ОПТИЧЕСКИЙ КОММУТАТОР
OPTICAL SWITCH

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 коммутации большого числа каналов передачи информации в ВОСП.
5
6
Задачей изобретения является создание оптического коммутатора, позволяющего выполнять переключение каждого из n оптических потоков по f=m+1 каналам передачи информации в ВОСП, и достижения быстродействия коммутации до 10-10 в секунду.
Техническим результатом является повышение быстродействия, упрощение конструкции устройства и возможность коммутации каждого из n оптических потоков по f=m+1 каналам передачи информации в ВОСП.
Оптический коммутатор - оптическое переключательное устройство, предназначенное для коммутации каждого из n оптических потоков по f=m+1 каналам передачи информации в ВОСП.
Сущность изобретения состоит в том, что оптический коммутатор содержит n блоков коммутации оптического потока, каждый из которых содержит m пар оптически связанных волноводов, m фотоприемников, m пьезоэлементов, в которые интегрированы m пар оптически связанных волноводов, информационным входом блока коммутации оптического потока является вход первого оптического волновода первой пары оптически связанных волноводов, m адресными входами блока коммутации оптического потока являются входы m фотоприемников, выход каждого из которых подключен к управляющему входу соответствующего пьезоэлемента, выход первого оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов является (i-1)-м выходом блока коммутации оптического потока (i=1, 2,…,m), выход второго оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов подключен ко входу первого оптического волновода (i+1)-й пары оптически связанных волноводов, выход второго оптического волновода m-й пары оптически связанных волноводов является m-м выходом блока коммутации оптического потока; также содержит (m+1) оптических n-входных объединителей, j-м информационным входом оптического коммутатора является информационный вход j-го блока коммутации оптического потока, адресными входами оптического коммутатора являются соответствующие адресные входы n блоков коммутации оптического потока, каждый i-й выход j-го блока коммутации оптического потока подключен к j-му входу i-го оптического n-входного объединителя, выходы которых являются выходами оптического коммутатора.
Функциональная схема оптического коммутатора показана на фигуре 1.
Оптический коммутатор содержит:
1
2
n
- 1, 1,…, 1 - n блоков коммутации оптического потока (БКОП);
0
1
m
- 2, 2,…, 1 - (m+1) оптических n-входных объединителей.
j
1
2
n
j
i
Оптический коммутатор имеет n информационных входов и m×n адресных входов, где j-м информационным входом оптического коммутатора является информационный вход j-го БКОП 1 (j=1, 2,…, n), а адресными входами оптического коммутатора являются соответствующие адресные входы n БКОП 1, 1,…, 1 (по m в каждом). Каждый i-й выход j-го БКОП 1 подключен к j-му входу i-го оптического n-входного объединителя 2, выходы которых являются выходами оптического коммутатора (i=0, 1, 2,…, m; j=1, 2,…,n).
j
Функциональная схема j-го БКОП 1 показана на фигуре 2.
j
БКОП 1 содержит:
11
12
21
22
m1
m2
- 3, 3, 3, 3,…, 3, 3 - m пар оптически связанных волноводов (ОСВ);
1
2
m
- 4, 4,…, 4 - m фотоприемников (ФП);
1
2
m
11
12
21
22
m1
m2
- 5, 5,…, 5 - m пьезоэлементов (ПЭ), в которые в которые интегрированы соответствующие пары ОСВ 3, 3, 3, 3,…, 3, 3 таким образом, что при отсутствии на управляющем входе ПЭ управляющего сигнала, изменяющего расстояние между ОСВ, оптическая связь в парах ОСВ отсутствует, появляясь только при наличии управляющего сигнала выше порогового уровня срабатывания ПЭ.
j
11
11
12
j
1
2
m
1
2
m
i1
i1
i2
j
i2
i1
i2
i1
i+1,1
i+1,2
m2
m1
m2
j
Информационным входом БКОП 1 является вход первого оптического волновода 3 первой пары ОСВ 3, 3, адресными входами БКОП 1 являются входы m ФП 4, 4,…, 4, выход каждого из которых подключен к управляющему входу соответствующего ПЭ 5, 5,…, 5. Выход первого оптического волновода 3 i-й пары ОСВ 3, 3 является (i-1)-м выходом БКОП 1 (i=1, 2,…, m), выход второго оптического волновода 3 i-й пары ОСВ 3, 3 подключен ко входу первого оптического волновода 3 (i+1)-й пары ОСВ 3, 3, выход второго оптического волновода 3 m-й пары ОСВ 3, 3 является m-м выходом БКОП 1.
Работа устройства протекает следующим образом.
j
Пусть требуется направить информационный оптический поток, поступающий на j-й информационный вход оптического коммутатора (фигура 1), в i-й канал передачи информации (i=0, 1, 2,…, m; j=1, 2,…, n). Этот оптический поток поступает соответственно на информационный вход j-го БКОП 1.
j
j
j
1
2
i
1
2
i
11
12
21
22
i1
i2
j
i
Работа j-го БКОП 1 происходит следующим образом (фигура 2). Чтобы направить оптический поток, поступивший на информационный вход j-го БКОП 1, в i-й канал передачи информации необходимо подать одновременно на его 1, 2,…, i-й адресные входы управляющие оптические сигналы (i=1, 2,…, m; j=1, 2,…, n). Последние, поступая на адресные входы j-го БКОП 1, поступают на входы 1, 2,…, i-го ФП 4, 4,…, 4. С выходов последних электрические сигналы поступают на управляющие входы 1, 2,…, i-го ПЭ 5, 5,…,5, которые изменяют расстояния между соответствующими парами ОСВ 3, 3, 3, 3,…, 3, 3, что приводит к последовательному переключению входного оптического потока с информационного входа j-го БКОП 1 на его i-й выход. Далее этот оптический поток, попадая на j-й вход i-го оптического n-входного объединителя 2, поступает в i-й канал передачи информации (i=0, 1, 2,…, m; j=1, 2,…, n).
j
j
j
(Если на j-м информационном входе оптического коммутатора присутствует оптический поток, и отсутствуют адресные сигналы (управляющие оптические потоки) на всех адресных входах j-го БКОП 1 (фигура 1), то оптический поток, поступая на информационный вход j-го БКОП 1, направляется на нулевой выход j-го БКОП 1 (фигура 2)).
Таким образом, осуществляется коммутация оптического потока с j-го информационного входа оптического коммутатора в i-й канал передачи информации в ВОСП (i=0, 1, 2,…, m; j=1, 2,…, n).
-9
8
Быстродействие оптического коммутатора определяется динамическими характеристиками фотоприемников и пьезоэлементов, входящих в состав блока коммутации оптического потока. Быстродействие фотоприемников, выполненных в традиционном варианте - на основе фотодиодов, составляет 10 с, быстродействие пьезоэлементов - 10 Гц. Для существующих волоконно-оптических систем передачи информации подобное быстродействие обеспечивает их функционирование практически в реальном масштабе времени.