WO2003040764A2 - Optische schaltanordnung, verfahren zu deren verwendung und objektiv - Google Patents

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WO2003040764A2
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deflector
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Carl Zeiss
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    • G02B6/3544—2D constellations, i.e. with switching elements and switched beams located in a plane
    • G02B6/3546—NxM switch, i.e. a regular array of switches elements of matrix type constellation

Definitions

  • the invention relates to an optical switching arrangement with a plurality of connections for optical signals, in order to output optical signals entering the switching arrangement via selectable other connections via one or more connections.
  • the invention further relates to a method for operating such an optical switching arrangement.
  • the invention further relates to a lens which can be used in such an optical switching arrangement, but which can also be used in other areas of technology.
  • an optical switching arrangement for selectively connecting a plurality of optical inputs and outputs.
  • the arrangement comprises a first and a second group of optical fibers, the fiber ends of which are arranged in a first and second fiber end field, respectively.
  • a first field of beam deflectors is arranged such that radiation emerging from each fiber end of the first group of optical fibers essentially strikes a single beam deflector of the first deflector field.
  • the beam deflectors of the first deflector field can each be controlled such that the radiation striking each beam deflector of the first deflector field selectively impinges on a specific beam deflector of a second deflector field.
  • Each beam deflector of the second deflector field is assigned to a single fiber end of the second group of optical fibers and can be controlled such that radiation impinging on it from a beam deflector of the first deflector field enters it assigned fiber end of the second fiber group can be coupled.
  • each optical fiber of the first group can thus be optically connected to each optical fiber of the second group.
  • An optical system with two lenses is provided in the optical path between the first fiber end field and the first deflector field, each of which is penetrated by all the rays emerging from the fiber ends of the first fiber end field.
  • This optic is used to shape the radiation emerging from the fiber ends into a Gaussian beam and to direct it onto the corresponding beam deflector of the first deflector field.
  • a corresponding second optic is provided in the optical path between the second deflector field and the second fiber end field. This serves to couple the Gaussian beams seen by the beam deflectors of the second deflector field into the corresponding fiber ends of the second fiber group.
  • a field of beam deflectors that can be used in such a switching arrangement has a given distance between adjacent beam deflectors, a maximum deflection angle by which each beam deflector can deflect an incident beam from a rest position of the beam deflector, and a given accuracy with which each beam deflector detects the deflection angle for an incident beam.
  • the shaping of the Gaussian radiation by the optics is to be matched to the optical path length between the fiber ends of the two fiber end fields and the distances between fiber ends adjacent in a fiber end field in such a way that as little as possible of the radiation to be coupled into a particular fiber end is coupled into other fiber ends located adjacent to that particular fiber end in the field.
  • optical lens with new optical properties which can be used in particular in the optical switching arrangement.
  • the invention is based on an optical switching arrangement with a first and a second group of optical connections, connection ends of the first group of optical connections being arranged in a first connection end field, a first deflector field consisting of a plurality of optical beam deflectors and one in one Beam path between the first connection end field and the first deflector field arranged first optics.
  • the optical connections can be formed, for example, by glass fibers, wherein for example a holder is provided to hold ends of the optical fibers in the first connection end field.
  • Each beam deflector of the first beam deflector field is optically and permanently assigned to a single connection end of the first connection group such that radiation emerging from this connection end strikes the beam deflector assigned to this connection end.
  • Each beam deflector can also be controlled in such a way that the radiation striking it can optionally be coupled into one of the optical connections of the second connection group.
  • the optical switching arrangement is characterized in that the optics arranged between the first terminal end field and the first deflector field comprise a first lens field made up of a plurality of microlenses and a first objective with a plurality of objective lenses.
  • Each microlens of the first lens array is assigned to a single connection end of the first connection end array and is arranged with respect to the latter in such a way that it forms radiation that emerges from the connection end assigned to it into a collimated beam. All of the collimated beams pass through the plurality of objective lenses of the first objective and are directed through the objective at the respective beam deflectors of the first deflector field.
  • This design of the optics is based on the following consideration:
  • Each beam deflector of the beam deflector field has an optically effective area in which it can have a deflecting effect on an incident beam.
  • each beam deflector geometrically occupies a larger area in the deflector field than the optically effective area of the beam deflector, since there is also space for the beam deflector for, for example, an actuating mechanism and a holding structure.
  • the entire optically effective area of the deflector field is thus smaller than the geometric area of the deflector field, ie a "fill factor" of the deflector field is smaller than 1.
  • the optically effective area of the connection end field i.e. the area from which radiation emerges from the connection end field
  • the geometric area of the connection end field i.e. the fill factor of the connection end field is also less than 1 and generally smaller than the fill factor of Ablenkerfelds.
  • the interaction between the objective and the individual microlenses makes it possible to set a distance between the microlens and a beam waist of the collimated beam formed by the microlens, regardless of a diameter of the microlens.
  • the packing density of the connection end field can be chosen to be high without the distance of the beam waist from the microlens becoming unacceptably short or a divergence of the beam behind the beam waist becoming unacceptably high.
  • the lens field is advantageously arranged in a region of an object plane of the objective, and the deflector field is arranged in a region of the image plane of the objective.
  • Each microlens or the radiation emerging from it is thus imaged on the beam deflector assigned to this microlens.
  • the alignment of the radiation emitted by the connection end to the beam deflector assigned to this connection end is to an increased extent independent of errors in the alignment between the connection end and the microlens assigned to it.
  • Such errors in the alignment can consist, for example, in that the connection end is laterally offset with respect to an optical axis of the microlens or that the incoming end emits radiation in a direction which is at an angle to the optical axis of the microlens.
  • the arrangement of the lens field in the object plane of the lens is certainly only a rough guide, which cannot be exactly fulfilled, since the microlenses themselves have an extension in the direction of the optical axis of the lens.
  • the microlens collimates the radiation emerging from the connection end to a focused Gau 'see beam with a beam waist, the microlens and the lens being matched to one another in such a way that the beam waist is arranged further away from the lens than the image plane and / or the deflection field ,
  • the microlens and the lens form the Gaussian rays together in such a way that the beam waist is at a distance from the image plane of the lens or / and the deflector field which is approximately a Rayleigh Length p of the beam corresponds.
  • the Rayleigh length is defined here as
  • the field strength is on the axis, and where ⁇ is the wavelength of the radiation.
  • connection ends of the second group of optical connections are also arranged in a second connection end field, and a second array of a plurality of optical beam deflectors is also provided.
  • Each of the beam deflectors is optically permanently assigned to a single connection end of the second group of optical connections and can be controlled in such a way that a beam striking this beam deflector from the first deflector field is coupled into the connection end assigned to this beam deflector.
  • a second optical system is preferably provided between the second deflector field and the second connection end field, which comprises a second lens field made up of a plurality of microlenses, each micro lens of the second lens field being arranged in front of a connection end of the second connection end field in order to prevent the beam deflector from to couple the second deflector field coming beam with reduced coupling losses into the connection end.
  • the second optical system preferably further comprises a second objective with a plurality of objective lenses, each of which is penetrated by all radiation coupled into the connection ends of the second connection group.
  • the interaction of the components of the second optics namely the microlenses and the objective, makes it possible to adapt the optical fill factors of the second fiber end field and the second deflector field to one another.
  • the switching arrangement is constructed symmetrically.
  • the beam path between the first terminal end field and the first deflector field is then arranged symmetrically to the beam path between the second terminal end field and the second deflector field.
  • the first and second optics also have a structure that is symmetrical to one another, and although preferably such that the beam waist of the beam formed by the first optics is arranged approximately centrally between the first and the second deflector field.
  • the invention is based on an objective which images an object plane extending transversely to an optical axis of the objective into an image plane extending transversely to the optical axis.
  • the objective is characterized in that rays that pass through the object plane at a distance from and parallel to the optical axis are converted by the objective into rays that also pass the image plane at a distance from the optical axis, but at an angle to the optical axis Push the axis through.
  • the objective On the object side, the objective thus has a telecentric beam path, while on the image side it has a convergent beam path modified from a telecentric beam path. This property of the modified telecentric beam path will be referred to below as "hyper-telecentric".
  • the angle at which a beam passing through the object plane parallel to the optical axis passes through the image plane inclined toward the optical axis is advantageously greater, the greater the distance from the optical axis with which this beam passes through the object plane.
  • all the rays that pass through the object plane at different distances from the optical axis and parallel to it intersect at approximately one point that is arranged on the optical axis behind the image plane.
  • a possible application of the one-sided telecentric and on the other hand hypertelecentric lens is given in the switching arrangement described above, namely the connection end field of the optical switching arrangement arranged on the telecentric side of the lens and the deflection field arranged on the hypertelecentric side of the lens, rays entering the lens parallel to the optical axis run from the connection ends toward the lens towards the optical axis.
  • beam deflectors which are not deflected from their rest position, these beams run towards the optical axis even after their interaction with the respective beam deflectors.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an embodiment of the optical switching arrangement according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of an embodiment of the lens according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a further embodiment of the objective according to the invention.
  • an optical switching arrangement 1 is shown schematically.
  • the switching arrangement 1 has an input side 3 and an output side 5.
  • the input side 3 comprises a plurality of optical input connections in order to supply the switching arrangement 1 with optical signals.
  • the output side 5 has a plurality of optical output connections, at which optical signals from the switching arrangement 1 are output.
  • the switching arrangement 1 serves to optically connect the input connections and the output connections to one another in pairs, so that an optical signal supplied via a specific input connection of the switching arrangement 1 is output at a selectable output connection of the switching arrangement.
  • the number of input connections is preferably equal to the number of output connections, and the switching arrangement 1 is also designed such that a number of connections between the input side 3 and the output side 5 corresponding to the number of input or output connections can be provided at the same time.
  • each input connection being connectable to each output connection.
  • the input and output connections are formed by optical fibers which conduct the optical signals that are fed in and out.
  • the optical fibers are mono-mode fibers that conduct the optical signals with wavelengths from 1,530nm to 1,570nm or up to 1,620nm.
  • ends 7 of the optical fibers are held by a holder 9 such that end faces of the fiber ends 7 are arranged in a common plane at a distance from one another in a two-dimensional grid.
  • a holder 9 such that end faces of the fiber ends 7 are arranged in a common plane at a distance from one another in a two-dimensional grid.
  • FIG. 1 only six fiber ends 7-1, 7-2, ..., 7-6 are shown in the paper plane. However, there are five more each Levels each with six fiber ends not shown in FIG. 1 are provided, so that both the input side 3 and the output side 5 each have 36 optical connections.
  • connection ends can also be, for example, hexagonal or a circular circumference.
  • the arrangement of the connection ends in such a field 5 is arbitrary. Two adjacent connection ends should only be at a distance from each other.
