TECHNIKI TRANSMISJI I KOMUTACJI
Download
1 / 50

TECHNIKI TRANSMISJI I KOMUTACJI - PowerPoint PPT Presentation


  • 219 Views
  • Uploaded on

TECHNIKI TRANSMISJI I KOMUTACJI. TECHNIKI KOMUTACJI. CZ. 6. Komutacja optyczna. KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA. Komutacja optyczna oznacza technikę, w której sygnałami przesyłanymi w polu komutacyjnym są fale świetlne.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about ' TECHNIKI TRANSMISJI I KOMUTACJI' - brielle-hendrix


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

TECHNIKI TRANSMISJI I KOMUTACJI

TECHNIKI KOMUTACJI

CZ. 6

Komutacja optyczna


KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA

Komutacja optyczna oznacza technikę, w której sygnałami przesyłanymi w polu komutacyjnym są fale świetlne

W procesie komutacji optycznej następuje komutacja (przełączenie) fali świetlnej z wejścia na określone wyjście pola komutacyjnego

  • Cechy komutacji optycznej:

  • czas zmiany stanu elementu optycznego - czas przełączania,

  • (teoretyczna granica czasu przełączania elementów optycznych różni się tylko nieznacznie od granicy czasu przełączania elementów elektronicznych)

  • szerokość pasma przesyłanego przez element komutacyjny

  • (powyżej 100 Gbit/s)


  • Początkiem techniki światłowodowej było opracowanie teorii dielektrycznego falowodu – światłowodu w 1910 r. przez Hondrosa i Debye.

  • Dalszy, dynamiczny rozwój techniki światłowodowej nastąpił po opracowaniu lasera półprzewodnikowego (1960).

  • Pierwszy światłowód kwarcowy miał tłumienie 20 dB/km.

  • Kolejny etap to opracowanie:

  • diody elektroluminescencyjnej (1972)na zakres λ = 850 μm

  • laserów półprzewodnikowych (1980) na pasmo 1,3 μm (1978) i 1,5 μm

  • światłowodowych wzmacniaczy optycznych (1989).

3

3


Pierwszy komutator optyczny zademonstrowano w 1975 r.

Był to sprzęgacz kierunkowy wzorowany na podobnych sprzęgaczach kierunkowych stosowanych w technice mikrofalowej.

Po wielu latach prac komutacja optyczna znalazła zastosowanie w praktyce.

Znaczącym argumentem były rosnące wymagania i próby osiągnięcia przepływności rzędu terabitów na sekundę.

Głównym celem było i jest osiągnięcie sieci całkowicie optycznej w najniższej warstwie transportowej

4


KOMUTACJA I MULTIPLEKSACJA SYGNAŁÓW OPTYCZNYCH

Wzrost zapotrzebowania na przepływność w sieciach telekomunikacyjnych można rozwiązać:

  • 1. Budowa nowych kabli światłowodowych:

    • w przypadkach tworzenia nowej infrastruktury

    • duże koszty, konieczność uzyskania zezwoleń

  • 2. Zwiększenie przepływności istniejących systemów transmisyjnych z podziałem czasowym TDM

    • istniejące włókna i systemy teletransmisyjne nie zapewnią pełnego wykorzystania możliwości systemów o przepływności 10 Gbit/s (STM64)

  • 3. Modyfikacja multipleksacji z podziałem falowym WDM - zastosowanie multiplekscji z gęstym podziałem falowym DWDM (Dense Wavelenght Division Multipexing)

    • transmisja jednym włóknem wielu fal o różnych długościach; powstają kanały falowe, którymi można niezależnie przesyłać informacje

5


KOMUTACJA I MULTIPLEKSACJA SYGNAŁÓW OPTYCZNYCH

  • Technikę WDM (DWDM) uznaje się za najlepszą metodę zwiększania przepływności systemów transmisyjnych

  • zaleta: przezroczystość - niewrażliwość na format i przepływność transmitowanych sygnałów

  • wada: wąskie pasmo wzmacniaczy EDFA (liczba kanałów przenoszonych przez wzmacniacz jest mniejsza od liczby kanałów wynikających z szerokości okna transmisyjnego

  • Upowszechnianie techniki WDM (DWDM) prowadzi do:

  • unikania konwersji sygnałów optycznych na elektryczne i odwrotnie w sieci

  • potrzeby zarządzania przepływnością na poziomie optycznym

6



  • Podział komutacji optycznej w zależności od postaci komutowanego sygnału:

  • Komutatory optoelektroniczne – sygnałem wejściowym jest sygnał optyczny, natomiast wyjściowym sygnał elektryczny (lub optyczny).

