DE19706053A1

DE19706053A1 - Switching arrangement for switching and coupling a light bundle into at least one output fiber

Info

Publication number: DE19706053A1
Application number: DE1997106053
Authority: DE
Inventors: Steffen Gloeckner; Rolf Dr Goering
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1997-02-07
Filing date: 1997-02-07
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2017-02-08
Also published as: DE19706053B4; EP0958520A1; WO1998035257A1

Abstract

A switching arrangement is disclosed for switching and coupling a light beam irradiated by at least one optical element, such as an input fibre (2), into at least one output fibre among a number of output fibres (6). A beam deflecting and collimating optic (1) connected to an adjusting device with an adjusting element (10) is associated with the irradiated light beam or input fibre (2). Depending on an adjustment signal, the adjusting element (10) laterally shifts the input fibre (2) and the beam deflecting and collimating optic (1) in relation to one another, so that the collimated beam may be coupled via a deflecting optic (4) and a focusing optic (5) into at least one output fibre among a number of output fibres (6) arranged at a distance from the beam deflecting and collimating optic.(1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung zum Schalten und Einkoppeln eines Lichtbündels von in mindestens eine Ausgangsfaser nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a switching arrangement for switching and coupling a light beam from in at least one output fiber according to the generic term of the main claim.

Monomodefaserschalter sind wichtige Komponenten für die optische Nachrichtentechnik und die optische Meß technik. Über einen Faserschalter wird Licht, das aus einer oder mehreren Eingangsmonomodefasern abge strahlt wird, in verschiedene Ausgangsmonomodefasern eingekoppelt, wobei über einen Stellmechanismus si chergestellt wird, daß das Licht in die verschiedenen Ausgangskanäle bzw. -fasern geschaltet werden kann. Dabei sind für die Anordnung der Eingangsmonomodefa sern und Ausgangsmonomodefasern verschiedene Konfigu rationen denkbar, beispielsweise sind bei einem M×N-Fa serschalter M Eingangskanäle in N Ausgangskanäle schaltbar.Single mode fiber switches are important components for optical communications and optical measurement technology. A fiber switch turns light out one or more input single mode fibers is emitted in different output monomode fibers coupled, with an adjusting mechanism si is made that the light in the different Output channels or fibers can be switched. Thereby for the arrangement of the input mono mode different configuration and output mono fibers rations conceivable, for example in an M × N Fa switch M input channels in N output channels switchable.

Es sind eine Reihe von Anordnungen für Faserschalter bekannt, die die Schaltfunktion mit einer Bewegung der Eingangsfaser bezüglich der Ausgangsfasern reali sieren. Diese Konzepte nutzen im wesentlichen rein mechanische Prinzipien. Aus der US 4 896 935 ist ein 1×N-Faserschalter bekannt, der eine Eingangsfaser aufweist, die in einer Ebene so gedreht wird, daß sie mehrere Ausgangsfasern, die radial angeordnet sind, bedienen kann, wobei in jeder Schaltposition die Ein gangs- und die entsprechende Ausgangsfaser nahezu in Kontakt sind, so daß keine optischen Komponenten be nötigt werden, um hohe Koppeleffizienzen zu garantie ren. Die erforderliche Drehbewegung kann durch ver schiedene Aktuatoren ermöglicht werden, wobei jedoch die Schaltzeiten zwischen benachbarten Kanälen deut lich geringer sind als zwischen den äußeren Kanälen. Durch die Anordnung aller Fasern nebeneinander in einer Ebene ist die maximal mögliche Zahl der Aus gangsfasern N beschränkt. Eine Montage erfordert eine schwierige Ausrichtung der einzelnen Fasern.There are a number of arrangements for fiber switches known the switching function with one movement the input fiber with respect to the output fibers reali sieren. These concepts essentially use pure mechanical principles. From US 4,896,935 is a 1 × N fiber switch known, the one input fiber has, which is rotated in a plane so that it several output fibers, which are arranged radially, can operate, the on in each switching position gangs- and the corresponding output fiber almost in Are in contact so that no optical components are required to guarantee high coupling efficiencies ren. The required rotational movement can by ver Different actuators are made possible, however the switching times between adjacent channels are less than between the outer channels. By arranging all fibers side by side in one level is the maximum number of offs gangs fibers N limited. Assembly requires one difficult alignment of the individual fibers.

