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Introducción al interruptor óptico, por Fibermart
Al hablar de la función de los conmutadores ópticos, se podría decir que sin conmutadores, no hay redes de comunicación. Si bien esta visión es un poco exagerada, demuestra plenamente su importancia. Desde la primera generación de redes de telecomunicaciones, concretamente el sistema de conmutación telefónica, se utilizaban numerosos conmutadores para formar una unidad de conmutación que satisficiera la conmutación de circuitos entre usuarios. Sin embargo, hoy en día, con el desarrollo de la tecnología DWDM, las redes ópticas se están convirtiendo gradualmente en la red de comunicaciones de próxima generación, que cada vez recibe más atención y se ha convertido en un foco de investigación. En las redes ópticas basadas en DWDM, es inevitable el uso de conmutadores ópticos para convertir y transferir diferentes longitudes de onda de señales ópticas en la red. El conmutador óptico es el componente central para completar la conmutación e incluso proteger el circuito. Los conmutadores ópticos son ampliamente utilizados y desempeñan un papel insustituible en las redes ópticas.
Índices técnicos de interruptores ópticos
Al evaluar un nuevo interruptor óptico, debemos considerar los siguientes siete índices técnicos.
- Altamente estable y confiable para requisitos de gran capacidad a largo plazo de los sistemas de comunicación.
- Baja pérdida de inserción y alta eficiencia de acoplamiento.
- Baja diafonía y alta tasa de extinción. La diafonía puede afectar directamente la calidad de transmisión de la señal; el aislamiento típico es de 40 y 50 dB.
- Con características de conducción y temperatura bajas.
- La conmutación de velocidad se puede regular para diferentes aplicaciones.
- El ancho de banda de trabajo del conmutador óptico corresponde a la fibra, el filtro óptico y el amplificador de la ventana de trabajo DWDM de 1300 nm a 1650 nm, y el conmutador óptico debe estar de acuerdo con esto.
- El coste y las ampliaciones del conmutador óptico también son una consideración importante.
Tipos de interruptores ópticos
Un interruptor óptico tiene uno o más puertos de entrada y dos o más puertos de salida que usualmente llamamos interruptor óptico 1xN o NxN. Diferentes principios y tecnologías de interruptor óptico tienen diferentes características y son adecuados para diferentes ocasiones. Dependiendo de su tecnología de fabricación, el interruptor óptico puede dividirse en interruptor óptico mecánico , interruptor óptico opto-micro-mecánico, interruptor óptico MEMS (sistemas microelectromecánicos) y otros interruptores. Entre ellos, el interruptor óptico mecánico y el interruptor óptico MEMS son los interruptores más maduros y comúnmente utilizados en el campo. Además, también hay interruptor óptico de cristal líquido, interruptor óptico térmico, interruptor acústico-óptico, interruptor óptico de guía de ondas, interruptor óptico de estado sólido e interruptor magneto-óptico, etc. Por otro lado, en función de su aplicación, los interruptores ópticos pueden dividirse en interruptor óptico mecánico, interruptor óptico de montaje en rack, interruptor óptico de sobremesa, etc. Ahora, vamos a dar una breve introducción a algunos interruptores ópticos de uso común en lo siguiente.
Interruptor óptico opto-mecánico
Los interruptores ópticos mecánicos se han desarrollado durante mucho tiempo y son los más utilizados actualmente. Estos dispositivos logran la conmutación moviendo fibra u otros elementos ópticos voluminosos mediante motores paso a paso o brazos de relé. Las ventajas de los interruptores ópticos mecánicos tradicionales son la baja pérdida de inserción (<2 dB), el alto aislamiento (>45 dB) y la ausencia de influencias por la polarización y la longitud de onda. En general, los interruptores ópticos opto-mecánicos coliman el haz óptico de cada fibra de entrada y salida y lo desplazan dentro del dispositivo. Esto permite una baja pérdida óptica y permite una distancia entre las fibras de entrada y salida sin efectos perjudiciales. Las desventajas de los interruptores ópticos mecánicos tradicionales son su largo tiempo de encendido y apagado, además de su mayor volumen en comparación con otras alternativas. Por lo tanto, no es fácil fabricar matrices de interruptores ópticos de gran tamaño. Sin embargo, con el desarrollo tecnológico, los nuevos dispositivos micromecánicos superan este problema. La nueva generación de interruptores ópticos opto-micromecánicos se caracteriza por su mayor ancho de banda, estructura compacta y tamaño reducido, lo que permite reducir significativamente los elementos de conmutación ópticos en una matriz y el número correspondiente de controladores.
