Was ist ein optischer Schalter?
Ein optischer Schalter ist ein Gerät, das Lichtsignale zwischen verschiedenen Kanälen in Kommunikationsnetzwerken überträgt. Im 20. Jahrhundert wurden optische Glasfasernetzwerke entwickelt, um höhere Datenmengen zu tragen, als mit früheren Kupferdrahtsystemen möglich waren. Die zunehmende Nutzung des Internets und die Erweiterung des Mobiltelefon- und Fernsehangebots erforderte mehr Datenmengen, um von Kommunikationsnetzwerken verwaltet zu werden.
Wenn ein Glasfaser -Netzwerk ein Lichtsignal von einem Telefon oder Computer auf einen anderen trägt, muss möglicherweise das Signal zwischen verschiedenen Faserpfaden verschoben werden. Um dies zu erreichen, ist ein Schalter erforderlich, mit dem das Signal mit einem Mindestverlust an Sprach- oder Datenqualität übertragen werden kann. Als die Glasfaseroptik zum ersten Mal entwickelt wurde, wurde dies mit einem elektrooptischen Schalter erreicht, der das Lichtsignal in ein elektrisches Signal änderte, die Schalterfunktion durchführte und das Signal in eine Lichtform zurückversorgte. Dieses System war für frühe Glasfasersysteme akzeptabel, aber jedochDie Probleme entwickelten sich mit zunehmender Übertragungsgeschwindigkeit.
elektrische Schalter haben einige Einschränkungen bei der Schaltgeschwindigkeit im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit, die bei Faserübertragungen verwendet wird. Mit zunehmender Datenanforderungen erzeugte der elektrische Teil des elektrooptischen Schalters Grenzwerte für die Übertragung von Daten. Fortgeschrittene optische Switch -Technologien wurden benötigt, insbesondere um die elektrische Umwandlung beim Schalten von Lichtsignalen zu entfernen.
Eine große Verbesserung bildete die Entwicklung von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS), die winzige Spiegel verwenden, um Lichtsignale zu übertragen. MEMs waren ein Vorteil gegenüber elektrooptischen Schalter, da die Umwandlung zu und von elektrischen Signalen nicht erforderlich war. Die Lichtübertragungen wurden direkt zwischen verschiedenen Fasern in einem MEMS -Gerät übertragen, sodass die Getriebegeschwindigkeiten bis zu einem Punkt äquivalent den Faseroptikgrenzen ermöglichen.
MEMS -GeräteÜbertragen Sie Signale, indem Sie die Lichtsignale von einem eingehenden Faserkabel auf eine andere Faser mit winzigen beweglichen Spiegeln reflektieren. Ein Computercontroller bestimmt, wohin die Anruf- oder Datenkommunikation stattfindet und welche ausgehende Faser erforderlich sind, um die Verbindung zu vervollständigen. Jede ankommende optische Faser hat einen Spiegel neben dem Ende der Faser, der von einem kleinen elektrischen Motor gesteuert wird. Wenn das Lichtsignal die Faser verlässt, reflektiert es vom Spiegel und in das Ende der ausgehenden Faser, die der Computer ermittelt. Diese Schalter funktionieren sehr schnell und ermöglichen eine große Menge an Daten, die über Glasfasernetzwerke gesendet werden können.
Probleme mit MEMS -Designs traten auf, als Glasfaser -Optikunternehmen ihre Übertragungssysteme weiter erweiterten. Als Faseroptikkabel größer wurden, um mehr Daten aufzunehmen, verursachten MEMS Signalverluste, da die Spiegel Lichtsignale auf viele weitere Verbindungen übertragen hatten. Die Signalqualität begann sich zu verschlechtern, wenn die Entfernungen zwischen den Fasern warenkam länger. Eine Verbesserung bestand darin, dreidimensionale (3D) MEMS-Geräte zu erstellen, bei denen eine Reihe von Schalter aufeinander gestapelt wurde, sodass jeder Schalter weniger Signale mit kurzen Schaltentfernungen verarbeiten konnte.
Eine andere Art von optischer Schalter mit keinen beweglichen Teilen ist ein digitaler Schalter, wobei Siliziumkristalle das Licht steuern. In diesen Schalter wird ein fester Siliziumkristall zwischen Paaren von optischen Fasern gelegt. Der Brechungsindex oder die Menge, die das Licht beim Durchlaufen des Kristalls verbogen wird, ändert sich, wenn die Wärme angewendet wird. Kleine Heizungen werden in Positionen entlang des Kristalls platziert und werden aktiviert, wenn Lichtsignale eintreten. Wenn sich der Brechungsindex ändert, kann das Lichtsignal an verschiedene Ausgangsfasern gerichtet werden, ohne Spiegel oder andere bewegliche Teile erforderlich zu machen. Die Signalqualität kann auch gegenüber MEMS -Geräten verbessert werden, da Spiegel bei digitalen Schaltern nicht zu sehen sind.