Волоконно-оптические переключатели

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изменение архитектуры волоконно-оптических сетей, оперативная маршрутизация в сетях доступа и локальных системах ВОСП невозможны без быстрой и эффективной коммутации оптических информационных потоков. Эта коммутация осуществляется с помощью волоконно-оптических переключателей.

Волоконно-оптические переключатели предназначены для перераспределения оптической мощности между волоконными световодами под действием электрических сигналов или механического воздействия. К переключателям для световодных измерительных систем предъявляются следующие требования: низкий уровень оптических потерь и перекрестных помех, слабая зависимость этих параметров от паразитных воздействий, низкий уровень потребляемой мощности, а также надежность и технологичность.

Все волоконно-оптические переключатели можно разделить на две группы: механические, в которых перераспределение оптической энергии происходит в результате движения волоконных световодов, зеркал, призм, жидкостей и других элементов; оптические, в которых изменение направления оптического луча происходит в результате изменения оптических параметров неподвижной среды распространения излучения.

Оптические переключатели осуществляют механическую, то есть без оптоэлектронного преобразования, коммутацию одного или нескольких оптических сигналов, переходящих из одних волокон в другие. При этом управление процессом переключения может быть ручное, например при помощи тумблера, или электрическое, при помощи электрического потенциала. Последний тип переключателей более распространен.

Основная область применения -- в составе оборудования для тестирования и мониторинга ВОЛС, а также в составе системы, обеспечивающей повышенную надежность (как, например, оптический обходной переключатель в технологии FDDI). Реализации отличаются функциональными возможностями: количеством входных и выходных волокон-полюсов и типом волокон (многомодовое или одномодовое), возможностью неблокирующей коммутации сигналов, а также техническими характеристиками, из которых наиболее важные: вносимые потери, обратное отражение, время срабатывания, влияние параметров окружающей среды, наработка на отказ. Разные инженерные технологии используются при коммутации, например, поворотные бипризмы, поворотные зеркала или подвижные волокна. Оптические переключатели являются изотропными устройствами -- вносимые потери не зависят от направления распространения сигнала.

Различают несколько типов оптических переключателей:

-- Переключатель 1xN -- имеет один входной полюс, сигнал из которого перенаправляется в один из N выходных, рис. 3.19 а;

-- Дуплексный переключатель 2xN -- имеет два входных полюса, сигналы из которых могут перенаправляться в выходные полюсы с шагом 2, рис. 3.19 б;

-- Блокирующий переключатель 2xN -- имеет два входных полюса, но только один сигнал из двух входных можно передать в выходной полюс -- оставшийся сигнал не выходит наружу, рис. 3.19 в;

-- Неблокирующий переключатель 2xN -- имеет два входных полюса, сигналы из которых могут перенаправляться в выходные полюсы с шагом 1, рис. 3.19 г.

оптический сигнал переключатель канал

Рис. 3.19. Типы оптических переключателей

Таблица 3.9. Характеристики оптических переключателей

В качестве примера оптического переключателя на Рис. 1 схематически изображен волноводный переключатель на основе кристалла LiNbO3 [5]. Активный элемент включает в себя два канальных волновода, которые в области связи расположены друг от друга на расстоянии нескольких длин волн оптического сигнала, а также управляющие этой связью электроды.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Активный элемент волноводного электрооптического переключателя на основе кристалла LiNb(ниобий)O3, где 1 - монокристаллический LiNbO3, 2 - электроды, 3 и 4 - волноводные каналы.

Волноводы переключателя выполняются симметричными, они должны быть максимально близки по своим свойствам. При отсутствии напряжения на электродах оба волновода имеют одну и ту же постоянную распространения и световая волна, введенная в один волновод, переходит в другой. Если к электродам прикладывается напряжение, то в результате эффекта Поккельса происходит изменение показателя преломления LiNbO3, меняется постоянная распространения волноводов, что вызывает понижение коэффициента связи и свет выходит из противоположного конца подводящего волновода.

Требуемая для такого переключения величина управляющего напряжения, в общем случае, зависит от электрооптического коэффициента LiNbO3 с образованными в нем волноводами, электродов, создающих электрическое поле поперечно направлению распространения света, и длины связи волноводов в зоне воздействия электрического поля.

Для создания волноводов на поверхность кристалла LiNbO3 фотолитографическим методом наносится соответствующий рисунок из тонкой пленки титана. Высокая температура Кюри LiNbO3 (1100 - 1180 C) делает его удобным для формирования в нем оптических волноводов с малыми потерями путем осуществления диффузии металлов [6]. Титан при нагревании (~1000 С) диффундирует в кристалл LiNbO3 на глубину нескольких микрон. В результате, за счет увеличившихся по сравнению с LiNbO3 показателей преломления ne и no образуются два волноводных канала в виде направленного ответвителя конфигурации 2 х 2, в котором могут распространяться ТЕ и ТМ волноводные моды. В области связи волноводов, используя методы фотолитографии, напыления и химического осаждения, образуют электроды толщиной от нескольких микрон до 15 мкм. Материал электродов может влиять на величину управляющего напряжения, необходимого для работы переключателя. Обычно используются электроды из аквадага, серебросодержащей пасты, напыленного в вакууме серебра или золота. Торцы кристалла LiNbO3 полируются для соединения волноводов с оптическими волокнами. Геометрические размеры подобного элемента, изготовленного из заготовки размерами примерно (1 х 7,8 х 20) мм, составляют (1 х 2,5 х 20) мм3.

Микро-электро-механические-устройства (Micro-electro-mechanical System Device (MEMS)) используется матрица микрозеркал, которые поворачиваясь направляют луч на определенный порт. В зависимости от массива зеркал различают 2D и 3D MEMS

Опто-механические переключатели представляют собой подвижный отрезок оптического волокна, перемещаемый с помощью механического ползунка. Скорость переключения 10-25 мс, потери 0,5дБ

Магнито оптические переключатели магнитоактивный элемент осуществляет поляризационную модуляцию света при воздействии управляющего магнитного поля. В качестве согласующего элемента используют градиентные микролинзы. Скорость переключения 10нс, затухание 2,5дБ

Пузырьковые переключатели используют принцип блокирования светового потока образуя воздушный пузырь в точке коммутации.

Скорость переключения менее 10мс, вносимые потери менее 5дБ.

Возможности оптического переключателя

Автоматическое переключение рабочей линии:

При пропадании сигнала или деградации его до уровня ниже заданного порога будет произведено автоматическое переключение на запасной канал

Менее чем за 50 мс, что не вызовет прерывание трафика

Мониторинг параметров линии в реальном времени:

OLP постоянно контролирует основное и резервное волокно и сообщит о повреждении или существенном ухудшении одного из каналов. Это позволит избежать или уменьшить вероятность пропадания обоих каналов одновременно.

Удаленное ручное переключение между двумя каналами

Вы можете выбрать какой из каналов будет использоваться и направить трафик нужному каналу принудительно, даже при отсутствии обрыва кабеля. Время переключения также составит <50 мс. Переключить канал можно локально или удаленно.

Итак, для чего же нужны оптические переключатели. Все мы регулярно сталкиваемся с ситуациями, когда по тем или иным причинам происходит обрыв оптического канала. Если у нас происходит передача только Ethernet, то задача успешно решается использованием LACP или маршрутизацией. Но если у нас передается не только Ethernet либо большое количество каналов 10Г или 100Г, а тем более если часть каналов сдается другому оператору, то приходится искать другие пути решения.

Размещено на Allbest.ru