10.2.1.6. Коммутаторы на фотонных кристаллах

Одной из основных проблем оптических активно-волноводных коммутаторов является изменение направления распространения оптического луча на перпендикулярное (т.е. под углом 90°). Для этой цели в них использованы интегральные аналоги оптических угловых призм. Для решения этой же задачи с успехом могут быть использованы фотонные кристаллы [304].

Фотонные кристаллы (ФК) - периодические диэлектрические структуры, имеющие за­прещенную зону, которая препятствует распространению света определенного частотного диапа­зона. Создавая точечные или линейные дефекты (или физически резонансные полости - РП, или внутренние каналы) в таком кристалле, можно осуществить "туннельную" проводку оптической несущей через запрещенную зону (используя туннельный эффект) и коммутацию несущей из од­ного внутреннего канала в другой. Как показывает анализ [316], используя ФК, можно решить три важные для оптических систем проблемы:

создать (внутри их трехмерной структуры) волноводы, позволяющие осуществить (практически без потерь мощности) передачу оптического луча с поворотом оси распространения на 90°; осуществить пересечение двух оптических волноводов в одной плоскости с пренебрежимо ма­лым уровнем переходных помех;

выделить (отфильтровать) один или несколько каналов (несущих), перенаправив их по другим адресам.

Решение первой проблемы можно с успехом использовать при модернизации схемы ак-тивно-волноводного коммутатора путем использования фотонной (а не оптоэлектронной) инте­гральной схемы (ФИС) на ФК (вместо призм) для поворота оптической несущей. Решение второй проблемы позволяет исключить взаимодействие световых потоков при пересечении и решить проблему пересекаемости при использовании планарных волноводных решений (см. ниже). Нако­нец, решение третьей проблемы позволяет напрямую использовать ФК как элемент или базовый блок оптического коммутатора. На рис. 10-17 приведена гипотетическая схема такого блока, как логическое расширение автором схемы фильтра канала вывода - ФКВ (CDF - channel drop filter), предложенных в литературе по ФК [315].

Схема состоит из трех оптических волноводов - шин: общей шины (bus) в центре и шин вывода (drop) с обеих сторон, связанных между собой оптической резонаторной системой - ОРС (по 2 или 4 резонансных полости - РП с каждой стороны). Схема работает следующим образом. Оптическая волна, распространяющаяся в общей шине в прямом направлении, возбуждает в РП определенные моды колебаний, которые в результате взаимодействия переходят из РП в шины вывода, распространяясь в прямом или обратном направлении (формируя понятия: вывод, в пря­мом направлении и вывод в обратном направлении).

Конструкция ОРС определяет параметры фильтров (например, число мод) и эффектив­ность передачи энергии несушей из общей шины в шины вывода при фильтрации, зависящую от потерь фильтра. Для большей эффективности при использовании одной РП на несущую она на­страивается на одномодовый режим, при двух - используются две зеркально симметричные (чет­ные и нечетные) моды одной частоты. Настраивая РП шин вывода на разные несущие, можно вы­водить входные несущие на ту или иную шину выхода, то есть, осуществляя режим коммутации каналов (несущих). Если на вход схемы подаются две несущие, она реализует БЭ размера 2x2, ко­торый может каскадироваться для формирования схем размера пхп. Проблемным остается управ­ление перестройкой РП в процессе коммутации.