  • the microlenses each have a diameter of, for example, 0.5 mm.
  • One possibility for producing such a field of microlenses is, for example, in Chapter 4
  • a microlens 11 is assigned to each fiber end 7, and the fiber ends 7 are aligned with respect to the microlenses 11 such that a core of the fibers in the region of the fiber ends extends essentially coaxially with an optical axis of the microlens 11. Radiation supplied to the switching arrangement 1 on the input side emerges at the ends of the fiber ends 7 in each case as a divergent radiation cone 13. A distance between the end faces of the fiber ends 7 and the microlenses 11 is chosen such that the divergent Radiation 13, which is emitted by each fiber end 7, only strikes the microlens 11 assigned to this fiber end. Each microlens 11 forms the divergent radiation 13 striking it into a collimated Gaussian beam 15, which is aligned parallel to an axis 17.
  • the arrangement of the fiber ends 7 and the microlenses 11 relative to one another is designed on the output side 5 in exactly the same way as on the input side 3.
  • the microlenses 11 on the output side 5 form beams 19 which run parallel to an axis 17 ′′ and each have a microlens 11 meet to convergent bundles of rays 21, which are each aligned with the center of an end face of the fiber ends 7 on the output side 5 in order to be coupled into these fiber ends.
  • an input-side lens 23 is also shown schematically by an input lens 25 and an output lens 26.
  • the lens 23 has an optical axis which coincides with the axis 17.
  • the input lens 25 is of such an extent that all collimated beams 15 formed by the microlenses 11 and extending parallel to the axis 17 enter the latter.
  • the rays entering the lens 23 parallel to the axis 17 are transmitted by the lens into rays 27 emerging from it.
  • the transmission takes place in such a way that of two beams, for example beams 15-1 and 15-2, beam 15-1, which enters lens 23 at a greater distance from axis 17 than beam 15-2, is transmitted into the beam 27-1, which is at a greater distance from the axis 17 than the beam 27-2 into which the beam 15-2 is transmitted.
  • the rays 27 emerging from the objective 23 do not run parallel to the axis 17, but converge towards it.
  • the greater the distance between the respective beam and the axis the greater the angle ⁇ with which the beams 27 run on the axis.
  • the angle ⁇ i is shown in FIG. 1, with which the beam 27-1 runs towards the axis 17, and this angle ⁇ ⁇ is greater than an angle ⁇ with which the beam 27-2 runs towards the axis.
  • the objective 23 is arranged with respect to the field of microlenses 11 in such a way that the field microlenses 11 lies in an object plane 29 of the objective 23.
  • the microlenses 11 arranged in the object plane 29 of the objective 23 are thus imaged in an image plane 31 of the objective 23 conjugated to the object plane 29.
  • the transmission of the collimated rays 15 entering the lens 23 into the emerging rays 27 takes place such that central rays of these collimated rays ideally intersect at a point 33 arranged on the axis 17 in the beam direction behind the image plane 31. Due to inaccuracies in the manufacture of the lens 23 or misalignment of the lens 23 with respect to the axis 17 and the microlenses 11, the central rays will not meet exactly at point 33 in practice. However, the central rays should penetrate an area around this point 33.
  • the beam path through the objective 23 is a telecentric beam path on the object plane 29 side with the beams running parallel to the axis 17 and thus the optical axis of the objective 23.
  • On the side of image plane 31 The rays do not run parallel to the axis 17, but converge towards it.
  • the beam path on the side of the image plane 31 is therefore not a telecentric beam path, but rather a beam path modified therefrom, which is referred to here as "hyper-telecentric".
  • a field Arranged in the area of the image plane 31 is a field composed of a plurality of beam deflectors in the form of micromirrors 37, each of which has a rest position and can be deflected from this rest position.
  • the mirror surfaces of the micromirrors lie in a plane 39 which is inclined by an angle ⁇ of approximately 23 ° with respect to the image plane 31 extending orthogonally to the axis 17 and intersects the image plane 31 and the axis 17 at a common point ,
  • the micromirrors 37 are arranged in the plane 39 such that each beam 27 strikes a single micromirror 37 assigned to this beam.
  • the number of micromirrors 37 is thus equal to the number of optical inputs 7.
  • the mirror surface of the micromirrors has a diameter of, for example, 1.5 mm.
  • the mirror surfaces can be pivoted out of their rest position about two mutually orthogonal axes.
  • the micromirrors 37-2, 37-3, ..., 37-6 are shown in their rest position. Only the mirror 37-1 is deflected by an angle ⁇ from the rest position.
  • micromirrors 37 folds the beam path behind the lens 23, so that the optical axis 17 of the beam path does not continue in a straight line behind the plane 39, but continues in the optical axis denoted by 17 'in FIG. 1, which leads to the optical axis Axis 17 forms an angle of 2 ⁇ .
  • a further plane 41 extends parallel to and at a distance from plane 39, in which mirror surfaces of a plurality of micromirrors 43 are in turn arranged when these are in their undeflected state.
  • the field of micromirrors 43 is penetrated centrally by the optical axis 17 '.
  • a distance between the planes 39 and 41 is dimensioned such that it is equal to the distance between the image plane 31 and the point 33 at which the central rays of all the rays 27 would ideally meet if they would penetrate the field of the micromirrors 37 in a straight line. After reflection on the undeflected micromirrors 37, all rays 27 would thus hit the center of the field from the micromirrors 43.
  • the micromirrors 37 can, however, be deflected in such a way that they can reflect the rays 27 onto a selectable micromirror 43 in the plane 41. In FIG.
  • the angle ⁇ 1 # by which the micromirror 37-1 is deflected is dimensioned such that the beam 27-1 striking the micromirror 37-1 strikes the micromirror 43-1 in the plane 41. Since, due to the hyper-telecentric property of the objective 23, all the rays 27 that are reflected by the undeflected mirrors 37 meet in the center of the field of the mirrors 43, each of the mirrors 37 can selectively strike the beam 27 that hits it on each of the Align mirror 43, the maximum deflection required for this being the same for each mirror 37, regardless of whether it is arranged in the center of the field of mirrors 37 or on its edge. This results in an essentially optimal utilization of the dynamic adjustment range for all micromirrors 37.
  • the beam path in the switching arrangement 1 is through the
  • Micromirror 43 in turn folded so that the optical axis 17 'is also mirrored on the plane 41 by an angle 2 ⁇ and proceeding from this in the axis 17 " puts.
  • the field of the microlenses 11 arranged on the output side 5 is centered with respect to the axis 17 ′′.
  • a further objective 45 is arranged, which is shown schematically with an input lens 47 and an output lens 48 .
  • the objective 45 is constructed symmetrically to the objective 23 and has a hyper-telecentric beam path on its input side, that is to say on the micromirror 43 side, and a telecentric beam path on its output side, that is to say on the output side microlenses 11.
  • An optical axis of the objective 45 coincides with the axis 17 ", and the objective 45 is arranged with respect to the field from the micromirrors 43 such that an object plane 49 of the objective 45, which extends orthogonally to the optical axis 17" of the objective 45, defines the plane 41 and the axis 17 "intersects at a common point.
  • An image plane 51 of the objective 45 is arranged in the plane of the field of the microlenses 11 on the output side.
  • the objective 45 images at least the micromirrors 43-3 and 43-4, which are arranged centrally in the field of the micromirrors 43, essentially exactly onto the microlenses 11-3 and 11-4 arranged centrally in the microscope field.
  • micromirrors 43-1, 43-2, 43-5 and 43-6 which are arranged further on the edge of the micromirror field are also placed on the microlenses 11-1, 11-2, associated with them for the purposes of the switching arrangement 1. 11-5 and 11-6 shown.
  • the beam path of the optical switching arrangement 1 is arranged symmetrically with respect to a plane of symmetry 53.
  • a beam waist of the rays 27 formed together by the input-side microlenses 11 and the objective 23 preferably lies in this plane of symmetry 53.
  • the highest possible packing density of the micromirrors 37 in the plane 39 and the microlenses 11 in the plane 29 (and corresponding to the micromirrors 43 in the plane 41 and the output-side microlenses 11 in the plane 51) is a distance between the plane 53 and the center of the micromirrors 37 in the plane 39 (or correspondingly a distance between the plane 53 and the center the micromirror 43 in the plane 41) is chosen so that this distance of the Rayleigh length p
  • FIG. 2 shows the lens system of the objective 23, which is shown only schematically in FIG. 1, in detail.
  • the lens system comprises ten lenses L1 to L10, the lens L1 being the input lens arranged near the object plane 29 and the lens L10 being the output lens of the lens 23 arranged near the image plane 31.
  • the optical data of the lens system can be seen in Table 1 below: 19
  • L 5 , L 6 , L 7 and L 8 lenses are arranged at a distance from one another.
  • the optical data of the lens system can be seen in Table 2 below:
  • the material Infrasil is a quartz that can be purchased from Heraeus.
  • the other materials listed in Table 2 can be obtained from SCHOTT.
  • the lens according to FIG. 3 works together with a field of 128 x 128 optical fibers and a microlens field in plane 29, a field of 128 x 128 MEMS beam deflectors in plane 31 and a second such field of deflectors in plane 41, the The beam path between the planes 31 and 41 is folded as in FIG. 1 and a second objective, as in FIG. 1, is provided in order to couple deflected beams into a second field of 128 x 128 optical fibers.
  • Column 4 of Table 1 contains the designation of the respective lens, Column 5 the designation of the lens material according to the terminology of SCHOTT as the manufacturer of the lens material, Column 1 a consecutive numbering of the refractive areas of the lenses, Column 3 the vertex distances between the lens areas and Column 2 the radii of curvature of the lens surfaces.
  • the distance between the object plane and the first object-side lens surface is 0.5 mm and the distance between the image plane and the first output-side lens surface is 310 mm.
  • the lens system 23 according to FIG. 3 comprises 8 lenses L- L to L 8 , which as three lens groups G x with lenses L- L , L 2 and L 3 , G 2 with only lens L 4 and group G 3 with The SMF-28 optical fibers from Corning have a core diameter of 8.2 ⁇ m.
  • 1 diameter (corresponding to - diameter of the intensity for a Gaussian profile) is 10.5 ⁇ m for light with a wavelength of 1625nm, 10.4 ⁇ m for light with a wavelength of 1550nm, 9.7 ⁇ m for light with a wavelength of 1460nm and 9.2 ⁇ m for light with a wavelength of 1310nm.
  • the microlens field is constructed from quartz as a carrier plate with microlenses thereon, the total thickness of the carrier plate with lenses being 1.23 mm.
  • the optical fibers are connected directly to the carrier plate, which carries the microlenses.