Eine Verbesserung wird in der US 5 479 541 beschrie ben, wobei der gleiche Aufbau gewählt wird und ledig lich jede Faser zusätzlich mit einer Kollimationsop tik versehen wird. Es hat sich gezeigt, daß sich die erforderlichen Justiertoleranzen der Ausgangsmodule, d. h. der Ausgangsfasern mit Kollimationsoptik, gün stiger gestalten, was eine kostengünstigere Fertigung ermöglicht. Ansonsten bleiben die oben beschriebenen Nachteile vorhanden. An improvement is described in US 5,479,541 ben, the same structure is chosen and single Lich each fiber additionally with a collimation op tik is provided. It has been shown that the required adjustment tolerances of the output modules, d. H. of the output fibers with collimation optics, gün stiger design, what a cheaper manufacturing enables. Otherwise, the ones described above remain Disadvantages exist.

In der US 5 434 936 ist eine Schaltanordnung offen bart, bei der die Eingangsfaser mit einem Drehmecha nismus verbunden ist und die Faserlängsachse parallel zur Drehachse liegt, aber seitlich zur Drehachse ver setzt ist. In gleicher Weise sind die Ausgangsfasern angeordnet. Die Schaltfunktion wird über magnetische Kräfte realisiert und jede Ausgangsfaser ist zusätz lich mit einem Permanentmagneten versehen, der si cherstellen soll, daß beim Schalten auf die entspre chende Ausgangsfaser, die optimale Position der Fa sern zueinander eingestellt und gehalten wird. Auch in dieser Anordnung ist die Anzahl der Ausgangsfa sern, im wesentlichen durch den Aktuationsmechanismus und den sich stark vergrößernden Fertigungsaufwand beim Hinzufügen von weiteren Ausgangsfasern sehr be schränkt.A switching arrangement is open in US Pat. No. 5,434,936 beard, in which the input fiber with a rotary mecha is connected and the fiber longitudinal axis parallel to the axis of rotation, but laterally to the axis of rotation sets is. The starting fibers are in the same way arranged. The switching function is via magnetic Forces are realized and each output fiber is additional Lich provided with a permanent magnet that si should ensure that when switching to the correspond appropriate output fiber, the optimal position of the company is mutually adjusted and held. Also in this arrangement the number of output fa essentially through the actuation mechanism and the greatly increasing manufacturing effort when adding additional starting fibers be very limits.

Eine weitere Anordnung (US 5 483 608) versucht das Problem der kostengünstigen Montage dadurch zu lösen, daß sich alle Ausgangsfasern in Führungen, zum Bei spiel in V-Nuten befinden und die Eingangsfaser beim Schaltvorgang jeweils in die Führung der entsprechen den Ausgangsfaser gebracht und bis auf Anschlag auf die Ausgangsfaser bewegt wird. Die nötige Genauigkeit der verschiedenen Stellbewegungen wird damit stark reduziert. Eine große Anzahl von Ausgangsfasern ist mit dieser Anordnung möglich, aber aufgrund der not wendigen großen Stellwege kann die Schaltung nur sehr langsam erfolgen.Another arrangement (US 5 483 608) tries that To solve the problem of inexpensive assembly by that all the output fibers in guides, for the play in V-grooves and the input fiber at Switching process in each case in the guide of the correspond brought the output fiber and up to the stop the output fiber is moved. The necessary accuracy the various actuating movements become strong reduced. There is a large number of output fibers possible with this arrangement, but due to the need The circuit can only handle maneuverable long travel ranges done slowly.

