ОПТИЧЕСКИЙ КОММУТАТОР
OPTICAL COMMUTATORS

Изобретение относится к оптическим устройствам переключения и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) информации для коммутации каналов передачи информации.
Известен оптический коммутатор - фотонный коммутатор на основе нелинейного оптического зеркала, предназначенный для коммутации оптического потока в ВОСП [Маккавеев В. Фотонные коммутаторы / В.Маккавеев // Компоненты и технологии. - 2006. - №2. - С.142-146, страница 144, рисунок 3] и содержащий нелинейный интерферометр Саньяка, оптические волноводы.
Существенный признак аналога, общий с заявляемым устройством, - оптический волновод.
Недостатком данного аналога является сложность устройства, определяемая необходимостью использования интерферометра Саньяка.
Известен также оптический коммутатор - фотонный коммутатор на основе электрооптического кристалла теллура кадмия, предназначенный для коммутации оптического потока в ВОСП [Маккавеев В. Фотонные коммутаторы / В.Маккавеев // Компоненты и технологии. - 2006. - №2. - С.142-146, страница 144, рисунок 4] и содержащий полупроводниковый оптический кристалл теллура кадмия, диэлектрический слой, металлические электроды, источник внешнего электрического напряжения, оптический поляризатор, оптический анализатор, микрообъективы, оптические волноводы.
Существенный признак аналога, общий с заявляемым устройством, - оптический волновод.
Недостатками данного аналога являются сложность конструкции устройства и низкая надежность ввиду наличия внешнего источника электрического напряжения.
Известен оптический коммутатор - пара оптически связанных волноводов [Акаев А.А. Оптические методы обработки информации / А.А.Акаев, С.А.Майоров. - М.: Высшая школа, 1988. - 236 с., страница 148, рисунок 5.2], принятый за прототип и предназначенный для переключения оптического потока из одного оптического волновода в другой.
Пара оптически связанных волноводов является существенным признаком заявляемого изобретения.
Недостатком прототипа является невозможность управляемой коммутации большого числа каналов передачи информации в ВОСП.
5
6
Задачей изобретения является создание оптического коммутатора, позволяющего выполнять управляемое переключение информационного оптического потока по f=n+1 каналам передачи информации в ВОСП, и достижение быстродействия коммутации до 10-10 в секунду.
Техническим результатом является расширение возможностей устройства за счет обеспечения управляемой коммутации информационного оптического потока по f=n+1 каналам передачи информации в ВОСП.
Оптический коммутатор - оптическое переключательное устройство, предназначенное для коммутации информационного оптического потока по f=n+1 каналам передачи информации в ВОСП.
Сущность изобретения состоит в том, что оптический коммутатор содержит n оптических Y-объединителей, n пар оптически связанных волноводов, n оптических фильтров, информационным входом оптического коммутатора является первый вход первого оптического Y-объединителя, i-м адресным входом оптического коммутатора является второй вход i-го оптического Y-объединителя (i=1, 2, …, n), выход каждого i-го оптического Y-объединителя подключен ко входу первого оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов (i=1, 2, …, n), выход первого оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов подключен к первому входу (i+1)-го оптического Y-объединителя (i=1, 2, …, n-1), выход первого оптического волновода n-й пары оптически связанных волноводов является нулевым выходом оптического коммутатора, выход второго оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов подключен ко входу 1-го оптического фильтра (i=1, 2, …, n), выход которого является i-ым выходом оптического коммутатора (i=1, 2, …, n).
Функциональная схема оптического коммутатора показана на чертеже.
Оптический коммутатор содержит:
1
2
n
- 1, 1, …, 1 - n оптических Y-объединителей;
11
12
21
22
n1
n2
- 2, 2, 2, 2, …, 2, 2 - n пар оптически связанных волноводов (ОСВ) с порогом переключения оптического потока k усл(овных) ед(иниц);
1
2
n
- 3, 3,…, 3 - n оптических фильтров (ОФ), которые могут быть реализованы, например, в виде фильтров, описанных в [Иванов А.Б. ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА: компоненты, системы передачи, измерения / А.Б.Иванов. - М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999. - 671 с., страница 89, рисунок 1.42].
