Čo je to optický prepínač?

- Apr 11, 2019-

Optický prepínač je zariadenie, ktoré prenáša svetelné signály medzi rôznymi kanálmi v komunikačných sieťach. Siete optických vlákien boli vyvinuté v 20. storočí na prenášanie väčšieho množstva dát, než bolo možné u skorších systémov medených drôtov. Zvýšené využívanie internetu a rozširovanie ponuky mobilných telefónov a televíznych programov si vyžadovalo väčšie množstvo údajov, ktoré sa majú spravovať prostredníctvom komunikačných sietí.

Keď optická sieť prenáša svetelný signál z jedného telefónu alebo počítača do druhého, môže byť potrebné presunúť signál medzi rôznymi vláknovými cestami. Na dosiahnutie tohto cieľa je potrebný prepínač, ktorý môže prenášať signál s minimálnou stratou kvality hlasu alebo dát. Keď sa najprv vyvinuli optické vlákna, toto sa uskutočnilo pomocou elektrooptického prepínača, ktorý zmenil svetelný signál na elektrický signál, vykonal funkciu prepínača a konvertoval signál späť na svetelnú formu. Tento systém bol prijateľný pre systémy s včasným optickým vláknom, ale problémy sa vyvíjali s rastúcou prenosovou rýchlosťou.

Elektrické spínače majú určité obmedzenia týkajúce sa spínacích rýchlostí v porovnaní s rýchlosťou svetla používaného pri optických prenosoch. Ako rástli požiadavky na údaje, elektrická časť elektrooptického prepínača vytvorila limity pre to, koľko údajov by sa mohlo prenášať. Vyžadovali sa pokročilejšie technológie optického prepínača, najmä na odstránenie elektrickej konverzie pri prepínaní svetelných signálov.

Veľké zlepšenie priniesol vývoj mikroelektromechanických systémov (MEMS), ktoré používajú malé zrkadlá na prenos svetelných signálov. MEMS bola výhodou oproti elektro-optickým prepínačom, pretože konverzia na elektrické signály a z nich nebola potrebná. Prenos svetla sa prenášal priamo medzi rôzne vlákna v zariadení MEMS, čo umožňuje prenosové rýchlosti ekvivalentné limitom optických vlákien až do určitého bodu.

Zariadenia MEMS prenášajú signály odrazom svetelných signálov z prichádzajúceho optického kábla do iného vlákna s malými pohyblivými zrkadlami. Počítačový kontrolér určuje, kde prebieha hovorová alebo dátová komunikácia a ktoré odchádzajúce vlákno je potrebné na dokončenie spojenia. Každé prichádzajúce optické vlákno má zrkadlo vedľa konca vlákna, ktoré je riadené malým elektrickým motorom. Keď svetelný signál opustí vlákno, odrazí sa od zrkadla a do konca odchádzajúceho vlákna, ktoré počítač určí. Tieto prepínače pracujú veľmi rýchlo, čo umožňuje posielanie veľkého množstva dát cez optické siete.

Problémy s návrhmi MEMS nastali, keď spoločnosti optických vlákien pokračovali v rozširovaní svojich prenosových systémov. Vzhľadom k tomu, že káble z optických vlákien sa stali väčšími, aby vyhovovali viacerým údajom, MEMS začali spôsobiť straty signálu, pretože zrkadlá prenášali svetelné signály na oveľa viac spojení. Kvalita signálu sa začala zhoršovať, pretože vzdialenosti medzi vláknami sa predĺžili. Jedným zlepšením bolo vytvorenie trojrozmerných (3D) MEMS zariadení, kde boli na sebe naskladané série prepínačov, ktoré umožňovali, aby každý prepínač zvládal menej signálov pomocou krátkych spínacích vzdialeností.

Ďalším typom optického prepínača, ktorý nemá žiadne pohyblivé časti, je digitálny prepínač, ktorý využíva kremíkové kryštály na ovládanie svetla. V týchto spínačoch je medzi páry optických vlákien umiestnený pevný kremíkový kryštál. Index lomu, alebo množstvo, ktoré svetlo prechádza cez kryštál, sa zmení, ak sa použije teplo. Malé ohrievače sú umiestnené v polohách pozdĺž kryštálu a aktivujú sa, keď vstupujú svetelné signály. Ako sa mení index lomu, svetelný signál môže byť nasmerovaný na rôzne výstupné vlákna bez potreby zrkadiel alebo iných pohyblivých častí. Kvalita signálu sa môže zlepšiť aj prostredníctvom zariadení MEMS, pretože zrkadlá spôsobujú malé straty, ktoré sa pri digitálnych spínačoch nevyskytujú.