Оптический переключатель - Optical switch

An оптический переключатель это устройство, которое выборочно переключает оптические сигналы с одного канала на другой. Коммутация может быть временной или пространственной. Первый из них известен как оптический (во временной области) переключатель или оптический модулятор, а второй - как оптический пространственный переключатель или оптический маршрутизатор. Как правило, оптические модуляторы и маршрутизаторы могут быть изготовлены друг из друга.

Терминология

Слово применяется на нескольких уровнях. В коммерческих терминах (например, «размер рынка телекоммуникационных оптических коммутаторов») это относится к любой части коммутация цепи оборудование между волокнами. В большинстве установленных систем этой категории фактически используется электронное переключение между оптоволоконными кабелями. транспондеры. Системы, которые выполняют эту функцию путем направления световых лучей, часто называют «фотонными» переключателями, независимо от того, как переключается сам свет. Вдали от телекоммуникаций оптический переключатель - это устройство, которое фактически переключает свет между волокнами, а фотонный переключатель - это тот, который делает это за счет использования нелинейных свойств материалов, таких как материалы на основе полупроводников, для управления светом (т. Е. Для переключения длины волны, интенсивности , или направления) ^[1]. Следовательно, определенная часть рынка оптических переключателей состоит из фотонных переключателей. Внутри них будет оптический переключатель, который в некоторых случаях будет фотонным переключателем.

Операция

Оптический переключатель может работать с помощью механических средств, таких как физическое смещение оптического волокна для управления одним или несколькими альтернативными волокнами, или с помощью электрооптические эффекты, магнитооптические эффекты, или другими способами. Медленные оптические переключатели, например, использующие движущиеся волокна, могут использоваться для альтернативных маршрутизация оптического переключателя коробка передач путь, например, обход вина. Быстрые оптические переключатели, например, использующие электрооптические или магнитооптические эффекты, могут использоваться для выполнения логические операции; также включены в эту категорию полупроводник оптические усилители, которые оптоэлектронный устройства, которые можно использовать в качестве оптических переключателей и интегрировать с дискретными или интегральными микроэлектронными схемами.

Функциональность

Функциональность любого переключателя можно описать с точки зрения устанавливаемых им соединений.^[2] Как указано в Telcordia GR-1073, соединение - это связь между двумя портами на коммутаторе и указывается как пара идентификаторов портов (я, j ), куда я и j это два порта, между которыми устанавливается соединение. Соединение определяет путь передачи между двумя портами. Оптический сигнал может подаваться на любой из подключенных портов, однако характер сигнала, поступающего на другой порт, зависит от оптического переключателя и состояния соединения. Подключение может быть в на государство иливыключенный государственный. Говорят, что соединение находится в на состояние, если оптический сигнал, подаваемый на один порт, выходит на другой порт с практически нулевыми потерями оптической энергии. Говорят, что соединение находится в выключенный состояние, если на другом порте появляется практически нулевая оптическая энергия.

Соединения, устанавливаемые в оптических коммутаторах, могут быть однонаправленными или двунаправленными. Однонаправленное соединение позволяет передавать оптический сигнал только в одном направлении между подключенными портами. Двунаправленное соединение позволяет передавать оптический сигнал в обоих направлениях через соединение. Соединения в пассивных и прозрачных оптических переключателях являются двунаправленными, т.е. если соединение (я, j ) настроен, возможна оптическая передача от я к j и из j к я.

Устройство является оптически «прозрачным», если оптический сигнал, подаваемый на входе, остается оптическим на всем пути его передачи в устройстве и появляется как оптический сигнал на выходе. Оптически прозрачные устройства работают в диапазоне длин волн, который называется полосой пропускания.

Пассивный оптический переключатель не имеет элементов оптического усиления. Активный оптический переключатель имеет элементы оптического усиления. Полностью оптический переключатель - это прозрачный оптический переключатель, в котором управляющий сигнал также является оптическим. Таким образом, в полностью оптическом переключателе оптический сигнал используется для переключения пути, по которому другой оптический сигнал проходит через переключатель.

