DE3036950A1

DE3036950A1 - Faseroptischer brueckenschalter

Info

Publication number: DE3036950A1
Application number: DE19803036950
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr. 8000 München Winzer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-09-30
Filing date: 1980-09-30
Publication date: 1982-05-13
Also published as: DE3171317D1; EP0048867A1; JPS5789707A; EP0048867B1; US4452507A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen

Berlin und München VPA on ρ η <\ η i_t pg

Faseroptischer Brückenschalter

Die Erfindung betrifft einen faseroptischen Brückenschalter, wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben ist.

In einer faseroptischen Repeaterstrecke soll bei Ausfall des Repeaters eine faseroptische Brücke hergestellt werden. Derartige Brücken finden Verwendung in faseroptischen Koinmunikations systemen mit Ringstruktur.

Aus der Veröffentlichung von E.G. Rawson und N.D. Bailey; "A fiber optical relais for bypassing computer network repeaters", Optical Engineering, Vol. 19, No. 4, July/ August 1980 ist ein faseroptischer Brückenschalter zum Überbrücken eines Repeaters in einem faseroptischen Kommunikationssystem bekannt. Dieser opto-mechanische faseroptische Brückenschalter weist nur ein bewegliches Teil auf. Die von der faseroptischen Strecke ankommende Faser und die vom Repeater zum faseroptischen Brückenschalter ankommende Faser sind auf diesem beweglichen Teil, der aus einem ferr©magnetischen Material besteht, fixiert, während die zu der faseroptischen Strecke wegführende Faser und die zum Repeater führende Faser auf einem unbeweglichen Plättchen fixiert sind. Das bewegliche Teil wird über eine Magnetspule und eine zusätzliche Federanordnung zwischen zwei Anschlägen hin« und herbewegt. Liegt das bewegliche Teil an einem der beiden Anschläge an, so ist der Repeater überbrückt, liegt das bewegliche Teil an dem anderen Anschlag an_s so ist der Repeater in die faseroptische Kommunikationsstrecke mit einbezogen. Ein Nachteil dieses bekannten faseroptischen Brückenschalters ist, daß die Bewegung des beweglichen Teiles zwischen den

My 1 Kow / 15.9.1980

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beiden Anschlägen nicht berührungsfrei erfolgt, "sondern daß bei dieser Bewegung vielmehr dieser bewegliche Teil über ein Substratplättchen gleitet. Dieses Gleiten des beweglichen Teiles über das Substratplättchen bedingt einen Verschleiß zwischen dem beweglichen Teil und dem Substratplättchen, der die Lebensdauer des faseroptischen Brückenschalters beschränkt und die erforderliche Schaltleistung erhöht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen faseroptischen Brückenschalter der eingangs genannten Art anzugeben, der eine hohe Betriebssicherheit und einen einfachen Aufbau aufweist und eine geringe Schaltleistung benötigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Enden der zwei in der beweglichen Ebene liegenden Fasern von einem berührungsfrei bewegbaren Teil gehalten werden, welches beim Schalten von einem der beiden Anschlage zu dem anderen dieser beiden Anschläge bewegt wird.

In einer Ausbildung der Erfindung werden die Enden der zwei in der beweglichen Ebene liegenden Fasern von einem durch ein Magnetfeld berührungsfrei bewegbaren Metallteil gehalten, welches beim Schalten durch Veränderung des Magnetfelds von einem der beiden Anschläge zu dem anderen dieser beiden Anschläge bewegt wird, wobei das Metallteil an einer einseitig gelagerten Ankerzunge befestigt ist und die mit ihren Enden am Metallteil gehaltenen Fasern unterstützt.

Ankerzunge und Metallteil des eben genannten faseroptischen Brückenschalters können als ein Bauteil ausgebildet sein.

Zweckmäßig werden zur Veränderung des Magnetfelds eine

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Magnetspule vorgesehen und Magnetspule, Ankerzunge und einer der beiden Anschläge als elektromagnetisches Relais ausgebildet.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung werden die Enden der beiden Fasern, die nicht in der beweglichen Ebene angeordnet sind, von dem Anschlag unterstützt, der nicht Teil des elektromagnetischen Relais ist. Die Faserenden können dabei längs der gesamten Länge der Unter-Stützung aufgekittet oder in anderer Weise befestigt sein, mindestens aber sind ausreichend viele Befestigungspunkte (Unterstützungspunkte) vorgesehen, daß die Fasern keine nennenswerte Vibration auf den Unterstützungen mehr ausführen können.

Zum Aufbau eines Schalters nach der Erfindung können handelsübliche elektromagnetische Relais verwendet werden, ohne daß dabei ein Stromkreis getrennt werden soll, also Anker und Anschlag nicht durch einen Stromfluß elektrisch belastet -werden. Eine derartige elektrische Belastung ist nur für solche Fälle vorgesehen, in denen gleichzeitig mit dem optischen Kontakt auch ein elektrischer Kontakt geöffnet bzw. geschlossen werden soll. Ankerzunge und Anschlag dienen im allgemeinen nur dazu, die optisch zu kontaktierenden Faserenden zu unterstützen, wobei die Faserenden derart befestigt sind, daß in der gewünschten Weise in den beiden Endstellungen des Schalters Faserenden mit ihren planparallelen Abschlußflächen in geringem Abstand fluchtend gegenüber liegen. Der Übergang einer Lichtwelle zwischen den Enden zweier Lichtleitfasern ist weitgehend verlustfrei, wenn die Lichtleitfasern planparallele Abschlußflächen haben und sich in geringem Abstand so gegenüber stehen, daß das eine Faserende in der Fluchtlinie des anderen Faserendes liegt, d.h., daß die eine Faser praktisch eine Verlängerung der anderen Faser darstellt. Der Kontakt zwischen diesen beiden Faserenden