Alle Lösungen nach dem Stand der Technik haben den Nachteil, daß sie nicht gleichzeitig eine große Aus gangskanalzahl N, kleine Schaltzeiten und einfacher und damit kostengünstige Montage garantieren können.All state-of-the-art solutions have the Disadvantage that they are not a big off at the same time number of channels N, short switching times and easier and can therefore guarantee cost-effective assembly.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Schaltanordnung zum Schalten und Einkoppeln eines von mindestens einer Eingangsfaser abgestrahlten Licht bündels in eine Ausgangsfaser einer Mehrzahl von Aus gangsfasern zu schaffen, die eine große Ausgangska nalzahl, kleine Schaltzeiten und eine einfache und damit kostengünstige Montage gewährleistet, wobei sie zusätzlich möglichst kompakt sein soll.The invention is therefore based on the object Switching arrangement for switching and coupling one of at least one input fiber emitted light bundles into an output fiber of a plurality of out to create gangs fibers that have a large output nal number, short switching times and a simple and thus ensuring inexpensive assembly, being should also be as compact as possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn zeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.This object is achieved by the kenn drawing features of the main claim in connection solved with the features of the generic term.

Dadurch, daß dem abgestrahlten Lichtbündel bzw. der Eingangsfaser eine Strahlablenk- und Kollimationsop tik zugeordnet ist und eine Stelleinrichtung vorgese hen ist, die die Eingangsfaser und die Strahlablenk- und Kollimationsoptik relativ zueinander lateral ver schiebt, derart, daß das kollimierte Strahlenbündel in mindestens eine Ausgangsfaser der Mehrzahl von mit Abstand zu der Strahlablenk- und Kollimationsoptik angeordneten Ausgangsfasern einkoppelbar ist, kann eine große Anzahl von Ausgangskanälen, die vorzugs weise zweidimensional angeordnet sind, vorgesehen werden. Die benötigten Stellwege sind extrem gering und ermöglichen damit kurze Schaltzeiten und es kann sehr einfach und kompakt gebaut werden.The fact that the emitted light beam or Input fiber a beam deflection and collimation op tik is assigned and a control device vorese hen is that the input fiber and the beam deflection and Collimation optics laterally ver pushes in such a way that the collimated beam in at least one of the plurality of output fibers Distance to the beam deflection and collimation optics arranged output fibers can be coupled, can a large number of output channels, the preferred are arranged in two dimensions will. The travel ranges required are extremely short and thus enable short switching times and it can be built very simply and compactly.

Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnah men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesse rungen möglich. Als Stellelemente können kostengün stige und in großen Variationen der Leistungsmerkmale kommerziell verfügbare Piezoaktuatoren verwendet wer den. In den Ausgangskanälen werden über eine Umlenk optik und eine Fokussieroptik jeweils die abgelenkten optischen Strahlenbündel so aufbereitet, daß sie ef fizient in die Ausgangsfasern gekoppelt werden kön nen. Dies beinhaltet eine mit einer Verarbeitungsein heit verbundene Meßvorrichtung, die die Lage des je weiligen abgelenkten Strahlenbündels in bezug auf die optimale Position zur Einkopplung in die jeweilige Ausgangsfaser mißt, und wobei die Verarbeitungsein heit ein Regelsignal für die Stellelemente erzeugt. Dadurch wird sichergestellt, daß die einzelnen Posi tionen der Ausgangsfasern mit hoher Präzision ange fahren werden können und garantiert damit die Stabi lität der optischen Parameter bei sich verändernden Umweltbedingungen, wie Temperatur, Luftfeuchte. Durch die zweidimensionale Anordnung der Ausgangskanäle bzw. der Ausgangsfasern können Arrays von optischen und elektronischen Komponenten (z. B. Detektoren) Ver wendung finden, die die kostengünstige Herstellung und Montage sowie die große Anzahl von Ausgangskanä len weiter fördern. Es können sehr einfache und mit vergleichsweise geringem Aufwand herstellbare Mi krooptikkomponenten, wie Mikrolinsen, Mikrolinsenar rays, Prismenarrays verwendet werden.By the measure specified in the subclaims Men are advantageous further training and improvements possible. As control elements can be inexpensive and in large variations of the performance characteristics commercially available piezo actuators are used the. In the output channels are redirected optics and a focusing optics each the distracted processed optical beams so that they ef can be efficiently coupled into the output fibers nen. This includes one with a processing unit unit connected measuring device, which the location of each because of the deflected beam with respect to the optimal position for coupling into the respective Output fiber measures and where the processing is unit generates a control signal for the control elements. This ensures that the individual items ions of the output fibers with high precision can be driven and thus guarantees the stability lity of the optical parameters with changing Environmental conditions such as temperature, air humidity. By the two-dimensional arrangement of the output channels or the output fibers can be arrays of optical and electronic components (e.g. detectors) Ver find application which is the cost-effective manufacture and assembly as well as the large number of output channels further promote len. It can be very simple and with comparatively little effort to produce Mi micro-optical components such as microlenses, microlenses rays, prism arrays can be used.

