Comutatoare: Comutatoare directionale, Comutatoarele poarta

Comutatoare

Comutarea si procesarea datelor sunt realizate prin conversia unui semnal optic inapoi in forma sa electronica. Comutatoarele asigura un grad mare de flexibilitate pentru functiile de comutare si de rutare. Conversia electro-optica dintr-un nod intermediar in retea introduce o intarziere suplimentara. Componentele de comutare optica pot sa inverseze latimea mare de banda a fluxurilor optice de date fara o conversie electro-optica. Pentru sistemele WDM se dezvolta comutatoare dependente de lungimea de unda. Comutatoarele se impart in doua clase. Prima clasa: mecanismul relational realizeaza o legatura intre intrare si iesire. Relatia nu depinde de continutul semnalului sau de intrarile datelor. Importanta unui mecanism relational este ca permite trecerea unui semnal puternic fara a simti prezenta bitilor discreti ce trec prin el. Aceasta caracteristica poarta denumirea de transparenta datelor. Dar, acelasi lucru cauzeaza pierderi de flexibilitate.

A doua clasa: mecanismele logice (datele sau semnalul purtator incident pe aparat controleaza starea aparatului, unele functii Boolean sau combinatii de aceste functii sunt aplicate la intrari). O parte din componente trebuie sa aiba capacitatea de a-si schimba starea la fel de repede ca rata de transfer a semnalului.

Mecanismele relationale sunt necesare pentru circuit switching, iar mecanismele logice pentru packet switching.

Tehnologia MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)

Sistemele micro-electro-mecanice sunt folosite in retelele optice. Patru fibre sunt cuplate pentru a forma un cross-connect 2 x 2. O oglinda cu doua fete este perpendiculara pe planul paginii, fiind sustinuta de doua dispozitive de comanda. Lumina de la fibra 1 este cuplata cu fibra 2 si lumina de la fibra 3 cu fibra 4. Daca se aplica un curent dispozitivului de comanda inferior atunci oglinda se deplaseaza spre cavitate, lumina de la fibra 1 fiind reflectata catre fibra 4, iar lumina de la fibra 3 catre fibra 2. Comutatoarele MEMS pot fi scalate pentru a putea oferi un cross-connect N x N. Intr-un MEMS 3D lumina incidenta este comutata prin folosirea unei lentile colimatoare.

dispozitive fibra 3 dispozitive de comanda fibra 3

de comanda

fibra 1

fibra 1 fibra 2 fibra 2

fibra 4

fibra 4

Fig. 50 MEMS bidimensional

Fig. 51 MEMS tridimensional

Elementele fibrei incrucisate

Semnalele optice de la porturile de intrare catre porturile de iesire sunt inversate de catre un element de fibra incrucisata.

starea incrucisata starea barata

Fig. 52 Elementele

fibrei incrucisate 2 x 2 in

starea incrucisata (cross)

si starea barata (bar)

Elementul de fibra incrucisata ruteaza semnalele optice de la doua porturi de intrare catre doua porturi de iesire avand doua stari: barata si incrucisata. In starea barata semnalul de la portul de intrare de sus este rutat catre portul de iesire de sus. Semnalul de la portul de intrare de jos este rutat catre portul de iesire de jos. In starea incrucisata semnalul de la portul de intrare de sus este rutat catre portul de iesire de jos, iar semnalul de la portul de intrare de jos este rutat catre portul de iesire de sus. Aceste elemente lucreaza indiferent de lungimea de unda.

Comutatoare directionale

O pereche de ghiduri de unda de canale optice paralele, apropiate formeaza un cuplaj directional. Unda evanescenta reprezinta o parte dintr-o unda ce se propaga de-a lungul granitei unui ghid de unda. Prin cuplaj evanescent, lumina intrata intr-unul din ghidurile de unda se cupleaza cu al doilea ghid de unda. Factorul de limitare este fractiunea de putere ce strabate miezul ghidului de unda.

Cuplajul complet intre doua ghiduri pe o lungime ce depinde de forta cuplajului apare daca cele doua ghiduri de unda sunt identice. Forta cuplajului depinde de separatia dintre ghidurile de unda si de marimea modului ghidului, ce la randul ei depinde de lungimea de unda si de factorul de limitare al ghidului. Starea incrucisata corespunde unei tensiuni zero aplicata, pe cand starea barata corespunde unei tensiuni de comutare diferita de zero. Pentru o izolare buna, lungimea de interactie trebuie sa fie foarte precisa, aceasta corespunde cuplajelor specifice unor lungimi de unda.

V

Fig. 53 Cuplaj directional

Prin cuplajul invers delta-beta se poate diminua toleranta din fabricatie a comutatoarelor. Electrodul este impartit in cel putin doua sectiuni, starea incrucisata fiind obtinuta prin aplicarea de tensiuni egale si opuse celor doi electrozi.

+V -V

Fig. 54 Cuplaj invers delta-beta

Comutatorul cu pod balansat interferometric este format din doua ghiduri de unda distantate suficient astfel incat sa nu cupleze. Cuplajul de intrare este de 3 dB. Electrozii permit modificarea efectiva a lungimii traseului dintre cele doua brate. Cuplajul de final este de 3 dB.

Primul cuplaj imparte lumina incidenta pe ghidul de sus in doua. Lungimea traseului optic dintre cele doua brate trece al doilea cuplaj in faza, fara insa a aplica o tensiune electrozilor. Al doilea cuplaj este o continuare a primului, iar toata lumina trece la cel de-al doilea ghid de unda asigurand starea incrucisata. Pentru a produce in mod electro-optic o diferenta de faza de 180 intre cele doua arme se aplica o tensiune electrodului pozitionat deasupra bratelor interferometrului. Se ajunge in starea barata. Acum cele doua intrari din bratele interferometrului se combina in cel de-al doilea cuplaj de 3 dB in afara fazei, iar lumina ramane in ghidul de unda de sus.

+V

-V Fig. 55 Comutatorul cu pod balansat interferometric

Comutatorul ghid de unda intersectat este ca un cuplaj directional fara gol intre ghidurile de unda in regiunea de interactie.

V

Fig. 56 Comutatorul cu ghid de unda intersectat

2 Comutatoarele poarta

Fiecare semnal de intrare trece mai intai prin splitter-ul 1 x N in cadrul comutatorului poarta N x N, urmand apoi sa treaca printr-un strat de N² elemente ale portii. Semnalele sunt pe urma recombinate in N x 1 combinere si trimise catre cele N iesiri. Elementele portii pot fi implementate prin folosirea de amplificatoare optice care pot fi setate on ori off pentru a lasa sa treaca spre iesire semnalele selectate. Pierderile de cuplaj si a celor induse de combinere si splittere sunt compensate de castigurile amplificatoarelor. Insa dimensiunile comutatorului sunt limitate de pierderile in splitter si combiner.

Comutatorul 8 x 8 utilizeaza amplificatoare optice cu semiconductori pentru reducerea pierderilor. Acesta are o latime de banda optica de 40 nm. O alta varianta de astfel de comutator cu amplificator optic integrat. Are dimensiunea 4 x 4.

Fig. 57 Comutator cu amplificator poarta 2 x 2