    Do zamiany postaci sygnału wykorzystuje się:

  • fotodiody – gdy sygnał wejściowy jest optyczny,

  • diodylaserowe – dla optycznego sygnału wyjściowego.

O/E

Komutacja

elektroniczna

E/O

8


Optyczne elementy komutacyjne

  • Komutatory optyczne – nie wymagają zamiany postaci sygnału.

  • Sygnał optyczny z wejścia jest kierowany do żądanego wyjścia:

  • przez zastosowanie materiałów, które pod wpływem zewnętrznego sterowania zmieniają swoje właściwości i w odpowiednio załamują bądź odbijają sygnał optyczny

  • na zasadzie zmiany długości fali,


  • Komutatory optyczne możemy też podzielić ze względu na sposób przesyłania promieni świetlnych w komutatorze:

  • kierowana wiązka światła w materiale – światło prowadzone jest w prowadnicy (falowód – kanał do prowadzenia w przestrzeni fali elektromagnetycznej wzdłuż określonej drogi)

  • w wolnej przestrzeni – światło między wejściem a wyjściem jest prowadzone zgodnie prawami dotyczącymi rozchodzenia się światła w wolnej przestrzeni.

10


KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA sposób przesyłania promieni świetlnych w komutatorze:

Komutatory falowodowe - wykorzystują tzw. efekt elektrooptyczny polegający na zmianie współczynnika załamania światła pod wpływem pola elektrycznego

Sprzęgacz kierunkowy (1975)- dwa blisko siebie położone falowody; mała odległość między falowodami umożliwia wzajemne przenikanie fali z jednego falowodu do drugiego; przyłożone pole elektryczne decyduje, w którym z dwóch stanów znajduje się element

11


KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA sposób przesyłania promieni świetlnych w komutatorze:

Stany sprzęgacza kierunkowego

Równoległy (prosty) – sygnał podawany na wejścia jest przenoszony na wyjścia o tych samych numerach, tzn. wejście WE1 łączone jest z wyjściem WY1 i wejście WE2 wyjściem WY2

WE1

WY2

WE2

WY3

Stan równoległy

Stan krzyżowy

WE1

WY1

WE2

WY2

Krzyżowy – sygnał jest przenoszony w sposób krzyżowy (jak wynika z nazwy), tzn. z wejścia WE1 kierowany jest do wyjścia WY2, a sygnał z wejścia WE2 kierowany jest wyjścia WY1. Jest to stan początkowy gdy do elektrod nie zostanie przyłożone napięcie.

12


KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA sposób przesyłania promieni świetlnych w komutatorze:

Komutatory interferometryczne - zawierają dwa połączone ze sobą falowodowe rozgałęźniki typu Y

+

-

+

Wchodzące światło jest równomiernie rozszczepiane na dwie gałęzie przełącznika. Gdy do elektrod nie jest przyłożone napięcie to oba promienie docierają do punktu dołączenia światłowodu z ta sama fazą, łącza się i opuszczają światłowód.

Gdy doprowadzone zostaje odpowiednie napięcie to między dwoma rozszczepionymi promieniami pojawia się różnica faz i następuje silne tłumienie światła i przełącznik przechodzi w stan nie komutowania.