  • a field size for the optical fibers is smaller than 5.6mm x 7.6mm, a diameter of each microlens is 0.26mm and a radius of curvature of the microlenses is 0.37977mm.
  • the mode field diameter of the optical fiber of 10.4 ⁇ m at 1550nm is transformed with the microlens into a waist with a radius of 0.081mm. This waist is right at the top of the microlens.
  • a tilt angle of the micromirrors is approximately ⁇ 5 degrees, a diameter of the micromirrors is approximately 0.8 mm, a center distance between adjacent micromirrors is 1 mm to 2 mm; the levels of the micromirror fields are tilted by about 30 degrees to the axes of the lenses in the beam path.
  • the beam waists on the microlenses are transformed by the lens 23 with the lens groups G 17 G 2 and G 3 into beam waists which are arranged approximately centrally between the planes 31 and 41. Furthermore, the lens maps the microlens field in plane 29 into plane 31, which intersects the first deflector field centrally. This meets the requirements for installing the light guide fiber ends with respect to the microlenses with regard to centering and tilting, since in a region around a target orientation of the optical fiber ends with respect to the microlenses then essentially all of the light emitted by the optical fibers is transported to the respectively assigned micromirrors.
  • An entrance pupil of the objective lies at infinity because the optical fibers are arranged parallel to each other in the area of their ends.
  • An exit pupil of the objective lies in the plane 41, that is to say in the area of the second micromirror field (cf. FIG. 1). Due to this position of the exit pupil, the smallest possible micromirror deflection is achieved during the switching process. In the terminology of the present application, this corresponds to hypertele- centry.
  • a magnification of the lens is 3.0666; a chromatic magnification difference for the wavelengths specified above is less than a few ⁇ m; a chromatic angle difference of the main rays is less than 1-10 "4 rad between 1460nm and 1625nm and less than 5-10 -6 rad at 1310nm; distortion of the lens is less than a few ⁇ m.
  • the Infrasil material was chosen because of its particularly good transmissions in the infrared. Instead of the quartz, NKZFS11 or NKZFS2 can also be used, each with somewhat larger absorption losses.
  • the lens group G has a focal length of 27.8 mm, and a diaphragm can be attached in a pupil image between the groups G-, ⁇ and G 2 , which facilitates the adjustment of the lens.
  • the lens group G 2 has a low refractive power with a focal length of 443.3mm. The lens can be used to correct the lens and to adjust the distortion or to improve the temperature stability by changing the position.
  • the lens group G 3 has a focal length of 59.7mm.
  • the lenses L 6 and L 7 could also be interchanged therein and similar optical properties would result.
  • micromirrors are used as beam deflectors, which can be deflected mechanically from a rest position.
  • beam deflectors can be deflected mechanically from a rest position.
  • electro-optically operating beam deflectors as are described in the applicant's application, which is disclosed under the file number DE 101 02 723 A1, and which also operate in reflection.
  • beam deflectors as disclosed in US 3,787,111 which operate in transmission. Further options for beam deflectors, including the so-called MEMS, can be found, for example, in "Photonic Switches: Fast, but Functional?" by Daniel C. McCarthy from PHOTONICS SPECTRA, pages 140 to 150, March 2001.
  • all optical input connections are also provided on one side of the switching arrangement and all output-side connections are provided on the other side of the switching arrangement.

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Abstract

Es wird eine optische Schaltanordnung vorgeschlagen, welche optische Eingangs- und Ausgangsanschlüsse aufweist, die wahlweise miteinander verbindbar sind. Hierzu ist ein erstes Ablenkerfeld (39) mit einer Mehrzahl von optischen Strahlablenkern vorgesehen, auf welche von den Eingangsanschlüssen emittierte Strahlulng trifft. In dem Strahlengang zwischen den Eingangsanschlüssen und dem Ablenkerfeld ist eine Optik vorgesehen, welche ein Linsenfeld aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen (11) sowie ein Objektiv umfaßt. Vor jedem Eingangsanschluß ist eine separate Mikrolinse angeordnet, und das Objektiv umfaßt Objektivlinsen, welche jeweils von sämtlichen Strahlen durchsetzt werden, die durch die Mikrolinsen geformt werden. Ferner wird ein Objektiv (23) vorgeschlagen, welches Objektseitig einen telezentrischen Strahlengang und bildseitig einen vom telezentrischen Strahlengang abgewandelten konvergenten Strahlengang aufweist.

Description

Optische Schaltanordnung und Objektiv
Die Erfindung betrifft eine optische Schaltanordnung mit einer Mehrzahl von Anschlüssen für optische Signale, um über einen oder mehrere Anschlüsse in die Schaltanordnung eintretende optische Signale an auswählbaren anderen Anschlüssen auszugeben. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen optischen Schaltanordnung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Objektiv, welches in einer solchen optischen Schaltanordnung einsetzbar ist, welches allerdings auch in anderen Bereichen der Technik Einsatz finden kann.
Aus Paul M. Hagelin et al . "Scalable Optical Cross-Connect Switch üsing Micromachined Mirrors" aus IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, Vol. 12, Nr. 7, Juli 2000, Seiten 882 bis 884 ist eine optische Schaltanordnung zur wahlweisen Verbindung einer Mehrzahl optischer Eingänge und Ausgänge bekannt . Die Anordnung umfaßt eine erste und eine zweite Gruppe optischer Fasern, deren Faserenden in einem ersten bzw. zweiten Faserendenfeld angeordnet sind. Ein erstes Feld von Strahl- ablenkern ist derart angeordnet, daß von einem jeden Faserende der ersten Gruppe optischer Fasern austretende Strahlung im wesentlichen auf einen einzigen Strahlablenker des ersten Ablenkerfelds trifft . Die Strahlablenker des ersten Ablenkerfelds sind jeweils derart ansteuerbar, daß die auf einen jeden Strahlablenker des ersten Ablenkerfelds treffende Strahlung wahlweise auf einen bestimmten Strahlablenker eines zweiten Ablenkerfelds trifft. Ein jeder Strahlablenker des zweiten Ablenkerfelds ist jeweils einem einzigen Faserende der zweiten Gruppe optischer Fasern zugeordnet und ist derart ansteuerbar, daß von einem Strahlablenker des ersten Ablenkerfelds her auf diesen treffende Strahlung in das ihm zugeordnete Faserende der zweiten Fasergruppe einkoppelbar ist . Durch entsprechende Ansteuerung der Strahlablenker des ersten und des zweiten Ablenkerfelds kann somit eine jede optische Faser der ersten Gruppe wahlweise mit einer jeden op- tischen Faser der zweiten Gruppe optisch verbunden werden.
In dem optischen Weg zwischen dem ersten Faserendenfeld und dem ersten Ablenkerfeld ist eine Optik mit zwei Linsen vorgesehen, welche jeweils von sämtlichen von den Faserenden des ersten Faserendenfelds austretenden Strahlen durchsetzt werden. Diese Optik dient dazu, die von den Faserenden austretende Strahlung jeweils zu einem Gauß' sehen Strahl zu formen und diesen auf den entsprechenden Strahlablenker des ersten Ablenkerfelds zu richten. Eine entsprechende zweite Optik ist in dem optischen Weg zwischen dem zweiten Ablenkerfeld und dem zweiten Faserendenfeld vorgesehen. Diese dient dazu, die von den Strahlablenkern des zweiten Ablenkerfelds reflektierten Gauß"sehen Strahlen in die entsprechenden Faserenden der zweiten Fasergruppe einzukoppeln.
Ein bei einer solchen Schaltanordnung einsetzbares Feld aus Strahlablenkern weist einen gegebenen Abstand zwischen benachbarten Strahlablenkern, einen maximalen Ablenkwinkel, um den ein jeder Strahlablenker einen auftreffenden Strahl aus einer Ruhelage des Strahlablenkers ablenken kann, und eine gegebene Genauigkeit auf, mit der ein jeder Strahlablenker den Ablenkwinkel für einen auftreffenden Strahl einstellen kann. Die Formung der Gauß'sehen Strahlung durch die Optik ist auf die optische Weglänge zwischen den Faserenden der beiden Faserendenfelder und den Abständen zwischen in einem Faserendenfeld benachbarten Faserenden derart abzustimmen, daß von der in ein bestimmtes Faserende einzukoppelnden Strahlung ein möglichst geringer Teil in andere Faserenden eingekoppelt wird, die diesem bestimmten Faserende in dem Feld benachbart angeordnet sind. Die oben angeführten Gesichtspunkte limitieren die Zahl der optischen Fasern, die durch die herkömmliche Schaltanordnung miteinander verschaltet werden können.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Schaltanordnung anzugeben, welche eine Erhöhung der Zahl der wahlweise miteinander verschaltbaren optischen Anschlüsse zuläßt oder/und eine Erhöhung der in einem ausgewählten Anschluß einkoppelbaren Strahlungsintensität zuläßt oder/und einen kompakteren Aufbau einer Schaltanordnung bei einer gegebenen Zahl optischer Anschlüsse ermöglicht.
Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein optisches Objektiv mit neuen optischen Eigenschaften bereitzustellen, welches inbesondere in der optischen Schaltanordnung einsetz- bar ist.
Unter einem ersten Aspekt geht die Erfindung aus von einer optischen Schaltanordnung mit einer ersten und einer zweiten Gruppe von optischen Anschlüssen, wobei Anschlußenden der ersten Gruppe optischer Anschlüsse in einem ersten Anschlußendenfeld angeordnet sind, einem ersten Ablenkerfeld aus einer Mehrzahl von optischen Strahlablenkern und einer in einem Strahlengang zwischen dem ersten Anschlußendenfeld und dem ersten Ablenkerfeld angeordneten ersten Optik. Die optischen Anschlüsse können beispielsweise durch Glasfasern gebildet sein, wobei beispielsweise eine Halterung vorgesehen ist, um Enden der optischen Fasern in dem ersten Anschlußendenfeld zu haltern. Ein jeder Strahlablenker des ersten Strahlablenker- felds ist einem einzigen Anschlußende der ersten Anschlußgruppe optisch fest derart zugeordnet, daß aus diesem Anschlußende austretende Strahlung auf den diesem Anschlußende zugeordneten Strahlablenker trifft. Ein jeder Strahlablenker ist ferner derart ansteuerbar, daß die auf diesen auftref- fende Strahlung wahlweise in einen der optischen Anschlüsse der zweiten Anschlußgruppe einkoppelbar ist . Die optische Schaltanordnung zeichnet sich dadurch aus, daß die zwischen dem ersten Anschlußendenfeld und dem ersten Ablenkerfeld angeordnete Optik ein erstes Linsenfeld aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen und ein erstes Objektiv mit einer Mehrzahl von Objektivlinsen umfaßt. Eine jede Mikrolinse des ersten Linsenfeldes ist jeweils einem einzigen Anschlußende des ersten Anschlußendenfelds zugeordnet und bezüglich diesem derart angeordnet, daß sie Strahlung, die von dem ihr zuge- ordneten Anschlußende austritt, zu einem kollimierten Strahl formt. Die mehreren Objektivlinsen des ersten Objektivs werden jeweils von sämtlichen kollimierten Strahlen durchsetzt und durch das Objektiv auf die jeweiligen Strahlablenker des ersten Ablenkerfelds gerichtet .
