.

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Abstract

Bei einem faseroptischen Schalter wird ein faseroptisches Schaltelement eingesetzt, bei dem eine bewegliche Faser (1) durch einen Schaltkörper (2) an einem ersten Anschlag (3) vor einer ersten fest angeordneten Faser (4) oder an einem zweiten Anschlag (5) vor einer zweiten fest angeordneten Faser (6) positioniert wird, wobei die bewegliche Faser (1) zur Positionierung durch den Schaltkörper (2) gegen den ersten oder zweiten Anschlag (3, 5) geschoben und flach an den ersten oder zweiten Anschlag (3, 5) gedrückt wird.

Description

Faseroptisches Schaltelement
Beschreibung
Diese Erfindung bezieht sich auf einen faseroptischen Schalter und ein faseroptisches Schalterbauteil, das aus einem oder mehreren faseroptischen Schaltern besteht. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein faseroptisches Ix2-Schaltelement, welches ein- oder mehrfach in einem faseroptischen Schalter enthalten ist.
Bei einem faseroptischen Ix2-Schaltelement wird im allgemeinen eine bewegliche Lichtleiterfaser durch einen Schaltkörper entweder vor einer ersten fest angeordneten oder vor einer zweiten fest angeordneten Lichtleiterfaser positioniert. Eine Lichtleiterfaser wird nachfolgend der Einfachheit halber als Faser bezeichnet.
Gemäß der GB 2 107 481 A wird eine bewegliche optische Faser innerhalb einer Spiralfeder angeordnet und mittels einer V-förmigen Nut bei entspannter Spiralfeder vor einer ersten fest angeordneten Faser positioniert. Mittels eines an der Spiralfeder anliegenden z. B. manuell zu betätigenden
Schaltkörpers kann die bewegliche optische Faser aus der Ruhelage vor der ersten fest angeordneten Faser in einer V-förmigen Nut vor einer zweiten fest angeordneten optischen Faser positioniert werden. Die fest angeordneten Fasern liegen nicht notwendigerweise an einer der V-förmigen Nuten an, sondern sind lediglich in Bezug auf diese ausgerichtet.
In der WO88/02869 ist ein optischer Schalter gezeigt, bei dem eine bewegliche Faser fest mit einem Schaltkörper verbunden ist, durch den sie gegen eine von zwei V-förmigen Anschlagflächen geführt werden kann, an denen jeweils eine fest angeordnete Faser anliegt. Zur Begrenzung der Bewegung des Schaltkörpers sind mechanische Anschläge vorgesehen, die derart angeordnet sind, dass die optische Faser sich durch ihre Eigenspannung an den jeweiligen V-förmigen Anschlag anschmiegt.
In der EP 0 644 447 AI ist ein mechanischer optischer Schalter offenbart, bei dem eine bewegbare optische Faser mit einer magnetischen Faserhülle versehen ist, um die bewegbare optische Faser vor einer ersten oder einer zweiten fest angeordneten optischen Faser zu positionieren.
Wie in den in der GB 2 107 481 A und der WO88/02869 offenbarten opti- sehen Schaltern wird auch gemäß der Lehre der EP 0 644 447 A I die bewegliche optische Faser gegen eine jeweilige Anschlagfläche geführt, an der auch die erste bzw. die zweite fest angeordnete optische Faser anliegt bzw. hinsichtlich der die erste bzw. zweite fest angeordnete optische Faser ausgerichtet ist, wobei ein verwendeter Anschlag jeweils zwei Positionierflächen aufweist, d. h. zwei Flächen, an denen die fest angeordneten Fasern jeweils liegen bzw. hinsichtlich der sie ausgerichtet sind und gegen die. die bewegliche optische Faser jeweils geführt wird.
Die zuvor beschriebenen optischen Schalter benötigen zur Positionierung der Fasern aufwendige Antriebe, Kollimationsoptiken oder Präzisionsmechaniken, da die bewegliche Faser jeweils abseits der Kontaktstelle mit einer der fest angeordneten Fasern zum Anschlag hin gebogen wird und sich an diesen anlegt, damit die Faser keine über die gewollte Biegung hinausgehende Biegung erfährt und somit nicht mehr korrekt zu der jeweiligen fest angeordneten Faser ausgerichtet wäre. Weiter werden solche Schalter durch die vergleichsweise aufwendige Beschichtung mit magnetisierbarem Material oder der festen Montage an vergleichsweise aufwendigen mechanischen Aktoren sehr teuer und/oder groß. Weiterhin besteht auch durch das Fassen der Fasern in Ferrulen ein erheblicher Platzbedarf.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein faseroptisches Schaltelement anzugeben, mit dem ein faseroptischer Schalter bzw. ein aus mehreren faseroptischen Schaltern bestehendes faseroptisches Schalterbauteil aufgebaut werden kann, das einfach und kostengünstig herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein faseroptisches Schaltelement nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfin- dungsgemäßen faseroptischen Schaltelements sind in den nachfolgenden Patentansprüchen 2 bis 1 1 definiert.
Ein faseroptischer Schalter bzw. ein faseroptisches Schalterbauteil nach der Erfindung sind in den unabhängigen Patentansprüchen 12 und 13 an- gegeben.
Im Unterschied zu den zuvor beschriebenen bekannten optischen Schaltern wird die bewegliche Faser nach der Erfindung nicht zum Anschlag hin ge- bogen, also an diesen gezogen, sondern an den Anschlag geschoben und flach daran gedrückt. Dies hat den Vorteil, dass Materialeigenschaften der Faser, wie z. B. deren Biegesteifigkeit, konstruktiv nicht mehr berücksichtigt werden brauchen, da die Justage der beweglichen Faser an der Faser selbst und nicht - wie nach dem beschriebenen Stand der Technik - an dem Schaltkörper erfolgt, wodurch weiter auf präzise mechanische Führungen des Schaltkörpers verzichtet werden kann, da dieser nur als Mitnehmer wirkt. Hierbei wird sogar eine höhere Präzision erreicht, da die Bewegung durch den Anschlag der Faser selbst an der Justagestruktur gestoppt wird.
Weitere Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. la eine Aufsicht auf eine erste Ausführungsform eines faseropti- sehen Schaltelements nach der Erfindung;
Fig. lb eine Schnittdarstellung der in der Fig. la dargestellten ersten
Ausführungsform nach der Erfindung; Fig. 2a eine Aufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines faseroptischen Schaltelements nach der Erfindung; F Fiigg.. 2 2bb eine Schnittdarstellung der in der Fig. 2a dargestellten zweiten Ausführungsform nach der Erfindung;
Fig. 3 zwei Schaltzustände einer weiteren Ausführungsvariante der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine räumliche Darstellung der Einzelteile einer weiteren Ausfüh- rungsvariante der zweiten Ausführungsform nach der Erfindung;
Fig. 5 ein Gehäuse für das in der Fig. 4 gezeigte Schaltelement;
Fig. 6 die Ausführung eines bistabilen magnetischen Aktors, der zur Schaltung eines erfindungsgemäjßen faseroptischen Schaltelements eingesetzt werden kann; Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein faseroptisches Schaltelement nach der Erfindung zur Darstellung der axialen und lateralen Befestigung der optischen Fasern; Fig. 8 einen Querschnitt durch ein faseroptisches Schaltelement nach der Erfindung zur Darstellung einer vorteilhaften lateralen Befestigung der fest angeordneten optischen Fasern; Fig. 9 die Möglichkeit der Anordnung mehrerer faseroptischer Schalt- elemente nach der Erfindung zu einem erfindungsgemäjßen faseroptischen Schalter; Fig. 10 eine Aufsicht auf einer dritte Ausführungsform eines faseroptischen Schaltelements nach der Erfindung; und Fig. 11 verschiedene Schnittdarstellungen der in der Fig. 10 dargestellten dritten Ausführungsform nach der Erfindung.