1
i
i
i1
i1
i2
i1
i1
i2
i+1
n1
n1
n2
i1
i1
i2
i
Оптический коммутатор имеет один информационный вход и n адресных входов. Информационным входом оптического коммутатора является первый вход оптического Y-объединителя 1, a i-м адресным входом оптического коммутатора является второй вход i-го оптического Y-объединителя 1 (i=1, 2, …, n). Выход каждого i-го оптического Y-объединителя 1 подключен ко входу первого оптического волновода 2 i-й пары ОСВ 2, 2. Выход первого оптического волновода 2 i-й пары ОСВ 2, 2 подключен к первому входу (i+1)-го оптического Y-объединителя 1 (i=1, 2, …, n-1). Выход первого оптического волновода 2 n-й пары ОСВ 2, 2 является нулевым выходом (выход "0") оптического коммутатора. Выход второго оптического волновода 2 i-й пары ОСВ 2, 2 подключен ко входу i-го ОФ 3, выход которого является i-ым выходом оптического коммутатора (i=1, 2, …, n).
Работа устройства протекает следующим образом.
1
1
Пусть требуется направить информационный оптический поток с длиной волны λ и с интенсивностью m<k усл. ед., поступающий на информационный вход оптического коммутатора, в i-й канал передачи информации (i=0, 1, 2, …, n). Этот оптический поток поступает, соответственно, на первый вход оптического Y-объединителя 1.
2
1
1
11
12
2
21
22
n
n1
n2
1
i1
i2
i1
i2
2
1
i
i
1
i
i1
i1
i2
i2
i1
i2
i
2
1
i
Чтобы направить оптический поток, поступивший на информационный вход оптического коммутатора, в i-й канал передачи информации, на i-й адресный вход оптического коммутатора подается управляющий оптический сигнал с длиной волны λ≠λ и с интенсивностью более (k-m) усл. ед. (i=1, 2, …, n). При отсутствии на любом i-м адресном входе оптического коммутатора вышеуказанного управляющего оптического сигнала оптический поток с информационного входа проходит на нулевой выход оптического коммутатора по цепи: "оптический Y-объединитель 1 - первый оптический волновод пары ОСВ 2, 2 - оптический Y-объединитель 1 - первый оптический волновод пары ОСВ 2, 2-… - оптический Y-объединитель 1 - первый оптический волновод пары ОСВ 2, 2 - выход "0" оптического коммутатора" (чертеж), так как не произойдет переключения информационного оптического потока с длиной волны λ и с интенсивностью m<k усл. ед. из первого оптического волновода 2 во второй оптический волновод 2 в любой i-й паре ОСВ 2, 2 (i=1, 2, …, n). При появлении на i-м адресном входе оптического коммутатора управляющего оптического потока с длиной волны λ≠λ и с интенсивностью более (k-m) усл. ед. он поступает на второй вход i-го оптического Y-объединителя 1. Так как на первом входе i-го оптического Y-объединителя 1 появляется информационный оптический поток с длиной волны λ и с интенсивностью m<k усл. ед. (i=1, 2, …, n), то, следовательно, на выходе i-го оптического Y-объединителя 1 формируется суммарный оптический поток с интенсивностью более (k-m)+m=k усл. ед. Этот оптический поток поступает на вход первого оптического волновода 2 i-й пары ОСВ 2, 2 и, переключаясь во второй оптический волновод 2 i-й пары ОСВ 2, 2, поступает на вход i-го ОФ 3, настроенного на режекцию оптического сигнала с длиной волны λ, который осуществляет выделение оптического потока с длиной волны λ и с интенсивностью m усл. ед. (i=1, 2, …, n). Работа i-го ОФ 3 описана в [Иванов А.Б. ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА: компоненты, системы передачи, измерения / А.Б.Иванов. - М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999. - 671 с., страницы 84…91].
i
1
Следовательно, на выход i-го ОФ 3 проходит оптический поток с длиной волны λ и с интенсивностью m усл. ед., который поступает далее на i-й выход оптического коммутатора и далее - в i-й канал передачи информации (i=1, 2, …, n).
1
Таким образом, осуществляется коммутация информационного оптического потока с длиной волны λ и с интенсивностью m усл. ед., поступающего на информационный вход оптического коммутатора, в i-й канал передачи информации в ВОСП.
-12
Быстродействие оптического коммутатора определяется динамическими характеристиками пар оптически связанных волноводов, быстродействие которых составляет ≈10 с. Для существующих волоконно-оптических систем передачи информации подобное быстродействие обеспечивает их функционирование практически в реальном масштабе времени.