13


KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA sposób przesyłania promieni świetlnych w komutatorze:

Komutatory interferometryczny Macha-Zehndera - zawierają dwa połączone ze sobą falowodowe rozgałęźniki typu Y

+

-

+

Pasywny sprzęgacz kierunkowy

14


KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA sposób przesyłania promieni świetlnych w komutatorze:

Wiązkę światła wprowadzamy do górnego światłowodu

U = 0

+

-

+

Wprowadzona wiązka światła

Wyprowadzona wiązka światła

Połowa energii przenika

Połowa energii przenika

15


KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA sposób przesyłania promieni świetlnych w komutatorze:

Wiązkę światła wprowadzamy do górnego światłowodu i przyłożone jest napięcie

Wyprowadzona wiązka światła

U > 0

+

-

+

Wprowadzona wiązka światła

Połowa energii przenika

Połowa energii przenika

Przesunięcie fazy

16


Charakterystyka elementów i pól falowodowych sposób przesyłania promieni świetlnych w komutatorze:

Komutatory optyczne można łączyć ze sobą aby otrzymać pola komutacyjne większych pojemności

  • Charakterystyka pól falowodowych

  • straty

  • S = Pwe/Pwy

  • S [dB] = Pwe [dB] – Pwy [db]

  • Przyczyny: sprzęganiem zewnętrznych światłowodów z falowodami; stratami rozgałęźników; zagięcia falowodów, straty propagacyjne

  • przeniki (przeniki energii między sygnałami przechodzącymi przez ten sam sprzęgacz kierunkowy)

  • Współczynnik zanikania X = 10 log (Pwy/Pn)

  • Pn – moc sygnału zakłócającego spowodowanego przenikiem

17


  • Charakterystyka pól falowodowych sposób przesyłania promieni świetlnych w komutatorze:

  • liczba dołączonych światłowodów;

  • liczba elementów komutacyjnych;

  • liczba sterowników;

  • wymagania napięciowe;

  • złożoność elementów sterujących;

  • szybkość przełączania;

  • szerokość przenoszonego pasma;

  • stabilność parametrów,

  • niezawodność, łatwość testowania i utrzymania,

  • modularność i łatwość zwiększania pojemności;

  • łatwość produkcji wielkoseryjnej;

  • koszt całkowity;

  • własności ruchowe;

18


  • Charakterystyka pól falowodowych sposób przesyłania promieni świetlnych w komutatorze:

  • liczba dołączonych światłowodów;

  • liczba elementów komutacyjnych (podłoże z niobanu litu – 7,5 cm; 100 sprzęgaczy kierunkowych)

  • liczba sterowników;(tylko elementy aktywne wymagają sterowania)

  • wymagania napięciowe;

  • złożoność elementów sterujących;

  • własności ruchowe (blokowalne, nieblokowalne, przestrajalne)

  • szybkość przełączania;

  • szerokość przenoszonego pasma;

  • stabilność parametrów,

  • niezawodność, łatwość testowania i utrzymania,

  • modularność i łatwość zwiększania pojemności;

  • łatwość produkcji wielkoseryjnej;

  • koszt całkowity.

19


Optyczne pola komutacyjne z komutatorami falowodowymi sposób przesyłania promieni świetlnych w komutatorze:

Łącząc ze sobą komutatory falowodowe otrzymujemy falowodowe pola komutacyjne większych pojemności

Pole komutacyjne zbudowane z komutatorów falowodowych składa się z pojedynczych modułów komutacyjnych 2 x 2.

W przypadku pola komutacyjnego o wymiarach N × N musimy zastosowaćN2 komutatorów 2 x 2, którymi mogą być sprzęgacze kierunkowe.


W początkowej fazie wszystkie sprzęgacze wchodzące w skład pola znajdują się w stanie krzyżowym.

W celu zestawienia połączenia miedzy wybranym wejściem i wyjściem, należy zmienić na równoległy stan sprzęgacza znajdującego się na przecięciu linii łączących wybrane wejście z wyjściem. W zależności od wybranej pary wejście – wyjście w drodze połączeniowej może znajdować się różna liczba sprzęgaczy (od 1 do 2N – 1), powoduje to, że wielkość strat dla różnych połączeń nie jest jednakowa

21


X skład pola znajdują się w stanie krzyżowym

X

X

X

X

X

X

X

Które wejście komutuje z którym wyjściem?