Interruptor óptico MEMS
El interruptor óptico MEMS (Sistemas Microelectromecánicos) es un microinterruptor óptico en espacio libre compuesto de material semiconductor. Se trata de una tecnología avanzada de interruptores ópticos que ha atraído gran atención a nivel mundial. Es compacto, ligero y fácil de expandir, además de combinar las ventajas de los interruptores ópticos mecánicos y de guía de ondas, superando sus desventajas. Gracias a la integración eléctrica, mecánica y óptica, puede transmitir de forma transparente diferentes velocidades y servicios comerciales, y se ha extendido su uso en la industria.
Interruptor óptico térmico
Este tipo de tecnología se utiliza comúnmente para fabricar interruptores ópticos en miniatura. Generalmente, los interruptores termoópticos se basan en guías de onda de polímeros o sílice. Su funcionamiento se basa en la variación del índice de refracción con la temperatura, generada por un calentador resistivo colocado sobre la guía de onda. Su lentitud no los limita en las aplicaciones actuales. Existen principalmente dos tipos: interruptor óptico digital (DOS) e interruptor óptico interferométrico.
Interruptor acústico-óptico
En este tipo de interruptor, se utilizan ondas acústicas para controlar la desviación de la luz. Al no tener piezas móviles, es más fiable. En general, la pérdida de un interruptor acústico-óptico 1×2 es inferior a 2,5 dB.
Interruptor óptico de guía de ondas
El interruptor óptico de guía de onda es un nuevo tipo de interruptor óptico con una estructura de guía de onda. Además, también utiliza efectos electroópticos, acustópticos, termoópticos y magnetoópticos. Gracias a su pequeño tamaño, el interruptor óptico de guía de onda tiene una amplia aplicación en OXC.
interruptor magneto-óptico
El principio del interruptor magnetoóptico se basa en el efecto de rotación de Faraday . En comparación con el interruptor óptico mecánico tradicional, el magneto ofrece las ventajas de una mayor velocidad de conmutación y una mayor estabilidad. Además, en comparación con otros interruptores ópticos no mecánicos, presenta una menor tensión de accionamiento y una menor diafonía. Por lo tanto, el interruptor magnetoóptico se convertirá en un tipo de interruptor óptico muy competitivo en el futuro.
Interruptor óptico de cristal líquido
El principio de funcionamiento del interruptor óptico de cristal líquido se basa en el control de polarización. Es decir, la luz se refleja en un punto, mientras que la luz pasa a través del otro. Debido a su alto coeficiente óptico, el cristal líquido es el material fotoeléctrico más eficaz. Además, su velocidad de conmutación puede alcanzar velocidades de submicrosegundos. Con el avance tecnológico, es posible que en el futuro alcance velocidades de nanosegundos.
Interruptor de derivación óptica
Tras hablar sobre los diversos tipos de conmutadores ópticos de uso común, comprenderá mejor su funcionamiento. Además, existe un conmutador óptico llamado conmutador de derivación óptica. Su nombre suele confundir a los usuarios. El conmutador de derivación óptica es un conmutador óptico con función de protección. Se utiliza habitualmente para la recuperación ante fallos de red. Proporciona un puerto de acceso permanente y sin problemas para dispositivos de seguridad y monitorización de red en línea. El conmutador de derivación óptica conmuta automáticamente el tráfico de red a través de dispositivos en línea añadidos o desvía los dispositivos que se van a retirar. Con un latido, el conmutador de derivación óptica protege el tráfico de red contra pérdidas de señal y potencia en el dispositivo en línea conectado. Esta tecnología de conmutación óptica se utiliza en muchos otros dispositivos y se utiliza ampliamente en la protección de líneas ópticas de PDH, SDH, C/DWDM, comunicación de potencia y sistemas de televisión por cable (CATV), entre otros.