wird dadurch unterbrochen, daß das eine Faserende aus der Fluchtlinie des anderen Faserendes bewegt wird. Bei Verwendung eines elektromagnetischen Relais wird diese.Bewegung dadurch erzielt, daß bei Ansteuerung des äußeren Magnetfeldes der Anker und damit die daran befestigten Faserenden von der einen Anschlagstellung zur anderen Anschlagstellung bewegt werden. Vorteilhaft können elektromagnetische Relais nach dem Prinzip sog. Reed-Kontakte aufgebaut sein, wobei jedoch auf ein Schutzgas verzichtet werden kann, wenn der Kontakt elektrisch nicht belastet wird.

Bei Reed-Relais sind Ankerzunge und Anschlag als Kontaktzungen aus einem magnetischen Material ausgebildet. Häufig ist die eine Kontaktzunge (Anschlag) starr, die andere Kontaktzunge (Ankerzunge) eine an einem Ende eingespannte, vom Magnetfeld entgegen ihrer Rückstellkraft bewegliche Feder. Die beiden Kontaktzungen sind derart an den Kern der Magnetspule angeschlossen, daß durch den magnetischen Fluß bei Erregung der Magnetspule die Federn magnetisiert werden und aneinander anschlagen, wodurch die eine Schalterstellung erzielt wird. Bei Entregung der Magnetspule hebt das bewegliche Federende von dem starren Federende ab und schlägt in der anderen Schalterstellung an.

Bei der Verwendung derartiger Reed-Relais ist demnach die gesamte Kontaktzunge das vom Magnetfeld bewegbare Metallteil, das durch einseitige Einspannung der Kontaktzunge an der einen Seite gelagert ist. Sofern besondere Feder-Charakteristiken angestrebt werden, die durch magnetisierbare Werkstoffe nicht erreicht werden können, kann es aber auch vorteilhaft sein, die Ankerzunge aus einem anderen Material und nur das bewegliche Kontaktzungenende als ein magnetisierbares Metallteil herzustellen, auf das das Magnetfeld einwirkt. Auch kann es unter Umständen vorteilhaft sein, die Ankerzunge nicht einzuspannen, sondern zum

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Beispiel mittels eines Gelenkes zu lagern.

In einer Ausbildung der Erfindung können die Enden der zwei in der beweglichen Ebene liegenden Fasern von einem elektrisch steuerbaren piezoelektrischen Biegestreifen gehalten werden, welcher beim Schalten durch Veränderung. der an diesem piezoelektrischen Biegestreifen angelegten Spannung von einem der beiden Anschläge zu dem anderen dieser beiden Anschläge bewegt wird. Als ein solcher piezoelektrischer Biegestreifen kann zum Beispiel ein PLZT-Biegekeramik-Streifen verwendet werden, welcher aus mehreren Piezolamellen in einer Sandwich-Anordnung besteht. An die einseinen Lamellen werden über entsprechende Elektroden Steuerspannungen angelegt, die sehr niedrig sein können.

Vorteilhaft werden die Enden der Fasern in Führungsnuten ihrer Unterstützungen (Ankerzunge, Metallteil, piezoelektrischer Biegestreifen, ggf. Anschläge) fixiert. Diese Eührungsnuten können bei einer Serienfertigung vorteilhaft fotolithografisch in Dickfilmtechnik hergestellt werden.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der faseroptische Brückenschalter so ausgebildet, daß die Enden der ankommenden und der wegführenden Fasern in der beweglichen Ebene angeordnet sind, wobei bei Lage der beweglichen Ebene am einen Anschlag die Faserstirnflächen der in der beweglichen Ebene fixierten Fasern an die Faserstirnflächen einer Faserschleife koppeln und wobei bei Lage der beweglichen Ebene am anderen Anschlag die Faserstirnflächen der in der beweglichen Ebene befestigten Fasern an die Faserstirnflächen der zwei weiteren Fasern koppeln. Vorteilhafterweise korrespondiert die Schalterstellung, bei der die FaserStirnflächen der beiden in der beweglichen Ebene fixierten Fasern an die Faserstirnflächen der Faserschleife koppeln, mit dem stromlosen

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Zustand des faseroptischen Brückenschalters.

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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der faseroptische Brückenschalter so ausgebildet, daß das Ende der ankommenden Faser und das Ende einer weiteren Faser in der beweglichen Ebene angeordnet sind, wobei bei Lage der beweglichen Ebene an einem der beiden Anschläge die Faserstirnflächen der ankommenden Faser und der anderen weiteren Faser und die Faserstirnflächen der einen weiteren Faser und der wegführenden Faser koppeln und wobei bei Lage der beweglichen Ebene am anderen der beiden Anschläge die Faserstirnflächen der ankommenden Faser und der wegführenden Faser koppeln. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel korrespondiert vorteilhafterweise diejenige Schalterstellung mit dem stromlosen Zustand des faseroptischen Brückenschalters, bei der die FaserStirnflächen der ankommenden Faser und der wegführenden Faser koppeln.

