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In Kommunikationsnetzen werden zahlreiche Glasfasergeräte eingesetzt. Optische Schalter übertragen Lichtsignale zwischen verschiedenen Kanälen. Wird ein Lichtsignal von einem Telefon oder Computer zu einem anderen übertragen, muss es unter Umständen verschiedene Glasfaserpfade durchlaufen. Hierbei spielen optische Schalter eine wichtige Rolle, da sie das Signal mit minimalem Verlust der Sprach- oder Datenqualität übertragen können. Mit dem technologischen Fortschritt wurden viele neue Methoden mit optischen Schaltern kombiniert, um höhere Übertragungsgeschwindigkeiten zu erzielen. Tauchen wir heute in die Welt der optischen Schalter ein und entdecken wir ihre Geheimnisse.
Arten von optischen Schaltern
Grundsätzlich gibt es zwei Arten von optischen Schaltern: OEO-Schalter (optisch-elektrisch-optisch) und OOO-Schalter (optisch-optisch-optisch). Netzwerkmanagementfunktionen für den Netzwerkbetrieb werden heutzutage mithilfe optischer Schalter mit einer elektronischen Schaltmatrix realisiert. Ein OEO-Schalter empfängt das optische Signal, wandelt es in ein elektrisches Signal um, leitet es an einen anderen Port weiter und wandelt es dort wieder in ein optisches Signal für das Netzwerk um. Durch die Verwendung einer elektronischen Infrastruktur ermöglicht der OEO-Schalter Bandbreitenoptimierung und kompensiert Netzwerkbeeinträchtigungen.
Ein OOO-Switch (Optischer Switch) ermöglicht die Steuerung und Weiterleitung optischer Signale ohne deren Umwandlung in elektronische Signale. Dies ist besonders attraktiv für Netzbetreiber mit großen Niederlassungen, in denen bis zu 80 Prozent des Datenverkehrs auf dem Weg zu Standorten weltweit über diese Niederlassungen laufen. Der Switch empfängt das optische Signal, leitet es an einen anderen Port im optischen Bereich weiter und speist es anschließend als optisches Signal wieder ins Netzwerk ein.
Technologien, die in optischen Schaltern eingesetzt werden
Die MEMS-Technologie (mikroelektromechanische Systeme) nutzt viele bewegliche Spiegel, um Signale durch Umlenkung von Lichtwellen zwischen zwei Anschlüssen zu schalten. Es gibt zwei Arten von MEMS-Strukturen: 2D-MEMS-Spiegel und 3D-MEMS-Spiegel. Optische Schalter auf 3D-MEMS-Basis finden in der Industrie breitere Anwendung. Die folgende Abbildung veranschaulicht den Schaltvorgang der MEMS-Technologie.
Flüssigkristallschaltung
Die Flüssigkristalltechnologie nutzt die Polarisationseffekte von Licht in Flüssigkristallen zum Schalten von Licht. Zunächst wird das Licht durch einen Polarisationsstrahlteiler gefiltert und in zwei oder mehr Strahlen aufgeteilt. Anschließend durchläuft es einen Flüssigkristall, in dem sich seine Polarisationseigenschaften ändern können. Schließlich trifft das Licht auf einen Polarisationsstrahlkombinator und wird zum Ausgang gelenkt. Der Ausgang wird durch die neuen Polarisationseigenschaften des Lichts bestimmt.
Bubble-basiertes Schalten
Ein auf Luftblasen basierender Schalter nutzt vertikal und horizontal angeordnete Luftblasen und Mikrokanäle zum Schalten von Licht. Im Ruhezustand kann das Licht die Kanäle ungehindert passieren. Diese Technologie zeichnet sich durch geringe Kosten und kurze Schaltzeiten aus.
Thermooptische Schaltung
Ein thermooptischer Schalter leitet Licht durch einen Wellenleiter. Das Licht wird anschließend in mehrere Wellenleiter aufgeteilt. Wird ein Schaltbefehl gegeben, wird einer der Wellenleiterarme erhitzt, wodurch sich die optische Weglänge des Lichts innerhalb des Wellenleiters ändert. Danach wird das Licht wieder zusammengeführt und die Weglängen der einzelnen Lichtstrahlen werden gemessen. Sind die Weglängen unterschiedlich, wird der Lichtstrahl an einen Ausgang geleitet. Sind sie gleich, wird der Lichtstrahl an einen anderen Ausgang geleitet.
Anwendungen
Optische Schalter finden in verschiedenen Anwendungen Verwendung. In Hochgeschwindigkeitsnetzen werden sie üblicherweise in optischen Kreuzverbindern eingesetzt, um große Datenmengen zu verarbeiten. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Schutzumschaltung. Fällt eine Faser aus, leitet der Schalter das Signal über eine andere Faser um, bevor das Problem auftritt. Auch optische Add-Drop-Multiplexer (OADM) nutzen optische Schalter, um Signale aus einem DWDM-Datenstrom zu konvertieren. Dadurch können Netzbetreiber bestimmte Wellenlängen aus einem Signal selektiv herausfiltern.
Abschluss
Optische Schalter sind wichtige Bauteile, die Lichtsignale in verschiedene Kanäle umwandeln. Basierend auf den ursprünglichen optischen Schaltern vom Typ OOO und OEO wurden zahlreiche neue Technologien entwickelt, die die hohe Leistungsfähigkeit optischer Schalter gewährleisten. Angesichts des steigenden Bedarfs an höherer Datenbandbreite sind die Zukunftsaussichten für optische Schalter vielversprechend.
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