Dalgaboyu seçim anahtarlaması

WSS nedir?

Bir WSS , dağıtılan ışığın fiziksel olarak ayrı girişlere çoğullama çözülmesine gerek kalmadan dalgaboyunda dağıtılan  ışıkla çalışan bir anahtarlama düzenini içerir. Bu “dağıt ve çalıştır” yapısı olarak belirlenmiştir. Örneğin 88 kanallı bir WDM sistemi ortak bir telden N tellerinin herhangi birine  88 1xN anahtarlarını çalıştırarak sevk edilebilir. Bu çoğullama çözücünün, anahtarın ve orta kararda tel sayıları için bile geniş ölçekli ışıksal çapraz bağlantıların üretilebilirlik sınırlarını şiddetle test edecek  88 NxN kanalları için tıkanmasız bir anahtar gerektirecek çok katlı mimarinin önemli bir sadeleşmesini yansıtır.
Daha pratik ve WSS üreticilerinin çoğunluğu tarafından uygulanan bir yaklaşım Resim 1’de şematik olarak gösteriliyor. Ortak bir girişin gelen çeşitli kanalları ,  sonra N anahtar girişinden bağımsız olarak bu kanalların her birini yönlendiren ve daraltan bir anahtarlama unsurunun üzerine sürekli olarak dağıtılır. Bu dağıtıcı mekanizma genelde spektrometrelerde yaygın olarak kullanılanlara benzer holografik veya çizili kırılma optik ağlarına dayalıdır. Yansıtıcı ve aktarıcı bir ağ ve  “GRISM” diye bilinen bir prizma kombinasyonunu çalıştırmak çözünüm ve eşleme verimini başarmak için avantajlı olabilir. WSS’nin çalışması çift yönlü olabilir bu yüzden dalgaboyları farklı girişlerden tek bir ortak girişe birlikte çoğullanabilirler. Bugüne dek yerleştirmelerin çoğunluğu 50 veya 100 GHz bant genişliğinde sabit bir kanal kullandı ve genelde 9 çıkış yeri kullanılır.

Mikroelektromekanik Aynalar

En basit ve en eski ticari WSS , Mikro-Elektro-Mekanik Sistemleri ( MEMS) kullanan hareket edebilir aynalara dayalıydı. MEMS’e dayalı bir WSS’nin şematiği Resim 2’de gösteriliyor. Gelen ışık bir kırılma ağı tarafından bir spektruma sokulur ve sonra her bir dalgaboyu kanalı ayrı bir MEMS aynasına odaklanır. Aynayı bir boyutta eğerek kanal düzendeki tellerden herhangi birine tekrar yönlendirilebilir. İkinci bir eğme ekseni geçici ses karışımının azaltılmasına izin verir , yoksa giriş 1’den giriş 2’ye anahtarlama her zaman ışık demetini karşıya geçirmeyi içerecek. 2. eksen  bitişik tellere eşleşmeyi arttırmadan sinyali azaltmak için bir araç sağlar. Bu teknolojinin ille de kutuplaşma çeşitliliği optiğini gerektirmeyen tek dümenli yüzeyi avantajı vardır. O devreleri izleyen aynanın aynayı titretmesine  ve eşleşmeyi arttırmaya izin vererek sürekli bir sinyalin varlığında iyi çalışır.
MEMS’e dayalı WSS tipik olarak iyi sönüm oranları üretiyor ama verilen bir azaltma seviyesini kurmak için zayıf açık döngü performansı üretiyor. Teknolojinin ana sınırlamaları aynaların doğal olarak uyguladığı kanal açmadan kaynaklanıyor. Üretim boyunca kanallar dikkatlice aynalarla hizaya konmalıdır , ki bu üretim sürecini zorlaştırır. Sonradan üretim hizalama ayarlamaları esas olarak hava sızdırmaz kapanmadaki gaz basıncını ayarlamakla sınırlıdır. Bu uygulanan kanal açma ayrıca bir ağın içinde farklı kanal boyutlarının gerekli olduğu esnek kanal planlarını uygulamaya aşılmaz bir engel ortaya koydu. Ek olarak ayna kıyısındaki ışık evresi bir fiziksel aynada iyi kontrollü değil bu yüzden her bir kanaldan ışık karışmasına bağlı olarak kanal kıyısının yakınındaki ışığın anahtarlamasında yapay maddeler artabilir.

