Nei sistemi di comunicazione in fibra ottica, Optical Switch (OS) viene utilizzato principalmente per realizzare la commutazione fisica di segnali ottici o altre operazioni logiche nei percorsi ottici, ed è spesso utilizzato come dispositivo chiave per la commutazione dei percorsi ottici nella tecnologia di cross-connect ottico.
Gli interruttori ottici hanno una o più finestre di trasmissione opzionali e possono essere suddivisi in configurazioni di porte 2 × 2, 1 × N e M × N. Gli interruttori ottici sono ampiamente utilizzati nei sistemi di comunicazione in fibra ottica e le loro tecnologie di realizzazione sono varie. L'interruttore ottico meccanico e l'interruttore ottico MEMS sono due tipi di interruttori ottici ampiamente utilizzati attualmente.
Interruttore ottico meccanico
Gli interruttori ottici meccanici funzionano spostando fisicamente le fibre ottiche mediante dispositivi meccanici per reindirizzare i segnali ottici. Per mezzo di un prisma mobile o di un accoppiatore direzionale, la luce di ingresso viene diretta alla porta di uscita desiderata. Esistono tre tipi principali di interruttori ottici meccanici: commutazione prisma, commutazione specchio e commutazione fibra ottica mobile.
Commutatore ottico MEMS
L'interruttore ottico MEMS si basa sul sistema microelettromeccanico. Adotta un micro specchio ottico o un array di microscopi ottici per cambiare la direzione di propagazione del raggio luminoso per realizzare l'interruttore del percorso ottico. Il principio dell'interruttore ottico MEMS è molto semplice. Durante lo scambio ottico, la luce di ingresso può essere commutata su diverse estremità di uscita dell'interruttore ottico spostando o modificando l'angolo del micro specchio MEMS guidato da potenza elettrostatica o magnetica, in modo da realizzare l'interruttore e l'accensione / spegnimento del percorso ottico . Il suo diagramma schematico è mostrato nella figura seguente:
Il principio dello switch ottico 2 × 2 porte basato sulla tecnologia MEMS è mostrato in figura. Quattro guide d'onda ottiche sono impostate in quattro direzioni e un micro specchio MEMS verticale è impostato a un angolo di 45 °. Quando il micro specchio non è coinvolto nel percorso ottico, i raggi dalla guida d'onda 1 e 2 sono accoppiati rispettivamente alla guida d'onda 3 e 4, e gli stati di connessione della porta sono 1 → 3 e 2 → 4, che sono lo stato lineare. Quando il micro specchio viene inserito nel percorso ottico, i raggi di luce dalla guida d'onda 1 e 2 vengono riflessi dal micro specchio e accoppiati alle porte 4 e 3, rispettivamente. Gli stati di connessione delle porte sono 1 → 4 e 2 → 3, che sono stati incrociati.
Principio di funzionamento dell'interruttore ottico MEMS a 2 × 2 porte, figura a sinistra: stato diritto, figura a destra: stato incrociato
Interruttore ottico meccanico& Confronto di vantaggi e svantaggi dell'interruttore ottico MEMS
Confronto di vantaggi e svantaggi | Vantaggi | Svantaggi |
Interruttore ottico meccanico | Bassa perdita di inserzione; Il grado di isolamento è alto; È indipendente dalla lunghezza d'onda e dalla polarizzazione; Il processo di produzione e la tecnologia sono maturi | Il tempo di commutazione è lungo; Un grande volume non è favorevole alla realizzazione di una grande matrice di interruttori ottici |
Commutatore ottico MEMS | Piccolo volume, alta integrazione; Alta scalabilità; Bassa perdita di polarizzazione; Velocità di commutazione rapida | L'alto costo; Il processo di produzione e i requisiti tecnici sono elevati |
Con il rapido sviluppo della comunicazione ottica, il ruolo dell'interconnessione ottica e dello scambio ottico come nodi di rete ottica è sempre più importante e l'applicazione degli interruttori ottici è sempre più ampia. L'interruttore ottico MEMS presenta i vantaggi di una velocità di commutazione rapida e compatta e di una facile espansione e presenta i vantaggi di una bassa perdita di inserzione e di un campo incrociato basso; bassa sensibilità di polarizzazione, alto rapporto di estinzione e interruttore in guida d'onda con alta velocità di commutazione, volume ridotto e facile integrazione su larga scala. Sarà la tendenza principale nello sviluppo di switch per reti ottiche commutate di grande capacità.
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