X

X

22


Optyczne pola planarne skład pola znajdują się w stanie krzyżowym

Gdy liczba sekcji równa jest całkowitej liczbie wejść i wyjść to pole jest przestrajalne


Rozszerzone pole Benesa skład pola znajdują się w stanie krzyżowym

8 x 8

Żaden element komutacyjny nie komutuje dwóch dróg

24


Pola drzewiaste skład pola znajdują się w stanie krzyżowym

8 x 4

Wszystkie elementy aktywne w jednej sekcji wymagają wspólnego sterownika

Są nieblokowalne w wąski sensie

Możliwość realizacji połączeń rozsiewczych (z jednego wejścia do wszystkich wyjść)

25


Komutatory ze wzmacniaczami optycznymi skład pola znajdują się w stanie krzyżowym

Podstawowym elementem komutatorów ze wzmacniaczami optycznymi jest półprzewodnikowy wzmacniacz laserowy. Jako półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny wykorzystuje się diody laserowe, w których wzmocnienie jest sterowane prądem.

Dzięki temu możliwe jest bezpośrednie przełączanie światła. W przypadku braku prądu wpływające światło jest pochłaniane w warstwie aktywnej diody.

Optyczny sygnał wejściowy jest dzielony w trzydecybelowym rozgałęźniku aktywnym na dwa sygnały podstawowe na wejścia dwóch półprzewodnikowych wzmacniaczy laserowych.

W zależności od potrzeby jeden wzmacniacz wzmacnia otrzymany sygnał, drugi zaś działa jako tłumik wstrzymując dalsza transmisję sygnału.

Pasmo przenoszenia półprzewodnikowych wzmacniaczy laserowych wynosi 1 – 10 GHz, a pobór mocy jest wyjątkowo duży i mieści się w zakresie 30 – 150 mW dla wzmacniacza laserowego zaś dla punku komutacyjnego wynosi 60 – 300 mW

26


Pola optyczne z podziałem długości fali skład pola znajdują się w stanie krzyżowym

Do wielokońcówkowego sprzęgacza optycznego dołącza się światłowody wejściowe i wyjściowe.

Każdy nadajnik generuje sygnał o innej, ustalonej długości fali.

Każdy odbiornik ma możliwość dostrojenia się do każdej z tych długości fali

Sygnały wejściowe są przesyłane do sprzęgacza, skąd wszystkie długości fali docierają do wszystkich odbiorników.

Każdy z odbiorników dostraja się do tej długości fali, która odpowiada nadajnikowi, z którym chce mieć połączenie.

Odbiornik

Nadajnik

Sprzęgacz

Nadajnik

Odbiornik

27


Pola optyczne o strukturze matrycowej skład pola znajdują się w stanie krzyżowym

Zmultipleksowane sygnały wejściowe o różnych długościach fali są doprowadzane do przestrajalnych filtrów, w których są wybierane sygnały o żądanej długości fali.

Sygnały wychodzące z filtrów modulują światło o wcześniej przydzielonej długości fali. Powoduje to, że sygnały wejściowe o jednych długościach fali mogą zostać przekształcane na inne długości.Element realizuje funkcję konwertera długości fali.

28


Pole to zawiera skład pola znajdują się w stanie krzyżowymm2 komutatorów pełniącego rolę konwertera długości fali, z których każdy zbudowany jest z filtru przestrajalnego i modulatora.

Sygnały wejściowe po multipleksowaniu posiadają różne długości fali, które następnie są doprowadzane do przestrajalnych filtrów, gdzie wybierane są sygnały o żądanej długości fali. Niektóre z tych długości fali w wyniku tej operacji mogą zostać przekształcone w inne długości. Wadą prostego pola matrycowego w przypadku większych pojemności jest duża liczba elementów komutacyjnych , rozwiązaniem tego problemu jest stosowanie struktur wieloselekcyjnych

29


Ø skład pola znajdują się w stanie krzyżowymPola wieloskokowe (ang. multihop) – wykorzystują w swej strukturze elementy o stałych długościach fali.

Poniżej przedstawiony zostało pole wieloskokowe o ośmiu końcówkach, zawierające w swej budowie układy interfejsów sieciowych (IS) i wielokońcówkowy sprzęgacz optyczny.