Dieser Auslegung der Optik liegt folgende Überlegung zugrunde:
Ein jeder Strahlablenker des Strahlablenkerfelds weist einen optisch wirksamen Bereich auf, in dem er auf einen einfallenden Strahl ablenkend wirksam sein kann. Ein jeder Strahlablenker beansprucht in dem Ablenkerfeld jedoch geometrisch eine größere Fläche als die optisch wirksame Fläche des Strahlablenkers, da für den Strahlablenker auch Platz für et- wa eine Stellmechanik und eine Haltestruktur vorzusehen ist . Die gesamte optisch wirksame Fläche des Ablenkerfelds ist somit kleiner als die geometrische Fläche des Ablenkerfelds, das heißt ein "Füllfaktor" des Ablenkerfelds ist kleiner als 1.
Entsprechend ist auch die optisch wirksame Fläche des Anschlußendenfelds, das heißt die Fläche, aus der Strahlung aus dem Anschlußendenfeld austritt, kleiner als die geometrische Fläche des Anschlußendenfelds, das heißt der Füllfaktor des Anschlußendenfelds ist ebenfalls kleiner als 1 und im allgemeinen kleiner als der Füllfaktor des Ablenkerfelds. Durch die Zusammenwirkung des Linsenfelds mit dem Objektiv ist es nun möglich, die beiden unterschiedlichen Füllfaktoren optisch aneinander anzupassen und somit eine verbesserte Ausnutzung der optisch wirksamen Flächen sowohl des Anschlußendenfelds als auch des Ablenkerfelds zu erreichen. Ferner kann die Optik noch eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung bereitstellen, um unterschiedliche Abstände der Anschlußenden in dem Anschlußendenfeld und der Strahlablenker in dem Ablenkerfeld aneinander anzupassen.
Ferner ist es durch die Zusammenwirkung zwischen dem Objektiv und den einzelnen Mikrolinsen möglich, einen Abstand zwischen der Mikrolinse und einer Strahltaille des von der Mikrolinse geformten kollimierten Strahls unabhängig von einem Durch- messer der Mikrolinse einzustellen. Hierdurch kann die Packungsdichte des Anschlußendenfelds hoch gewählt werden, ohne daß der Abstand der Strahltaille von der Mikrolinse unakzeptabel kurz bzw. eine Divergenz des Strahls hinter der Strahltaille unakzeptabel hoch wird.
Vorteilhafterweise ist das Linsenfeld in einem Bereich einer Objektebene des Objektivs angeordnet, und das Ablenkerfeld ist in einem Bereich der Bildebene des Objektivs angeordnet. Es wird somit eine jede Mikrolinse bzw. die aus dieser aus- tretenden Strahlung auf den dieser Mikrolinse zugeordneten Strahlablenker abgebildet . Hierdurch ist die Ausrichtung der von dem Anschlußende emittierten Strahlung auf den diesem Anschlußende zugeordneten Strahlablenker in erhöhtem Maße unabhängig von Fehlern in der Ausrichtung zwischen dem An- schlußende und der diesem zugeordneten Mikrolinse. Solche Fehler in der Ausrichtung können beispielsweise darin bestehen, daß das Anschlußende bezüglich einer optischen Achse der Mikrolinse lateral versetzt ist oder das Ansehlußende Strahlung in eine Richtung emittiert, die einen Winkel zu der optischen Achse der Mikrolinse aufweist. Die Anordnung des Linsenfelds in der Objektebene des Objektivs ist hierbei sicherlich lediglich eine grobe Anleitung, die exakt nicht zu erfüllen ist, da ja die Mikrolinsen selbst eine Ausdehnung in Richtung der optischen Achse des Objektivs aufweisen. Gleiches gilt für die Anordnung des Ablenkerfelds in der Bildebene. Da das Ablenkerfeld meist geneigt zur optischen Achse des Objektivs angeordnet ist, ergeben sich hierdurch selbstverständlich zumindest für einige Ablenker in dem Ablenkerfeld deutliche Abweichungen aus der Bildebene heraus .
Vorteilhafterweise kollimiert die Mikrolinse die von dem Anschlußende austretende Strahlung zu einem fokussierten Gau 'sehen Strahl mit einer Strahltaille, wobei die Mikrolinse und das Objektiv derart aufeinander abgestimmt sind, daß die Strahltaille von dem Objektiv weiter entfernt angeordnet ist als die Bildebene oder/und das Ablenkerfeld. Im Hinblick auf eine möglichst hohe optische Ausnutzung des zur Verfügung stehenden optischen Füllfaktors formen die Mikrolinse und das Objektiv die Gauß 'sehen Strahlen zusammen derart, daß die Strahltaille von der Bildebene des Objektivs oder/und dem Ablenkerfeld einen Abstand aufweist, der etwa einer Rayleigh-Länge p des Strahls entspricht. Die Rayleigh- Länge ist hier definiert als
p^ π- λ
wobei wo der Abstand von der Strahlachse an der Strahltaille ("beam waist") ist, an dem die elektrische Feldstärke gleich
- der Feldstärke auf der Achse ist, und wobei λ die Wellen- e länge der Strahlung ist .
Bei einem bevorzugten Aufbau der optischen Schaltanordnung sind auch Anschlußenden der zweiten Gruppe optischer Anschlüsse in einem zweiten Anschlußendenfeld angeordnet, und es ist ferner ein zweites Feld aus einer Mehrzahl von optischen Strahlablenkern vorgesehen. Von den Strahlablenkern ist ein jeder jeweils einem einzigen Anschlußende der zweiten Gruppe optischer Anschlüsse optisch fest zugeordnet und der- art ansteuerbar, daß ein von dem ersten Ablenkerfeld her auf diesen Strahlablenker treffender Strahl in das diesem Strahlablenker zugeordnete Anschlußende eingekoppelt wird.
Hierzu ist vorzugsweise zwischen dem zweiten Ablenkerfeld und dem zweiten Anschlußendenfeld eine zweite Optik vorgesehen, welche ein zweites Linsenfeld aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen umfaßt, wobei eine jede Mikrolinse des zweiten Linsenfelds vor jeweils einem Anschlußende des zweiten Anschlußendenfelds angeordnet ist, um den von dem Strahlablenker des zweiten Ablenkerfelds kommenden Strahl mit reduzierten Einkoppelverlusten in das Anschlußende einzukoppeln.
Die zweite Optik umfaßt vorzugsweise ferner ein zweites Objektiv mit einer Mehrzahl Objektivlinsen, welche jeweils von sämtlichen in die Anschlußenden der zweiten Anschlußgruppe eingekoppelten Strahlung durchsetzt werden.
Wie auch bei der ersten Optik ermöglicht es die Zusammenwirkung der Komponenten der zweiten Optik, nämlich der Mikro- linsen und des Objektivs, die optischen Füllfaktoren des zweiten Faserendenfelds und des zweiten Ablenkerfelds aneinander anzupassen.
Im Hinblick auf eine hohe Packungsdichte bzw. eine hohe Zahl miteinander verschaltbarer optischer Anschlüsse ist es vorteilhaft, daß die Schaltanordnung symmetrisch aufgebaut ist. Es ist dann der Strahlengang zwischen dem ersten Anschlußendenfeld und dem ersten Ablenkerfeld symmetrisch zu dem Strahlengang zwischen dem zweiten Anschlußendenfeld und dem zwei- ten Ablenkerfeld angeordnet. Auch weisen die erste und die zweite Optik einen zueinander symmetrischen Aufbau auf, und zwar vorzugsweise derart, daß die Strahltaille des von der ersten Optik geformten Strahls in etwa mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Ablenkerfeld angeordnet ist .
Unter einem zweiten Aspekt geht die Erfindung von einem Objektiv aus, das eine quer zu einer optischen Achse des Objektivs sich erstreckende Objektebene in eine quer zur optischen Achse sich erstreckende Bildebene abbildet. Das Objektiv zeichnet sich dadurch aus, daß Strahlen, die die Objektebene mit Abstand von der optischen Achse und parallel zu dieser durchsetzen, durch das Objektiv in Strahlen überführt werden, die die Bildebene ebenfalls mit Abstand von der optischen Achse, allerdings unter einem Winkel zur optischen Achse hin gerichtet durchsetzen. Objektseitig weist das Objektiv damit einen telezentrischen Strahlengang auf, während es bildseitig einen von einem telezentrischen Strahlengang abgewandelten konvergenten Strahlengang aufweist. Diese Eigenschaft des abgewandelten telezentrischen Strahlengangs soll nachfolgend mit "hyper-telezentrisch" bezeichnet werden.
Vorteilhafterweise ist der Winkel, mit dem ein die Objekt- ebene parallel zur optischen Achse durchsetzender Strahl die Bildebene zur optischen Achse hin geneigt durchsetzt umso größer, je größer der Abstand von der optischen Achse ist, mit dem dieser Strahl die Objektebene durchsetzt.
Weiter bevorzugt schneiden sich sämtliche Strahlen, die die Objektebene mit unterschiedlichen Abständen von der optischen Achse und parallel zu dieser durchsetzen, in im wesentlichen in etwa einem Punkt, der auf der optischen Achse hinter der Bildebene angeordnet ist .
Ein möglicher Einsatzbereich des einseitig telezentrischen und anderseitig hypertelezentrischen Objektivs ist in der vorangehend geschilderten Schaltanordnung gegeben, wird nämlich das Anschlußendenfeld der optischen Schaltanordnung auf der telezentrischen Seite des Objektivs angeordnet, und das Ablenkerfeld auf der hypertelezentrischen Seite des Objektivs angeordnet, so verlaufen von den Anschlußenden her parallel zur optischen Achse in das Objektiv eintretende Strahlen nach 5 dem Objektiv zu der optischen Achse hin. Bei nicht aus ihrer Ruhelage ausgelenkten Strahlablenkern verlaufen diese Strahlen auch nach ihrer Wechselwirkung mit den jeweiligen Strahlablenkern auf die optische Achse zu. Es ist dann möglich, eine weitere als Feld ausgedehnte Komponente der op- 0 tischen Schaltanordnung welche der zweiten Gruppe von optischen Anschlüssen zugeordnet ist, um die Strahlen in deren Anschlußenden einzukoppeln, in etwa in dem Bereich anzuordnen, in dem die auf die optische Achse zulaufenden Strahlen diese schneiden. Es würden dann bei nicht aus ihrer Ruhelage 5 ausgelenkten Strahlablenkern des ersten Ablenkerfelds sämtliche Strahlen diese zweite ausgedehnte Komponente in deren Zentrum treffen. Ein am Rande des ersten Ablenkerfelds angeordneter Strahlablenker kann somit in sämtliche Richtungen aus seiner Ruhelage ausgelenkt werden, so daß der Strahl da- 0 bei auf verschiedene Orte in dem Feld der zweiten Komponente gelenkt wird. Dadurch ist der nutzbare Ablenkbereich von am Rande des ersten Ablenkerfelds angeordneten Ablenkern im Vergleich zu einem Objektiv erhöht, welches auch bildseitig eine telezentrische Eigenschaft aufweist.
