13.4 Термооптические коммутаторы

Этот тип коммутаторов основан на нескольких принципах работы:

• на использовании в качестве коммутирующего элемента нагреваемой иммерсионной жидкости между торцами коммутируемых оптических волокон;

• на вариациях коэффициентов преломления сердцевины и оболочки оптического волокна входного порта и коэффициентов преломления серцевин оптических волокон выходных портов Y-разветвителя в зависимости от температуры;

• на основе интерферометров Маха – Цендера – ИМЦ (MZI); одно из плеч которого выполнено из термочувствительного оптического материала.

Последние в настоящее время получили широкое распространение. В этих коммутаторах используется явление изменения коэффициента преломления n_эф под действием температуры, вследствие чего изменяется постоянная распространения

.

Это, в свою очередь, ведёт к изменению разности фаз между двумя плечами интерферометра, рисунок 13.5, вызывающий эффект коммутации входного сигнала с одного выхода на другой.

Рисунок 13.5 – Термооптический коммутатор на основе интерферометра Маха-Цендера

Базовыми здесь являются коммутирующие элементы размера 2х2, которые при определенном каскадировании позволяет сформировать коммутаторы емкостью 8х8.

Основой базового элемента является интерферометр Маха-Цендера, построенный из двух последовательно включенных направленных разветвителей (3 дБ), связанных между собой двумя оптическими волокнами различной длины, для создания раз­ности фаз . Учитывая, что каждый направленный разветвитель создает на выходах разность фаз , получаем разность фаз на выходах базового элемента (выход 1) и L (выход 2). Выбирая L так, что L=k, получаем разность фаз между выходами, равную , то есть сигнал со входа 1 попадает на выход 1, если для него равенство L=k соответствует k нечетному, и на вход 2, если это равенство соответствует k нечетному. Локальный дозированный импульсный нагрев элемента, изменяющий левую часть равенства, эквивалентен изменению четности k, то есть приводит к факту коммутации сигнала с одного выхода на другой.

Термическая природа этих устройств делает их достаточно инерционными, кроме того, они обладают большими вносимыми потерями и малым переходным затуханием. Последнее может быть улучшено, если подложки устройств коммутатора будут выполнены не из кварцевого стекла, а из специальных полимеров.

13.5 Оптоэлектронные коммутаторы на основе полупроводниковых оптических усилителей

Для оптической коммутации можно использовать и полупроводниковые оптические усилители ППОУ (SOA), если в качестве параметра, управляющего механизмом коммутации, использовать напряжение смещения. Если существенно уменьшить это напряжение, то инверсии населенности достичь не удается и произойдет поглощение входного сигнала усилителем, моделирующее состояние «выключено». Напротив, если при увеличении напряжения восстанавливается нормальное усиление сигнала, усилитель моделирует состояние «включено». Таким образом, сочетание нормального усиления с отсечкой сигнала, то есть моделирование ключевого режима работы устройства, делает воз­можным использование полупроводникового оптического усилителя в качестве оптического, точнее, оптоэлектронного коммутатора.

Они обладают достаточно высоким быстродействием (1 нс) и могут использоваться для построения коммутаторов большой емкости, однако высокая стоимость делает их неконкурентными по сравнению, например, с электрооптическими коммутаторами, имеющими сопоставимые по быстродействию характеристики.