Für die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird der Fall betrachtet, dass das von einer beweglichen Eingangsfaser ausgehende Signal wechselseitig zwischen zwei fest angeordneten Aus- gangsfasern umgeschaltet werden kann, d. h. die bewegliche Eingangsfaser wahlweise vor einer von zwei fest angeordneten Ausgangsfasern positioniert werden kann. Sowohl die Eingangsfaser als auch die Ausgangsfasern können Singlemode oder multimode Fasern sein. Natürlich kann das faseroptische Schaltelement nach der Erfindung auch für einen umgekehrten Si- gnalfluß aufgebaut werden, bei dem eins von zwei Eingangssignalen, die durch eine jeweilige fest angeordnete Eingangsfaser eingeleitet werden, in eine wahlweise vor diesen positionierbare bewegliche Ausgangsfaser geleitet wird.
Die Fig. la und lb zeigen eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei der sich die bewegliche Eingangsfaser 1 und die fest angeordneten Ausgangsfasern 4, 6 in einer gemeinsamen, annähernd rechteckförmi- gen Nut eines Körpers 8 befinden, die nachfolgend als Fasernut bezeichnet wird, wobei die Eingangsfaser 1 je nach Schaltzustand einer der beiden Ausgangsfasern 4, 6 gegenübersteht. Die beschriebene feste Anordnung der Ausgangsfasern bezieht sich lediglich auf deren laterale Richtung, d. h. auf das Anliegen an jeweiligen Justageflächen.
Die Signalübertragung erfolgt über eine Stirnflächenkopplung, wobei sich zwischen den Faserendflächen ein Spalt befindet, der durch die axiale Fixierung der Fasern bestimmt ist. Dabei können die Fasern bei Verwendung einer Index Matching Flüssigkeit senkrecht geschnitten oder unter einem definierten Winkel angeschrägt sein. Eine Index Matching Flüssigkeit erfüllt allgemein mehrere Funktionen. Zum einen werden Rückreflexionen an die Faserstirnflächen der sich gegenüberstehenden Fasern vermindert, zum anderen wird die Aufweitung des aus der Eingangsfaser 1 ausgekoppelten Strahls im Spalt zwischen der Eingangsfaser 1 und der entsprechenden Ausgangsfaser 4, 6 verringert. Weiter ist die Bewegung der Faser im Schalter durch die Flüssigkeit geschmiert, wodurch der Abrieb der dabei aneinander reibenden Materialien vermindert wird, und die Flüssigkeit verhindert die Versprödung der entmantelten Fasern in Folge von Wassereinlage- rung. Wird andererseits auf die Verwendung einer Index Matching Flüssigkeit verzichtet, so wird vorteilhaft der Rückreflex durch das Anschrägen der Faserendflächen vermindert. In Folge der verstärkten Strahlaufweitung im Spalt ist in diesem Fall jedoch die Einkoppeldämpfung höher als bei der Verwendung einer Index Matching Flüssigkeit. Dabei können beide Varian- ten vorteilhaft miteinander kombiniert werden, um eine besonders geringe Rückreflexion und eine geringe optische Dämpfung zu erhalten.
Alternativ zu der Signalübertragung über einen sich zwischen den Faserendflächen befindlichen Spalt kann bei dem erfindungsgemäßen faseropti- sehen Schaltelement z. B. auch eine Kopplung der Faserenden durch direkten Kontakt mittels eines Federmechanismus erfolgen, wie er z. B. in der zuvor schon angesprochenen WO88/02869 offenbart ist.
Die Bewegung der Eingangsfaser 1 von dem ersten Schaltzustand vor der ersten fest angeordneten Ausgangsfaser 4 in den zweiten Schaltzustand vor der zweiten fest angeordneten Ausgangsfaser 6 erfolgt elektromagnetisch, wie es nachfolgend in Bezug auf die Fig. 4 noch näher beschrieben ist, wobei beide Schaltzustände ohne Zuführung von Energie stabil sind. Die Energiezuführung ist lediglich zum Ändern des Schaltzustandes nötig, wo- bei ein mit der beweglichen Eingangsfaser 1 nicht fest verbundener Schaltkörper 2, der zumindest einen permanentmagnetischen Teil aufweist, durch elektromagnetische Kräfte zwischen den beiden definierten Positionen bewegt wird. Durch entsprechende Wahl der Abstände zwischen dem permanentmagnetischen Teil und dem Spulenkern läßt sich alternativ auch eine monostabile Anordnung erzielen.
Die Justage der ersten Ausgangsfaser 4 sowie der beweglichen Eingangsfa- ser 1 vor der ersten fest angeordneten Ausgangsfaser 4 erfolgt an einem ersten Anschlag 3 und die Justage der zweiten fest angeordneten Ausgangsfaser 6 sowie der beweglichen Eingangsfaser 1 vor der zweiten fest angeordneten Ausgangsfaser 6 erfolgt an einem zweiten Anschlag 5. Der erste An- schlag 3 und der zweite Anschlag 5 sind durch jeweils eine Seitenwand 3a,
5a sowie den Boden 3b und 5b der in dem Körper 8 vorgesehenen Fasernut gebildet. Durch die einfach gehaltene Struktur dieser den jeweilgen Anschlag bildenden Flächen können diese mit relativ geringem Aufwand hochpräzise gefertigt werden.
Die Fig. lb zeigt eine Schnittdarstellung der in der Fig. l a gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung entlang der in der Fig. l a gezeigten Linie AB, wobei in den Figuren 2a und 2b lediglich das Funktionsprinzip, nicht aber dafür unwesentliche Baugruppen, wie z. B. der in der Fig. la gezeigte elektromagnetische Aktor gezeigt sind.