>5
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert . Hierbei zeigt
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungs- 0 form der erfindungsgemäßen optischen Schaltanordnung,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Objektivs, und Figur 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Aus- führungsform des erfindungsgemäßen Objektivs.
In Figur 1 ist eine optische Schaltanordnung 1 schematisch dargestellt . Die Schaltanordnung 1 weist eine Eingangsseite 3 und eine Ausgangsseite 5 auf. Die Eingangsseite 3 umfaßt eine Mehrzahl optischer Eingangsanschlüsse, um der Schaltanordnung 1 optische Signale zuzuführen. Entsprechend weist die Ausgangsseite 5 eine Mehrzahl von optischen Ausgangsanschlüssen auf, an denen optische Signale von der Schaltanordnung 1 ausgegeben werden. Die Schaltanordnung 1 dient dazu, die Eingangsanschlüsse und die Ausgangsanschlüsse wahlweise paarweise miteinander optisch zu verbinden, so daß ein über einen bestimmten Eingangsanschluß der Schaltanordnung 1 zugeführtes optisches Signal an einem auswählbaren Ausgangsanschluß der Schaltanordnung ausgegeben wird. Vorzugsweise ist die Zahl der Eingangsanschlüsse gleich der Zahl der Ausgangsanschlüsse, und die Schaltanordnung 1 ist ferner derart ausgelegt, daß gleichzeitig eine der Zahl der Eingangs- bzw. Ausgangsan- Schlüsse entsprechende Anzahl von Verbindungen zwischen der Eingangsseite 3 und der Ausgangsseite 5 bereitgestellt werden kann, wobei ein jeder Eingangsanschluß mit einem jeden Aus- gangsanschluß verbindbar ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Eingangs- und Ausgangsansehlüsse durch optische Fasern gebildet, welche die zu- bzw. abgeführten optischen Signale leiten. Die optischen Fasern sind Mono-Mode-Fasern, die die optischen Signale mit Wellenlängen von 1.530nm bis 1.570nm oder bis 1.620nm leiten.
Sowohl auf der Eingangsseite 3 als auch auf der Ausgangsseite 5 sind Enden 7 der optischen Fasern durch eine Halterung 9 derart gehaltert, daß Stirnenden der Fasernenden 7 in einer gemeinsamen Ebene mit Abstand voneinander in einem zweidimen- sionalen Gitter angeordnet sind. In Figur 1 sind jeweils nur sechs Faserenden 7-1, 7-2, ..., 7-6 in der Papierebene dargestellt. Allerdings sind jeweils noch fünf weitere derartige Ebenen mit jeweils sechs in der Figur 1 nicht dargestellten Faserenden vorgesehen, so daß sowohl die Eingangsseite 3 als auch die Ausgangsseite 5 je 36 optische Anschlüsse aufweisen.
5 Abweichend von der dargestellten Ausführungsform ist es jedoch auch möglich, eine andere Zahl von Anschlüssen auf der Eingangsseite oder/und der Ausgangsseite vorzusehen, wie beispielsweise 16x16 Anschlüsse oder 64x64 Anschlüsse usw.
0 Ferner ist es möglich, von der vorangehend beschriebenen Gitterstruktur mit dem Umfang eines gleichseitigen Rechtecks abzuweichen. Der Umfang des Felds der Anschlußenden kann beispielsweise auch hexagonal oder einem Kreisumfang angenähert sein. Die Anordnung der Anschlußenden in einem solchen Feld 5 ist beliebig. Zwei benachbarte Anschlußenden sollen lediglich einen Abstand voneinander aufweisen.
Sowohl auf der Eingangsseite 3 als auch auf der Ausgangsseite 5 ist mit Abstand von den Stirnflächen der Faserenden 7 ein
:0 Feld 11 von Mikrolinsen 11-1, 11-2, ..., 11-6 angeordnet, welches wie die Faserenden 7 von der Halterung 9 getragen wird. Die Mikrolinsen haben jeweils einen Durchmesser von beispielsweise 0,5mm. Eine Möglichkeit, ein derartiges Feld von Mikrolinsen zu fertigen, ist beispielsweise in Kapitel 4
5 "Refractive icrooptics" aus "Microoptics" von S. Sinzinger und J. Jahns, Wiley-VCH, Weinheim, 1999, erläutert.
Einem jeden Faserende 7 ist eine Mikrolinse 11 zugeordnet, und die Faserenden 7 sind bezüglich der Mikrolinsen 11 derart > ausgerichtet, daß sich ein Kern der Fasern im Bereich der Faserenden im wesentlichen koaxial zu einer optischen Achse der Mikrolinse 11 erstreckt. Der Schaltanordnung 1 eingangsseitig zugeführte Strahlung tritt an den Stirnenden der Faserenden 7 jeweils als divergenter Strahlungskegel 13 aus. Ein Abstand zwischen den Stirnflächen der Faserenden 7 und den Mikrolinsen 11 ist derart gewählt, daß die divergente Strahlung 13, die von einem jeden Faserende 7 emittiert wird, lediglich auf die diesem Faserende zugeordnete Mikrolinse 11 trifft. Eine jede Mikrolinse 11 formt die auf sie treffende divergente Strahlung 13 zu jeweils einem kollimierten Gauß' sehen Strahl 15, der parallel zu einer Achse 17 ausgerichtet ist . Die Anordnung der Faserenden 7 und der Mikrolinsen 11 relativ zueinander ist auf der Ausgangsseite 5 genau so ausgelegt wie auf der Eingangsseite 3. Somit formen die Mikrolinsen 11 auf der Ausgangsseite 5 Strahlen 19, die parallel zu einer Achse 17" verlaufen und auf jeweils eine Mikrolinse 11 treffen, zu konvergenten Strahlenbündeln 21, die jeweils auf das Zentrum einer Stirnfläche der Faserenden 7 auf der Ausgangsseite 5 ausgerichtet sind, um in diese Faserenden eingekoppelt zu werden.
In Figur 1 ist ferner ein eingangsseitiges Objektiv 23 schematisch durch eine Eingangslinse 25 und einer Ausgangslinse 26 dargestellt. Das Objektiv 23 weist eine optische Achse auf, die mit der Achse 17 zusammenfällt. Die Eingangslinse 25 weist eine solche Ausdehnung auf, daß sämtliche von den Mikrolinsen 11 geformte und parallel zu der Achse 17 sich erstreckende kollimierte Strahlen 15 in diese eintreten. Die in das Objektiv 23 parallel zu der Achse 17 eintretenden Strahlen werden von dem Objektiv in aus diesem austretende Strahlen 27 übertragen. Die Übertragung erfolgt dabei derart, daß von zwei Strahlen, zum Beispiel den Strahlen 15-1 und 15- 2, der Strahl 15-1, der mit einem größeren Abstand von der Achse 17 in das Objektiv 23 eintritt als der Strahl 15-2, in den Strahl 27-1 übertragen wird, der von der Achse 17 einen größeren Abstand aufweist als der Strahl 27-2, in den I der Strahl 15-2 übertragen wird. Hierbei verlaufen die aus dem Objektiv 23 austretenden Strahlen 27 nicht parallel zu der Achse 17, sondern konvergent auf diese zu. Ein Winkel α, mit dem die Strahlen 27 auf die Achse zu verlaufen, ist umso größer je größer der Abstand des jeweiligen Strahls von der Achse ist. In der Figur 1 ist der Winkel αi eingezeichnet, mit dem der Strahl 27-1 auf die Achse 17 zu verläuft, und dieser Winkel α^ ist größer als ein Winkel α , mit dem der Strahl 27-2 auf die Achse zu verläuft.
Das Objektiv 23 ist bezüglich des Felds aus Mikrolinsen 11 derart angeordnet, daß das Feld Mikrolinsen 11 in einer Objektebene 29 des Objektivs 23 liegt. Damit werden die in der Objektebene 29 des Objektivs 23 angeordneten Mikrolinsen 11 in eine zu der Objektebene 29 konjugierte Bildebene 31 des Objektivs 23 abgebildet.
Die Übertragung der in das Objektiv 23 eintretenden kollimierten Strahlen 15 in die austretenden Strahlen 27 erfolgt dabei derart, daß sich Zentralstrahlen dieser kollimierten Strahlen idealerweise in einem auf der Achse 17 in Strahlrichtung hinter der Bildebene 31 angeordneten Punkt 33 schneiden. Aufgrund von Ungenauigkeiten in der Fertigung des Objektivs 23 oder Ausrichtungsfehlem des Objektivs 23 bezüglich der Achse 17 und der Mikrolinsen 11 werden sich die Zen- tralstrahlen in der Praxis nicht genau in dem Punkt 33 treffen. Allerdings sollen die Zentralstrahlen einen Bereich um diesen Punkt 33 durchsetzen. Dies bedeutet auch, daß eine sich quer zu der Achse 17 erstreckende Ebene 35 existiert, die sämtliche Strahlen 27 durchsetzen, und zwar derart, daß alle Strahlen 27, die die Bildebene 31 mit einem Abstand b von der Achse 17 durchsetzen, der kleiner ist als ein Maximalwert, die Ebene 35 mit einem Abstand von der Achse 17 durchsetzen, der kleiner ist als ein Wert c, wobei ein Verhältnis zwischen dem Wert c und dem Maximalwert kleiner ist als 0,5, vorzugsweise kleiner als 0,2 und insbesondere bevorzugt kleiner als 0,1.
Der Strahlengang durch das Objektiv 23 ist auf Seiten der Objektebene 29 mit den parallel zur Achse 17 und damit der op- tischen Achse des Objektivs 23 verlaufenden Strahlen ein telezentrischer Strahlengang. Auf Seiten der Bildebene 31 verlaufen die Strahlen nicht parallel zu der Achse 17, sondern konvergent auf diese zu. Damit ist der Strahlengang auf Seiten der Bildebene 31 nicht ein telezentrischer Strahlengang, sonder ein davon abgewandelter Strahlengang, der hier als "hyper-telezentrisch" bezeichnet wird.
