АКУСТООПТИЧЕСКИЙ КОММУТАТОР ЛАЗЕРНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ КАНАЛОВ ИЗ МАССИВА N МАГИСТРАЛЬНЫХ КАНАЛОВ В МАССИВ М МАГИСТРАЛЬНЫХ КАНАЛОВ

Полезная модель относится к оптическим коммутаторам лазерных оптоволоконных каналов.
Наиболее близким по техническому существу является акустооптический коммутатор лазерных телекоммуникационных каналов (US №6236479 B1, 22.05.2001), содержащий два идентичных N-канальных однокоординатных акустооптических дефлекторов (АОД), размещенных в фокальной плоскости Фурье-линзы. Входной и выходной оптоволоконные порты - одномерные линейки N одномодовых волокон. Каждое из волокон заканчивается коллиматором. Таким образом, акустооптический коммутатор работает с коллимированным излучением так, что излучение каждого из N коллиматоров входного порта направляется в соответствующие N каналов выходного порта коммутатора. N каналов коммутатора независимо управляют N соответствующими лазерными лучами. Чтобы произвольный оптический канал из входной линейки волокон (входного порта) достиг заданного адреса в выходной линейки волокон (в выходном порте) на соответствующие каналы АОД входного коммутатора и выходного коммутатора должны быть поданы управляющие ВЧ-сигналы определенной частоты, которые обеспечат нужные углы отклонения и тем самым соответствующую адресацию.
2
К недостаткам прототипа относится малое число коммутируемых каналов N из-за того, что для устранения взаимного влияния акустических каналов в АОД необходимо применять геометрию взаимодействия на основе аномальной акустической коллимации. Применение парателлурита для многоканального варианта неприемлемо в силу его большой акустической анизотропии, приводящей к высокому перекрестному влиянию между соседними каналами. В парателлурите существует направление, где имеет место эффект аномального акустического коллимирования, но в этом направлении коэффициент качества M мал. Это не позволяет применять данный срез парателлурита для многоканального коммутатора по причине малой эффективности дифракции. Малое число коммутируемых каналов N связано также со значительными габаритами линейки волоконных коллиматоров. Известно, что для совокупности материальных констант, упругих и фотоупругих постоянных арсенида галлия и для типичных конструктивных параметров оптоволоконных коллиматоров (расстояние между коллиматорами 0.75 мм) максимальное количество коммутируемых каналов N не превышает 8 /G. Aubin, J. Sapriel, V.Ya. Molchanov, R. Gabet, P. Grosso, S. Gosselin and Y. Jaouen. Multichannel acousto-optic cells for fast optical crossconnect. Electr. Let. 2004, v. 40(7), pp. 26-29/, что ограничивает информационную пропускную способность такой архитектуры коммутации.
Дополнительно, технологической сложностью является изготовление многоканального АОД на основе кристалла арсенида галлия с идентичными электрическими и оптическими характеристиками каналов и низкими перекрестными электрическими помехами между каналами, создаваемыми цепями электрического согласования пьезопреобразователей АОД.
Техническим результатом, обеспечиваемым полезной моделью является увеличение числа коммутируемых оптоволоконных каналов в архитектуре N×M более чем на порядок по сравнению с устройством - прототипом.
nx
my
ix
jy
Указанный технический результат достигается за счет того, что акустооптический коммутатор лазерных телекоммуникационных каналов из массива N магистральных каналов в массив M магистральных каналов содержит входную матрицу оптоволокон, состоящую из N входных волокон, расположенную в передней фокальной плоскости первой Фурье-линзы, установленные последовательно вдоль оптической оси первый и второй двухкоординатные анизотропные акустооптические дефлекторы (ДААД) на основе монокристалла парателлурита, вторую Фурье-линза, которая переводит угловые координаты оптического сигнала после второго ДААД в линейные координаты (xj, yj) приемного оптоволокна на матрице из M приемных волокон, расположенной в задней фокальной плоскости второй Фурье-линзы, причем перед первой Фурье-линзой и после второй Фурье-линзы установлены поляризаторы, а на управляющие входы первого и второго ДААД подаются высокочастотные сигналы с частотами (f и f) и (f и f) соответственно.
Частным существенным признаком полезной модели является то, что расположение волокон в матрицах имеет упорядоченную структуру и входная матрица из N волокон идентична приемной матрице из M волокон.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена схема заявленного коммутатора.