Die Fig. lb zeigt die sich in der Fasernut befindliche bewegliche Eingangsfaser 1 , die am zweiten Anschlag 5 anliegt, der aus der Seitenwand 5a und dem an diese angrenzenden Bodenbereich 5b der Fasernut besteht. Die Fa- sernut hat in dem hier gezeigten Fall eine Tiefe, also Seitenwandhöhe, die unterhalb des Faserdurchmessers, aber oberhalb des halben Faserdurchmessers liegt. Auf dem Körper 8 aufliegend befindet sich ein Schlitten 2c des Schaltkörpers 2, der eine zur Fasernut fluchtende Nut aufweist, die nachfolgend als Schaltnut bezeichnet wird. Der Schlitten 2c ist in Quer- richtung zur Fasernut beweglich. Die sich im Schlitten 2c befindliche
Schaltnut weist angeschrägte Seitenflächen 2a, 2b auf, die im gezeigten Fall einen Winkel α = 45° zu den Seitenwänden 3a, 5a bzw. dem Boden 3b und 5b der sich im Körper 8 befindlichen Fasernut derart aufweisen, dass die Schaltnut die Querschnittsform eines Trapezes aufweist, bei dem die of- fene dem Körper 8 zugewandte Seite die längere Seite ist. Die Tiefe dieser im Schlitten 2c gebildeten Schaltnut ist so gewählt, dass die bewegliche Eingangsfaser 1 nicht an deren Boden anstößt. Die Breite der Schaltnut ist so gewählt, dass der aus der Fasernut herausragende Teil der beweglichen Eingangsfaser 1 leicht Platz darin findet. Der Winkel α kann abweichend auch derart gewählt werden, dass eine Andruckkraft auf beide Anschlagflächen 3a, 3b bzw. 5a, 5b resultiert, wobei er vorteilhaft zwischen 20° und 70° liegt. Weiter können auch im Querschnitt konvexe oder konkave Seiten- flächen 2a, 2b gewählt werden.
Auf den Körper 8 aufgesetzt ist ein Deckel 10, der einen Hohlraum mit der Höhe h bildet, in dem sich der Schlitten 2c quer zur Fasernut bewegen kann. Der Schlitten 2c weist eine Höhe D auf.
Wie der Fig. lb entnommen werden kann, erfolgt die Justage der beweglichen Eingangsfaser 1 an der Faser selbst und nicht an dem Schaltkörper 2, wodurch eine höhere Präzision erreicht wird. Die Bewegung des Schlittens 2c in Querrichtung zur Fasernut wird nur dadurch gehemmt, dass die bewegliche Faser 1 am ersten Anschlag 3 oder am zweiten Anschlag 5 anliegt, und somit auch den die bewegliche Faser 1 schiebenden Schlitten 2c stoppt, der nicht an den Seitenwänden des durch den Körper 8 und den Deckel 10 gebildeten Hohlraums anschlägt. Der Schlitten 2c an sich braucht nur eine unpräzise Bewegung auszuführen, wodurch auf präzise mechanische Führungen für den Schlitten 2c verzichtet werden kann. Dieser wirkt als Mitnehmer, der die bewegliche Faser 1 an den jeweiligen Anschlag schiebt und an diesen andrückt. Da die Seitenwände 2a, 2b der Schaltnut jeweils eine zuvor beschriebene 45° Anschrägung aufweisen, er- folgt die Krafteinwirkung auf die bewegliche Faser 1 unter 45° zur Bewegungsrichtung, wodurch gleichzeitig ein Andrücken der Faser an eine Seitenwand 3a, 5a und auf den Boden 3b und 5b der Fasernut, also gegen die komplette Justagestruktur erreicht wird. Diese Kraft wirkt auch in der Anschlagposition der beweglichen Eingangsfaser 1 derart, dass diese durch Aufbringen der eindimensionalen Kraft gleichzeitig zweidimensional justiert wird.
Da der die bewegliche Eingangsfaser 1 mechanisch bewegende Schlitten 2c nicht fest mit der Eingangsfaser 1 verbunden ist, ist er leicht montier- bar. Da der Schlitten - wie zuvor ausgeführt - lediglich einen Druck auf die Faser ausüben muß - benötigt er weder eine hochpräzise Führung noch präzise Außenabmaße, sondern lediglich eine jeweilige plane Anschlagfläche 2a, 2b. Befindet sich der Schlitten 2c z. B. wie in der Fig. 2a gezeigt in einem Hohlraum, so kann die Höhe des Schaltkörpers D um einen Betrag zwischen 0 und t kleiner sein als die Hohlraumhöhe h, ohne die Positionierung der beweglichen Eingangsfaser 1 mit einem Durchmesser von 2r zu beeinflussen. Die maximale Toleranz t (= Differenz zwischen der Hohlraum- höhe h und der Schaltkörperhöhe D) ist abhängig von der Höhe y zwischen der Seitenwand 3a bzw. 5a und der Fasernut, dem Winkel α der Anschlagfläche des Schlittens 2c zur Seitenwand des jeweiligen Anschlags 3a bzw. 5a, sowie dem Radius der verwendeten Faser r. Sie läßt sich wie in Fig. lb gezeigt berechnen zu t=r( l+sin α)-y. Diese Ausführungsvariante ist nur realisierbar, wenn für die Höhe y gilt: r<y<r( l+sin α).
In einer alternativen Ausführungsvariante für die erste in den Fig. l a und lb gezeigte Ausführungsform nach der Erfindung läuft der Schlitten des Schaltkörpers nicht auf der Oberfläche des Körpers 8, sondern in einer in diesem vorgesehenen Führungsnut, die quer zu der Fasernut angeordnet ist und diese schneidet. In diesem Fall weist der Schlitten des Schaltkörpers eine gemäß der ersten in den Fig. la und lb gezeigten Ausführungsvariante geformte Schaltnut auf, die jedoch tiefer ist, so dass hier ebenfalls die be- wegliche Eingangsfaser 1 nicht am Boden der Schaltnut anliegt.
Bei dieser zweiten Ausführungsvariante wird der Schlitten in der Führungsnut geführt, um die Faser gegen einen jeweiligen Anschlag 3, 5 zu schieben und an diesen zu drücken. Diese Führungsnut braucht aufgrund der Ausgestaltung des Schlittens als Mitnehmer im Gegensatz zu der Faser- nut jedoch nicht hochpräzise gefertigt zu werden.
Insbesondere ist, wie auch in der ersten Ausführungsvariante, lediglich eine jeweilige plane durch eine jeweilige Seitenwand der Schaltnut gebildete Anschlagfläche gefordert, wobei die Führungsnut jedoch insoweit präzise gefertigt sein sollte, dass eine Krafteinwirkung auf die bewegliche Eingangsfaser 1 möglichst über eine gesamte Anschlagfläche erfolgt. Die Führungsnut sollte also eine Ausrichtung des Schlittens insoweit zulassen, wie dessen Anschlagflächen nicht senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schlittens stehen, damit eine Kraftübertragung von der gesamten Anschlagfläche auf die bewegliche Eingangsfaser 1 erfolgen kann. Eine hierfür vorteilhafte "lose" Bewegung des Schlittens wird insbesondere durch die nachfolgend in Bezug auf die Fig. 6 näher beschriebene elektromagnetische Betätigung gefördert. Es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen von Aktuatoren für den Schlitten möglich, die eine Ausrichtung des Schlittens innerhalb der Führungsnut ermöglichen.