Durch Hinzufügen einer zusätzlichen Faserschleife bei dem gerade beschriebenen Ausführungsbeispiel kann man einen faseroptischen Brückenschalter erhalten,, bei dem in der einen Schalterstellung Licht von der ankommenden Faser zum Repeater geführt wird und vom Repeater in die wegführende Faser geleitet wird und bei dem in der anderen Schalterstellung das in der ankommenden Faser geführte Licht in die wegführende Faser geleitet wird und das vom Repeater kommende Licht über die Faserschleife wieder zum Repeater geführt wird. Dabei wird als drittes Faserende in der beweglichen Ebene ein Faserende der zusätzlichen Faserschleife angeordnet, wobei bei Lage der beweglichen Ebene an einem der beiden Anschläge die Faserstirnflächen der Enden der ankommenden Faser und der zum Repeater führenden Faser und die FaserStirnflächen der Enden der vom Repeater kommenden Faser und der wegführenden Faser koppeln und wobei bei Lage der beweglichen Ebene am anderen

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der beiden Anschläge die Faserstirnflächen der Enden der ankommenden Faser und der wegführenden Faser und die Faserstirnflächen des einen Faserendes der zusätzlichen Faserschleife und das Ende der zum Repeater führenden Faser und die Faserstirnflächen des Endes der vom Repeater, kommenden Faser und des anderen Endes der zusätzlichen Faserschleife koppeln. «

Zweckmäßigerweise dient ein Deckplättchen mit einem geeignet dimensionierten Schlitz zur Befestigung der Faserpaare bzw. Fasertripel auf einem Beweger bzw. auf einem Trägerkörper. Vorteilhafterweise wird das Deckplättchen vor dem Einlegen der Fasern mit dem Beweger verbunden und dann geschlitzt. Anschließend werden die Fasern eingeklebt. Dadurch läßt sich das Deckplättchen besonders dünn ausbilden. Insbesondere kann der Schlitz in den Beweger bzw. in den Trägerkörper hineinragen oder es kann der Schlitz unter Wegfall des Deckplättchens direkt in dem Beweger hergestellt werden. Ein kurzer Abschnitt des so hergestellten Rohlings wird in diesem Fall auch zur Befestigung der Faserenden verwendet, die nicht in der beweglichen Ebene fixiert sind. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird als Deckplättchen zur Befestigung der Fasern ein mit V-Nuten versehenes Siliziumteil verwendet.

Solche Nuten können in einem Siliziumteil zum Beispiel auf fotolithografischem Wege durch Vorzugsätzen (anisotropes Ätzen) unter Verwendung einer Siliziumdioxidmaske erzeugt werden (vgl. Appl. Phys. Letters, 26/4(1975), S. 195).

In allen Fällen sind die im faseroptischen Brückenschalter gegenüberliegenden FaserStirnflächen poliert. Die Politur wird erst nach dem Einbau der Fasern in die Rohlinge durchgeführt. Der Abstand der Faserachsen soll möglichst klein sein. Diese Forderung ist insbesondere bei den Lösungen, bei denen in die zur Befestigung der Faserenden vorge-

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sehenen Deckplättchen geeignet dimensionierte Schlitze angebracht werden, in indealer Weise erfüllbar. Bei diesen Lösungen muß der Hub der beweglichen Ebene nur einen Faserdurchmesser betragen.
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Für die genaue Orientierung und Fixierung der Faserenden sind inzwischen viele Methoden erarbeitet worden (Führungsnuten in Riston oder Silizium, geprägte Furchen, durch Ultraschallpolitur erzeugte Furchen und dgl»), die je nach Material ausgewählt werden müssen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben:

Figur 1 zeigt die Funktion eines faseroptischen Brückenschalters.
Figur 2 zeigt ein Aufbauprinzip eines faseroptischen Brückenschalters.

Figur 3 zeigt den Aufbau eines anderen Ausführungsbeispiels eines faseroptischen Brückenschalters.

Figur 3a zeigt diesen Schalter in Arbeitslage, wobei Licht von der Strecke über einen Teilnehmer-Repeater und wieder zur Strecke geführt wird. Figur 3b zeigt diesen Schalter in Ruhelage, wobei der Teilnehmer-Repeater überbrückt ist.

Figur 4 zeigt einen zum Schalter der Figur 3 ähnlichen faseroptischen Brückenschalter mit einer zusätzlichen Faserschleife.

Figur 5 zeigt zur Befestigung der Faserenden im faseroptischen Brückenschalter erforderliche Komponenten. Figur 6 zeigt schematisch ein Labormodell eines faseroptischen Brückenschalters nach der Erfindung. Figur 7 zeigt einen Biegekeramik-Streifen mit zugehöriger Elektrodenanordnung. Figur 8 zeigt einen faseroptischen Brückenschalter.

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Figur 1 zeigt die Funktion eines faseroptischen Brückenschalters S:

Bei einem faseroptischen Kommunikationssystem mit einer Zentrale Z und einer Ringstruktur mit einem Repeater R "bei federn Teilnehmeranschluß soll an jedem Teilnehmeranschluß ein faseroptischer Brückenschalter S vorhanden womit der betreffende Teilnehmer bei Ausfall des Repeaters R automatisch überbrückt wird. Ein solches Teilnehmeranschlußnetz kann mit Gradientenprofil-Lichtleitfasern aufgebaut werden. Da es sich hierbei um Multimode-Fasern handelt, müssen auch die im Ringnetz implementierten faseroptischen Brückenschalter S Multimode-Bauelemente sein.