Входная матрица волокон 1 расположена в передней фокальной плоскости Фурье-линзы 3. Фурье-линза 3 переводит входное лазерное излучение в коллимированное лазерное излучение. При этом линейные координаты излучающего волокна оптоволоконной матрицы трансформируются Фурье-линзой 3 в угловые. Далее излучение направляется на первый двухкоординатные анизотропные акустооптические дефлекторы (ДААД) 4.
nx
my
ix
jy
ix
jy
На первый ДААД 4 подаются управляющие ВЧ-сигналы с частотами f и f, соответствующими брэгговскому синхронизму в плоскостях дифракции X и Y. Поляризатор 2 выделяет поляризацию, которая необходима для оптимальной работы ДААД 4. На второй ДААД 5 подаются управляющие ВЧ-сигналы с частотами f и f. Лазерный пучок отклоняется дефлектором 5 на углы, соответствующие брэгговскому синхронизму в плоскостях дифракции X и Y на частотах f и f. Далее лазерный пучок поступает на Фурье-линзу 6, в фокальной плоскости которой расположена матрица приемных волокон 8. Для того, чтобы обеспечить оптическую взаимность коммутатора, после дефлектора 5 установлен поляризатор 7. При этом Фурье-линза 6 осуществляет трансформацию угловых координат лазерного излучения после дефлектора 5 в линейные координаты в плоскости приемной матрицы XY.
nx
my
n
m
n
m
ix
jy
i
i
При использовании двух матриц оптоволокон из N входных волокон и M выходных (приемных) волокон, и двух двухкоординатных ДААД на основе монокристалла парателлурита, они работают в режиме анизотропной дифракции. Такая геометрия акустооптического взаимодействия обладает высокой эффективностью дифракции. При подаче управляющего ВЧ-сигнала с частотами f и f на первый двухкоординатный ДААД оптический сигнал с входного волокна с координатами (x, y) на матрице входных волокон, пройдя первую Фурье-линзу и первый ДААД 4, распространяется вдоль оптической оси коммутатора. Необходимое для работы ДААД коллимирование оптического луча осуществляется первой Фурье-линзой, в фокальной плоскости которой расположена матрица входных волокон. Коллимированный оптический пучок, ранее излученный волокном с координатами (x, y), при подаче управляющего ВЧ-сигнала с частотами f и f на второй двухкоординатный ДААД 5 отклоняется в плоскости XY, проходит через вторую Фурье-линзу 6 и попадает в приемное волокно, имеющее координаты (x, y) на матрице приемных волокон. Таким образом, осуществляется произвольная дискретная переадресация оптического сигнала, в общем случае, из нерегулярного массива N волокон в нерегулярный массив M.
В коммутаторе могут быть использованы миниатюрные матрицы оптоволокон на 1024 волокна или на другое число волокон, созданные, например, по технологии, раскрытой в US Patent 6,539,132 B2, 25.03.2003 - технологии травления концов оптического волокна и последующего формирования миниатюрной матрицы приемных волокон с геометрическими размерами (1×1) мм при числе волокон в матрице равном (32×32). Практически могут быть изготовлены оптоволоконные матрицы на 1024 приемных волокна (32×32 волокна), согласованные с размерами приемного фокального поля при размере фокального пятна, равном 9 мкм. Для коммутатора с данными матрицами применяется ДААД с разрешающей способностью по двум координатам (32×32) позиции по четырехкратному критерию Рэлея. Создание такого дефлектора на основе монокристалла парателлурита не связано с технологическими сложностями.
nx
my
n
m
ix
jy
i
j
Входная и приемная матрица могут быть и неидентичными. В силу непрерывности изменения частот управляющих сигналов и в соответствии с принципом работы ДААД 4 в пределах его амплитудно-частотной характеристики управляющие ВЧ-сигналы с частотами f и f, обеспечивают брэгговский синхронизм и отклонение лазерного пучка, пришедшего под произвольными углами в плоскости XY, соответствующего линейным координатам (x, y) произвольного излучающего волокна из входного массива N. То же самое относится к дефлектору 5. В зависимости от частоты управляющих сигналов этого ДААД f и f в конечном счете будет осуществлена по определенному протоколу адресация оптического сигнала в любое произвольное волокно на приемном массиве из M волокон с координатами (x, y), определяемыми брэгговским синхронизмом дефлектора 5.
n
m
i
j
Таким образом, осуществляется взаимно-однозначное соответствие между любым адресом x, y входного оптоволоконного канала из массива 1024 канала и любым адресом x, y выходного оптоволоконного канала из массива 1024 канала по заданному протоколу. Тем самым реализуется архитектура оптического переключения из 1024 канала в 1024 канала.
Данный акустооптический коммутатор оптически обратим. При таком конструктивном решении устраняется главный недостаток устройства - прототипа, а именно малое число коммутируемых каналов (8×8 каналов).