Co to jest przełącznik optyczny?
Przełącznik optyczny to urządzenie, które przesyła sygnały świetlne między różnymi kanałami w sieciach komunikacyjnych. Sieci światłowodowe zostały opracowane w XX wieku do przenoszenia większych ilości danych niż było to możliwe w przypadku wcześniejszych systemów drutów miedzianych. Coraz częstsze korzystanie z Internetu i poszerzanie oferty telefonii komórkowej i telewizji wymagało zarządzania większymi ilościami danych przez sieci komunikacyjne.
Gdy sieć światłowodowa przenosi sygnał świetlny z jednego telefonu lub komputera do drugiego, może być konieczne przeniesienie sygnału między różnymi ścieżkami światłowodu. Aby to osiągnąć, wymagany jest przełącznik, który może przesyłać sygnał przy minimalnej utracie jakości głosu lub danych. Kiedy po raz pierwszy opracowano światłowody, dokonano tego za pomocą przełącznika elektrooptycznego, który zmienił sygnał świetlny na sygnał elektryczny, wykonał funkcję przełącznika i przekształcił sygnał z powrotem w formę świetlną. System ten był akceptowalny dla wczesnych systemów światłowodowych, ale problemy rozwinęły się wraz ze wzrostem prędkości transmisji.
Przełączniki elektryczne mają pewne ograniczenia szybkości przełączania w porównaniu z prędkością światła stosowanego w transmisjach światłowodowych. W miarę wzrostu wymagań dotyczących danych część elektryczna przełącznika elektrooptycznego ustanowiła ograniczenia dotyczące ilości danych, które można przesyłać. Potrzebne były bardziej zaawansowane technologie przełączników optycznych, zwłaszcza w celu usunięcia konwersji elektrycznej podczas przełączania sygnałów świetlnych.
Znaczną poprawę przyniosło opracowanie systemów mikroelektromechanicznych (MEMS), które wykorzystują małe lustra do przesyłania sygnałów świetlnych. MEMS miały przewagę nad przełącznikami elektrooptycznymi, ponieważ konwersja na sygnały elektryczne i z nich nie była potrzebna. Transmisje światła były przenoszone bezpośrednio między różnymi włóknami w urządzeniu MEMS, umożliwiając prędkości transmisji równoważne ograniczeniom światłowodu do jednego punktu.
Urządzenia MEMS przesyłają sygnały poprzez odbijanie sygnałów świetlnych od przychodzącego kabla światłowodowego na inne włókno za pomocą małych ruchomych luster. Sterownik komputerowy określa, dokąd zmierza połączenie lub transmisja danych i które włókno wychodzące jest potrzebne do wykonania połączenia. Każde przychodzące włókno światłowodowe ma lustro obok końca włókna, które jest sterowane przez mały silnik elektryczny. Kiedy sygnał świetlny opuszcza światłowód, odbija się od lustra i na końcu światłowodu wychodzącego, które według komputera jest potrzebne. Przełączniki te działają bardzo szybko, umożliwiając przesyłanie dużej ilości danych przez sieci światłowodowe.
Problemy z projektami MEMS pojawiły się, gdy firmy światłowodowe kontynuowały rozbudowę swoich systemów transmisyjnych. Gdy kable światłowodowe stały się większe, aby pomieścić więcej danych, MEMS zaczął powodować straty sygnału, ponieważ zwierciadła przesyłały sygnały świetlne do wielu innych połączeń. Jakość sygnału zaczęła się pogarszać wraz ze wzrostem odległości między włóknami. Jednym z ulepszeń było stworzenie trójwymiarowych (3D) urządzeń MEMS, w których szereg przełączników ustawiono na sobie, umożliwiając każdemu przełącznikowi obsługę mniejszej liczby sygnałów przy krótkich odległościach przełączania.
Innym rodzajem przełącznika optycznego, który nie ma ruchomych części, jest przełącznik cyfrowy, wykorzystujący kryształy krzemu do kontrolowania światła. W tych przełącznikach między parami światłowodów umieszczony jest stały kryształ krzemu. Współczynnik załamania światła lub ilość światła, które jest gięte podczas przechodzenia przez kryształ, zmieni się, jeśli zostanie przyłożone ciepło. Małe grzejniki są umieszczane w pozycjach wzdłuż kryształu i są aktywowane, gdy pojawiają się sygnały świetlne. Gdy zmienia się współczynnik załamania światła, sygnał świetlny może być kierowany na różne włókna wyjściowe, bez potrzeby stosowania luster lub innych ruchomych części. Jakość sygnału można również poprawić w porównaniu z urządzeniami MEMS, ponieważ zwierciadła powodują niewielkie straty niewidoczne w przypadku przełączników cyfrowych.