Im Bereich der Bildebene 31 ist ein Feld aus mehreren Strahlablenkern in Form von Mikrospiegeln 37 angeordnet, welche jeweils eine Ruhelage aufweisen und aus dieser Ruhe- läge auslenkbar sind. In ihrer Ruhelage liegen die Spiegelflächen der Mikrospiegel in einer Ebene 39, welche bezüglich der orthogonal zu der Achse 17 sich erstreckenden Bildebene 31 um einen Winkel θ von etwa 23° geneigt ist und die Bildebene 31 und die Achse 17 in einem gemeinsamen Punkt schnei- det. Die Mikrospiegel 37 sind in der Ebene 39 derart angeordnet, daß ein jeder Strahl 27 auf einen einzigen diesem Strahl zugeordneten Mikrospiegel 37 trifft. Damit ist die Zahl der Mikrospiegel 37 gleich der Zahl der optischen Eingänge 7.
Die Spiegelfläche der Mikrospiegel hat einen Durchmesser von beispielsweise 1,5mm. Die Spiegelflächen sind um zwei zueinander orthogonale Achsen aus ihrer Ruhelage heraus verschwenkbar. Derartige Mikrospiegelfeider werden mit der MEMS- Technologie (MEMS = micro electro mechanical system) hergestellt .
In der Figur 1 sind die Mikrospiegel 37-2, 37-3, ..., 37-6 in ihrer Ruhelage dargestellt. Lediglich der Spiegel 37-1 ist um einen Winkel ß aus der Ruhelage ausgelenkt.
Durch das Feld Mikrospiegel 37 wird der Strahlengang hinter dem Objektiv 23 gefaltet, so daß sich die optische Achse 17 des Strahlengangs hinter der Ebene 39 nicht geradlinig fortsetzt, sondern sich in der in Figur 1 mit 17' bezeichneten optischen Achse fortsetzt, die zu der optischen Achse 17 einen Winkel von 2θ einschließt. Parallel zu der Ebene 39 und mit Abstand von dieser erstreckt sich eine weitere Ebene 41, in welcher wiederum Spiegelflächen einer Mehrzahl von Mikrospiegeln 43 angeordnet sind, wenn diese sich in ihrem unausgelenkten Zustand befinden. Das Feld der Mikrospiegel 43 wird von der optischen Achse 17 ' zentral durchsetzt. Ein Abstand zwischen den Ebenen 39 und 41 ist so bemessen, daß er gleich dem Abstand zwischen der Bildebene 31 und dem Punkt 33 ist, an dem sich idealerweise die Zentralstrahlen sämtlicher Strahlen 27 treffen würden, wenn sie das Feld der Mikrospiegel 37 geradlinig durchsetzen würden. Damit würden sämtliche Strahlen 27 nach einer Reflexion an den unausgelenkten Mikrospiegeln 37 auf das Zentrum des Felds aus den Mikrospiegeln 43 treffen. Die Mikrospiegel 37 sind allerdings derart auslenkbar, daß sie die Strahlen 27 auf einen auswählbaren Mikrospiegel 43 in der Ebene 41 reflektieren können. In der Figur 1 ist der Winkel ß1# um den der Mikrospiegel 37-1 ausgelenkt ist, so bemessen, daß der auf den Mikrospiegel 37-1 treffende Strahl 27-1 auf den Mikrospiegel 43-1 in der Ebene 41 trifft. Da sich aufgrund der hyper-telezentrischen Eigenschaft des Objektivs 23 sämtliche Strahlen 27, die von den unausgelenkten Spiegeln 37 reflektiert werden, im Zentrum des Feldes der Spiegel 43 treffen, kann ein jeder der Spiegel 37 den auf ihn treffenden Strahl 27 wahlweise auf einen jeden der Spiegel 43 richten, wobei die hierzu notwendige maximale Auslenkung für jeden Spiegel 37 gleich ist, und zwar unabhängig davon, ob er im Zentrum des Feldes der Spiegel 37 oder an dessen Rand angeordnet ist. Es ergibt sich somit eine im wesentlichen opti- male Ausnutzung des dynamischen Stellbereichs für sämtliche Mikrospiegel 37.
Der Strahlengang in der Schaltanordnung 1 wird durch die
Mikrospiegel 43 wiederum gefaltet, so daß die optische Achse 17' an der Ebene 41 ebenfalls um einen Winkel 2θ gespiegelt wird und sich von dieser ausgehend in der Achse 17" fort- setzt. Das Feld der auf der Ausgangsseite 5 angeordneten Mikrolinsen 11 ist bezüglich der Achse 17" zentriert. Zwischen dem Feld der ausgangsseitigen Mikrolinsen 11 und dem Feld aus den Mikrospiegeln 43 ist ein weiteres Objektiv 45 angeordnet, welches schematisch mit einer Eingangslinse 47 und einer Ausgangslinse 48 dargestellt ist. Das Objektiv 45 ist symmetrisch zu dem Objektiv 23 aufgebaut und weist auf seiner Eingangsseite, das heißt auf Seiten der Mikrospiegel 43, einen hyper-telezentrischen Strahlengang und auf seiner Aussangsseite, das heißt auf Seiten der ausgangsseitigen Mikrolinsen 11, einen telezentrischen Strahlengang auf. Eine optische Achse des Objektivs 45 fällt mit der Achse 17" zusammen, und das Objektiv 45 ist bezüglich des Feldes aus den Mikrospiegeln 43 derart angeordnet, daß eine orthogonal zu der optischen Achse 17" des Objektivs 45 sieh erstreckende Objektebene 49 des Objektivs 45 die Ebene 41 und die Achse 17" in einem gemeinsamen Punkt schneidet. Eine Bildebene 51 des Objektivs 45 ist in der Ebene des Feldes der ausgangsseitigen Mikrolinsen 11 angeordnet. Somit bildet das Objektiv 45 wenigstens die Mikrospiegel 43-3 und 43-4, welche zentral in dem Feld der Mikrospiegel 43 angeordnet sind, im wesentlichen genau auf die zentral in dem Mikroslinsenfeld angeordneten Mikrolinsen 11-3 und 11-4 ab. Jedoch werden auch die weiter am Rand des Mikrospiegelfelds angeordneten Mikro- Spiegel 43-1, 43-2, 43-5 und 43-6 mit für die Zwecke der Schaltanordnung 1 ausreichender Qualität auf die diesen zugeordneten Mikrolinsen 11-1, 11-2, 11-5 und 11-6 abgebildet. Der Mikrospiegel 43-1, auf den der durch den um den Winkel ßi ausgelenkten Mikrospiegel 37-1 abgelenkte Strahl 27-1 gerich- tet ist, ist um einen solchen Winkel y1 aus seiner Ruhelage derart ausgelenkt, daß der Strahl 27-1 nach weiterer Reflexion an dem Mikrospiegel 43-1 von dem Objektiv 45 auf die Mikrolinse 11-1 auf der Ausgangsseite 5 abgebildet wird, so daß dieser Strahl durch die Mikrolinse 11-1 in das Faserende 7-1 eingekoppelt wird. Durch entsprechende Auslenkung der Mikrospiegel 37 um Winkel ß und der Mikrospiegel 43 um den Winkel γ ist es somit möglich, ein jedes Faserende 7 der Ausgangsseite 5 mit einem jeden Faserende 7 der Eingangsseite 3 wahlweise mit einem jeden Faserende 7 der Ausgangsseite 5 optisch miteinander zu verbinden.
Der Strahlengang der optischen Schaltanordnung 1 ist bezüglich einer Symmetrieebene 53 symmetrisch angeordnet. Deshalb liegt auch eine Strahltaille der zusammen durch die eingangs- seitigen Mikrolinsen 11 und das Objektiv 23 geformten Strahlen 27 vorzugsweise in dieser Symmetrieebene 53. Im Hinblick auf eine möglichst hohe erreichbare Packungsdichte der Mikrospiegel 37 in der Ebene 39 und der Mikrolinsen 11 in der Ebene 29 (und entsprechend der Mikrospiegel 43 in der Ebene 41 und der ausgangsseitigen Mikrolinsen 11 in der Ebene 51) ist ein Abstand zwischen der Ebene 53 und dem Zentrum der Mikrospiegel 37 in der Ebene 39 (bzw. entsprechend ein Abstand zwischen der Ebene 53 und dem Zentrum der Mikrospiegel 43 in der Ebene 41) so gewählt, daß dieser Abstand der Rayleigh-Länge p
λ
der Strahlen 27-1 entspricht.
In Figur 2 ist das Linsensystem des in Figur 1 lediglich schematisch dargestellten Objektivs 23 im Detail gezeigt. Das Linsensystem umfaßt zehn Linsen Ll bis L10, wobei die Linse Ll die nahe der Objektebene 29 angeordnete Eingangslinse und die Linse L10 die nahe der Bildebene 31 angeordnete Ausgangs- linse des Objektivs 23 ist. Die optischen Daten des Linsensystems sind aus der nachfolgenden Tabelle 1 ersichtlich: 19
Linsen L5 , L6 , L7 und L8 mit Abstand voneinander angeordnet sind . Die optischen Daten des Linsensystems sind aus der nachfolgenden Tabelle 2 ersichtlich :
Tabelle 2
Figure imgf000020_0001
Das Material Infrasil ist ein Quarz, das von der Firma Heraeus bezogen werden kann. Die übrigen in Tabelle 2 genannten Materialien können von SCHOTT bezogen werden.
Das Objektiv gemäß Figur 3 arbeitet zusammen mit einem Feld von 128 x 128 Lichtleitfasern und einem Mikrolinsenfeld in der Ebene 29, einem Feld von 128 x 128 MEMS-Strahlablenkern in der Ebene 31 und einem zweiten solchen Feld von Ablenkern in der Ebene 41, wobei der Strahlengang zwischen den Ebenen 31 und 41 gefaltet ist wie in Figur 1 und ein zweites Objektiv, ebenso wie in Figur 1, vorgesehen ist, um abgelenkte Strahlen in ein zweites Feld von 128 x 128 Lichtleitfasern einzukoppeln. 18
Tabelle 1
Figure imgf000021_0001
Spalte 4 der Tabelle 1 enthält die Bezeichnung der jeweiligen Linse, Spalte 5 die Bezeichnung des Linsenmaterials nach der Terminologie der Firma SCHOTT als Hersteller des Linsenmaterials, Spalte 1 eine fortlaufende Nummerierung der brechenden Flächen der Linsen, Spalte 3 die Vertexabstände zwischen den Linsenflächen und Spalte 2 die Krümmungsradien der Linsenflächen.
