光スイッチとは

光スイッチは、通信ネットワークの異なるチャネル間で光信号を転送するデバイスです。 20世紀には、以前の銅線システムで可能であったよりも大量のデータを伝送するために、光ファイバーネットワークが開発されました。 インターネットの使用の増加と携帯電話とテレビの提供の拡大により、通信ネットワークで管理するためにより多くのデータが必要になりました。

光ファイバネットワークが1つの電話またはコンピュータから別の電話またはコンピュータへ光信号を伝送する場合、異なる光ファイバパス間で信号を移動する必要があります。 これを実現するには、音声またはデータの品質を最小限に抑えて信号を転送できるスイッチが必要です。 光ファイバーが最初に開発されたとき、これは、光信号を電気信号に変更し、スイッチ機能を実行し、信号を光の形に戻す電気光学スイッチで達成されました。 このシステムは初期の光ファイバシステムには受け入れられましたが、伝送速度が増加するにつれて問題が発生しました。

電気スイッチは、ファイバー伝送で使用される光の速度と比較して、スイッチング速度にいくつかの制限があります。 データ要件が増大するにつれて、電気光学スイッチの電気部分が送信できるデータ量に制限を設けました。 特に光信号を切り替える際の電気変換を除去するために、より高度な光スイッチ技術が必要でした。

大きな改善は、光信号を転送するために小さなミラーを使用する微小電気機械システム（MEMS）の開発によってもたらされました。 電気信号への変換や電気信号からの変換が不要なため、MEMSは電気光学スイッチよりも有利でした。 光伝送は、MEMSデバイス内の異なるファイバ間で直接転送され、ある点までのファイバ光学制限に相当する伝送速度を可能にしました。

MEMSデバイスは、入力ファイバケーブルからの光信号を小さな可動ミラーを備えた別のファイバに反射することにより、信号を転送します。 コンピューターコントローラーは、通話またはデータ通信の行き先と、接続を完了するために必要な発信ファイバーを決定します。 入ってくる各光ファイバーには、ファイバーの端の隣に小さな電気モーターで制御されるミラーがあります。 光信号がファイバーを出ると、ミラーで反射され、コンピューターが必要であると判断した出力ファイバーの端に戻ります。 これらのスイッチは非常に高速で動作するため、大量のデータをファイバーネットワーク経由で送信できます。

光ファイバ企業が伝送システムを拡大し続けたときに、MEMS設計の問題が発生しました。 より多くのデータを収容するために光ファイバーケーブルが大きくなると、ミラーがより多くの接続に光信号を転送しているため、MEMSは信号損失を引き起こし始めました。 ファイバ間の距離が長くなるにつれて、信号品質が低下し始めました。 1つの改善点は、一連のスイッチが相互に積み重ねられ、各スイッチが短いスイッチング距離を使用してより少ない信号を処理できるようにする3次元（3D）MEMSデバイスを作成することでした。

可動部のない別のタイプの光スイッチは、光を制御するためにシリコン結晶を使用するデジタルスイッチです。 これらのスイッチでは、光ファイバーのペアの間に固体シリコン結晶が配置されます。 熱が加えられると、屈折率、または光が結晶を通過するときに曲げられる量が変化します。 小さなヒーターは水晶に沿った位置に配置され、光信号が入ると作動します。 屈折率が変化すると、ミラーや他の可動部品を必要とせずに、光信号を異なる出力ファイバに向けることができます。 ミラーはデジタルスイッチでは見られない小さな損失を引き起こすため、信号品質はMEMSデバイスよりも改善できます。