Die Fig. 2a und 2b zeigen eine zweite Ausführungsform nach der Erfindung, bei der der Schaltkörper 2 nicht lediglich aus einem Schlitten 2c mit einer Schaltnut besteht, die die Querschnittsform eines Trapezes hat, sondern aus einem Schlitten 2c mit wenigstens zwei in Bezug auf die bewegliche Faser 1 in axial versetzten Positionen angeordneten Kufen 2d, 2e besteht, wel- ehe jeweils senkrecht zur Fasernut ausgerichtet sind und jeweils eine plane korrespondierend zu einer der Anschlagflächen 2a, 2b des Schlittens 2c der ersten Ausführungsform angeschrägte Anschlagfläche 2a, 2b aufweisen. Die Kufen 2d, 2e können jeweils gemäß der ersten oder der zweiten Ausführungsvariante der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgestaltet sein, d. h. entweder oberhalb der im Körper 8 gebildeten Fasernut angeordnet sein, wobei die Fasernut hier eine unterhalb der Faserdurchmessers der beweglichen Faser 1 liegende Höhe aufweist, oder in einer jeweiligen Führungsnut geführt werden, die im Körper 8 quer zu der sich darin befindlichen Fasernut angeordnet ist, diese jedoch nicht schneidet, sondern nur an einer jeweiligen Seite in diese einmündet. Der Schlitten 2c des Schaltkörpers 2 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist so angeordnet, dass er immer oberhalb der beweglichen Faser 1 liegt, diese also nie berührt. In der in der Fig. 2a gezeigten Darstellung, die einen Schnitt entlang der in der Fig. 2b gezeigten Linie A"B" zeigt, ist zu erkennen, dass die bewegliche Eingangsfaser 1 mittels einer zweiten Kufe 2e mit einer Anschlagfläche 2b am zweiten Anschlag 5 vor der zweiten fest angeordneten Ausgangsfaser 6 positioniert ist. Da die zweite Kufe 2e lateral versetzt zu einer ersten Kufe 2d angeordnet ist, wird die bewegliche Eingangsfaser 1 nicht an eine Unter- brechung der Seitenwand 5a des zweiten Anschlags 5 geschoben und an diesen gedrückt, sondern an eine durchgehende Anschlagfläche. Mittels der in Bezug auf die bewegliche Eingangsfaser 1 lateral versetzt zur zweiten Kufe 2e angeordneten ersten Kufe 2d mit erster Anschlagfläche 2a kann die bewegliche Eingangsfaser 1 vor der ersten fest angeordneten Ausgangsfaser 4 positioniert werden, wobei auch hier die bewegliche Eingangsfaser 1 nicht gegen eine Unterbrechung der Seitenwand 3a des ersten Anschlags 3 geschoben und an diesen gedrückt wird, sondern gegen eine durchgehende Anschlagfläche .
Die Fig. 2b zeigt eine Schnittdarstellung der zweiten Ausführungsform entlang der in der Fig. 2a eingezeichneten Linie A'B' entsprechend der Fig. lb für die erste Ausführungsform nach der Erfindung. Es ist zu erkennen, dass die zweite Anschlagfläche 2b der zweiten Kufe 2e die bewegliche Eingangsfaser 1 gegen die durchgehende Seitenwand 5a und den Bodenbereich 5b der Fasernut drückt, die den zweiten Anschlag 5 bilden. Entsprechend findet sich in der Schnittebene, die durch die erste Kufe 2d verläuft, keine Unterbrechung der Seitenwand 3a des ersten Anschlags.
In der Fig. 2b ist an der ersten Kufe 2d der Winkel = 45° eingezeichnet, um den die Anschlagflächen 2a und 2b gegenüber den Seitenwänden 5a und 3a der Fasernut angeschrägt sind.
Die in den Fig. 2a und 2b gezeigte zweite Ausführungsform der Erfindung ist gemäß der zweiten Ausführungsvariante der ersten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut. Natürlich kann die zweite Ausführungsform nach der Erfindung (mit lateral versetzten Kufen) auch gemäß der in den Fig. l a und lb gezeigten ersten Ausführungsvariante der ersten Ausführungsform nach der Erfindung aufgebaut werden. Die in den Fig. 2a und 2b gezeigte Ausführungsvariante der zweiten Ausführungsform nach der Erfindung ist, wie auch die zweite Ausführungsvariante der ersten Ausführungsform nach der Erfindung, auch für Höhen y>r( l+sin α) realisierbar. Die Führungsnu- ten liegen dabei auf einer Höhe yN über der Fasernut, wobei yN,m__x=r. In diesem Fall berechnet sich die Toleranz t zu t=r( l +sin α)-yN. Die Präzisionsanforderungen sind somit geringer, je kleiner y^ ist, wobei N auch negativ sein kann.
in der in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsvariante der zweiten Ausführungsform nach der Erfindung weist der Schaltkörper 2 jeweils drei in eine Richtung wirkende an dem Schlitten 2c angeordnete Kufen 2d, 2e auf, also insgesamt 6 Kufen 2d, 2e, von denen drei erste Kufen 2d jeweils eine der ersten Seitenwand des Schlittens 2c der ersten Ausführungsform nach der Erfindung entsprechende plane erste Anschlagfläche 2a aufweisen und jeweils drei zweite Kufen 2e eine der zweiten Seitenwand des Schlittens 2c der ersten Ausführungsform nach der Erfindung entsprechende plane zweite Anschlagfläche 2b aufweisen. Die jeweiligen Anschlagflächen 2a, 2b sind jeweils derart fluchtend zueinander ausgerichtet, dass sie die bewegli- ehe Faser 1 gemeinsam schieben und flach an den jeweils korrespondierenden ersten oder zweiten Anschlag drücken. Die linke Seite der Fig. 3 zeigt einen ersten Schaltzustand, in dem die bewegliche Eingangsfaser 1 vor der ersten fest angeordneten Ausgangsfaser 4, also am ersten Anschlag 3 positioniert ist. Der obere Teil zeigt eine Aufsicht und der untere Teil eine Schnittdarstellung entlang der in dem oberen Teil eingezeichneten Linie CD' , wobei der Schlitten 2c des Schaltkörpers 2, der im oberen Teil durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, nicht gezeigt ist, da nur das Wirkprinzip beschrieben werden soll. Es ist zu erkennen, dass die bewegliche Eingangsfaser 1 zur Positionierung vor der ersten fest angeordneten Ausgangsfaser 4 an die erste Seitenwand 3a und den Boden 3b der Fasernut geschoben und an diese angedrückt wird.
Die rechte Seite der Fig. 3 zeigt einen zweiten Schaltzustand, in dem die bewegliche Eingangsfaser 1 vor der zweiten fest angeordneten Ausgangsfaser 6 angeordnet ist. Hier wird die bewegliche Eingangsfaser 1 an die zweite Seitenwand 5a und dem Boden 5b der Fasernut geschoben und an diese angedrückt, wie es in der Fig. 2b für die erste Ausführungsvariante der zweiten Ausführungsform nach der Erfindung und im unteren rechten Teil der Fig. 3 gezeigt ist, der korrespondierend zum unteren linken Teil der Fig. 3 einen Schnitt entlang der im oberen Teil eingezeichneten Linie CD zeigt.