Figur 2 zeigt ein Aufbauprinzip eines erfindungsgemäßen faseroptischen Brückenschalters. Die von der Übertragungsstrecke ankommende Faser 21 und die zur Übertragungsstrecke wegführende Faser 24 liegen dabei in einer beweglichen Ebene F.. Die Enden dieser Fasern werden, wie die Enden der übrigen Fasern ebenfalls, zum Beispiel in fotolithografisch hergestellten Führungsnuten oder auf andere Art ausgerichtet. Die Ebene F^ ist über ein elastisches Element, zum Beispiel eine Feder, beweglich und kann um einen Hub H zwischen den beiden Anschlägen A^ und A₂ bewegt werden. Die Lage am Anschlag A_-.

korrespondiert vorzugsweise mit dem stromlosen Zustand des Brückenschalters. Bei dieser Schalterstellung wird der Teilnehmer dadurch überbrückt, daß die Faserstirnfläche a der von der Übertragungsstrecke ankommenden Faser 21 an die Faserstirnfläche c der Faserschleife koppelt, wobei die andere Faserstirnfläche f dieser Faserschleife 25 an die Faserstirnfläche e der zur Übertragungsstrecke wegführenden Faser 24 koppelt. In der Ebene Fp liegen die Faserenden der Fasern 22 und 23, die zum Beispiel zum Repeater führen. Die Lage am Anschlag Ap der beweglichen Ebene F. wird in Arbeitsstellung des Relais erreicht. Bei dieser Schalterstellung

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ist der Repeater bzw. Teilnehmer in die Übertragungsstrecke dadurch einbezogen, daß die Faserstirnfläche a der von der Übertragungsstrecke ankommenden Faser 21 an die Faserstirnfläche b der zum Teilnehmer führenden Faser 22 koppelt und daß die Faserstirnfläche d der vom Teilnehmer wegführenden Faser 23 an die Faserstirnfläche e der zur Übertragungsstrecke wegführenden Faser 24 koppelt. Die Faserenden der Faserschleife 25 können in einem Deckplättchen gehaltert und zusammen mit diesem Deckplättchen am Anschlag A^ befestigt werden. Die Faserenden der Fasern 22 und 23 können ebenfalls in einem Deckplättchen gehaltert und zusammen mit diesem Deckplättchen am Anschlag Ap befestigt werden. Die in der beweglichen Ebene F. befestigten Fasern können mit oder ohne zusätzliche Führungselemente_an oder in einem Beweger fixiert vierden, der entweder ein Reed-Kontakt oder ein Piezokeramik-Biegestreifen oder ein sonstiges Bewegungs-Hubelement ist.

Figur 3 zeigt den Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen faseroptischen Brückenschalters. Bei diesem Parallelweg-Schalter sind Faserpaare 31» 32 bzw. 33, 34 in Führungselementen 35 bzw. 36 angeordnet. Die Faser 31 ist die von der Übertragungsstrecke ankommende Faser, die Faser 32 ist die vom Sender eines Teilnehmers ankommende Faser, die Faser 33 ist die zum Empfänger dieses Teilnehmers führende Faser und die Faser 34 ist die zur Übertragungsstrecke wegführende Faser. Die Enden der Fasern 31 und 32 werden gemeinsam mit Hilfe des Bewegers 37 wahlweise an den Anschlag 38 oder 39 gebracht. Die Enden der Fasern 33 und 34 sind mittels des Führungselementes 36 fest mit 38 verbunden. In der in der Figur 3a gezeigten Arbeitslage des faseroptischen Brückenschalters kann somit ein Teilnehmer mit dem Empfänger E und dem Sender S in die Übertragungsstrecke eingekoppelt werden. In dieser Arbeitslage des

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faseroptischen Brückenschalters koppeln nämlich die Faserstirnflächen der Enden der Fasern 31 und 33 und ebenso koppeln in dieser Arbeitslage die Faserstirnflächen der Enden der Fasern 32 und 34. In der in der Figur 3b gezeigten Ruhelage des faseroptischen Brückenschalters ist der betreffende Teilnehmer überbrückt«, In dieser Ruhelage koppeln die Faserstirnflächen der Enden der von der Übertragungsstrecke ankommenden Faser 31 und der zur Übertragungsstrecke wegführenden Faser 34. Der Beweger 37 ist entweder ein Reed-Kontakt oder ein Piezokeramik-Biegestreifen oder ein sonstiges Bewegungs-/Hubelement.