Die optische Funktionsweise der Mikrooptikkomponenten ist beugungsbegrenzt, was eine effiziente Kopplung in die Ausgangsfasern (Verluste < 1 dB) ermöglicht. Die Verstellwege der Stellelemente liegen im Bereich von wenigen 10 µm, so daß Schaltzeiten im Bereich von 1 ms mit Piezoaktuatoren erzielt werden können. Wei terhin sind hohe Kanalisolationen erreichbar (50 dB). Darüber hinaus ist die erfindungsgemäße Schaltanord nung in beliebigen Wellenlängenbereichen funktions fähig, wobei hier die verwendeten Materialien hin sichtlich ihrer Eigenschaften, wie Transparenz und Brechzahl, auf die entsprechenden Wellenlängenberei che anzupassen sind.The optical functioning of the micro-optical components is diffraction limited, which is an efficient coupling in the output fibers (losses <1 dB). The Adjustment paths of the control elements are in the range of few 10 µm, so that switching times in the range of 1 ms can be achieved with piezo actuators. Wei high channel isolations can also be achieved (50 dB). In addition, the switching arrangement according to the invention function in any wavelength range capable, whereby here the materials used visually their properties, such as transparency and Refractive index, on the corresponding wavelength range are to be adjusted.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und werden in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are in the drawing tion and are described in the following section spelling explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Schaltanordnung in verschiedenen Stellungen der Ablenk- und Kollimationsoptik in bezug auf die Eingangsfaser, Fig. 1 is a schematic side view of the switching arrangement according to the invention in various positions of the deflecting and collimating optics with respect to the input fiber,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Aus führungsbeispiels nach Fig. 1, Fig. 2 is a perspective view of the imple mentation embodiment according to Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht auf eine Mehrzahl von Quadrantendetektoren, die in einem zweidimensionalen Array angeordnet sind, und Fig. 3 is a view of a plurality of quadrant detectors that are arranged in a two-dimensional array, and

Fig. 4 schematische Ansichten für die Ver stellmöglichkeiten der Eingangsfaser und der Ablenk- und Kollimationsoptik relativ zueinander. Fig. 4 are schematic views for the Ver adjustment options of the input fiber and the deflection and collimation optics relative to each other.

In Fig. 1 und 2 ist eine 1 × N-Schaltanordnung dar gestellt, die eine Eingangsfaser 2 und eine Mehrzahl von Ausgangsfasern 6 aufweist. Die Ausgangsfasern 6 sind entsprechend Fig. 2 zweidimensional angeordnet und sind, ein zweidimensionales Array bildend, in einem Halter 11 montiert und befestigt. Vor die Ein gangsfaser 2 ist als Ablenk- und Kollimationsoptik eine Linse 1 angeordnet, die über eine Stellelement 10, dessen Verstellrichtungen durch die Pfeile 12 angedeutet sind, in bezug auf die Eingangsfaser 2 in zwei Richtungen, zum Beispiel x- und y-Richtung, be wegbar ist.In Fig. 1 and 2, a 1 × N is set switching arrangement which comprises an input fiber 2 and a plurality of output fibers 6. The output fibers 6 are arranged two-dimensionally in accordance with FIG. 2 and, forming a two-dimensional array, are mounted and fastened in a holder 11 . In front of the input fiber 2 , a lens 1 is arranged as deflection and collimation optics, which, via an actuating element 10 , the adjustment directions of which are indicated by the arrows 12 , with respect to the input fiber 2 in two directions, for example x and y direction, be movable.