Durch die Krafteinwirkung des Schaltkörpers 2 an mehreren axial an der beweglichen Eingangsfaser 1 versetzten Positionen wird eine höhere Präzision der Faserjustage erreicht, da die bewegliche Eingangsfaser 1 nicht nur unmittelbar, sondern bereits ein Stück vor der Koppelstelle mit einer jewei- ligen fest angeordneten Ausgangsfaser 4, 6 an den jeweiligen Anschlag 3, 5 geführt und gegen diesen gedrückt wird, wodurch die Parallelität von der Faserachse der beweglichen Eingangsfaser 1 und dem jeweiligem Anschlag 3, 5 verbessert wird. Da die Kraftangriffsposition des Schaltkörpers 2 an der beweglichen Eingangsfaser 1 für die beiden Schaltbewegungen in den ersten oder den zweiten Schaltzustand und für die Positionierung in den beiden Schaltzuständen leicht gegeneinander versetzt sind (Kammprinzip), ist die Justage gegen beide Anschläge 3, 5 möglich, ohne dass sich die Verhältnisse für die bewegliche Eingangsfaser 1 beidseitig stark unterscheiden.
Die Fig. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Körper 8 und einen daran angepaßten Schaltkörper 2, der aus einem Schlitten 2c mit jeweils 4 in eine Richtung wirkenden Kufen 2d, 2e besteht. Der Schlitten 2c weist an seiner den Kufen 2d, 2e gegenüber liegenden Oberseite eine Aussparung zur Aufnahme eines Permanentmagneten auf. Weiter ist in der Fig. 4 ein Klemmkeil 9 gezeigt, mit dem die fest angeordneten Ausgangsfasern 4, 6 lateral in der Fasernut des Körpers 8 fest, jedoch axial verschiebbar gehalten werden, wie es nachfolgend in Bezug auf die Fig. 7 und 8 beschrieben ist. Neben der Fasernut und den Führungsnuten für die Kufen 2d, 2e des Schaltkörpers sind im Körper 8 noch zwei Aussparungen vorgesehen, in denen der Klemmkeil 9 verklebt oder auf eine andere geeignete Weise befestigt werden kann.
Die Fig. 5 zeigt ein Gehäuse für die in der Fig. 4 gezeigten Baugruppen des Schaltelements, welches aus einem Gehäuseunterteil 1 1 und einem darauf passenden Gehäusedeckel 12 besteht, in räumlicher Darstellung. Das Ge- häuseunterteil 1 1 ist so ausgestaltet, dass es den Körper 8 aufnehmen kann und Nuten zur Faserführung aufweist, die mit der Fasernut fluchten, wenn der Körper 8 in das Gehäuseunterteil 1 1 eingesetzt ist. Weiter weist das Gehäuseunterteil 1 1 Löcher zur elektrischen Kontaktierung der Elek- tromagnete des elektromechanischen Aktors 7 auf. Der Gehäusedeckel 12 entspricht in seiner Funktion normalerweise nicht dem zuvor beschriebenen Deckel 10, der direkt auf dem Körper 8 aufliegt und der in den Fig. 4 und 5 nicht gezeigt ist. Es ist jedoch auch möglich, dass der Gehäusedeckel 12 bei einer ausreichenden Präzision die Funktion des Deckels 10 übernimmt, auf den in diesem Fall verzichtet werden kann. Weitere funktioneile Merkmale des aus Gehäuseunterteil 1 1 und Gehäusedeckel 12 bestehenden
Gehäuses werden nachfolgend noch in Bezug auf die Fig. 7 erläutert.
Die Fig. 6 zeigt in drei Abbildungen die Ausführung des zuvor schon erwähnten bistabilen magnetischen Aktors 7, der zur Schaltung des Schalt- körpers 2 nach der Erfindung eingesetzt wird. Beispielhaft wird der bistabile magnetische Aktor in der Fig. 6 mit einem Schaltkörper 2 gemäß der ersten Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt. Die obere Abbildung zeigt den magnetischen Aktor in einem zweiten Schaltzustand, in dem die bewegliche Eingangsfaser 1 am zweiten Anschlag 5 vor der zweiten fest an- geordneten Ausgangsfaser 6 angeordnet ist, die mittlere Abbildung zeigt eine Bewegung des Schlittens 2c in den ersten Schaltzustand, in dem die bewegliche Eingangsfaser 1 am ersten Anschlag vor der ersten fest ange- ordneten Ausgangsfaser 4 positioniert ist, und die untere Abbildung zeigt die Anordnung des elektromagnetischen Aktors mit dem bewegten Schlitten 2c im ersten Schaltzustand. Die Abbildungen zeigen jeweils lediglich den Schlitten 2c mit der darin vorgesehenen Nut mit den Seitenflächen 2a und 2b sowie den aus den Magneten 7a, 7b und 7c bestehenden Aktor 7 und nicht den Körper 8 und die Fasern 1 , 4, 6, da es sich um eine Figur zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips des Aktors 7 handelt.
Der elektromagnetische Aktor 7 besteht aus zwei Elektromagneten 7b, 7c, die aus einem mit einer Spule umwickelten Spulenkern bestehen. Die Elek- tromagnete 7b, 7c sind jeweils in Verlängerung der Bewegungsrichtung des Schlittens 2c angeordnet, d. h. z. B. fluchtend zur Führungsnut gemäß der zweiten Ausführungsvariante des ersten Ausführungsbeispiels nach der Erfindung. Der Spulenkern besteht aus einem weichmagnetischem Material. z. B. aus einer Nickel-Eisen-Legierung.
Weiter weist der elektromagnetische Aktor 7 einen auf oder in dem Schlitten 2c angeordneten Permanentmagneten 7a auf, dessen Pole jeweils zu einem der Spulenkerne der Elektromagnete 7b, 7c ausgerichtet sind.
Die Fixierung, d. h. das Andrücken der beweglichen Eingangsfaser 1 in einer jeweiligen Ruhelage an einen der Anschläge 3, 5 erfolgt durch die Wechselwirkung des am Schlitten 2c befestigten Permanentmagneten 7a mit dem jeweiligen Spulenkern des näher zu dem jeweiligen Anschlag ange- ordneten Elektromagneten 7b, 7c. Beim Umschalten von einem in den anderen Schaltzustand werden die Spulen der beiden Elektromagnete 7b, 7c derart aktiviert, dass diejenige Spule, mittels deren Kern der Schaltkörper in seiner letzten Ruhelage gehalten wurde, diesen nun durch ein dem Magnetfeld des Permanentmagneten 7a entgegenwirkendes Magnetfeld ab- stößt, während durch die andere Spule ein Magnetfeld erzeugt wird, welches den Permanentmagneten 7a gleichzeitig anzieht. Hat der Schlitten 2c seine neue Schaltposition erreicht, so kann der Spulenstrom abgeschaltet werden und die Fixierung erfolgt wiederum durch die magnetische Wechselwirkung des Permanentmagneten, jedoch mit dem entsprechend anderen Spulenkern.