Спектакль

Определены и указаны различные параметры для количественной оценки характеристик оптических переключателей. Рабочие характеристики в установившемся режиме оптического переключателя (или оптической коммутационной матрицы) измеряются его способностью эффективно передавать оптическую мощность от входного порта к любому из N выходных портов по пути передачи в состоянии «включено» и его способностью эффективно изолировать входные источники питания от всех неактивных портов по трактам передачи в состоянии «выключено». Другие ключевые параметры оптических характеристик включают эффективность передачи в диапазоне длин волн, способность минимизировать входную оптическую мощность, отраженную обратно во входное волокно, баланс передачи и двунаправленную передачу. Переходное поведение оптического переключателя (или коммутационной матрицы) - еще одна важная характеристика, которая определяется скоростью реакции на управляющую стимуляцию через временной интервал, необходимый для передачи или блокировки оптического сигнала на любом заданном выходном порте.

С переключателями могут быть связаны две скорости: скорость переключения и скорость передачи сигнала. Скорость переключения - это скорость, с которой переключатель меняет состояние. Скорость передачи сигнала - это скорость модуляции информации, проходящей через коммутатор. Скорость передачи сигнала обычно намного превышает скорость переключения. (Если скорость переключения приближается к скорости передачи или превышает ее, тогда переключатель можно назвать оптическим модулятором.)

Способность коммутатора поддерживать стабильное состояние и характеристики переходного режима в стрессовых условиях окружающей среды и в течение долгого времени также является важной характеристикой.

Приложения

Технология оптической коммутации обусловлена необходимостью обеспечения гибкости подключения к оптической сети. Основными приложениями являются оптическая защита, испытательные системы, удаленно перенастраиваемые мультиплексоры ввода-вывода и зондирование. Возможные будущие приложения включают удаленную оптическую инициализацию и восстановление.

Текущие коммутационные приложения включают в себя пассивное защитное переключение для восстановления обслуживания после сбоя, такого как обрыв волокна. Одно из распространенных приложений для коммутаторов - это системы дистанционного тестирования волокна (RFTS), которые могут отслеживать и определять местонахождение неисправности на линии передачи волокна.^[3] Одним из новых применений оптических переключателей является оптическое кросс-соединение. В оптических кросс-соединениях используются оптические коммутационные сети для установления взаимосвязи между несколькими оптическими входами и выходами.

Патенты

Поиск в 2011 году по запросу «оптический переключатель» [1] выдано около 8000 патентов, условно разделенных на следующие категории:

МЭМС подходы, включающие массивы микрозеркал, которые могут отклонять оптический сигнал на соответствующий приемник (например, США 6396976 );
Пьезоэлектрический Управление лучом с использованием пьезокерамики, обеспечивающее улучшенные характеристики оптического переключения
Струйный методы, включающие пересечение двух волноводы так что свет отклоняется от одного к другому, когда создается струйный пузырь (например, США 6212308 );
Жидкие кристаллы (например., США 4948229 ), которые вращаются поляризованный свет либо 0 градусов, либо 90 градусов в зависимости от применяемого электрическое поле;
Термические методы (например, США 5037169 ), которые изменяют показатель преломления в одной ноге интерферометр переключать сигнал;
Нелинейные методы (например, США 5319492 ), которые изменяют дифракция узор в среде за счет использования нелинейных свойств материала для отклонения света к желаемому приемнику;
Акустооптические методы, которые изменяют показатель преломления в результате деформации, вызванной акустическим полем для отклонения света (например, США 6922498 );
Усилители и аттенюаторы в выходных волокнах, которые регулируют сигнал до цифрового диапазона мощности «0» (когда волокно не переключено) или до нормального диапазона мощности, когда он есть (например, США 7027211 ).
Магнитооптический методы (например, США 6577430 ) с использованием таких явлений, как Вращение Фарадея чтобы влиять на поляризацию света и в конечном итоге определять путь света.