Figur 4 zeigt den Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen faseroptischen Brückenschalters, bei welchem im Vergleich zu dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eine zusätzliche Faserschleife 47 angeordnet ist. Diese zusätzliche Faserschleife 47 ermöglicht, daß die Lichtwege Strecke/Teilnehmerempfänger und Teilnehmersender /Strecke vollständig vertauscht werden mit den Lichtwegen Strecke/Strecke und Teilnehmersender/Teilnehmerempfänger . In den beiden Führungselementen 35 und 36 sind also nicht mehr, wie in Figur 3 gezeigt, Faserpaare, sondern vielmehr Fasertripel angeordnet. Dabei sind in dem Führungselement 35 zusätzlich das Faserende 45 der Faserschleife 47 und im Führungselement 36 das Faserende 46 der Faserschleife 47 befestigt. In der Arbeitslage dieses faseroptischen Brückenschalters ist somit ein Teilnehmer mit dem Empfänger E und dem Sender S ebenso in die Übertragungsstrecke eingekoppelt wie bei dem in Figur 3 gezeigten Ausführungsbeispiel. Die zusätzliche Faserschleife 47 hat in dieser Arbeitslage des faseroptischen Brückenschalters keine Funktion. In der Ruhelage dieses faseroptischen Brückenschalters nach Figur 4 koppelt nun aber die vom Teilnehmer-Sender ankommende Faser 32 an das Faserende 46 der Faserschleife 47, wobei

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das andere Faserende 45 dieser Faserschleife 47 an die zum Teilnehmerempfänger wegführende Faser 33 koppelt. Gleichzeitig koppelt in dieser Ruhelage des faseroptischen Brückenschalters die von der übertragungsstrecke ankommende Faser 31 an die zur Übertragungsstrecke wegführende Faser 34. Wenn sich die Fasermäntel von jeweils nebeneinander angeordneten Faserenden berühren, so haben die Faserachsen der jeweils nebeneinander angeordneten Fasern den Abstand A=D, wobei D der Faseraußendurchmesser ist. In diesem Fall muß das bewegliche Element zwischen Arbeitslage und Ruhelage um die Strecke A=D' verschoben oder ausgelenkt werden.

Figur 5 zeigt Ausführungsbeispiele für die zur Befestigung der Faserenden im faseroptischen Brückenschalter erforderlichen Komponenten. Figur 5a zeigt ein Deckplättchen 35 mit einem ecbaad dimensionierten Schlitz 51 zur Befestigung des Faserpaares 31» 32 bzw. des Fasertripeis 31, 32 und 45. auf dem Beweger 37. Dieses Deckplättchen kann ebenso als Deckplättchen 36 zur Befestigung des Faserpaares 33» 34 bzw. des Fasertripeis 33, 34, 46 auf dem Trägerkörper 38 verwendet werden. Die Faserenden sind dabei dicht nebeneinander parallelliegend in dem Schlitz 51 befestigt. Nach dem Einlegen der Fasern in den Schlitz 51 des Deckplättchens 35 wird das Deckplättchen 35 mit dem Beweger 37 verbunden. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5b wird das Deckplättchen 35 vor dem Einlegen der Faserpaare bzw. Fasertripel mit dem Beweger 37 verbunden und erhält anschließend den Schlitz 51. Erst dann werden die Fasern eingeklebt. Dadurch läßt sich das Deckplättchen 35 besonders dünn ausbilden. Insbesondere kann der Schlitz 51 in den Beweger 37 hineinragen oder es kann der Schlitz 51 unter Wegfall des Deckplättchens 35 direkt im Beweger 37 hergestellt werden. Ein kurzer Abschnitt des so hergestellten Rohlings wird in diesem Fall für die Komponente 36 verwendet. Das in Figur 5c gezeigte Deck-

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plättchen 35 ist ein mit V-Nuten 52 versehenes Siliziumteil. Diese V-Nuten 52 können zum Beispiel durch anisotropes A'tzen erzeugt werden. Auch in diesem Fall kann ein entsprechend erzeugtes Element für die Komponente 36 verwendet werden.

Figur 6 zeigt schematisch ein Labormodell eines faseroptischen Brückenschalters nach der Erfindung. Dieser Schalter enthält in einem Gehäuse 61, das vorteilhaft aus Plastik besteht und einen leicht moniierbaren, staub- und wasserdichten Deckel 62 besitzt, eine über eine Steuerleitung 63 angesteuerte Magnetspule 64. Der Nickel-Eisen-Kern 65 dieser Spule trägt die im wesentlichen starre Kontaktzunge (Anschlag) 39. Im Bereich des Magnetflusses der Magnetspule 64 und ihres Eisenkernes 65 ist eine weitere ferromagnetische Kontaktzunge (Ankerzunge) 37, die zum Beispiel aus der Nickel-Eisen-Legierung Vakuvit hergestellt sein kann, angeordnet. Diese Kontaktzunge 37 ist mit ihrem einen Ende am Gehäuse verankert, das andere Ende ist frei. Mit Hilfe des Deckplättchens 35 sind die von der Strecke ankommende Faser 31 und die vom Teilnehmersender ankommende Faser 32 so parallel übereinanderliegend auf dem Beweger 37 fixiert, daß sich ihre Fasermäntel berühren. Mit Hilfe des Deckplättchens 36 sind die zum Teilnehmerempfänger wegführende Faser und die zur Übertragungsstrecke wegführende Faser 34 ebenso dicht parallel übereinanderliegend auf der starren Kontaktzunge 39 fixiert, daß sich ihre Fasermäntel berühren. Die starre Kontaktzunge 39 fungiert in diesem Fall als Trägerkörper für das aus dem Deckplättchen 36 und den beiden Fasern 33, 34 bestehende Element. Der Anschlag 38 ist auf das Deckplättchen 36 aufgesetzt und besteht aus unmagnetischem Metalls, zum Beispiel Messing» Figur 6 zeigt den faseroptischen Brückenschalter in Arbeitslage. Dabei schlägt infolge Erregung der Magnetspule 64 die bewegliche Kontaktzunge 37 an der starren