In einer ausreichenden Entfernung 3 von der Linse 1, die so gewählt werden muß, daß die jeweiligen abge lenkten und kollimierten Strahlenbündel räumlich von einander getrennt sind, ist eine Detektorvorrichtung 7 zum Bestimmen der Lage des jeweiligen abgelenkten Bündels relativ zur optimalen Einkoppelposition in die Ausgangsfasern 6, eine nachgeschaltete Umlenkop tik 4 und eine sich anschließende Fokussieroptik 5 vorgesehen. Die Umlenkoptik 4 und die Fokussieroptik 5 sind, wie in Fig. 2 zu erkennen ist, als Prismen array und Mikrolinsenarray ausgebildet. Das Linsen array als Fokussieroptik 5 weist eine den Ausgangs fasern angepaßte numerische Apertur auf.At a sufficient distance 3 from the lens 1 , which must be selected so that the respective deflected and collimated beams are spatially separated from one another, there is a detector device 7 for determining the position of the respective deflected beam relative to the optimal coupling position in the output fibers 6 , a downstream Umlenkop tables 4 and a subsequent focusing optics 5 are provided. The deflecting optics 4 and the focusing optics 5 are, as can be seen in FIG. 2, designed as a prism array and microlens array. The lens array as focusing optics 5 has a numerical aperture adapted to the output fibers.

In Fig. 3 ist die Detektoranordnung 7 dargestellt, die eine Mehrzahl von in Zeilen und Spalten angeord neten Quadrantendetektoren aufweist, die aus vier Einzelelementen 8a, b, c, d besteht. Der von den Einzel segmenten 8a bis 8d ringförmig umfaßte Mittelbereich 9 ist transparent. Die Detektorvorrichtung 7 ist mit einer nicht dargestellten Verarbeitungseinheit ver bunden, die abhängig von den Ausgangssignalen des jeweiligen Quadrantendetektors ein Steuer- bzw. Re gelsignal an das als Piezoelement ausgebildete Stell element 10 erzeugt. Abhängig von dem Regelsignal wird die Ablenk- und Kollimationsoptik relativ zur Ein gangsfaser 2 in zwei Richtungen verstellt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bilden das als Pie zoaktuator ausgebildete Stellelement, die elektroni sche Verarbeitungseinheit und die Detektoranordnung die Stelleinrichtung für die Linse 1, die als "Regel kreis" dargestellt ist. In einer anderen Ausführungs form kann auf die Detektoranordnung 7 als Meßvorrich tung der Lage des Strahlenbündels verzichtet werden und lediglich die Verarbeitungseinheit vorgesehen sein, so daß die Stelleinrichtung aus Stellelement und Verarbeitungseinheit bzw. einer Steuereinheit besteht, wobei die Verarbeitungs- bzw. Steuereinheit das Stellsignal als Steuersignal für das Stellelement abhängig von der Lage der Ausgangsfaser und der Lage der Linse und/oder der Eingangsfaser erzeugt.In Fig. 3, the detector arrangement 7 is shown, which has a plurality of quadrant detectors arranged in rows and columns, which consists of four individual elements 8 a, b, c, d. The segments of the single 8 a to 8 d annularly embraced central portion 9 is transparent. The detector device 7 is connected to a processing unit (not shown) which, depending on the output signals of the respective quadrant detector, generates a control or regulating signal to the actuating element 10 designed as a piezo element. Depending on the control signal, the deflection and collimation optics are adjusted in two directions relative to the input fiber 2 . In the illustrated embodiment, the actuating element designed as a piezo actuator, the electronic processing unit and the detector arrangement form the actuating device for the lens 1 , which is shown as a “control loop”. In another embodiment, the detector arrangement 7 can be dispensed with as a measuring device for the position of the beam and only the processing unit can be provided, so that the actuating device consists of an actuating element and processing unit or a control unit, the processing or control unit being the actuating signal as Control signal for the control element depending on the position of the output fiber and the position of the lens and / or the input fiber generated.