Aplicación y perspectiva de los interruptores ópticos
Solicitud
Los conmutadores ópticos desempeñan un papel fundamental en las redes ópticas, no solo como núcleo de conmutación de los equipos clave de las redes WDM , sino también como componentes clave de las redes ópticas. Sus principales aplicaciones son las siguientes:
- Función de conmutación de protección : los conmutadores ópticos se utilizan habitualmente para la recuperación de fallos de red. Cuando se produce una rotura de fibra u otro fallo de transmisión, el conmutador óptico conmuta la señal de la ruta principal a la alternativa. Para esta aplicación, el conmutador óptico 1x2 más sencillo parece ser el más utilizado. Además, los conmutadores ópticos con función de derivación se utilizan ampliamente en diversos tipos de dispositivos de puerta de enlace de una red. Protegen contra fallos de red y simplifican el mantenimiento de la red, garantizando su integridad durante cortes de energía. Cuando los dispositivos en línea de una red de fibra óptica de un gigabyte pierden energía o deben desconectarse de la red, los conmutadores ópticos de derivación desvían automáticamente el tráfico de la red a los dispositivos de derivación con menor energía.
- Monitoreo de red : En el punto de prueba más remoto, se pueden conectar varias fibras a un OTDR con el conmutador óptico 1xN. Mediante la conmutación del conmutador óptico, se puede monitorear todas las fibras. Además, el conmutador de derivación óptica permite el monitoreo en caso de fallo de apertura con cualquier dispositivo de fibra en línea cuando comparte la misma fuente de alimentación. Mientras el conmutador de derivación óptica recibe alimentación, desvía el tráfico de red a los dispositivos en línea. En este estado, todo el tráfico en línea se enruta directamente al dispositivo conectado al conmutador de derivación óptica.
- Pruebas ópticas – Conectando los componentes ópticos que van a ser probados con fibra óptica, a través de conmutadores ópticos 1xN, estos componentes ópticos pueden ser probados monitoreando la señal de cada canal de los conmutadores ópticos.
- Aplicado a OADM y OXC : OADM se utiliza principalmente en redes de área metropolitana (MAN) en bucle, lo que permite añadir uno o más canales de longitud de onda nuevos a una señal WDM multilongitud de onda existente, o bien eliminar uno o más canales, transfiriendo dichas señales a otra ruta de red. El uso de conmutadores ópticos aumenta considerablemente la flexibilidad de la configuración de la red. OXC consta de matrices de conmutadores ópticos. Se utiliza principalmente para la interconexión en redes ópticas troncales, lo que permite la protección contra fallos, la gestión dinámica del camino de luz y la flexibilidad de servicios para las redes.
Prospecto
Con el desarrollo de la tecnología de redes de transporte óptico, surgen constantemente nuevas tecnologías de conmutación óptica, a la vez que las tecnologías originales se perfeccionan continuamente. A medida que la red de transmisión óptica evoluciona hacia velocidades ultraaltas y gran capacidad, la supervivencia, la protección, la conmutación y la recuperación de la red pueden convertirse en cuestiones cruciales. La conmutación óptica desempeña un papel fundamental en la protección y la recuperación en este campo y llena este vacío. Para adaptarse mejor a las nuevas y crecientes actualizaciones de la red, es posible que el tamaño de la matriz de conmutación de los conmutadores ópticos siga creciendo en el futuro. Además, la velocidad de conmutación de los conmutadores ópticos requerirá mayores requisitos. En resumen, la red del futuro necesitará un conmutador óptico de gran capacidad, alta velocidad y bajas pérdidas, que desempeñará un papel cada vez más importante en el desarrollo de las redes ópticas.
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