Hva er en optisk bryter?
En optisk bryter er en enhet som overfører lyssignaler mellom forskjellige kanaler i kommunikasjonsnettverk. Optiske fibernett ble utviklet på 1900-tallet for å bære større datamengder enn det som var mulig med tidligere kobbertrådsystemer. Økende bruk av Internett og utvidelse av tilbud om mobiltelefoner og TV-apparater krevde at større mengder data ble styrt av kommunikasjonsnettverk.
Når et fiberoptisk nettverk fører et lyssignal fra en telefon eller datamaskin til en annen, kan det være nødvendig å flytte signalet mellom forskjellige fiberbaner. For å oppnå dette, er det nødvendig med en bryter som kan overføre signalet med et minimum tap av tale- eller datakvalitet. Da fiberoptikk først ble utviklet, ble dette oppnådd med en elektrooptisk bryter som endret lyssignalet til et elektrisk signal, utførte bryterfunksjonen og konverterte signalet tilbake til en lysform. Dette systemet var akseptabelt for tidlige fiberoptiske systemer, men problemer utviklet seg når overføringshastigheten økte.
Elektriske brytere har noen begrensninger på koblingshastighet sammenlignet med lysets hastighet som brukes i fiberoverføringer. Etter hvert som datakravene vokste, skapte den elektriske delen av den elektrooptiske bryteren grenser for hvor mye data som kunne overføres. Mer avanserte teknologi for optisk bryter var nødvendig, spesielt for å fjerne den elektriske konverteringen når du bytter lyssignaler.
En stor forbedring kom med utviklingen av mikroelektromekaniske systemer (MEMS), som bruker bittesmå speil for å overføre lyssignaler. MEMS var en fordel i forhold til elektrooptiske brytere fordi konvertering til og fra elektriske signaler ikke var nødvendig. Lysoverføringene ble overført direkte mellom forskjellige fibre i en MEMS-enhet, slik at overføringshastigheter som tilsvarer fiberoptikkgrensen opp til et punkt.
MEMS-enheter overfører signaler ved å reflektere lyssignalene fra en innkommende fiberkabel til en annen fiber med små bevegelige speil. En datamaskinkontroller bestemmer hvor samtalen eller datakommunikasjonen skal og hvilken utgående fiber som er nødvendig for å fullføre tilkoblingen. Hver innkommende optiske fiber har et speil ved enden av fiberen som styres av en liten elektrisk motor. Når lyssignalet kommer ut av fiberen, reflekterer det speilet og inn i enden av den utgående fiberen som datamaskinen bestemmer at det er behov for. Disse bryterne fungerer veldig raskt, slik at en stor mengde data kan sendes over fibernett.
Problemer med MEMS-design oppstod da fiberoptiske selskaper fortsatte å utvide transmisjonssystemene sine. Etter hvert som fiberoptiske kabler ble større for å få plass til mer data, begynte MEMS å forårsake signaltap fordi speilene overførte lyssignaler til mange flere tilkoblinger. Signalkvaliteten begynte å forringes etter hvert som avstandene mellom fibrene ble lengre. En forbedring var å lage tredimensjonale (3D) MEMS-enheter, der en serie brytere ble stablet på hverandre, slik at hver bryter kunne håndtere mindre signaler ved bruk av korte bryteravstander.
En annen type optisk bryter som ikke har bevegelige deler, er en digital bryter, som bruker silisiumkrystaller for å kontrollere lyset. I disse bryterne plasseres en solid silisiumkrystall mellom par optiske fibre. Brytningsindeksen, eller mengden som lyset bøyes når det passerer gjennom krystallen, vil endre seg hvis det tilføres varme. Små varmeovner plasseres i posisjoner langs krystallen, og aktiveres når lyssignaler kommer inn. Når brytningsindeksen endres, kan lyssignalet ledes til forskjellige utgangsfibre, uten behov for speil eller andre bevegelige deler. Signalkvaliteten kan også forbedres i forhold til MEMS-enheter, fordi speil forårsaker små tap man ikke ser med digitale brytere.