Der Abstand zwischen der Objektebene und der ersten Objekt- seitigen Linsenfläche beträgt 0,5mm und der Abstand zwischen der Bildebene und der ersten ausgangsseitigen Linsenfläche beträgt 310mm.
Eine weiterentwickelte Variante des in Figur 1 lediglich schematisch dargestellten Objektivs 23 ist in Figur 3 im De- tail gezeigt. Das Linsensystem 23 gemäß Figur 3 umfaßt 8 Linsen L-L bis L8, welche als drei Linsengruppen Gx mit Linsen L-L, L2 und L3, G2 mit lediglich Linse L4 und Gruppe G3 mit Die Lichtleitfasern vom Typ SMF-28 von der Firma Corning weisen einen Kerndurchmesser von 8,2μm auf. Ein Mode-Field-
1 Durchmesser (entsprechend — Durchmesser der Intensität bei e einem Gaußprofil) beträgt 10,5μm für Licht der Wellenlänge 1625nm, 10,4μm für Licht der Wellenlänge 1550nm, 9,7μm für Licht der Wellenlänge 1460nm und 9,2μm für Licht der Wellenlänge 1310nm.
Das Mikrolinsenfeld ist als eine Trägerplatte mit Mikrolinsen daran aus Quarz aufgebaut, wobei eine Gesamtdicke der Trägerplatte mit Linsen 1,23mm beträgt. Die Lichtleitfasern sind direkt mit der Trägerplatte verbunden, welche die Mikrolinsen trägt. Eine Feldgröße für die Lichtleitfasern ist kleiner als 5,6mm x 7,6mm, ein Durchmesser einer jeden Mikrolinse beträgt 0,26mm und ein Krümmungsradius der Mikrolinsen beträgt jeweils 0,37977mm.
Der Mode-Field-Durchmesser der Lichtleitfaser von 10,4μm bei 1550nm wird mit der Mikrolinse in eine Taille mit Radius 0,081mm transformiert. Diese Taille liegt direkt im Scheitel der Mikrolinse.
Ein Kippwinkel der Mikrospiegel beträgt etwa ±5 Grad, ein Durchmesser der Mikrospiegel beträgt etwa 0,8mm, ein Mitten- abstand zwischen einander benachbarten Mikrospiegeln beträgt lmm bis 2mm; die Ebenen der Mikrospiegelfelder stehen um etwa 30 Grad verkippt zu den Achsen der Objektive im Strahlengang.
Die Strahltaillen an den Mikrolinsen werden durch das Objek- tiv 23 mit den Linsengruppen G17 G2 und G3 in Strahltaillen transformiert, welche in etwa mittig zwischen den Ebenen 31 und 41 angeordnet sind. Ferner wird von dem Objektiv das Mikrolinsenfeld in der Ebene 29 in die Ebene 31 abgebildet, welche das erste Ablenkerfeld zentral schneidet . Hierdurch werden die Anforderungen für eine Montage der Lichtleit- faserenden bezüglich der Mikrolinsen im Hinblick auf Zentrierung und Verkippung gemindert, da in einem Bereich um eine Soll-Ausrichtung der Lichtleitfaserenden bezüglich der Mikrolinsen dann im wesentlichen das sämtliche von den Licht- leitfasern abgestrahlte Licht auf die jeweils zugeordneten Mikrospiegel transportiert wird.
Eine Eintrittspupille des Objektivs liegt im Unendlichen, da die Lichtleitfasern im Bereich ihrer Enden parallel zueinan- der angeordnet sind. Eine Austrittspupille des Objektivs liegt in der Ebene 41, das heißt im Bereich des zweiten Mikrospiegelfeldes (vergleiche Figur 1) . Durch diese Lage der Austrittspupille wird eine möglichst geringe Mikrospiegel- ablenkung beim Schaltvorgang erreicht. Dies entspricht in der Terminologie der vorliegenden Anmeldung einer Hypertele- zentrie.
Ein Abbildungsmaßstab des Objektivs beträgt 3,0666; eine chromatische Vergrößerungsdifferenz für die oben angegebenen Wellenlängen ist kleiner als einige μm; eine chromatische Winkeldifferenz der Hauptstrahlen ist kleiner als 1-10"4 rad zwischen 1460nm und 1625nm und kleiner als 5-10-6 rad bei 1310nm; eine Verzeichnung des Objektivs beträgt weniger als einige μm.
Das Material Infrasil wurde aufgrund seiner besonders guten Transmissionen im Infraroten gewählt . Anstelle des Quarzes kann auch NKZFS11 oder NKZFS2 mit jeweils etwas größeren Absorptionsverlusten eingesetzt werden.
Die Linsengruppe G weist eine Brennweite von 27,8mm auf, und in einem Pupillenbild zwischen den Gruppen G-,^ und G2 kann eine Blende angebracht werden, welche die Justage des Objektivs erleichtert. Die Linsengruppe G2 weist eine geringe Brechkraft mit einer Brennweite von 443.3mm auf. Die Linse kann bei der Korrektur des Ojektivs und zur Anpassung der Verzeichnung oder auch zur Verbesserung der Temperaturstabilität durch Positionsänderung benutzt werden.
Die Linsengruppe G3 weist eine Brennweite von 59.7mm auf. Darin könnten auch die Linsen L6 und L7 vertauscht werden und es würden sich ähnliche optische Eigenschaften ergeben.
In den vorangehend erläuterten Ausführungsbeispielen sind als Strahlablenker Mikrospiegel eingesetzt, die mechanisch aus einer Ruhelage auslenkbar sind. Es ist jedoch auch denkbar, andere Arten von Strahlablenkern einzusetzen. Ein Beispiel hierfür sind elektrooptisch arbeitende Strahlablenker, wie sie in der unter dem Aktenzeichen DE 101 02 723 AI offengelegten Anmeldung der Anmelderin beschrieben sind und welche ebenfalls in Reflexion arbeiten.
Ein weiteres Beispiel sind Strahlablenker, wie sie in US 3,787,111 offenbart sind, die in Transmission arbeiten. Weitere Möglichkeiten für Strahlablenker einschließlich der sogenannten MEMS sind beispielsweise in "Photonic Switches: Fast, but Functional?" von Daniel C. McCarthy aus PHOTONICS SPECTRA, Seiten 140 bis 150, März 2001, erläutert.
In den vorangehend beschriebenen Ausführungsformen sind ferner sämtliche optische Eingangsanschlüsse auf einer Seite der Schaltanordnung und sämtliche ausgangsseitige Anschlüsse auf der anderen Seite der Schaltanordnung vorgesehen. Es ist jedoch ebenfalls möglich, auf einer jeden Seite der Schaltanordnung jeweils eine Gruppe von Eingangsanschlüssen und eine Gruppe von Ausgangsanschlüssen vorzusehen, welche durch Betätigung der Strahlablenker mit den entsprechenden Ausgangs- bzw. Eingangsanschlüssen der jeweils anderen Seite verbindbar sind. Es ist auch möglich, die Schaltanordnung bidirektional zu betreiben. Es ist dann ein bestimmter Anschluß nicht lediglich als Eingang oder Ausgang vorgesehen, vielmehr kann jeder An- Schluß je nach Bedarf als Eingangs- oder Ausgangsanschluß fungieren, das heißt Signale der Schaltanordnung zuführen oder Signale von dieser ausgeben.
Ferner ist es ebenfalls möglich den in Figur 1 dargestellten Aufbau abzuwandeln und das Feld der Mikrospiegel 43, das Objektiv 45 und die auf der Seite 5 angeordneten Mikrolinsen samt Anschlüssen 7 wegzulassen und dafür in der Ebene 53 einen Planspiegel anzuordnen. Es ist dann möglich, einen jeden der Anschlüsse 7 auf der Seite 3 der verbleibenden op- tischen Anordnung mit einem beliebigen anderen Anschluß auf der Seite 3 optisch zu verbinden.
Ferner ist es denkbar, die ausgangsseitigen Faserenden etwa in der Ebene 41 anzuordnen, so daß die Spiegel 37 die Strah- len 27 direkt auf die in der Ebene 41 angeordneten Faserenden richten. Hierbei entstehen sicherlich Einkoppelverluste, welche aber in bestimmten Anwendungsfällen in Kauf genommen werden können. Diese Einkoppelverluste können gegebenenfalls dadurch reduziert werden, daß vor dem Feld der im Bereich der Ebene 41 angeordneten Faserenden wiederum ein Feld von Mikrolinsen angeordnet ist, wobei zu einem jeden Faserende eine Mikrolinse vorgesehen ist.
Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß die Ebene 39 der Ablenker 37 geneigt zu der Bildebene 31 des Objektivs angeordnet ist. Somit werden jedenfalls die am Rande des Linsenfeldes angeordneten Mikrolinsen 11-1 und 11-6 etwas ungenau auf die diesen Mikrolinsen zugeordneten Mikrospiegel 37-1 und 37-6 abgebildet. Im allgemeinen ist eine solche ungenaue Abbildung in der Praxis ausreichend. Es ist auch jedoch auch denkbar, das Objektiv 23 derart auszulegen, daß dessen Bildebene zu der optischen Achse 17 des Objektivs geneigt angeordnet ist, um eine bessere Übereinstimmung mit der zur optischen Achse geneigten Ebene der Strahlablenker zu erreichen. Derartige Objektive sind bekannt und realisieren eine "Scheimpflug-Anordnung" .

Claims

Patentansprüche
1. Optische Schaltanordnung, umfassend:
- eine erste (3) und eine zweite (5) Gruppe von optischen Anschlüssen, wobei Anschlußenden (7) der ersten Gruppe optischer Anschlüsse in einem ersten Anschlußendenfeld angeordnet sind,
- ein erstes Ablenkerfeld (39) aus einer Mehrzahl von optischen Strahlablenkern (37) , wobei
ein jeder Strahlablenker (37) des ersten Ablenkerfelds (39) einem einzigen Anschlußende (7) der ersten An- schlußgruppe (3) optisch fest derart zugeordnet ist, daß aus diesem Anschlußende (7) austretende Strahlung auf den diesem Anschluß zugeordneten Strahlablenker
(37) trifft, wobei ein jeder Strahlablenker (37) derart ansteuerbar ist, daß die auf diesen treffende Strahlung wahlweise in einen der optischen Anschlüsse (7) der zweiten Anschlußgruppe (5) einkoppelbar ist; und
- eine in einem Strahlengang zwischen dem ersten Anschlußendenfeld (7) und dem ersten Ablenkerfeld (39) angeordnete erste Optik,
dadurch gekennzeichnet, daß die Optik umfaßt:
- ein erstes Linsenfeld (29) aus einer Mehrzahl von Mikrolinsen (11) , wobei eine jede Mikrolinse (11) des ersten Linsenfeldes (29) einem einzigen Anschlußende
(7) des ersten Anschlußendenfelds (3) zugeordnet ist, um von diesem Anschlußende (7) austretende Strahlung
(13) zu einem kollimierten Strahl (15) zu formen, und - ein erstes Objektiv (23) mit einer Mehrzahl Objektivlinsen (Ll, ... ,L10) , welche jeweils von sämtlichen von den Mikrolinsen (11) des ersten Linsenfeldes (29) geformten kollimierten Strahlen (15) durchsetzt wer- den.