Die Funktionsweise der Schaltanordnung ist wie folgt. Die Eingangsmonomodefaser 2 strahlt an ihrem Ende ein Strahlenbündel 13 ab. Abhängig von der Lage der Aus gangsfaser 6, in die das Strahlbündel 13 eingekoppelt werden soll, liefert die nicht dargestellte Verarbei tungseinheit ein Stellsignal an den Piezoaktuator 10, der die mit ihm verbundene Linse 1 relativ zu der Eingangsfaser 2 lateral verschiebt. In Fig. 1 sind drei verschiedene Strahlengänge zur Einkoppelung in drei verschiedene Ausgangsfasern 6 dargestellt. Die Linse 1 dient gleichzeitig als Kollimationsoptik und als Strahlablenker. Die einzelnen abgelenkten und kollimierten Strahlenbündel 13 sind nach der Strecke 3 der Freiraumausbreitung räumlich voneinander ge trennt. In der Ebene, die um die Strecke 3 von der Linse 1 entfernt ist, ist die Detektorvorrichtung 7 angeordnet und die Bündel können entsprechend den Ausgangskanälen bzw. Ausgangsfasern 6 separat trans formiert werden. Die einzelnen unterschiedlich zuein ander ausgebildeten Prismen 4a, 4b des Prismenarrays 4 bewirken eine Umlenkung des jeweiligen einzelnen Strahlenbündels, derart, daß dieses wieder parallel zur optischen Achse läuft. Das nachfolgende Linsen array 5 mit der den Ausgangsfasern 6 angepaßten nume rischen Apertur fokussiert die einzelnen Bündel je weils auf die Ausgangsfasern 6.The switching arrangement works as follows. The input single-mode fiber 2 emits a beam 13 at its end. Depending on the position of the output fiber 6 into which the beam 13 is to be coupled, the processing unit, not shown, supplies an actuating signal to the piezo actuator 10 , which laterally displaces the lens 1 connected to it relative to the input fiber 2 . In Fig. 1, three different beam paths are illustrated for coupling in three different output fibers 6. The lens 1 serves both as collimation optics and as a beam deflector. The individual deflected and collimated beams 13 are spatially separated from each other after the distance 3 of the free space propagation. The detector device 7 is arranged in the plane which is distant from the lens 1 by the distance 3 and the bundles can be transformed separately according to the output channels or output fibers 6 . The individual different zuein other formed prisms 4 a, 4 b of the prism array 4 bring about a deflection of the respective individual beam, such that this again runs parallel to the optical axis. The subsequent lens array 5 with the numerical aperture adapted to the output fibers 6 focuses the individual bundles each on the output fibers 6 .

Der jeweilige Quadrantendetektor der Detektoranord nung 7 mißt und bestimmt die Lage des jeweiligen ab gelenkten Bündels und liefert das Meßsignal an die nicht dargestellte Verarbeitungseinheit. In dieser Einheit wird festgestellt, ob das gemessene Strahlen bündel sich in einer optimalen Lage relativ zu der jeweiligen Ausgangsfaser 6 befindet und entsprechend wird ein Regelsignal zur Ansteuerung des Stellelemen tes 10 erzeugt. Das Stellelement 10 verstellt die Linse 1 solange, bis sie den Strahl entsprechend der optimalen Position ablenkt.The respective quadrant detector of the detector arrangement 7 measures and determines the position of the respective deflected bundle and delivers the measurement signal to the processing unit, not shown. In this unit it is determined whether the measured beam is in an optimal position relative to the respective output fiber 6 and accordingly a control signal for controlling the actuating elements 10 is generated. The adjusting element 10 adjusts the lens 1 until it deflects the beam in accordance with the optimal position.

Es sind unterschiedliche Ausbildungen des Prismenar rays 4 und des Linsenarrays 5 möglich. Selbstver ständlich können sie voneinander getrennt als Einzel elemente angeordnet werden. Eine weitere Systeminte gration ist möglich, wenn das Prismenarray 4 und das Linsenarray 5 auf ein und demselben Substrat ange bracht sind.Different configurations of the Prismsar rays 4 and the lens array 5 are possible. Of course, they can be arranged separately from each other as individual elements. Another system integration is possible if the prism array 4 and the lens array 5 are placed on one and the same substrate.

Es ist auch denkbar, daß auf die Umlenkoptik verzich tet wird, wobei hier jedoch die lateralen Abstände der Ausgangsfasern zueinander unterschiedlich sind. Es treten kleine Zusatzverluste auf, die je nach An wendung tolerierbar sein können.It is also conceivable to forego the deflection optics tet, but here the lateral distances of the output fibers are different from each other. There are small additional losses, depending on the type can be tolerable.

