Die Hauptanwendung des optischen Schalters

Optische Schalter sind ein integraler Bestandteil von Glasfaserübertragungssystemen und tragen zur Entwicklung des „volloptischen“ Netzwerks bei. Ein optischer Switch ist einfach ein Switch, der ein photonisches Signal an einem seiner Ports akzeptiert und es basierend auf der getroffenen Routing-Entscheidung über einen anderen Port sendet.

 

Es gibt zwei grundlegende Arten von optischen Schaltern – den O-E-O (Optisch zu Elektrisch zu Optisch) und den O-O-O oder rein optischen Schalter. Jedes hat seinen Platz in Glasfasersystemen mit seinen einzigartigen Merkmalen und Fähigkeiten.

 

Der OEO-Switch ist eine Technologie, die bereits heute in Netzwerken eingesetzt wird. Das Problem dieser Technologie besteht darin, dass sie in Zukunft möglicherweise nicht mehr mit der Geschwindigkeit der optischen Übertragung mithalten kann. OEO-Switches sind außerdem bitraten- und protokollabhängig, was bedeutet, dass Protokolle verwendet werden müssen und Bits aus den übertragenen Frames weiterhin verarbeitet werden müssen (anders als bei OOO-Switches). Sie sind in der Lage, Header-Informationen zu verarbeiten und auf dieser Grundlage Routing-Entscheidungen zu treffen. Der OOO-Switch verspricht das zukünftige AON – All Optical Networks, aber es handelt sich immer noch um eine aufstrebende Technologie, die ohne die Intelligenz, über die OEO-Switches derzeit verfügen, nicht angemessen funktionieren kann.

 

 

 

Protokolle und Standards

OEO-Switches werden bereits im Rahmen von SONET Synchronous Optical Networks oder SDH (synchronous Digital Hierarchy) eingesetzt. SONET und SDH sind Multiplex-Protokollstandards, die zur Unterstützung der in optischen Netzwerken erforderlichen sehr schnellen Datenraten eingerichtet wurden.

 

Optische Vermittlungsnetzwerke nutzen Dense Wave Division Multiplexing (DWDM). Hierbei handelt es sich um eine Multiplex-Technik, bei der mehrere Signale auf einer einzigen optischen Faser gemeinsam genutzt werden können, wobei jedes Signal eine andere Wellenlänge (d. h. ein anderes Lichtspektrum) teilt. DWDM-Systeme übertragen heute bis zu 160 verschiedene Signale auf einer einzigen Faser. Dies erhöht die Bandbreite heutiger Netzwerke erheblich. Optische Netzwerke nutzen das Standardprotokoll traditioneller Netzwerke wie IP und Ethernet.

 

Der optische Switch wird bald in einer Netzwerkarchitektur namens GMPLS (Generalised MPLS) betrieben.

 

Anwendungen

 

Hauptanwendungen sind optischer Schutz, Testsysteme und aus der Ferne rekonfigurierbare Add-Drop-Multiplexer.

 

NxM-Matrix-Switch – Dieser Switch verwendet standardmäßige optische SFP-Transceiver (Small Form Pluggable) der Telekommunikation an den Eingängen, um das eingehende optische Signal in seinen nativen elektrischen digitalen Datenstrom umzuwandeln. An jedem der entsprechenden Ausgänge werden ähnliche optische Transceiver verwendet, um den vermittelten elektrischen Datenstrom zur weiteren Übertragung wieder in ein optisches Signal umzuwandeln. Die Schaltmatrix ist elektrisch und umfasst weitere Funktionen wie Reclocking und Retiming, um das Signal zu bereinigen und in seinen ursprünglichen Zustand zurückzusetzen, wobei etwaige konvertierungsbedingte Anomalien ausgeschlossen werden.

Passive Schutzumschaltung zur Wiederherstellung des Dienstes nach einer Störung, beispielsweise einem Glasfaserausfall. Am Sendeort wird das Signal in zwei redundante Signale aufgeteilt und über zwei unterschiedliche optische Wege gesendet. Dieses Switch-Design akzeptiert diese beiden optischen Signale vom selben Sender über die verschiedenen Glasfaserpfade und überwacht die optische Aktivität auf jeder Glasfaser. Ein Pfad ist als primärer optischer Pfad festgelegt und schaltet automatisch auf den redundanten Glasfaserpfad um, wenn dieser primäre Pfad unterbrochen wird oder der Signalpegel unter einen voreingestellten optischen Schwellenwert fällt.

Eine häufige Anwendung für Schalter sind Remote Fiber Test Systems (RFTSs), die einen Fehler auf einer Glasfaserübertragungsleitung überwachen und lokalisieren können.

Eine neue Anwendung optischer Schalter ist die optische Querverbindung. Optische Cross-Connects nutzen optische Schaltstrukturen, um eine Verbindung zwischen mehreren optischen Ein- und Ausgängen herzustellen. Optical Cross Connects ähneln elektronischen Routern, die Daten über Switches weiterleiten. Ein OXC kann eine ganze Reihe optischer Schalter enthalten.

Arten von optischen MEMS-Schaltern

Das mikroelektromechanische System (MEMS) war das erste rein optische Gerät, das zu einem physikalisch realisierbaren Produkt entwickelt wurde und ist heute die am weitesten verbreitete Technik zur Wellenlängenumschaltung ohne anfängliche elektronische Umwandlung. Bei diesen Geräten handelt es sich normalerweise um winzige Mechanismen aus Silizium mit vielen beweglichen Spiegeln im Bereich von einigen hundert Mikrometern bis zu einigen Millimetern. Diese Spiegel befinden sich auf einem Siliziumwafer und sind als Array verpackt. Der Schalter funktioniert, indem er Lichtwellen durch diese Spiegel von einem Anschluss zum anderen umlenkt.

 

Flüssigkristallschalter

Der Liquid Crystal Switch nutzt die Polarisationseffekte von Licht in Flüssigkristallen (ähnlich denen, die für Laptop-Bildschirme verwendet werden), um Licht zu schalten. Die Vorteile des Flüssigkristallschalters liegen in seinem geringen Stromverbrauch.

 

Blasenförmiger Schalter

Ein blasenbasierter Schalter mit der Bezeichnung „Photonic Switching Platform“ wurde von Agilent Technologies Inc. entwickelt und nutzt eine Technologie, die der von Tintenstrahldruckern ähnelt. Dieser Switch ist in der Lage, 32x32-Switches ohne Mov zu verwendenTeile von MEMS.

 

Thermooptische Schalter

Die Skalierbarkeit dieser Switches ist normalerweise gering und reicht von 1x2 bis 6x6 Switches. Es gibt zwei Haupttypen von Schaltern: digitale optische Schalter (DOS) und interferometrische Schalter. Das DOS funktioniert, indem es den Brechungsindex des Lichts verändert. Bei Verwendung eines 1x2 Y-Schalters wandert Licht durch beide Arme des Schalters. Einer der Arme wird erhitzt und das Licht wird im Schalter blockiert.