Što je optički prekidač?

Optički prekidač je uređaj koji prenosi svjetlosne signale između različitih kanala u komunikacijskim mrežama. Mreže optičkih vlakana razvijene su u 20. stoljeću za prijenos veće količine podataka nego što je to bilo moguće s ranijim sustavima bakrenih žica. Povećanje korištenja interneta i širenje ponude mobilnih telefona i televizije zahtijevalo je veće količine podataka kojima će upravljati komunikacijske mreže.

Kada optička mreža prenosi svjetlosni signal s jednog telefona ili računala na drugi, možda će biti potrebno premjestiti signal između različitih staza vlakana. Da bi se to postiglo, potreban je prekidač koji može prenijeti signal uz minimalan gubitak kvalitete glasa ili podataka. Kada je prvi put razvijena optička vlakna, to je postignuto s elektro-optičkim prekidačem koji je promijenio svjetlosni signal u električni signal, izvršio funkciju prekidača i pretvorio signal natrag u svjetlosni oblik. Ovaj je sustav bio prihvatljiv za rane svjetlovodne sustave, ali problemi su se pojavili kako su se brzine prijenosa povećavale.

Električni prekidači imaju određena ograničenja na brzinu prebacivanja u usporedbi sa brzinom svjetlosti koja se koristi u prijenosu vlakana. Kako su zahtjevi za podacima rasli, električni dio elektrooptičkog prekidača stvorio je ograničenja za količinu podataka koja se može prenijeti. Potrebne su bile naprednije tehnologije optičkih prekidača, posebno za uklanjanje električne pretvorbe pri prebacivanju svjetlosnih signala.

Veliki napredak došao je razvojem mikroelektromehaničkih sustava (MEMS), koji koriste sićušna zrcala za prijenos svjetlosnih signala. MEMS su bili u prednosti u odnosu na elektro-optičke sklopke jer nije bila potrebna pretvorba u električne signale i iz njih. Prijenos svjetlosti bio je prenošen izravno između različitih vlakana u MEMS uređaju, dopuštajući brzine prijenosa jednake ograničenjima optičkih vlakana do određene točke.

MEMS uređaji prenose signale reflektirajući svjetlosne signale s dolaznog vlaknastog kabela na drugo vlakno s malim pomičnim zrcalima. Računalni kontroler određuje kamo ide poziv ili podatkovna komunikacija i koje odlazno vlakno je potrebno za dovršetak veze. Svako dolazno optičko vlakno ima zrcalo pored kraja vlakna kojim upravlja mali električni motor. Kada svjetlosni signal izađe iz vlakna, odbija se od zrcala i ulazi u kraj izlaznog vlakna za koji računalo utvrdi da je potrebno. Ovi prekidači rade vrlo brzo, omogućujući slanje velike količine podataka preko optičkih mreža.

Problemi s MEMS dizajnom pojavili su se kada su tvrtke koje se bave optičkim vlaknima nastavile širiti svoje prijenosne sustave. Kako su optički kabeli postajali sve veći kako bi mogli primiti više podataka, MEMS je počeo uzrokovati gubitke signala jer su zrcala prenosila svjetlosne signale na mnogo više veza. Kvaliteta signala počela se pogoršavati kako su udaljenosti između vlakana postajale sve veće. Jedno od poboljšanja bilo je stvaranje trodimenzionalnih (3D) MEMS uređaja, gdje je niz prekidača bio naslagan jedan na drugi, dopuštajući svakom prekidaču da obrađuje manje signala koristeći kratke udaljenosti prebacivanja.

Drugi tip optičkog prekidača koji nema pokretne dijelove je digitalni prekidač, koji koristi silikonske kristale za kontrolu svjetlosti. U tim prekidačima, čvrsti silicijski kristal postavljen je između parova optičkih vlakana. Indeks loma ili količina savijanja svjetlosti dok prolazi kroz kristal, promijenit će se ako se primijeni toplina. Mali grijači se postavljaju na položaje duž kristala, a aktiviraju se kada uđu svjetlosni signali. Kako se indeks loma mijenja, svjetlosni signal se može usmjeriti na različita izlazna vlakna, bez potrebe za zrcalima ili drugim pokretnim dijelovima. Kvaliteta signala također se može poboljšati preko MEMS uređaja, jer ogledala uzrokuju male gubitke koji se ne vide kod digitalnih prekidača.