In Fig. 4 sind die Verstellmöglichkeiten der Ein gangsfaser und der Ablenk- und Kollimationsoptik re lativ zueinander dargestellt. In Fig. 4a) wird die Linse 1 zweidimensional, d. h. in zwei Richtungen, verstellt, in Fig. 4b) wird die Eingangsfaser 2 in zwei Richtungen verstellt und die Linse 1 steht fest, in Fig. 4c) wird die Eingangsfaser 2 in eine Richtung und die Linse 1 in die andere Richtung verstellt und Fig. 4d) ist die Ablenk- und Kollimationsoptik durch zwei Linsen 13 und 14 realisiert, wobei die eine Lin se 13 in die eine Richtung und die andere Linse 14 in die andere Richtung bewegt werden. Durch die Ausfüh rungen nach Fig. 4c) und 4d) kann eine mechanische Entkopplung der x- und der y-Bewegung bei der Ver schiebung erzielt werden.In Fig. 4, the adjustment options of the input fiber and the deflection and collimation optics are shown relatively to each other. In Fig. 4a) the lens 1 is adjusted two-dimensionally, ie in two directions, in Fig. 4b) the input fiber 2 is adjusted in two directions and the lens 1 is fixed, in Fig. 4c) the input fiber 2 is in one direction and the lens 1 is adjusted in the other direction and FIG. 4d) the deflection and collimation optics are realized by two lenses 13 and 14 , the one lens 13 being moved in one direction and the other lens 14 in the other direction. By comments submitted by Fig. 4c) and 4d), a mechanical decoupling of the x- and y-movement can be achieved in the shift Ver.

Es folgt nun ein Beispiel für die Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltanordnung.An example of the implementation of the switching arrangement according to the invention.

Es wird ein Wellenlängenbereich von λ = 0,78 µm ge wählt. Die Eingangsfaser 2 hat einen Taillendurchmes ser von 4 µm. Die nachfolgende Ablenk- und Kollima tionsoptik weist eine Brennweite von f = 1 mm und eine numerische Apertur von 0,25 auf. Die kollimier ten Bündel nach der Kollimationsoptik haben einen Taillendurchmesser von etwa 250 µm. Das entspricht einer Rayleighlänge von 6 cm. Wird nun zwischen zwei benachbarten Positionen die Kollimationsoptik um v = 15 µm ausgelenkt, so wird das Bündel um einen Winkel θ = v/f = 15 mrad abgelenkt. In einem Abstand von 3,3 cm nach der Kollimationslinse haben die Zen tren der benachbarten Bündel einen Abstand von 500 µm. Dieser ist gleich dem lateralen Abstand (Pitchmaß) der nachfolgenden Optiken. Die einzelnen Quadrantendetektoren umschließen einen transparenten Bereich mit einem Durchmesser von 450 µm, so daß die Breite der Detektorstrukturen etwa 20 µm beträgt. Die Detektorelemente können in diesem Fall aus Silizium bestehen. Für die Realisierung eines 1 × 25-Schalters wären Prismenstrukturen mit Winkeln von 0, ± 1,72° und ± 3,43° bei einer Brechzahl von 1,5 nötig. Die Linsenarrays sollten eine numerische Apertur von 0,25 und eine asphärische Oberflächenform besitzen. Der Arbeitsabstand der Fasern von dem Linsenarray beträgt etwa 1 mm. Der benötigte Stellbereich des Piezostel lers ist 60 µm × 60 µm. Die Schaltzeiten für diese Verstellung liegen in der Größenordnung von 1 ms.A wavelength range of λ = 0.78 µm is selected. The input fiber 2 has a waist diameter of 4 µm. The following deflection and collimation optics have a focal length of f = 1 mm and a numerical aperture of 0.25. The collimated bundles after the collimation optics have a waist diameter of about 250 µm. This corresponds to a Rayleigh length of 6 cm. If the collimation optics are now deflected by v = 15 µm between two adjacent positions, the bundle is deflected by an angle θ = v / f = 15 mrad. At a distance of 3.3 cm after the collimation lens, the centers of the neighboring bundles are 500 µm apart. This is equal to the lateral distance (pitch dimension) of the following optics. The individual quadrant detectors enclose a transparent area with a diameter of 450 μm, so that the width of the detector structures is approximately 20 μm. In this case, the detector elements can consist of silicon. To implement a 1 × 25 switch, prism structures with angles of 0, ± 1.72 ° and ± 3.43 ° with a refractive index of 1.5 would be necessary. The lens arrays should have a numerical aperture of 0.25 and an aspherical surface shape. The working distance of the fibers from the lens array is approximately 1 mm. The required adjustment range of the piezo actuator is 60 µm × 60 µm. The switching times for this adjustment are of the order of 1 ms.

