O que é um interruptor óptico?

Um comutador óptico é um dispositivo que transfere sinais de luz entre diferentes canais nas redes de comunicação. As redes de fibra óptica foram desenvolvidas no século 20 para transportar maiores quantidades de dados do que era possível com os sistemas de fios de cobre anteriores. O aumento do uso da Internet e a expansão das ofertas de telefonia celular e televisão exigiam que grandes quantidades de dados fossem gerenciadas pelas redes de comunicação.

Quando uma rede de fibra óptica transporta um sinal de luz de um telefone ou computador para outro, pode ser necessário mover o sinal entre diferentes caminhos de fibra. Para isso, é necessário um switch que possa transferir o sinal com uma perda mínima de qualidade de voz ou dados. Quando a fibra óptica foi desenvolvida pela primeira vez, isso foi realizado com um interruptor eletro-óptico que alterava o sinal de luz para um sinal elétrico, executava a função de comutação e convertia o sinal novamente em uma forma de luz. Esse sistema era aceitável para os primeiros sistemas de fibra ótica, mas os problemas surgiam à medida que as velocidades de transmissão aumentavam.

Os interruptores elétricos têm algumas limitações na velocidade de comutação em comparação com a velocidade da luz usada nas transmissões por fibra. À medida que os requisitos de dados aumentavam, a parte elétrica do comutador eletro-óptico criava limites para a quantidade de dados que podiam ser transmitidos. Foram necessárias tecnologias mais avançadas de comutador óptico, principalmente para remover a conversão elétrica ao trocar os sinais de luz.

Uma grande melhoria ocorreu com o desenvolvimento de sistemas microeletromecânicos (MEMS), que usam pequenos espelhos para transferir sinais de luz. Os MEMS eram uma vantagem em relação aos comutadores eletro-ópticos porque a conversão para e a partir de sinais elétricos não era necessária. As transmissões de luz foram transferidas diretamente entre diferentes fibras em um dispositivo MEMS, permitindo velocidades de transmissão equivalentes aos limites de fibra ótica até um ponto.

Os dispositivos MEMS transferem sinais refletindo os sinais de luz de um cabo de fibra recebido para uma fibra diferente com pequenos espelhos móveis. Um controlador de computador determina para onde está indo a comunicação de chamada ou dados e qual fibra de saída é necessária para concluir a conexão. Cada fibra óptica de entrada possui um espelho próximo ao final da fibra, controlado por um pequeno motor elétrico. Quando o sinal de luz sai da fibra, ele reflete no espelho e no final da fibra de saída que o computador determina que é necessário. Esses comutadores operam muito rapidamente, permitindo que uma grande quantidade de dados seja enviada por redes de fibra.

Os problemas com os designs de MEMS ocorreram quando as empresas de fibra óptica continuaram a expandir seus sistemas de transmissão. À medida que os cabos de fibra óptica se tornaram maiores para acomodar mais dados, os MEMS começaram a causar perdas de sinal porque os espelhos estavam transferindo sinais de luz para muito mais conexões. A qualidade do sinal começou a diminuir à medida que as distâncias entre as fibras se tornavam mais longas. Uma melhoria foi a criação de dispositivos MEMS tridimensionais (3D), onde uma série de comutadores foi empilhada entre si, permitindo que cada comutador manipulasse menos sinais usando distâncias curtas de comutação.

Outro tipo de interruptor óptico que não possui partes móveis é um interruptor digital, usando cristais de silício para controlar a luz. Nessas opções, um cristal de silício sólido é colocado entre pares de fibras ópticas. O índice de refração, ou a quantidade em que a luz é dobrada à medida que passa pelo cristal, mudará se o calor for aplicado. Pequenos aquecedores são colocados em posições ao longo do cristal e são ativados quando os sinais de luz entram. À medida que o índice de refração muda, o sinal de luz pode ser direcionado para diferentes fibras de saída, sem a necessidade de espelhos ou outras partes móveis. A qualidade do sinal também pode ser melhorada em relação aos dispositivos MEMS, porque os espelhos causam pequenas perdas não vistas nos comutadores digitais.

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