Do sprzęgacza dołączone są interfejsy sieciowe IS za pomocą pary łączy wejściowych i pary łączy wyjściowych, a dodatkowa para służy do przyłączenia użytkowników do interfejsu IS. W pasywnych sprzęgaczach przesyłane są kanały o szesnastu różnych długościach fali, każdy IS posiada jednak tylko dwa nadajniki i dwa odbiorniki o stałych długościach fali. Wszystkie długości fali związane z jednym IS są różne, dlatego jeśli chcemy przesłać informację między dwoma IS to musimy znaleźć dla nich wspólną długość fali

30


Ośmiowęzłowe pole skokowe skład pola znajdują się w stanie krzyżowym

Każdy IS ma dwa nadajniki i dwa odbiorniki o stałych długościach fali

31


Ośmiowęzłowe pole skokowe skład pola znajdują się w stanie krzyżowym

IS 2 – IS 3

32


Komutacja optyczna w wolnej przestrzeni skład pola znajdują się w stanie krzyżowym

Komutator zawiera przestrzenny modulator światłą i zestaw soczewek.

Przestrzenny modulator światła jest zbiorem niezależnych dwustanowych modulatorów tworzących dwuwymiarową matrycę.Modulatory są sterowane sygnałami elektrycznymi.

Każdy światłowód wejściowy jest skojarzony za pomocą układu soczewek z jedną kolumną matrycy modulatorów. Światło wysyłane z tego światłowodu oświetla całą odpowiadająca mu kolumnę matrycy.

Każdy światłowód wyjściowy jest skojarzony z jednym wierszem matrycy modulatorów

33


Sterowanie modulatora odbywa się za pomocą elektrycznych sygnałów sterujących.

Światłowody na wejściu ułożone są pionowo i skojarzone za pomocą układu soczewek z jedną kolumną matrycy modulatorów.

Wyjściowy światłowód skojarzony jest zaś z jednym wierszem matrycy modulatorów.

Specjalny układ soczewek po stronie wyjściowej powoduje, że sygnał optyczny z danego rzędu elementów matrycy dociera do określonego światłowodu wyjściowego.

Światłowód wejściowy oświetla całą odpowiadającą mu kolumnę matrycy. Pobudzając dokładnie jeden modulator w każdym rzędzie matrycy, umożliwiamy skierowanie sygnału optycznego z określonego wejścia do ustalonego wyjścia. Każdy z rzędów matrycy funkcjonalnie odpowiada komutatorowi n × 1, gdzie n określa liczbę modulatorów optycznych w jednym rzędzie matrycy.

34


Pola z komutacją w wolnej przestrzeni sygnałów sterujących.

Przykładem najbardziej rozwiniętej techniki komutacji w wolnej przestrzeni jest technika mikroelektromechaniczna MEMS (Micro – Electro – Mechanical System), spotykana też jako MOEMS(Micro – Opto – Electro – Mechanical System), polegająca na przełączaniu promieni świetlnych za pomocą uchylnych zwierciadeł o bardzo małej średnicy.

Matryca składająca się z takich miniaturowych zwierciadeł osadzonych na elastycznych wiązadłach półprzewodnikowych (pełniących rolę sprężynek) sterowanych elektrostatycznie, pozwala na równoczesne przełączanie wielu kanałów, bez względu na ich przepływności bitowe.

35


Komutatory typu sygnałów sterujących. MEMS można podzielić na dwie grupy ze względu na sposób realizacji przełączania:

Dwuwymiarowy (2D) – występują dwa stany zwierciadeł: 1 – zwierciadło odbija sygnał i wprowadza go na odpowiednie wyjście; 0 – zwierciadło nie odbija sygnału. Można powiedzieć, że jest to stan przeźroczysty i nieprzeźroczysty. Gdy przełączamy N kanałów wejściowych i N kanałach wyjściowych potrzebne jest na N2 zwierciadeł.

36


37 sygnałów sterujących.


38 sygnałów sterujących.


· sygnałów sterujących. Trójwymiarowy (3D) – wymaga skomplikowanego systemu sterowania, który steruje kątami nachylenia poszczególnych zwierciadeł. W przypadku przełączania N kanałów wejściowych na N kanałów wyjściowych wymaga on użycia 2N zwierciadeł. Przykładowym zastosowaniem jest komutator o pojemności 1152 × 1152 z czasem przełączania krótszym od 50 ms.