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Kontaktzunge 39 an. Diese Teile sind bereits in einem handelsüblichen Reed-Kontakt, zum Beispiel dem Kontakt »SG-Gm-Kontakt C 39209-A 26-A 3" der Fa. Siemens enthalten. Gegenüber diesem handelsüblichen Reed-Kontakt ist lediglich auf die Glasumhüllung und die Schutzgasfüllung verzichtet. Ferner ist bei dem gezeigten Labormodell, um einen größeren Hub zu erzielen, das bewegliche Ende der Kontaktzunge 37 dadurch verlängert, daß die Kontaktzungen auf Glasplättchen 66 und 67, die eine Brücke bilden, aufgekittet sind. Bei anderer Formgebung kann auf die Glasplättchen 66 und 67 verzichtet werden. Auch können die Kontaktzungen innerhalb des Spulenkörpers verlaufen. Der Spulenkörper und ggf. die starre Zunge 39 können dabei als Schutz bzw. als Gehäuse ausgebildet sein. In der gezeigten Arbeitslage des faseroptischen Brückenschalters ist ein Teilnehmer mit dem Empfänger E und dem Sender S in die Übertragungsstrecke eingekoppelt. Das Licht von der Strecke gelangt auf dem Weg über die Fasern 31 und 33 zum Empfänger des Teilnehmers, und auf dem Weg über die Fasern 32 und 34 wird vom Sender desselben Teilnehmers wieder Licht in die Streckenfaser eingespeist. Der Hub der beweglichen Kontaktzunge 37 beträgt bei dem gezeigten Beispiel A=D, wobei D der Faseraußendurchmesser ist. In der Arbeitslage des faseroptischen Brückenschalters hat deshalb das Deckplättchen 35 einen Abstand A von dem Anschlag 38.

Bei entregter Magnetspule 64 wird durch die Federrückstellkraft der beve glichen Kontaktzunge 37 das Deckplättchen 35 gegen den Anschlag 38 gedrückt. In dieser Ruhelage des faseroptischen Brückenschalters stehen sich lediglich die Faserstirnflächen der Fasern 31 und 34 gegenüber. Das von der Übertragungsstrecke in der Faser 31 ankomnende Licht wird sogleich in die wegführende Faser 34 eingekoppelt. Der Teilnehmer ist dabei überbrückt.

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Das dargestellte Labormodell weist einen Abstand d von etwa 10 /um und einen Hub A auf, der dem Faseraußendurchmesser entspricht. Als Lichtleitfasern werden Gradientenindexfasern mit einem Außendurchmesser von 125 /um und einer numerischen Apertur von etwa 0,15 verwendet, es sind aber auch Stufenindexfasern geeignet. Für den Einbau des faseroptischen Brückenschalters in ein faseroptisches Kommunikationsnetz sind entsprechende Stecker 68 vorgesehen. Die Nebensprechdämpfung des Schalters beträgt 39,2 dB, der Übergangsverlust am Spalt d beträgt 0^5 dB und die Schaltzeit beträgt etwa 20 ms.

Figur 7 zeigt schematisch einen PLZT-Biegekeramik-Streifen mit zugehöriger Elektrodenanordnung. Ein solcher piezoelektrischer Biegestreifen kann als Beweger 37 in den Ausführungsbeispielen des faseroptischen Brückenschalters nach den Figuren 3 und 4 Verwendung finden. Bei diesem Beweger 37 sind zwei Piezolamellen 72, auf die jeweils Elektrodenschichten 71 aufgedampft sind, so aneinandergeklebt, daß bei Anlegen einer Steuerspannung an die Elektroden 71 der mit einem Ende fixierte Beweger 37 hinsichtlich sines freien Endes in der gewünschten Weise ausgelenkt wird. Ein so ausgebildeter Beweger kann in einem faseroptischen Brückenschalter beispielsweise so angeordnet werden, daß bei Verschwinden der Steuerspannung der Teilnehmer überbrückt ist und daß bei maximaler • Steuerspannung der Teilnehmer in die Übertragungsstrecke einbezogen ist. Versuche haben gezeigt, daß sich auch bei kleinen Betriebsspannungen (3 Volt) ausreichende Auslenkungen (A = 120 /um) für die Verwendung eines piezoelektrischen Biegestreifens in einem faseroptischen Brückenschalter erzielen lassen. Die Fasern 31> 32 sind mittels eines Führungselementes 35 an dem Beweger 37 befestigt. Der Beweger 37 ist beispielsweise in einer Halterung 73 befestigt. Im Bereich der Befestigungen sind keine Elektroden 71 vorhanden.

-ys- SOP 7 1 7 Der piezoelektrische Biegestreifen, mit dem auch bei kleinen Betriebsspannungen (3 Volt) ausreichende Auslenkungen (A = 120 lim) erzielt werden konnten, war 75 πω¹ lang, 15 nim breit und war ein PLZT-sandwich— Biegestreifen aus zwei Lamellen ä 150 um Dicke.

Figur 8 zeigt ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des faseroptischen Brückenschalters. Nach Figur 8 ist ein Schalter 81 im Innenraum einer strichpunktiert angedeuteten elektrischen Spule 82 gelagert. Die Spule 82 dient der Betätigung des Schalters durch Magnetisieren von entsprechenden Teilen des Schalters beim Einschalten eines elektrischen Stromes. Der Schalter 81 weisEt einen Grundkörper 83 auf, der z. B. aus Aluminiumdruckguß besteht. Der Grundkörper 83 trägt eine freiragende Schaltzunge 37» an welcher die Lichtleiter 31,32 befestigt sind. Die Lichtleiter 31,32 sind auf der dem Grundkörper abgewandten Seite der Schaltzunge angeordnet. Die Lichtleiter 3%32 sind auf der Schaltzunge 37 mit Hilfe des Führungselements 35 und eines weiteren Führungselements 84 befestigt.