In der Fig. 6 ist dieses zuvor beschriebene Schaltprinzip verdeutlicht. Die obere Abbildung der Fig. 6 zeigt, dass der Schaltkörper 2 durch den Nordpol des auf oder in ihm angeordneten Permanentmagneten 7a in Richtung des Spulenkerns eines ersten Elektromagneten 7b gezogen wird, der den Schlitten 2c in den zweiten Schaltzustand führt, und dadurch eine Kraft er- zeugt, durch die der Schlitten 2c die bewegliche Eingangsfaser 1 mittels der Anschlagfläche 2b gegen den zweiten Anschlag 5 drückt. Die mittlere Abbildung der Fig. 6 zeigt die Umschaltung aus dem zweiten in den ersten Schaltzustand dadurch, dass der erste Elektromagnet 7b an seiner dem Schlitten 2c zugewandten Seite einen Nordpol erzeugt und den auf dem Schlitten 2c angeordneten Permanentmagneten 7a und damit den Schlitten 2c abstößt und ein zweiter näher am ersten Anschlag angeordneter Elektromagnet 7c an seiner dem Schlitten 2c zugewandten Seite ebenfalls einen Nordpol erzeugt, wodurch der Südpol des auf dem Schlitten 2c angeordneten Permanentmagneten 7a angezogen wird. Durch diese Umschaltung von dem zweiten in den den ersten Schaltzustand wird die bewegliche Eingangsfaser 1 mittels der Anschlagfläche 2a von dem zweiten Anschlag 5 weg gegen den ersten Anschlag 3 geschoben. Hat der Schlitten 2c den ersten Schaltzustand eingenommen, so kann der Spulenstrom in beiden Elektromagneten 7b und 7c abgeschaltet werden und der Schlitten 2c wird nur noch durch die magnetische Wechselwirkung des Permanentmagneten 7a mit dem Spulenkern des zweiten Elektromagneten 7c über die bewegliche Eingangsfaser am ersten Anschlag 3 gehalten, wie es in der unteren Abbildung der Fig. 6 gezeigt ist, wodurch eine Kraft erzeugt wird, durch die der Schlitten 2c die bewegliche Eingangsfaser 1 mittels der Anschlagfläche 2a gegen den ersten Anschlag 3 drückt. Alternativ kann der Schalter auch mittels eines anderen Aktors angetrieben werden, beispielsweise mittels eines piezoelektrischen Aktors, eines thermischen Aktors, z. B. eines Bimetalloder Memory-Metall-Aktors.
Die funktionellen Elemente des Schalters können vorteilhaft durch Spritz- g ß oder andere massenfertigenden Verfahren hergestellt werden. Die einfachste Verarbeitung bei gleichzeitig geringem Preis und der erforderlichen Präzision wird dabei bei Kunststoffen erreicht. Diese zeigen jedoch in unverstärktem Zustand eine starke, temperaturabhängige Längenausdehnung, die unterschiedlich zu der der Lichtleiterfasern ist. Verstärkte Kunststoffe zeigen diesen Effekt in deutlich verringertem Maße, jedoch können hier nicht die erforderlichen Oberflächenqualitäten erreicht werden. Wird der gesamte Schalter aus einem Material hergestellt, das einer starken tempe- raturbedingten Längenausdehnung unterliegt, so bewirkt oft schon eine geringfügige Temperaturänderung das Zusammenziehen bzw. Ausdehnen der Schalterstruktur derart, dass der Spalt zwischen der beweglichen Eingangsfaser 1 und der entsprechenden fest angeordneten Ausgangsfaser 4, 6 verringert bzw. vergrößert wird, wodurch sich die erzielten Dämpfungswerte stark ändern können. Bei üblichen Temperaturanforderungen können sich somit Dämpfungszunahmen bei hohen Temperaturen bzw. Aneinanderstoßen der Faserenden bei niedrigen Temperaturen ergeben.
Dieses Problem kann konstruktiv gemäß der in der Fig. 7 gezeigten Ausführungsform umgangen werden, in der gezeigt wird, dass die Fas_ern nicht lateral und axial an der Schalterstruktur an sich, d. h. dem Körper 8, sondern an einem Gehäuseunterteil 1 1 befestigt werden, das eine geringere temperaturbedingte Materialausdehnung bzw. eine den Lichtleiterfasern entsprechende temperaturbedingte Materialausdehnung zeigt, wie z. B. Glas oder Keramik für Glasfaserlichtleiter bzw. geeignete Polymere für Polymerfasern, an welchem wiederum der Körper 8 des Schaltelements befestigt ist. Dieses Material kann ebenfalls sehr kostengünstig und in Massenfertigung hergestellt werden. Die hierbei erzielbare geringe Präzision ist jedoch für die Funktion als Gehäuse ausreichend. Die Fig. 7 zeigt, dass sowohl die
(innerhalb des Körpers 8) bewegliche Eingangsfaser 1 als auch die (innerhalb der Körpers 8 lateral) fest angeordneten Ausgangsfasern 4, 6 durch Klebungen fest am Gehäuseunterteil 1 1 fixiert sind. Hier kann sowohl eine laterale als auch eine axiale Fixierung erfolgen, notwendig ist jedoch die axiale Fixierung. Die innerhalb dieses Gehäuseunterteils 1 1 zwischen den Klebungen für die Eingangsfaser 1 und die jeweiligen Ausgangsfasern 4, 6 angeordnete Schalterstruktur wird z. B. ausgangsseitig durch Verklebung des Körpers 8 mit dem Gehäuseunterteil 1 1 punktuell befestigt, wodurch Materialspannungen durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen ge- ring gehalten werden.
Die Verklebungen der jeweiligen Fasern mit dem Gehäuseunterteil 1 1 sichert eine Fixierung der Fasern in axialer Richtung. In lateraler Richtung werden die Ausgangsfasern 4, 6 durch einen Klemmkeil 9 innerhalb der sich im Körper 8 befindlichen Fasernut dicht vor der Koppelstelle fixiert. Dieser Klemmkeil 9 ist z. B. fest mit dem Körper 8 verklebt, wie es in der Fig. 8 gezeigt ist, die einen Schnitt entlang der in der Fig. 7 gezeigten Linie EF zeigt, wobei hier das Gehäuseunterteil 1 1 nicht gezeigt ist, da lediglich das Funktionsprinzip des Klemmkeils 9 dargestellt werden soll.
Die Fig. 8 zeigt, dass der Klemmkeil 9 die (lateral) fest im Körper 8 angeordneten Ausgangsfasern 4, 6 an jeweils einer Seitenwand 3a, 5a und dem Boden 3b und 5b der sich im Körper 8 befindlichen Fasernut positioniert, also an denselben Anschlägen an denen die Eingangsfaser in der entsprechenden Schaltposition positioniert wird. Die Kraftwirkung durch den Klemmkeil 9 auf die entsprechende Ausgangsfaser 4, 6 erfolgt in ähnlicher Weise wie durch den Schaltkörper 2 auf die bewegliche Eingangsfaser 1 , wobei die Kraft hier durch ebenfalls in 45° schräg zu den einen jeweiligen Anschlag 3, 5 bildenden Flächen 3a, 3b, 5a, 5b stehende Ansxhlagflächen aus einer Richtung auf den Boden der Fasernut in eine Richtung gegen beide den jeweiligen Anschlag 3, 5 bildenden Flächen umgeleitet wird. Der Klemmkeil 9 ist in den schon im Zusammenhang mit der Fig. 4 erwähnten Aussparungen, die ihn positionieren, mit dem Körper 8 verbunden, z. B. verklebt. Anstelle einer Verklebung kann aber auch z. B. eine lösbare Verbindung durch z. B. Snap-in-Technik realisiert werden.