İkili Sıvı Kristal

Sıvı kristal anahtarlama hem düşük hacimli MEMS yapımının yüksek maliyetinden hem de potensiyel olarak onun sabit kanal sınırlamalarının bazılarından kaçınır. Kavram Resim 3’te örneklendirilmiştir.  Bir kırınım ağı gelen ışığı bir spektrumun içine sokar. Yazılım kontrollü bir ikili sıvı kristal kümesi her bir optik kanalı teker teker eğer ve ikinci bir ağ ( veya ilk ağın ikinci geçişi) görüngesel olarak ışınları yeniden birleştirmek için kullanılır. Sıvı kristal kümesinin yarattığı çıkıntılar görüngesel olarak yeniden birleştirilen ışınların uzaysal olarak dengelenmesi ve böylece bir mercek düzenlemesiyle ayrı tellerin içine odaklanması sonucuna sebep olur. Kutuplaşma çeşitlilik optikleri düşük Kutuplaşmaya Bağlı Kayıpları (PDL) garantiye alır.
Bu teknolojinin göreceli olarak düşük maliyetli kısımlar, basit elektronik kontrol ve aktif geri dönüt olmadan istikrarlı ışın pozisyonları avantajları vardır. O iyi bir piksel kılavuzu kullanımıyla esnek bir şebeke spektrumu yapılandırabilir. Piksel arası boşuklar iletilen ışığı önemli derecede bozmaktan kaçınmak için ışın boyutuyla karşılaştırıldığında küçük olmalı. Ayrıca  farklı alt katmanlardaki binlerce pikseli teker teker kontrol etme gereğini yaratan anahtarlama evrelerinin her biri için her bir şebeke kopyalanmalıdır bu yüzden dalgaboyu çözünümü daha iyi hale geldikçe bu teknolojinin basitlik açısından avantajları olumsuzlanıyor.
Bu teknolojinin ana dezavantajı kümelenen anahtarlama unsurlarının kalınlığından kaynaklanıyor. Bu derinlik üzerine optik ışını sıkı şekilde yoğunlaşmış tutmak zordur ve yüksek giriş sayılı WSS’NİN çok iyi tanecikli olmayı başarmak için yeteneğini sınırlandırdı.
Silikon Üstü Sıvı Kristal 
Silikon üstü sıvı kristal ( LCoS) özellikle bir WSS’deki  anahtarlama mekanizması olarak çok yeni işlevsellik sağlayan yakın sürekli adresleme becerisinden dolayı  çekicidir. Özellikle birlikte anahtarlanan dalgaboylarının bantlarının optik donanımda önceden ayarlanmasına gerek yoktur ama yazılım kontrolüyle anahtara programlanabilir. Ek olarak, cihaz çalışırken kanalları yeniden şekillendirmek için bu beceriden  yararlanmak mümkündür.
LCoS teknolojisi, optik tellerin tam görüngesel kapasitesini açmaya yardım etmek için daha esnek dalgaboyu şebekelerinin tanıtımını sağladı. Hatta daha şaşırtıcı özellikler LCoS anahtarlama unsurunun evre matris doğasına dayanır. Ortak kullanımdaki özellikler bir kanalın içindeki enerji seviyelerini şekillendirme veya bir girişten daha fazlasına optik sinyali yayınlama gibi şeyleri kapsar.
LCoS temelli WSS ayrıca kanal merkezi dizisinin ve bant genişliğinin dinamik kontrolünün tümleşik yazılım aracılığıyla piksel düzenlerinin makine çalışırken onarımı yoluyla izin verir. Kanal parametrelerinin kontrol derecesi çok ince taneli , merkez frekanstan ve 1 GHz’den daha iyi çözünümlü bir kanalın ya üst ya alt bant kıyısından bağımsız kontrollü olabilir . Bu üretilebilirlik bakış açısından tek bir platformdan yaratılabilen farklı kanal planlarıyla ve hatta özdeş bir anahtar matrisini kullanabilen farklı işlem bantlarıyla avantajlı. Ürünler hiçbir hata veya varolan trafiğe vuruş yapmadan 50 GHz kanallar ve 100 GHz kanallar arasında ya da kanalların bir karışımında anahtarlamaya izin vererek tanıtıldı. Yakın zamanda  ITI G.654.2 altındaki esnek veya elastik ağların tüm konseptini “ Finisar’ın Flexgrid WSS’si ”  gibi ürünlerle desteklemek için bu genişletildi.

MEMS Dizileri

Daha çok dizi temelli bir anahtar makine bireysel yansıtıcı MEMS aynalarını gerekli ışın demeti yönlendirmesini uygulamak için kullanır. Bu diziler tipik olarak uzaysal ışık düzenleyicilerinin Texas Aletleri serisinin bir türevidir. Bu durumda MEMS aynalarının açısı ışın demetinin yönünü değiştirmek için değiştirilir. Fakat günce uygulamalar sadece aynaların iki potansiyel ışın demeti açısı veren iki olası duruma girmesine izin veriyor. Bu çok girişli WSS’nin tasarımını zorlaştırır ve nispeten düşük port sayılı cihazlara bunların uygulanmasını sınırlandırır.
Gelecek Gelişmeler

İkili WSS

Eğer cihaz izolasyonuyla ilgili meseleler yaklaşık olarak belirlenebilirse gelecekte iki WSS’nin LCoS gibi tek bir matris anahtarının farklı dalgaboyu işlem bölgelerinden yararlanan aynı optik modülünü kullanabilecekleri muhtemel. Kanal seçiciliği sadece yer yer düşürülmesi gerekli olan dalgaboylarının her bir tel yoluyla çoğullama ayırıcı modülüne sunulmasını garanti eder, ki bu sırayla çoğullama ayırıcı modülündeki filtreleme ve söndürme ihtiyaçlarını azaltır.

İleri Uzaysal Işık Düzenleyicileri

Uzaysal ışık düzenleyicilerinin tüketici etkin uygulamalara dayalı teknik olgunluk ,onların haberleşme alanında benimsenmeleri için yüksek derecede avantajlı. MEMS evreli dizilerde ve gelecekte Telekom anahtarlamaya ve dalgaboyu işlenmesine uygulanabilir olacağı tahmin edilen diğer elektro-optik uzaysal düzenleyicilerde gelişmeler var , ki bu belki de daha hızlı anahtarlamayı getirir veya kutuplaşmadan bağımsız işlemle optik tasarımın basitliğinde bir avantaj sağlar. Örneğin,eğer uygun bir evre vuruşu başarılabilirse  LCoS için geliştirilen tasarım ilkeleri apaçık bir tarzda diğer evre ayarlanabilir dizilere uygulanabilir. Fakat düşük elektrikli ses karışımı ve dolgun bir form faktöründe anahtarlamaya izin vermesi gereken küçük pikseller üzerindeki yüksek doluluk oranı için ihtiyaçlar, bu amaçları gerçekleştirmeye ciddi uygulamalı engeller olarak kalıyor.