Co je optický přepínač?
Optický spínač je zařízení, které přenáší světelné signály mezi různými kanály v komunikačních sítích. Sítě z optických vláken byly vyvinuty ve 20. století, aby přenášely větší množství dat, než bylo možné u dřívějších měděných drátových systémů. Rostoucí využívání internetu a rozšiřování nabídky mobilních telefonů a televize vyžadovalo, aby komunikační sítě spravovaly větší množství dat.
Když síť optických vláken přenáší světelný signál z jednoho telefonu nebo počítače do druhého, může být nutné přesunout signál mezi různými vláknovými cestami. K dosažení tohoto cíle je vyžadován přepínač, který může přenášet signál s minimální ztrátou kvality hlasu nebo dat. Když byla optická vlákna poprvé vyvinuta, bylo to dosaženo pomocí elektrooptického spínače, který změnil světelný signál na elektrický signál, provedl funkci přepínače a převedl signál zpět na světelnou formu. Tento systém byl přijatelný pro systémy s optickými vlákny v počátcích, ale problémy se vyvíjely se zvyšováním přenosových rychlostí.
Elektrické spínače mají určitá omezení rychlosti přepínání ve srovnání s rychlostí světla používaného při optických přenosech. Jak požadavky na data rostly, elektrická část elektrooptického spínače vytvořila limity pro množství dat, která mohla být přenášena. Byly zapotřebí pokročilejší technologie optických přepínačů, zejména k odstranění elektrické přeměny při přepínání světelných signálů.
Velké zlepšení přišlo s vývojem mikroelektromechanických systémů (MEMS), které používají malá zrcadla k přenosu světelných signálů. MEMS byly výhodou oproti elektrooptickým spínačům, protože převod na a z elektrických signálů nebyl nutný. Světelné prostupy byly přenášeny přímo mezi různými vlákny v MEMS zařízení, což umožnilo přenosové rychlosti ekvivalentní limitům optických vláken až do bodu.
Zařízení MEMS přenášejí signály tím, že odrážejí světelné signály z příchozího optického kabelu do jiného vlákna s malými pohyblivými zrcátky. Počítačový řadič určuje, kam probíhá hovor nebo datová komunikace a které odchozí vlákno je nutné pro dokončení spojení. Každé vstupní optické vlákno má zrcadlo vedle konce vlákna, které je ovládáno malým elektrickým motorem. Když světelný signál opouští vlákno, odráží se od zrcadla a na konec odcházejícího vlákna, které počítač stanoví, je potřeba. Tyto přepínače pracují velmi rychle, což umožňuje odesílání velkého množství dat přes optické sítě.
Problémy s designem MEMS nastaly, když společnosti z optických vláken pokračovaly v rozšiřování svých přenosových systémů. Jak se kabely s optickými vlákny zvětšovaly, aby pojaly více dat, MEMS začal způsobovat ztráty signálu, protože zrcadla přenášely světelné signály na mnoho dalších spojení. Jak se vzdálenosti mezi vlákny prodloužily, kvalita signálu začala klesat. Jedním vylepšením bylo vytvoření trojrozměrných (3D) MEMS zařízení, kde byla na sebe naskládána řada přepínačů, což každému přepínači umožnilo zvládnout méně signálů pomocí krátkých spínacích vzdáleností.
Dalším typem optického spínače, který nemá žádné pohyblivé části, je digitální spínač využívající k řízení světla křemíkové krystaly. V těchto spínačích je mezi páry optických vláken umístěn pevný křemíkový krystal. Index lomu nebo množství, které je světlo ohýbáno při průchodu krystalem, se změní, pokud je aplikováno teplo. Malé ohřívače jsou umístěny v pozicích podél krystalu a aktivují se při vstupu světelných signálů. Jak se index lomu mění, světelný signál může být nasměrován na různá výstupní vlákna, bez potřeby zrcadel nebo jiných pohyblivých částí. Kvalitu signálu lze také zlepšit pomocí zařízení MEMS, protože zrcátka způsobují malé ztráty, které nejsou u digitálních spínačů vidět.