Der Klemmkeil 9 klemmt die (lateral) fest angeordneten Ausgangsfasern 4, 6 in der Art, dass diese fest an dem jeweiligen Anschlag 3, 5 anliegen, aber an diesem jeweils axial, d. h. in ihrer Längsrichtung, verschiebbar sind.
Durch die axiale Fixierung der Fasern an dem Gehäuseunterteil 1 1 wird gesichert, dass sich die Faserenden von (in der Fasernut des Körpers 8) be- weglicher Eingangsfaser 1 und (in der Fasernut des Körpers 8 lateral) fest angeordneten Ausgangsfasern 4, 6 mit geringem Spalt gegenüberstehen.
Die Fig. 9 zeigt, dass mehrere Schaltelemente nebeneinander gelegt oder gestapelt werden können, um einen Mehrfach- Ix2-Schalter aufzubauen, wobei die Bewegung der jeweiligen Schaltkörper 2 durch einen gemeinsamen Aktor 7 erfolgen kann, der aus einem ersten Elektromagneten 7b, einem zweiten Elektromagneten 7c und einer der Anzahl der Schaltkörper 2 entsprechenden Anzahl auf diesen angeordneten Permanentmagneten 7a besteht.
Weiter kann durch einen oder mehrere übereinander- oder - nebeneinandergestapelte faseroptische Schalter auch ein fasseroptisches Schalterbau- teil mit mehreren Aktoren aufgebaut werden.
Die so beschriebenen faseroptischen Schaltelemente bzw. faseroptischen Schalter oder faseroptischen Schalterbauteilen nach der Erfindung können somit durch Herstellung ihrer Einzelteile im Spritzguß oder ähnliche Verfahren bei hohen Stückzahlen mit geringem Preis hergestellt werden, wobei die Montage automatisierbar ist, da die Einzelteile lediglich passiv justiert werden müssen. Die geforderte hohe Genauigkeit für die Ausrichtung der beweglichen Faser vor den fest angeordneten Fasern erfolgt durch eine Po- sitionierung an gemeinsamen geraden Wänden und die temperaturbedingte Längenausdehnung des spritzgegossenen Materials wird durch_die lediglich laterale Fixierung der fest angeordneten Fasern an diesem Material kompensiert. Durch die optionale Verwendung einer Index Matching Flüssigkeit wird die Einfügedämpfung und Rückreflexion verringert, wodurch Dämp- fungsluste verringert werden und zudem die Bewegung geschmiert wird, d. h. der Abrieb an dem für die Positionierung relevanten Stellen wird vermindert. Zudem wird die bewegliche Faser vor Versprödung geschützt. Weiter ist auch ein Anschrägen der Faserendflächen möglich, um einen Rückreflex weiter zu vermindern.
Durch das flächige Andrücken der Faser an einen jeweiligen durch die im Körper 8 angeordnete Fasernut gebildeten Anschlag wird die Kraft verteilt und ein Einsinken der Faser aufgrund elastischer Deformation der Fasernut minimiert.
Durch die erfindungsgemäßen faseroptischen Schaltelemente wird eine laterale- und Winkelausrichtungsgenauigkeit im Mikrometer- und Milliradi- ant-Bereich erreicht. Hierfür werden zumindest der erste und der zweite Anschlag vorteilhafterweise mittels der LIGA- oder der Laser-LIGA-Technik gefertigt.
Gemäß der zuvor beschriebenen Ausführungsform weisen die beiden Anschläge 3, 5 je zwei Anschlagflächen 3a, 5a und 3b, 5b auf, die (zumindest nahezu) senkrecht aufeinander stehen. Die beiden Anschlagflächen können aber auch einen anderen Winkel zu einander aufweisen und/oder die Anschläge können eine andere Anzahl von Anschlagflächen aufweisen. Weiter müssen auch nicht beide Anschläge gleich ausgestaltet sein. In einem sol- chen Falle muß lediglich eine korrespondierende Anschlagfläche 2a, 2b des
Schaltkörpers 2 so geändert und/oder angeordnet werden, daß eine gleichmäßige Kraftverteilung auf die bewegliche Eingangsfaser 1 so wirkt, dass diese in einer solchen definierten Position am jeweiligen Anschlag anliegt, wie die dort anliegende lateral fest angeordnete Ausgangsfaser 4, 6.
Natürlich ist es ebenfalls möglich, alle zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander zu kombinieren.
Weiter ist zuvor ein Ix2-Schaltelement beschrieben worden. Die erfindungsgemäße Lehre kann bei entsprechender Anordnung der_Fasern, Ausgestaltung des Schaltkörpers 2 und der Anschläge natürlich auch bei einem nx2n-Schaltelement oder nxm-Schaltelement angewandt werden. Z. B. ist eine Anordnung gemäß der zweiten Ausführungsvariante der ersten Aus- führungsform nach der Erfindung oder gemäß der zweiten Ausführungsform nach der Erfindung denkbar, bei der aus mehreren nebeneinanderliegenden und miteinander verbundenen Einzelfasern bestehendes Faserbänd- chen flach an einer Seitenwand eines jeweiligen Anschlags anliegt, wobei es senkrecht durch dessen Boden oder dessen Ausgestaltung z.B. in Form ei- ner an das Faserbändchen angepassten Fläche positioniert wird.
Die Fig. 10 und 1 1 zeigen, wie z. B. ein 2x3-Schaltelement realisiert werden kann, bei dem z. B. zwei bewegliche Eingangsfasern vor drei fest angeordneten Ausgangsfasern positioniert werden. Die Fig. 10 zeigt schematisch die Position der beiden beweglichen Eingangsfasern F l , F2 und der drei fest angeordneten Ausgangsfasern F3, F4 und F5 in den beiden Schaltzuständen. Die Fasernut im Körper 8 ist gerade so ausgestaltet, dass die drei Ausgangsfasern aneinander stoßend nebeneinander liegen und die beiden äußeren Fasern jeweils an einem der Anschläge 3, 5 anliegen. In den in der Fig. 1 1 gezeigten Schnittdarstellungen entlang den in der Fig. 10 gezeigten Linien GH, IK für den ersten Schaltzustand bzw. G'H' , I'K' für den zweiten Schaltzustand kann erkannt werden, dass die Seitenwände der Fasernut gemäß dieses Ausführungsbeispiels um etwa 45° derart geneigt sind, dass der Boden der Fasernut breiter als die ihm gegenüberliegende Öffnung der- selben ist. Weiter ist in der Fig. 10 ersichtlich, dass in dieser Ausführungsform als Schaltkörper 2 ein Schlitten 2c mit jeweils zwei in eine Richtung wirkenden Kufen 2d, 2e vorgesehen ist, die in Faserlängsrichtung versetzt sind, da die Seitenwände der Fasernut in Faserlängsrichtung versetzte Unterbrechungen an den Stellen der senkrecht zur Fasernut verlaufenden Führungsnuten aufweisen.