39


Zasada działania komutatora typu WaveStar LambdaRouter  sygnałów sterujących.

Polega na odbijaniu wiązki promieni świetlnych za pomocą dwóch zespołów z ruchomymi miniaturowymi lustrami umieszczonymi w matrycy 16 × 16 (łącznie 256 promieni) lubw matrycy 32 × 32 (1024 promienie).

Sterowane lustra uchylne są elastyczne wytrawione na powierzchni półprzewodnika (około 1 cal2), a płaszczyzna ich jest sterowana polem elektrostatycznym. Dzięki temu wiązki promieni świetlnych mogą być dowolnie komutowane, bez ograniczenia przepływności przełączanych strumieni binarnych i czasochłonnej konwersji elektrycznej

40


Przykładowa konfiguracja sieci optycznej sygnałów sterujących.

1 1

22

OADM

OADM

Pierścień WDM

OXC

OXC

OADM

OADM

Przełącznica optyczna

Optyczna krotnica transferowa

44

33

41


KOMUTATORY TERMOOPTYCZNE sygnałów sterujących.

Komutatory pęcherzykowate (bubble)

Sygnał świetlny kierowany jest wzdłuż falowodu. W szczelinie (rowku) gdzie następuje skrzyżowanie falowodów znajduje się płyn charakteryzujący się takim samym współczynnikiem załamania jak w falowodzie, powoduje to, że sygnał świetlny nie jest załamywany i przechodzi na wprost do dalszej części falowodu.

Jeśli przy pomocy specjalnych dysz pęcherzykowatych zaczniemy podgrzewać półpłynną ciecz, uzyskamy lokalną zmianę mikrostruktury wywołującej efekt zwierciadła optycznego. Wytworzone zostają pęcherzyki pary (bąble) powodujące zmianę warunków propagacji fali, prowadząc do całkowitego wewnętrznego odbicia i kierując strumień świetlny do właściwego portu.

42


Do budowy przełączników pęcherzykowatych stosuje się bloki pęcherzykowe (bubble technology) umożliwiające komutowanie 32 promieni świetlnych.

Wewnątrz układu wypełnionego specjalnym płynem, znajduje się matryca mikroskopijnych kanałów optycznych prowadzących promienie świetlne. Łącząc ze sobą pojedyncze moduły pęcherzykowate możemy zbudować większe zespoły. W ten sposób uzyskujemy skalowane przełącznice o większej mocy przełączania

43


Wady komutatorów pęcherzykowatych bloki pęcherzykowe (bubble technology) umożliwiające komutowanie 32 promieni świetlnych.

·        Kaskadowe łączenie modułów jest ograniczeniem skalowania mocy dla przełącznika &8211, w wyniku czego zmniejsza się niezawodność przekazu.

·        Nadmierne nagrzewanie się całego zespołu przełączającego, posiadającego większe możliwości przełączania, wpływa niekorzystnie powodując niewłaściwą komutację strumieni optycznych.

Podstawowe parametry komutatora pęcherzykowatego 32  32 są następujące:

·        zakres długości fali 1270 – 1650 nm

·        tłumienie sygnału = 2,5 – 7,5 dB

·        przeniki między kanałami < -50 dB

·        czas przełączania < 10 ms

·        pobór mocy = 25 W

44


KOMUTATORY PÓŁPRZEWODNIKOWE bloki pęcherzykowe (bubble technology) umożliwiające komutowanie 32 promieni świetlnych.

Komutatory ze wstrzykiwaniem nośników większościowych

W technice tej realizuje się komutację sygnałów optycznych przez zmianę współczynnika załamania materiału wskutek wstrzykiwania nośników większościowych

45


Komutator bloki pęcherzykowe (bubble technology) umożliwiające komutowanie 32 promieni świetlnych.S3 zbudowany jest z dwóch rozgałęźników typuY zapewniających całkowite wewnętrzne odbicie oraz rozgałęźnika typu X. Kąt krzyżowania się światłowodów jest dwukrotnie większy w przypadku typu X niż kąt między falowodami w rozgałęźniku typu Y. Dzięki zastosowaniu rozgałęźników typu Y możliwa jest redukcja przeniku nawet wówczas, gdy falowód jest bardzo wąski, stąd komutator S3 charakteryzuje się bardzo małym przenikiem. Wstrzykiwanie nośników większościowych może powodować zmiany współczynnika załamania w zaznaczonym zakresie, co sprawia, że długość elementu komutacyjnego może być mniejsza niż 0,7 mm, natomiast przenik jest mniejszy niż – 20 dB.

