Оптические кросс-коммутаторы

В сетях с ячеистой топологией необходимо обеспечить гибкие возможности для изменения маршрута следования волновых соединений между абонентами сети. Такие возможности предоставляют оптические кросс-коннекторы, позволяющие направить любую из волн входного сигнала каждого порта в любой из выходных портов (конечно, при условии, что ни один другой сигнал этого порта не использует эту волну, иначе необходимо выполнить перестроение длины волны ). Существуют оптические кросс-коммутаторы двух типов: с промежуточным преобразованием в электрическую форму и полностью оптические. Исторически первыми появились более традиционные оптоэлектронные кросс-коммутаторы, по которым и закрепилось название оптических кросс-коммутаторов. Поэтому производители полностью оптических устройств этого типа стремятся использовать для них названия, отличаются - фотонные (Photonic Switches), или маршрутизаторы волн (Wave Routers, или Lambda Routers). В оптических кросс-коммутаторов является принципиальное ограничение - они хорошо справляются со своими задачами при работе на скоростях до 2,5 Гбит / с, но, начиная со скорости 10 Гбит / с и выше, габариты таких устройств и потребления энергии становятся недопустимыми. Фотонные коммутаторы свободные от такого ограничения. В фотонных коммутаторах используются различные оптические механизмы, в том числе дифракционные фазовые решетки и микроэлектронные механические системы (Micro - Electro Mechanical Systems, MEMS). Система MEMS является набором подвижных зеркал очень маленького размера, диаметром менее миллиметра (рис. 8.15).

Рисунок 8.15 - Микроэлектронная механическая система кросс-коммутации

Коммутатор МЕМS применяется после демультиплексора, когда выходной сигнал уже разделен на составляющие волны. За счет поворота микрозеркала на заданный угол выходной луч определенной волны направляется в соответствующее исходное волокно. По сравнению с оптоэлектронными кросс-коммутаторами, фотонные коммутаторы занимают объем в 30 раз меньше и потребляют примерно в 100 раз меньше энергии. Однако этот тип устройств имеет и недостатки, в первую очередь - это низкое быстродействие и высокая чувствительность к вибрации. Однако, системы МЕМS находят широкое применение в новых моделях фотонных коммутаторов. Сегодня подобные устройства могут обеспечивать коммутацию 256 * 256 спектральных каналов, и планируется выпуск устройств, позволяющих коммутировать 1024 * 1024 каналы и более.

Коммутаторы на фотонных кристаллах. Одной из основных проблем оптических активно-волноводных коммутаторов является изменение направления распространения оптического луча на перпендикулярное (под углом 900). Для этого в них использованы интегральные аналоги оптических угловых призм. Для решения этой же задачи с успехом могут быть использованы фотонные кристаллы.

Фотонные кристаллы (ФК) - периодические диэлектрические структуры, имеющие запрещенную зону, которая препятствует распространению света определенного частотного диапазона. Создавая точечные или линейные дефекты (или физически резонансные полости (РП), или внутренние каналы) в таком кристалле, можно осуществить «туннельная» проводку оптической несущей через запрещенную зону (использовав туннельный эффект) и коммутацию несущей с одного внутреннего канала в другой