Im ersten Schaltzustand wird die zweite bewegliche Eingangsfaser F2 von den Seitenwänden 2a der ersten Kufen 2d gegen die erste bewegliche Eingangsfaser F l gedrückt, die wiederum gegen den ersten Anschlag 3 gedrückt und an diesem positioniert wird. Da die Seitenwand 3a der Fasernut und die Anschlagfläche 2a der Kufe 2d schräg stehen, werden beide beweg- liehe Eingangsfasern gegen den Boden 3b der Fasernut gedrückt und positioniert, wie es in der Schnittdarstellung I-K in der Fig. 1 1 gezeigt ist. Die Schnittdarstellung G-H zeigt, dass die beiden beweglichen Eingangsfasern F l , F2 im ersten Schaltzustand nicht an den Anschlagflächen 2b der zweiten Kufen 2e anliegen. Da die fest angeordnete Ausgangsfaser F3 ebenfalls am ersten Anschlag 3 anliegt und gegen diesen positioniert ist und die zweite fest angeordnete Ausgangsfaser F4 an der ersten fest angeordneten Ausgangsfaser F3 anliegt, ist die erste bewegliche Eingangsfaser Fl im ersten Schaltzustand vor der ersten fest angeordneten Ausgangsfaser F3 und die zweite bewegliche Eingangsfaser F2 vor der zweiten fest angeordneten Ausgangsfaser F4 positioniert.
Im zweiten Schaltzustand wird die zweite bewegliche Eingangsfaser F2 über die erste bewegliche Eingangsfaser Fl von den zweiten Anschlagflächen 2b der zweiten Kufen 2e gegen den zweiten Anschlag 5 gedrückt, wie es in der Schnittdarstellung G'-H' gezeigt ist, an dem ebenfalls die dritte fest angeordnete Ausgangsfaser F5 anliegt, an welcher wiederum die zweite fest angeordnete Ausgangsfaser F4 anliegt. Die Schnittdarstellung I'-K' zeigt, dass die beiden beweglichen Eingangsfasern Fl , F2 im zweiten Schaltzustand nicht an den Anschlagflächen 2a der ersten Kufen 2d anliegen. Da der zweite Anschlag 5 sowie die zweiten Anschlagflächen 2b der zweiten Kufen 2e in gleicher Art angeschrägt sind, wie der erste Anschlag 3 und die ersten Anschlagflächen 2a der ersten Kufen 2d werden beide bewegliche Eingangsfasern Fl , F2 gegen den Boden 5b der Fasernut gedrückt und an diesem positioniert. Somit ist die erste bewegliche Eingangsfaser F l im zwei- ten Schaltzustand vor der zweiten fest angeordneten Ausgangsfaser F4 und die zweite bewegliche Eingangsfaser F2 vor der dritten fest angeordneten Ausgangsfaser F5 positioniert. Der Schlitten ist oberhalb der beweglichen Eingangsfasern Fl , F2 so angeordnet, dass diese während der Bewegung nicht übereinander rutschen können.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Faseroptisches Schaltelement, bei dem wenigstens eine bewegliche Faser (1) durch einen Schaltkörper (2) an einem ersten Anschlag (3) vor wenigstens einer ersten fest angeordneten Faser (4) oder an einem zweiten Anschlag (5) vor wenigstens einer zweiten fest angeordneten Faser (6) positioniert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine bewegliche Faser (1) zur Positionierung durch den Schaltkörper (2) gegen den ersten oder zweiten Anschlag (3, 5) geschoben und flach an den ersten oder zweiten Anschlag (3, 5) gedrückt wird.
2. Faseroptisches Schaltelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkörper (2) nur über die wenigstens eine bewegliche Faser (1) durch den ersten oder den zweiten Anschlag (3, 5) in seiner Schaltbewegung gehemmt wird.
3. Faseroptisches Schaltelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine erste fest angeordnete Faser (4) an dem ersten Anschlag (3) und die wenigstens eine zweite fest angeordnete Faser (6) an dem zwei- ten Anschlag (5) anliegen.
4. Faseroptisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkörper (2) einen nicht mit der wenigstens einen beweglichen Faser verbundener Schlitten aufweist, der mit wenigstens einer ersten Anschlagfläche (2a), durch die die wenigstens eine bewegliche Faser (1) gegen den ersten Anschlag (3) geschoben und an diesen gedrückt werden kann, und wenigstens einer zweiten Anschlagfläche (2b) versehen ist, durch die die wenigstens eine bewegliche Faser (1) gegen den zweiten Anschlag (5) geschoben und an diesen gedrückt werden kann.
5. Faseroptisches Schaltelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine jeweilige Anschlagfläche (2a, 2b) des Schaltkörpers (2) in Bezug auf einen korrespondierenden Anschlag (3, 5) bildende Flächen (3a, 3b, 5a, 5b) so schräg angeordnet ist, daß die durch die Schaltbewegung von der jeweiligen Anschlagfläche (2a, 2b) des Schaltkörpers an den korrespondierenden Anschlag (3, 5) gedrückte wenigstens eine bewegliche Faser (1) an den diesen bildenden Flächen (3a, 3b, 5a, 5b) anliegt.
6. Faseroptisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Anschlag (3, 5) durch jeweils eine - Seitenwand (3a, 5a) und den Boden (3b, 5b) einer Nut gebildet werden, an denen die wenigstens eine erste beziehungsweise die wenigstens eine zweite fest angeordnete Faser (4, 6) anliegt.
7. Faseroptisches Schaltelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweilige den ersten und den zweiten Anschlag (3, 5) mitbildende Sei- tenwand (3a, 5a) zumindest im Bereich der Anschlagfläche (2a, 2b) des Schaltkörpers bei einer beweglichen Faser (1) eine Höhe aufweist, die unterhalb des Faserdurchmessers der einen beweglichen Faser (1) liegt.
8. Faseroptisches Schaltelement nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn- zeichnet, daß die jeweilige den ersten und den zweiten Anschlag (3, 5) mitbildende Seitenwand (3a, 5a) im Bereich des Schaltkörpers (2) wenigstens eine Unterbrechung aufweist, worin jeweils ein Teil des Schaltkörpers (2) läuft, der auf die wenigstens eine bewegliche Faser (1) wirkt.
9. Faseroptisches Schaltelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrechungen der gegenüberliegenden Seitenwände (3a, 5a) versetzt zueinander sind.
10. Faseroptisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkörper (2) durch einen bistabilen oder monostabilen magnetischen Aktor (7) angetrieben wird.
11. Faseroptisches Schaltelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkörper (2) und/oder der den ersten und den zweiten Anschlag (3, 5) aufweisende Körper (8) abformtechnisch hergestellt sind.
12. Faseroptischer Schalter, gekennzeichnet durch ein oder mehrere überein- andergestapelte faseroptische Schaltelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , deren Schaltkörper (2) durch einen gemeinsamen Aktor (7) zusammen angetrieben werden.
13. Faseroptisches Schalterbauteil, gekennzeichnet durch einen oder mehrere übereinandergestapelte faseroptische Schalter nach Anspruch 12.
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