O que é um interruptor óptico?

Um interruptor óptico é um dispositivo que transfere sinais de luz entre diferentes canais nas redes de comunicação. Redes de fibras ópticas foram desenvolvidas no século XX para transportar quantidades mais altas de dados do que os possíveis com sistemas anteriores de fios de cobre. O aumento do uso da Internet e a expansão das ofertas celulares de telefone e televisão exigiu maiores quantidades de dados para serem gerenciadas por redes de comunicações.

Quando uma rede de fibra óptica carrega um sinal de luz de um telefone ou computador para outro, pode ser necessário mover o sinal entre diferentes caminhos de fibra. Para conseguir isso, é necessário um comutador que possa transferir o sinal com uma perda mínima de voz ou qualidade dos dados. Quando a fibra óptica foi desenvolvida pela primeira vez, isso foi realizado com um interruptor eletro-óptico que alterou o sinal de luz para um sinal elétrico, executou a função do comutador e converteu o sinal de volta a uma forma de luz. Este sistema era aceitável para os sistemas de fibra óptica precoce, masProblemas desenvolvidos 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 de fibras. À medida que os requisitos de dados aumentavam, a parte elétrica do interruptor eletro-óptico criou limites para a quantidade de dados transmitidos. Tecnologias de chave óptica mais avançadas foram necessárias, principalmente para remover a conversão elétrica ao alternar os sinais de luz.

Uma grande melhoria veio com o desenvolvimento de sistemas microeletromecânicos (MEMS), que usam pequenos espelhos para transferir sinais de luz. Os MEMs eram uma vantagem sobre os interruptores eletro-ópticos porque a conversão de e para 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 óptica até certo ponto.

Dispositivos

MEMSTransferir sinais refletindo os sinais de luz de um cabo de fibra de entrada 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 recebida possui um espelho ao lado do final da fibra que é controlado por um pequeno motor elétrico. Quando o sinal de luz sai da fibra, ele reflete o espelho e no final da fibra de saída que o computador determina é necessário. Esses comutadores operam muito rapidamente, permitindo que uma grande quantidade de dados seja enviada nas redes de fibra.

Problemas com projetos 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, o MEMS começou a causar perdas de sinal porque os espelhos estavam transferindo sinais de luz para muitas outras conexões. A qualidade do sinal começou a se degradar à medida que as distâncias entre as fibras sãoveio mais. Uma melhoria foi criar dispositivos MEMS tridimensionais (3D), onde uma série de interruptores foi empilhada um sobre o outro, permitindo que cada interruptor lide com menos sinais usando distâncias de comutação curtas.

Outro tipo de chave óptica que não possui peças móveis é um interruptor digital, usando cristais de silício para controlar a luz. Nesses interruptores, um cristal de silício sólido é colocado entre pares de fibras ópticas. O índice de refração, ou quantidade de que a luz é dobrada à medida que passa pelo cristal, mudará se o calor for aplicado. Aquecedores pequenos 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 aprimorada em relação aos dispositivos MEMS, porque os espelhos causam pequenas perdas não vistas com interruptores digitais.