Che cos'è un interruttore ottico?
Un interruttore ottico è un dispositivo che trasferisce segnali luminosi tra canali diversi nelle reti di comunicazione. Le reti in fibra ottica sono state sviluppate nel 20 ° secolo per trasportare una maggiore quantità di dati rispetto a quanto fosse possibile con i precedenti sistemi di filo di rame. L'aumento dell'uso di Internet e l'espansione delle offerte di telefonia cellulare e televisione hanno richiesto una maggiore quantità di dati per essere gestiti dalle reti di comunicazione.
Quando una rete in fibra ottica trasporta un segnale luminoso da un telefono o un computer a un altro, potrebbe essere necessario spostare il segnale tra diversi percorsi in fibra. A tale scopo, è necessario un interruttore in grado di trasferire il segnale con una perdita minima di voce o qualità dei dati. Quando furono sviluppate per la prima volta le fibre ottiche, ciò fu realizzato con un interruttore elettro-ottico che cambiò il segnale luminoso in un segnale elettrico, eseguì la funzione di interruttore e convertì il segnale in una forma leggera. Questo sistema era accettabile per i primi sistemi in fibra ottica, ma i problemi si sono sviluppati con l'aumentare della velocità di trasmissione.
Gli interruttori elettrici hanno alcune limitazioni sulla velocità di commutazione rispetto alla velocità della luce utilizzata nelle trasmissioni in fibra. Con l'aumentare dei requisiti relativi ai dati, la parte elettrica dell'interruttore elettro-ottico ha creato limiti per la quantità di dati che potevano essere trasmessi. Erano necessarie tecnologie di commutazione ottica più avanzate, in particolare per rimuovere la conversione elettrica durante la commutazione dei segnali luminosi.
Un grande miglioramento è arrivato con lo sviluppo di sistemi microelettromeccanici (MEMS), che utilizzano minuscoli specchi per trasferire segnali luminosi. I MEMS rappresentavano un vantaggio rispetto agli interruttori elettro-ottici perché non era necessaria la conversione da e verso i segnali elettrici. Le trasmissioni di luce sono state trasferite direttamente tra fibre diverse in un dispositivo MEMS, consentendo velocità di trasmissione equivalenti ai limiti delle fibre ottiche fino a un certo punto.
I dispositivi MEMS trasferiscono i segnali riflettendo i segnali luminosi da un cavo in fibra in entrata a una fibra diversa con piccoli specchi mobili. Un controller del computer determina dove sta andando la chiamata o la comunicazione dei dati e quale fibra in uscita è necessaria per completare la connessione. Ogni fibra ottica in entrata ha uno specchio vicino all'estremità della fibra che è controllata da un piccolo motore elettrico. Quando il segnale luminoso esce dalla fibra, si riflette dallo specchio e nella fine della fibra in uscita che il computer determina è necessaria. Questi switch funzionano molto rapidamente, consentendo una grande quantità di dati da inviare attraverso reti in fibra.
Problemi con i progetti MEMS si sono verificati quando le aziende di fibre ottiche hanno continuato ad espandere i loro sistemi di trasmissione. Man mano che i cavi in fibra ottica diventavano più grandi per accogliere più dati, MEMS iniziò a causare perdite di segnale perché gli specchi trasferivano i segnali luminosi a molte più connessioni. La qualità del segnale ha iniziato a deteriorarsi man mano che le distanze tra le fibre si allungavano. Un miglioramento è stato quello di creare dispositivi MEMS tridimensionali (3D), in cui una serie di interruttori erano impilati l'uno sull'altro, consentendo a ciascun interruttore di gestire meno segnali utilizzando brevi distanze di commutazione.
Un altro tipo di interruttore ottico che non ha parti in movimento è un interruttore digitale, che utilizza cristalli di silicio per controllare la luce. In questi interruttori, un solido cristallo di silicio è posto tra coppie di fibre ottiche. L'indice di rifrazione, o la quantità di luce che viene piegata mentre passa attraverso il cristallo, cambierà se viene applicato il calore. Piccoli riscaldatori sono posizionati lungo il cristallo e si attivano quando entrano i segnali luminosi. Quando l'indice di rifrazione cambia, il segnale luminoso può essere indirizzato a diverse fibre di uscita, senza la necessità di specchi o altre parti mobili. La qualità del segnale può anche essere migliorata rispetto ai dispositivi MEMS, poiché gli specchi causano piccole perdite non visibili con gli interruttori digitali.