Vad är en optisk switch?
En optisk switch är en enhet som överför ljussignaler mellan olika kanaler i kommunikationsnät. Optiska fibernät utvecklades under 1900-talet för att bära större mängder data än vad som var möjligt med tidigare koppartrådssystem. Ökad användning av Internet och utvidgning av mobiltelefon- och TV-erbjudanden krävde större mängder data för att hanteras av kommunikationsnät.
När ett fiberoptiskt nätverk bär en ljussignal från en telefon eller dator till en annan, kan det vara nödvändigt att flytta signalen mellan olika fiberbanor. För att åstadkomma detta krävs en omkopplare som kan överföra signalen med en minimal förlust av röst- eller datakvalitet. När fiberoptik först utvecklades utfördes detta med en elektrooptisk switch som ändrade ljussignalen till en elektrisk signal, utförde switchfunktionen och konverterade signalen tillbaka till en ljusform. Detta system var acceptabelt för tidiga fiberoptiska system, men problemen utvecklades när överföringshastigheterna ökade.
Elektriska omkopplare har vissa begränsningar för kopplingshastighet jämfört med ljusets hastighet som används vid fiberöverföringar. När datakraven växte skapade den elektriska delen av den elektrooptiska omkopplaren gränser för hur mycket data som kunde överföras. Mer avancerade optiska switchteknologier behövdes, särskilt för att ta bort den elektriska omvandlingen vid byte av ljussignaler.
En stor förbättring kom med utvecklingen av mikroelektromekaniska system (MEMS), som använder små speglar för att överföra ljussignaler. MEMS var en fördel jämfört med elektrooptiska switchar eftersom konvertering till och från elektriska signaler inte behövdes. Ljusöverföringarna överfördes direkt mellan olika fibrer i en MEMS-enhet, vilket möjliggjorde överföringshastigheter motsvarande fiberoptiken gränser upp till en punkt.
MEMS-enheter överför signaler genom att reflektera ljussignalerna från en inkommande fiberkabel till en annan fiber med små rörliga speglar. En datorstyrning bestämmer vart samtalet eller datakommunikationen ska gå och vilken utgående fiber som behövs för att slutföra anslutningen. Varje inkommande optisk fiber har en spegel bredvid änden av fibern som styrs av en liten elektrisk motor. När ljussignalen lämnar fibern reflekteras den från spegeln och i slutet av den utgående fibern som datorn bestämmer att det behövs. Dessa switchar fungerar mycket snabbt, vilket gör att en stor mängd data kan skickas över fibernät.
Problem med MEMS-konstruktioner uppstod när fiberoptikföretag fortsatte att expandera sina överföringssystem. När fiberoptikkablar blev större för att rymma mer data, började MEMS orsaka signalförluster eftersom speglarna överförde ljussignaler till många fler anslutningar. Signalkvaliteten började försämras när avståndet mellan fibrerna blev längre. En förbättring var att skapa tredimensionella (3D) MEMS-enheter, där en serie omkopplare staplades på varandra, vilket tillät varje omkopplare att hantera mindre signaler med korta omkopplingsavstånd.
En annan typ av optisk switch som inte har några rörliga delar är en digital switch som använder kiselkristaller för att kontrollera ljuset. I dessa omkopplare placeras en fast kiselkristall mellan par optiska fibrer. Brytningsindexet, eller mängden som ljuset böjs när det passerar genom kristallen, kommer att förändras om värme appliceras. Små värmare placeras i lägen längs kristallen och aktiveras när ljussignaler kommer in. När brytningsindexet ändras kan ljussignalen riktas till olika utgångsfibrer utan behov av speglar eller andra rörliga delar. Signalkvaliteten kan också förbättras jämfört med MEMS-enheter, eftersom speglar orsakar små förluster som inte ses med digitala omkopplare.