Außerdem trägt der Grundkörper 83 einen festen Trägerstreifen 39» der die Schaltzunge 37 an ihrem freien Ende überlappt. Zwischen diesem Trägerstreifen 39 und dem Grundkörper 83 sind mit Hilfe eines nicht s±chtbaren Führungselements 36 die Lichtleiter 33» 3^ befestigt. Die Betätigung der Schaltzunge 37 erfolgt mit Hilfe der elektrischen Spule 82 durch Magnetisieren der Schaltzunge 37 und des Trägerstreifens 39· Dabei stößt das Ende des_ Elements 35 an das überlappende Ende des Trägerstreifens 39 an, so daß dieser einen Anschlag für die Schaltzunge 37 bildet. Die Lichtleiter 31» 32, 33» 34· sind so befestigt, cLaß sie in dieser Arbeitsstellung des Schalters mit

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ihren Faserstirnflächen in fluchtender Weise so aneinanderkoppeln, daß der Teilnehmer in das faseroptische kommunikationsnetz einbezogen ist, d» h. daß die Fasern 31 und 33 mit ihren Faserstirnflächen in der Arbeitsstellung des Schalters aneinanderkoppeln und ebenso die Fasern 32 und 34.

Die Schaltzunge 37 ist so vorgespannt, daß sie sich beim Abschalten der elektrischen Spule 82 federnd von dem Trägerstreifen 39 abhebt. In dieser Ruhestellung des faseroptischen Brückenschalters schlägt die

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SchaltzungeVam nicht magnetischen Anschlag 38 an.

In dieser Ruhestellung des Schalters ist der Teilnehmer überbrückt und es koppeln lediglich die Faserstirnflächen der Fasern 31 und 34, die von der Strecke kommen und zur Strecke wegführen.

Das unfreie Ende der Schaltzunge 37 und der Trägerstreifen 39 sind auf beiden Längsseiten zwischen Haltenasen 811 des Grundkörpers 83 gehalten und geführt. Durch Stauchen dieser Haltenasen 811 kann ein Formschluß zwischen dem Grundkörper 83 und der Schaltzunge 37 bzw. dem Trägerstreifen 39 erzielt werden.

Es wird abschließendnoch einmal darauf hingewiesen, daß die bewegliche Ebene vorteilhaft von einer

äußeren Kraft gegen eine Rückstellkraft an den einen Anschlag gedrückt und bei Abwesenheit dieser äußeren Iraft durch die angegebene Rückstellkraft an den anderen Anschlag bewegt wird.
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23 Patentansprüche
8 Figuren

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Claims

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Patentansprüche

-_. mit einer Schaltfeder

■Mj) Faseroptischer Brückenschalterl^ bei welchem nur eine einzige Schaltfederbewegung nötig ist, mit einer ankommenden und einer wegführenden Faser und mit zwei weiteren Fasern, wobei zwei Fasern in einer Ebene liegen, welche mittels eines Bewegungs-/Hubelements zwischen zwei Anschlägen beweglich ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Enden der zwei in der bewegliehen Ebene liegenden Fasern von einem berührungsfrei bewegbaren Teil gehalten werden, welches beim Schalten von einem der beiden Anschläge zu dem anderen dieser beiden Anschläge bewegt wird.
2. Faseroptischer Brückenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Enden der zwei der beweglichen Ebene liegenden Fasern von einem durch ein Magnetfeld berührungsfrei bewegbaren Metallteil gehalten werden, welches beim Schalten durch Veränderung des Magnetfelds von einem der beiden Anschläge zu dem anderen dieser beiden Anschläge bewegt wird, wobei das Metallteil an einer einseitig gelagerten Ankerzunge befestigt ist und die mit ihren Enden am Metallteil gehaltenen Fasern unterstützt.
3. Faseroptischer Brückenschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß Ankerzunge und Metallteil als ein Bauteil ausgebildet sind.

k. Faseroptischer Brückenschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine Magnetspule zur Veränderung des Magnetfelds vorgesehen ist und Magnetspule, Ankerzunge und einer der beiden Anschläge als elektromagnetisches Relais ausgebildet sind.

5. Faseroptischer Brückenschalter nach Anspruch 4, da-

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durch gekennzeichnet , daß die Enden der beiden Fasern, die nicht in der "beweglichen Ebene angeordnet sind, von dem Anschlag unterstützt sind, der nicht Teil des elektromagnetischen Relais ist. 5

6. Faseroptischer Brückenschalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß Ankerzunge und der als Teil des elektromagnetischen Relais fungierende Anschlag als Kontaktzungen ausgebildet sind.

7. Faseroptischer Brückenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Enden der zwei in der beweglichen Ebene liegenden Fasern von einem elektrisch steuerbaren piezoelektrischen Biegestreifen gehalten werden, welcher beim Schalten durch Veränderung- der an diesem piezoelektrischen Biegestreifen angelegten Spannung von einem der beiden Anschläge zu dem anderen dieser beiden Anschläge bewegt wird.

