Что такое оптический переключатель?

Оптический коммутатор - это устройство, которое передает световые сигналы между различными каналами в сетях связи. Оптические оптоволоконные сети были разработаны в 20-м веке для передачи больших объемов данных, чем это было возможно в более ранних системах с медным проводом. Расширение использования интернета и расширение возможностей сотовой связи и телевидения требует больших объемов данных для управления сетями связи.

Когда волоконно-оптическая сеть передает световой сигнал с одного телефона или компьютера на другой, может потребоваться переместить сигнал между различными оптоволоконными трактами. Для этого требуется коммутатор, который может передавать сигнал с минимальной потерей голоса или качества данных. Когда волоконная оптика была впервые разработана, это было достигнуто с помощью электрооптического переключателя, который изменил световой сигнал на электрический сигнал, выполнил функцию переключения и преобразовал сигнал обратно в легкую форму. Эта система была приемлема для ранних волоконно-оптических систем, но возникали проблемы с увеличением скорости передачи.

Электрические выключатели имеют некоторые ограничения по скорости переключения по сравнению со скоростью света, используемой в оптоволоконных передачах. По мере роста требований к данным электрическая часть электрооптического переключателя создавала ограничения на объем передаваемых данных. Необходимы более совершенные технологии оптических переключателей, особенно для устранения электрического преобразования при переключении световых сигналов.

Большое улучшение произошло с развитием микроэлектромеханических систем (MEMS), которые используют крошечные зеркала для передачи световых сигналов. МЭМС были преимуществом перед электрооптическими переключателями, потому что преобразование в электрические сигналы и из них не требовалось. Светопередачи передавались непосредственно между разными волокнами в MEMS-устройстве, обеспечивая скорость передачи, эквивалентную пределам оптоволокна, вплоть до одной точки.

Устройства MEMS передают сигналы, отражая световые сигналы от входящего оптоволоконного кабеля к другому оптоволокну с крошечными подвижными зеркалами. Контроллер компьютера определяет, где происходит вызов или передача данных и какое исходящее волокно необходимо для завершения соединения. Каждое входящее оптическое волокно имеет зеркало рядом с концом волокна, которое управляется небольшим электрическим двигателем. Когда световой сигнал выходит из волокна, он отражается от зеркала и попадает в конец исходящего волокна, который, по мнению компьютера, необходим. Эти коммутаторы работают очень быстро, что позволяет передавать большой объем данных по оптоволоконным сетям.

Проблемы с конструкциями MEMS возникли, когда оптоволоконные компании продолжили расширять свои системы передачи. Поскольку волоконно-оптические кабели стали больше для размещения большего количества данных, МЭМС начали вызывать потери сигнала, потому что зеркала передавали световые сигналы во многие другие соединения. Качество сигнала стало ухудшаться по мере увеличения расстояния между волокнами. Одним из улучшений было создание трехмерных (3D) MEMS-устройств, в которых серии коммутаторов были уложены друг на друга, что позволяло каждому коммутатору обрабатывать меньше сигналов, используя короткие расстояния переключения.

Другой тип оптического переключателя, который не имеет движущихся частей, - это цифровой переключатель, использующий кристаллы кремния для управления светом. В этих переключателях твердый кристалл кремния помещается между парами оптических волокон. Показатель преломления, или количество, с которым свет изгибается при прохождении через кристалл, изменится, если подать тепло. Небольшие нагреватели размещены в положениях вдоль кристалла и активируются при поступлении световых сигналов. При изменении показателя преломления световой сигнал может быть направлен на разные выходные волокна без необходимости использования зеркал или других движущихся частей. Качество сигнала также может быть улучшено по сравнению с устройствами MEMS, поскольку зеркала вызывают небольшие потери, которые не видны при использовании цифровых коммутаторов.