Hvad er en optisk switch?
En optisk switch er en enhed, der overfører lyssignaler mellem forskellige kanaler i kommunikationsnetværk. Optiske fibernet blev udviklet i det 20. århundrede til at bære større mængder data, end det var muligt med tidligere kobbertrådssystemer. Stigende brug af Internettet og udvidelse af tilbud på mobiltelefoner og fjernsyn krævede større mængder data for at blive styret af kommunikationsnetværk.
Når et fiberoptisk netværk bærer et lyssignal fra en telefon eller computer til en anden, kan det være nødvendigt at flytte signalet mellem forskellige fiberstier. For at opnå dette kræves en switch, der kan overføre signalet med et minimalt tab af tale- eller datakvalitet. Når fiberoptik først blev udviklet, blev dette udført med en elektro-optisk switch, der ændrede lyssignalet til et elektrisk signal, udførte switchfunktionen og konverterede signalet tilbage til en lysform. Dette system var acceptabelt for tidlige fiberoptiske systemer, men problemer udviklede sig, efterhånden som transmissionshastigheden steg.
Elektriske kontakter har nogle begrænsninger på skiftehastighed sammenlignet med lysets hastighed, der bruges i fiberoverførsler. Da datakravene voksede, skabte den elektriske del af den elektrooptiske switch grænser for, hvor meget data der kunne transmitteres. Mere avancerede optiske switchteknologier var nødvendige, især for at fjerne den elektriske konvertering, når der skiftes lyssignaler.
En stor forbedring kom med udviklingen af mikroelektromekaniske systemer (MEMS), der bruger små spejle til at overføre lyssignaler. MEMS var en fordel i forhold til elektrooptiske switches, fordi det ikke var nødvendigt at konvertere til og fra elektriske signaler. Lystransmissionerne blev overført direkte mellem forskellige fibre i en MEMS-enhed, hvilket tillader transmissionshastigheder svarende til fiberoptikgrænserne op til et punkt.
MEMS-enheder overfører signaler ved at reflektere lyssignalerne fra et indgående fiberkabel til en anden fiber med små bevægelige spejle. En computerstyring bestemmer, hvor opkaldet eller datakommunikationen skal, og hvilken udgående fiber der er nødvendig for at fuldføre forbindelsen. Hver indkommende optisk fiber har et spejl ud for enden af fiberen, der styres af en lille elektrisk motor. Når lyssignalet kommer ud af fiberen, reflekterer det spejlet og ind i slutningen af den udgående fiber, som computeren bestemmer, at der er behov for. Disse switches fungerer meget hurtigt, hvilket gør det muligt at sende en stor mængde data på tværs af fibernetværk.
Problemer med MEMS-design opstod, da fiberoptikfirmaer fortsatte med at udvide deres transmissionssystemer. Efterhånden som fiberoptiske kabler blev større for at rumme flere data, begyndte MEMS at forårsage signaltab, fordi spejlerne overførte lyssignaler til mange flere forbindelser. Signalkvaliteten begyndte at forringes, efterhånden som afstanden mellem fibrene blev længere. En forbedring var at skabe tredimensionelle (3D) MEMS-enheder, hvor en række af switches blev stablet på hinanden, hvilket tillader hver switch at håndtere mindre signaler ved hjælp af korte switchafstande.
En anden type optisk switch, der ikke har bevægelige dele, er en digital switch, der bruger siliciumkrystaller til at kontrollere lyset. I disse switches anbringes en solid siliciumkrystall mellem par optiske fibre. Brydningsindekset, eller mængden af lys, der bøjes, når det passerer gennem krystallen, ændres, hvis der anvendes varme. Små varmeapparater placeres i positioner langs krystallen og aktiveres, når lyssignaler kommer ind. Når brydningsindekset ændres, kan lyssignalet ledes til forskellige outputfibre uden behov for spejle eller andre bevægelige dele. Signalkvaliteten kan også forbedres i forhold til MEMS-enheder, fordi spejle forårsager små tab, der ikke ses ved digitale kontakter.