W momencie gdy do elektrod znajdujących się w obszarze odbicia przyłożymy napięcie pobudzimy proces wstrzykiwania nośników do falowodu, który z kolei wpływa na zmianę współczynnika załamania materiału. Zmiana współczynnika załamania powoduje,że sygnał optyczny kierowany jest z WE1 do WE2 przez wspólne ramię obu rozgałęźników typu Y. Jeśli nie dostarczymy napięcia do elektrod to sygnał z WE1 kierowany jest do WY1

46


Przykładem praktycznego zastosowania komutatora bloki pęcherzykowe (bubble technology) umożliwiające komutowanie 32 promieni świetlnych.S3składającego się z 16 elementówpełniących funkcję punktów komutacyjnych jest komutator o wymiarach 4 × 4. Całkowity wymiar takiego komutatora scalonego wynosi 8,1 mm długość, a szerokość 1,5 mm

47


Komutator bloki pęcherzykowe (bubble technology) umożliwiające komutowanie 32 promieni świetlnych.S3 ze wzmacniaczem fali bieżącej (carrier– injection type optical S3 swith with traveling – wave amplifier) wbudowany jest we wspólne ramie rozgałęźników typu Y.

Przyczyniło się to zmniejszenia czasu przełączania i zminimalizowania strat. Gdy komutator i wzmacniacz znajdują się w stanie włączenia to komutowany sygnał jest wzmacniany i podawany na wyjście. W odwrotnym przypadku gdy komutator i wzmacniacz są w stanie wyłączenia, wzmacniacz optyczny absorbuje tę cześć energii sygnału optycznego, która wskutek odbicia znajduje się we wspólnym

48

48


Komutatory z obszarem zubożonym bloki pęcherzykowe (bubble technology) umożliwiające komutowanie 32 promieni świetlnych.

Komutator z obszarem zubożonym wykonany został w technologii AlGaAs/GaAs opartej na zastosowaniu rozgałęźnika typu X wykorzystującego zjawiska zachodzące w obszarze zubożonym złącza p – n. Sygnał optyczny kierowany jest do żądanego wyjścia przy użyciu zjawiska przesuwania krawędzi obszaru zubożonego. Na zmianę współczynnika załamania wpływ ma szereg zjawisk występujących w obszarze zubożonym w obecności napięcia przyłożonego w kierunku zaporowym. Wymaga to jednak specjalnego ukształtowania rozgałęźnika typu X, które charakteryzuje się ostrą nieciągłością impedancji optycznej na zmieniającej położenie krawędzi optycznej obszaru zubożonego.

49


W celu komutowania sygnału optycznego między wejściem i wyjściem konieczna jest zmiana nieciągłości impedancji optycznej w miejscu przecięcia się falowodów.

W chwili, gdy przyłożymy napięcie w kierunku zaporowym krawędź obszaru zubożałego na złączu p – n ulegnie przesunięciu,

Efektywny współczynnik załamania w warstwie światłowodu ulega zmianie wskutek zmiany geometrii obszaru zubożałego. Nieciągłość impedancji optycznej i zdolność odbijania sygnału optycznego są formatowane i kontrolowane przez zmianę wartości napięcia zaporowego.

Sygnał optyczny z wejścia WE1 może zostać przełączony pomiędzy wyjściami WY1 i WY2, a stosunek sygnału z WY1 do sygnału odbitego z WY2 jest zależny od dostarczonego napięcia zaporowego.

W komutatorze wykonanym na podłożu GaAs nieciągłość impedancji uzyskano dokonując implantacji jonów krzemu.

Maksymalne napięcie zaporowe wynosi 8 V

50


ad