In den oben beschriebenen Beispielen wird das von einer Eingangsfaser abgestrahlte Lichtbündel in eine oder mehrere Ausgangsfasern eingekoppelt. Anstatt eine Eingangsfaser vorzusehen, kann auch mit einem Freiraumbündel zum Beispiel von einem Laser gearbei tet werden, das mit einer ersten Optik derart fokus siert wird, daß der Fokus ähnliche Dimensionen und die örtliche Lage des von der Faser (in dem "reinen" Faserschalter) abgestrahlten Lichtbündels hat.In the examples described above, that of an input fiber emitted light bundle into a or several output fibers are coupled in. Instead of Providing an input fiber can also be done with a Free space bundle, for example, from a laser be so focused with a first optics The focus is on similar dimensions and the location of the fiber (in the "pure" Fiber switch) has emitted light beam.

Claims

1. Switching arrangement for switching and coupling egg nes from at least one optical element emitted light bundle in at least one output fiber from a plurality of output fibers, characterized in that the emitted light beam a beam deflecting and collimation optics ( 1 , 13 , 14 ) is assigned net and that an adjusting device ( 10 , 7 ) is provided which laterally displaces the emitted light bundle and the beam deflection and collimation optics ( 1 , 13 , 14 ) relative to one another such that the collimated beam bundle enters the at least one output fiber ( 6 ) of the plurality Number of output fibers ( 6 ) arranged at a distance from the beam deflection and collimation optics can be coupled in.

2. Switching arrangement according to claim 1, characterized shows that the light beam emitting optical element is an input fiber.

3. Switching arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that in front of the plurality of output fibers ( 6 ) a focusing optics ( 5 ) is net angeord, which focuses the respective deflected and collimated beams on the respective output fiber ( 6 ).

4. Switching arrangement according to claim 2, characterized in that in front of the focusing optics to order steering optics ( 4 ) is arranged, which deflects the respective deflected and collimated beams in a direction parallel to the optical axis.

5. Switching arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the deflecting optics ( 4 ) are designed as a prism array and the focusing optics ( 5 ) as Lin senarray.

6. Switching arrangement according to claim 5, characterized records that the prism and lens array one and the same substrate are applied.

7. Switching arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the actuating device has at least one actuating element ( 10 ) which is actuated as a function of an actuating signal.

8. Switching arrangement according to claim 7, characterized in that the actuating element is designed as a piezo actuator ( 10 ).

9. Switching arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the Stellinrich device comprises a measuring device ( 7 ) which measures the position of the respective deflected beam with respect to the optimal position for coupling into the respective output fiber ( 6 ) and that a processing unit connected to the measuring device ( 7 ) generates the control signal for the at least one control element ( 10 ) depending on the measurement signals.

10. Switching arrangement according to claim 9, characterized records that the measuring device a plurality of detectors with several individual segments ren includes.

11. Switching arrangement according to claim 10, characterized in that the respective detectors are annular with a central transparent region ( 9 ).

12. Switching arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the deflection and collimation optics ( 1 ) with respect to the emitted light beam or the input fiber ( 2 ) in at least one direction and / or the emitted light beam or the input fiber ( 2 ) is laterally displaceable in at least one direction with respect to the deflection and collimation optics ( 1 ).

13. Switching arrangement according to claim 12, characterized in that the deflection and collimation optics consists of two lenses ( 13 , 14 ) which are each displaceable in different directions.

14. Switching arrangement according to one of claims 1 to 13, characterized in that the starting fa are mounted two-dimensionally in the array.