2. Optische Schaltanordnung nach Anspruch 1, wobei das Objektiv (23) derart ausgebildet ist, daß es eine quer zu einer optischen Achse (17) des Objektivs (23) sich er- streckende Objektebene (29) in eine quer zu der optischen Achse (17) sich erstreckende Bildebene (31) abbildet, wobei die Mikrolinsen (11) des ersten Linsenfeldes entlang der optischen Achse (17) in einem Bereich der Objektebene (29) des Objektivs angeordnet sind und Strahlablenker (37) des ersten Ablenkerfelds (39) entlang der optischen Achse (17) in einem Bereich der Bildebene (31) angeordnet sind.
3. Optische Schaltanordnung nach Anspruch 2, wobei die Bildebene (31) das Ablenkerfeld (39) durchsetzt.
4. Optische Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
3, wobei das Objektiv (23) die Objektebene (29) auf die Bildebene (31) vergrößernd abbildet.
5. Optische Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, wobei der von der Mikrolinse (11) geformte Strahl (15) ferner von dem Objektiv (23) derart geformt wird, daß der Strahl (11, 27) eine Strahltaille aufweist, welche von dem Objektiv (23) entlang der optischen Achse (17) einen größeren Abstand aufweist als die Bildebene (31) .
6. Optische Schaltanordnung nach Anspruch 5, wobei die Strahltaille von der Bildebene (31) einen Abstand auf- weist, der etwa einer Rayleigh-Länge (p) des Strahls (11, 27) entspricht.
7. Optische Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, wobei die von den Mikrolinsen (11) geformten Strahlen (15) ferner von dem Objektiv (23) derart geformt werden, daß die Strahlen (11, 27) im Bereich des Ablenkerfeldes (39) jeweils auf die optische Achse (17) zu verlaufen.
8. Optische Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, wobei Anschlußenden (7) der zweiten Gruppe (5) op- tischer Anschlüsse in einem zweiten Anschlußendenfeld
(51) angeordnet sind und wobei ein zweites Feld (41) aus einer Mehrzahl von optischen Strahlablenkern (43) vorgesehen ist, die jeweils einem einzigen Anschlußende (7) der zweiten Anschlußgruppe (5) optisch fest zugeordnet sind, und wobei ein jeder Strahlablenker (43) des zweiten Ablenkerfelds (41) derart ansteuerbar ist, daß in das diesem Strahlablenker (43) zugeordnete Anschlußende (7) der zweiten Anschlußgruppe (5) wahlweise einer der von den Mikrolinsen (11) des ersten Linsenfeldes (29) ge- formten kollimierten Strahlen (15, 27) einkoppelbar ist.
9. Optische Schaltanordnung nach Anspruch 8, ferner umfassend eine in einem Strahlengang zwischen dem zweiten Anschlußendenfeld (7) und dem zweiten Ablenkerfeld (41) an- geordnete zweite Optik, welche ein zweites Linsenfeld (51) aus einer Mehrzahl Mikrolinsen (11) umfaßt, wobei eine jede Mikrolinse (11) des zweiten Linsenfeldes (51) einem einzigen Anschlußende (7) des zweiten Anschlußendenfelds (5) und einem einzigen Strahlablenker (43) des zweiten Ablenkerfelds (41) optisch fest zugeordnet ist, um einen von diesem einzigen Strahlablenker (43) her in die Optik eintretenden Strahl in dieses einzige Anschlußende (7) einzukoppel .
10. Optische Schaltanordnung nach Anspruch 9, wobei die zweite Optik ferner ein zweites Objektiv (45) mit einer Mehr- zahl Objektivlinsen (L1,...,L10) aufweist, welche jeweils von sämtlichen in die Anschlußenden (7) der zweiten Anschlußgruppe (5) eingekoppelten Strahlen durchsetzt sind.
11. Optische Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10 in Verbindung mit Anspruch 5, wobei die Strahltaille eines in etwa entlang der optischen Achse (17, 17') sich erstreckenden Strahls in etwa mittig zwischen dem ersten und dem zweiten Ablenkerfeld (39, 41) angeordnet ist.
12. Optische Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, die von den Mikrolinse (11) geformten Strahlen (15) ferner von dem Objektiv (23) derart geformt werden, daß die Strahlen (11, 27) , bei nicht ausgelenkten Ablenkern (37) des ersten Ablenke feldes (39) , das zweite Ablenkerfeld (41) in einem zentralen Bereich durchsetzen.
13. Optische Schaltanordnung nach Anspruch 12, wobei die Strahlen (11, 27), bei nicht ausgelenkten Ablenkern (37) des ersten Ablenkerfeldes (39) , das zweite Ablenkerfeld (41) in im wesentlichen einem Punkt durchsetzen.
14. Verfahren zum wahlweisen paarweisen Verknüpfen von Anschlüssen für optische Signale mittels der optischen Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die beiden dem Paar zu verknüpfender Anschlüsse zugeordneten Strahlablenker derart angesteuert werden, daß der aus dem Anschlußende des einen Anschlusses des Paars austretende Strahl in das Anschlußende des anderen An- Schlusses eintritt.
15. Objektiv zur optischen Abbildung einer quer zu einer optischen Achse (17) des Objektivs (23) sich erstreckenden Objektebene (29) in eine quer zur optischen Achse (17) sich erstreckende Bildebene (31) , dadurch gekennzeichnet, daß
das Objektiv (23) derart ausgebildet ist, daß Strahlen (11) , die die Objektebene (29) mit einem ersten Abstand
(a) von der optischen Achse (17) und parallel zu dieser durchsetzen, die Bildebene (31) mit einem zweiten Abstand
(b) von der optischen Achse (17) und unter einem zur optischen Achse (17) hin gerichteten Winkel (α) durchset- zen.
16. Objektiv nach Anspruch 15, wobei das Objektiv (23) ferner derart ausgebildet ist, daß von zwei Strahlen (11-1, 11- 2) , die die Objektebene (29) mit unterschiedlichen ersten Abständen (a.χ , a2) und jeweils parallel zur optischen
Achse (17) durchsetzen, ein erster (11-1) der beiden
Strahlen (11-1, 11-2) , der die Objektebene (29) mit einem größeren ersten Abstand (a]_) durchsetzt als ein zweiter
(11-2) der beiden Strahlen (11-1, 11-2) , die Bildebene (31) mit einem ersten zur optischen Achse (17) hin gerichteten Winkel ( ) durchsetzt, der größer ist als ein zweiter zur optischen Achse (17) hin gerichteter Winkel (α2) , mit dem der zweite (11-2) der beiden Strahlen die Bildebene durchsetzt .
17. Objektiv zur optischen Abbildung einer quer zu einer optischen Achse (17) des Objektivs (23) sich erstreckenden Objektebene (29) in eine quer zur optischen Achse (17) sich erstreckende Bildebene (31) ,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Objektiv (23) derart ausgebildet ist, daß eine bezüglich der Bildebene (31) der Objektebene (29) gegenüber- liegende Zielebene (35) derart existiert, daß sämtliche Strahlen (11) , die die Objektebene (29) parallel durch- setzen und die Bildebene (31) mit einem zweiten Abstand (b) durchsetzen, der kleiner ist als ein erster Wert, die Zielebene (35) mit einem dritten Abstand (c) durchsetzen, der kleiner ist als ein zweiter Wert, wobei ein Verhält- nis aus dem zweiten Wert geteilt durch den ersten Wert kleiner ist als 0,5, vorzugsweise kleiner als 0,2 und weiter bevorzugt kleiner als 0,1.
18. Objektiv nach Anspruch 17, wobei das Objektiv (23) ferner derart ausgebildet ist, daß die sämtlichen Strahlen, die die Bildebene (31) mit einem Abstand (b) durchsetzen, der kleiner ist als der erste Wert, die Zielebene im wesentlichen in einem Punkt (33) durchsetzen.
19. Objektiv nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das Objektiv drei mit Abstand voneinander angeordnete Linsengruppen (Gx, G2, G3) mit jeweils einer oder mehreren Linsen umfaßt, wobei ein Abstand zwischen zwei aufeinander zu weisenden, unmittelbar benachbarten Linsenflächen zweier verschiedener Linsengruppen wenigstens fünf Mal, insbesondere acht Mal, größer ist als ein größter Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Linsenflächen von Linsen aus einer Linsengruppe der zwei verschiedenen Linsengruppen.
20. Objektiv nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das Objektiv (23) drei mit Abstand voneinander angeordnete Linsengruppen mit jeweils einer oder mehreren Linsen umfaßt, wobei eine der Objektebene nahe Linsengruppe (Gx) der drei Linsengruppen wenigstens drei Linsen (Lx, L2, L3) aufweist, von denen wenigstens eine Linse (L2) negative Brechkraft und wenigstens zwei Linsen (L1# L3) positive Brechkraft aufweisen.
21. Objektiv nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei das Objektiv (23) drei mit Abstand voneinander angeordnete Linsengruppen (G1# G2, G3) mit jeweils einer oder mehreren Linsen umfaßt, wobei eine der Bildebene nahe Linsengruppe (G3) der drei Linsengruppen wenigstens vier Linsen aufweist, von denen wenigstens zwei Linsen (L5, L7) negative Brechkraft und wenigstens zwei Linsen (L6, L8) positive Brechkraft aufweisen.
22. Objektiv nach einem der Ansprüche 15 bis 21, wobei das Objektiv drei mit Abstand voneinander angeordnete Linsen- gruppen mit jeweils einer oder mehreren Linsen umfaßt, wobei eine zwischen zwei benachbarten Linsengruppen (Gx, G3) angeordnete Linsengruppe (G2) der drei Linsengruppen lediglich eine Linse (L4) umfaßt.
23. Objektiv nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei ein Abstand zwischen einer der Objektebene (29) nächstliegen- den Linsenfläche und einer der Bildebene (31) nächst- liegenden Linsenfläche des Objektivs größer ist als ein 0,50-faches, insbesondere größer als ein 0,65-faches, eines Abstands zwischen der Objektebene (29) und der Bildebene (31) .
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