8. Faseroptischer Brückenschatter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Enden der Fasern in Führungsnuten ihrer Unterstützungen (Ankerzunge, Metallteil, piezoelektrischer Biegestreifen, ggf. Anschläge) fixiert sind.

9. Faseroptischer Brückenschalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß die Führungsnuten in planarer Dickfilmtechnik fotolithografisch hergestellt sind.

10. Faseroptischer Brückenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Enden der ankommenden und der wegführenden Fasern (21, 24) in der beweglichen Ebene (F.) angeordnet sind, wobei die Lage der beweglichen Ebene (F.) am Anschlag (A^)

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die Faserstirnflächen (a, e) der Fasern (21, 24) an die Faserstirnflächen (c, f) einer Faserschleife (25) koppeln und wobei bei Lage der beweglichen Ebene (F_-.) am Anschlag (Ap) die Faserstirnflächen (a, e) der Fasern (21, 24) an die Faserstirnflächen (b, d) der zwei weiteren Fasern (22, 23) koppeln.

11. Faseroptischer Brückenschalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Lage der beweglichen Ebene (F_-.) am Anschlag (A_-.), mit dem stromlosen Zustand des Brückenschalters korrespondiert.

12. Faseroptischer Brückenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß das Ende der ankommenden Faser (31) und das Ende einer weiteren Faser (32) in der beweglichen Ebene angeordnet sind, wobei bei Lage der beweglichen Ebene am Anschlag (38) die FaserStirnflächen der ankommenden Faser (31) und der anderen weiteren Faser (33) und die FaserStirnflächen der einen weiteren Faser (32) und der wegführenden Faser (34) koppeln und wobei bei Lage der beweglichen Ebene am Anschlag (39) die Faserstirnflächen der ankommenden Faser (31) und der wegführenden Faser (34) koppeln.

13. Faseroptischer Brückenschalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Lage der beweglichen Ebene am Anschlag (38) dem stromlosen Zustand des Brückenschalters korrespondiert.

14. Faseroptischer Brückenschalter nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet , daß als drittes Faserende in der beweglichen Ebene ein Faserende (45) einer Faserschleife (47) angeordnet ist, wobei bei Lage der beweglichen Ebene am Anschlag (38) die Fasernstirnflächen der Enden der ankommenden Faser (31) und einer der beiden weiteren Fasern (32) und die Faser—·

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Stirnflächen der Enden der anderen der beiden weiteren Fasern (33) und der wegführenden Faser (34) koppeln und wobei bei Lage der beweglichen Ebene am Anschlag (39) die Faserstirnflächen der Enden der ankommenden Faser (31) und der wegführenden Faser (34) und die Faserstirnflächen des Faserendes (45) der Faserschleife (47) und das Ende einer weiteren Faser (33) und die Faserstirnflächen des Endes der anderen weiteren Faser (32) und des anderen Endes (46) der Faserschleife .(47) koppeln. 10

15. Faseroptischer Brückenschalter nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet daß ein Deckplättchen (35, 36) mit einem entsprechend dimensionierten Schlitz zur Befestigung der Faserpaare ((31, 32), (33, 34)) bzw. Fasertripel ((31, 32, 45), (33, 34, 46)) auf einem Beweger (37) bzw. auf einem Trägerkörper (38) dient.

16. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Brückenschalters nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß ein Deckplättchen (35, 36) vor dem Einlegen der zugehörigen Faserpaare ((31, 32), (33, 34)) bzw. Fasertripel ((31, 32, 45), (33, 34, 46)) mit einem Beweger (37) bzw. Tragkörper (38) verbunden wird, dann einen entsprechend dimensionierten Schlitz erhält und daß anschließend die zugehörigen Fasern eingeklebt werden.

17. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen

Brückenschalters nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß bei einem besonders dünnen Deckplättchen (35, 36) der Schlitz für die zugehörigen Fasern in den Beweger (37) hineinragt, wobei ein kurzer Abschnitt des so hergestellten Rohlings für das Deckplättchen (36) verwendet wird.

18. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen

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Brückenschalters nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß unter Wegfall des Deckplättchens (35) der Schlitz für die zugehörigen Fasern im Beweger (37) hergestellt wird, wobei ein kurzer Abschnitt des so hergestellten Rohlings für das Deckplättchen (36) verwendet wird.

19. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Brückenschalters nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekenn z. eich net , daß ein Deckplättchen (35, 36) mittels anisotropem Ätzen mit V-Nuten zur Aufnahme der zugehörigen Paserpaare ((31, 32),. (33, 34)) bzw. Pasertripel ((31, 32, 45), (33, 34, 46)) versehen wird.

20. Faseroptischer Brückenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gek. ennzeich-

n e t , daß die im faseroptischen Brückenschalter gegenüberliegenden FaserStirnflächen optisch poliert sind. 20

21. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Brückenschalters nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß die optische Politur der im faseroptischen Brückenschalter gegenüberliegenden Faser-Stirnflächen erst nach dem Einbau der Fasern in die Rohlinge durchgeführt wird.

22. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Brückenschalters nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß für die Faserenden Träger aus Riston oder Silizium mit Führungsnuten versehen werden.

23* Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Brückenschalters nach einem der Ansprüche 1o bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Faserenden in entsprechenden Materialien mit geprägten Furchen

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oder in durch Ultraschall-Politur erzeugten Furchen fixiert werden.