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Introdução ao Switch Óptico, pela Fibermart
Ao falar sobre o papel dos switches ópticos, pode-se dizer que, se não houver switch, não há redes de comunicação. Embora essa visão dos switches ópticos seja um pouco exagerada, ela comprova plenamente a importância dos switches ópticos. Desde a primeira geração de redes de telecomunicações, ou seja, o sistema de comutação telefônica, um grande número de switches é usado para formar uma unidade de comutação que satisfaz a comutação de circuitos entre usuários. No entanto, hoje, com o desenvolvimento da tecnologia DWDM, todas as redes ópticas estão sendo gradualmente desenvolvidas como a próxima geração de redes de comunicação, que recebe cada vez mais atenção das pessoas e se tornou um ponto importante de pesquisa. Na rede totalmente óptica baseada em DWDM, é inevitável o uso de comutação óptica para converter e transferir diferentes comprimentos de onda de sinais ópticos na rede. A comutação óptica é o componente central para completar a comutação e até mesmo proteger o circuito. As comutações ópticas são amplamente utilizadas e desempenham um papel insubstituível em redes ópticas.
Índices Técnicos de Interruptores Ópticos
Ao avaliar um novo switch óptico, devemos considerar os sete índices técnicos a seguir.
- Altamente estável e confiável para requisitos de grande capacidade de longo prazo de sistemas de comunicação.
- Baixa perda de inserção e alta eficiência de acoplamento.
- Baixa diafonia e alta taxa de extinção. A diafonia pode afetar diretamente a qualidade da transmissão do sinal, com isolamento típico para 40 e 50 dB.
- Com características de baixa movimentação e temperatura.
- A comutação de velocidade pode ser regulada para diferentes aplicações.
- A largura de banda de trabalho do interruptor óptico corresponde à fibra, ao filtro óptico e ao amplificador da janela de trabalho DWDM de 1300 nm-1650 nm, e o interruptor óptico deve estar de acordo com ela.
- O custo e as extensões do switch óptico também são uma consideração importante.
Tipos de interruptores ópticos
Um interruptor óptico tem uma ou mais portas de entrada e duas ou mais portas de saída que normalmente chamamos de interruptor óptico 1xN ou NxN. Diferentes princípios e tecnologias de interruptor óptico são características diferentes e adequadas para diferentes ocasiões. Dependendo de sua tecnologia de fabricação, o interruptor óptico pode ser dividido em interruptor óptico mecânico , interruptor óptico opto-micro-mecânico, interruptor óptico MEMS (Sistemas Micro-Eletro-Mecânicos) e outros interruptores. Entre eles, o interruptor óptico mecânico e o interruptor óptico MEMS são os interruptores mais maduros e comumente usados no campo. Além disso, há também interruptor óptico de cristal líquido, interruptor óptico térmico, interruptor acústico-óptico, interruptor óptico de guia de onda, interruptor óptico de estado sólido e interruptor magneto-óptico etc. Por outro lado, com base em sua aplicação, os interruptores ópticos podem ser divididos em interruptor óptico mecânico, interruptor óptico de montagem em rack, interruptor óptico de bancada e assim por diante. Agora, daremos uma breve introdução a alguns interruptores ópticos comumente usados a seguir.
Interruptor Óptico Opto-Mecânico
A chave óptica mecânica foi desenvolvida ao longo do tempo e é a mais amplamente utilizada na época. Esses dispositivos realizam a comutação movendo fibras ou outros elementos ópticos em massa por meio de motores de passo ou braços de relé. Os benefícios da chave óptica mecânica tradicional são baixa perda de inserção (<2 dB), alto isolamento (>45 dB) e não são influenciados pela polarização e comprimento de onda. Em geral, as chaves ópticas optomecânicas colimam o feixe óptico de cada fibra de entrada e saída e movem esses feixes colimados dentro do dispositivo. Isso permite baixa perda óptica e permite a distância entre a fibra de entrada e saída sem efeitos prejudiciais. As desvantagens da chave óptica mecânica tradicional são o longo tempo para ligar ou desligar, além de serem dispositivos mais volumosos em comparação com outras alternativas. Portanto, não é fácil fabricar uma matriz de chave óptica grande. No entanto, com o desenvolvimento da tecnologia, os novos dispositivos micromecânicos superam isso. A nova geração de chaves ópticas opto-micromecânicas possui as características de banda larga mais ampla, estrutura compacta e tamanho pequeno, o que pode reduzir significativamente os elementos de chave óptica em uma matriz e o número correspondente de acionamentos.
Interruptor Óptico MEMS
O interruptor óptico MEMS (Sistemas Microeletromecânicos) é um interruptor microóptico em espaço livre, composto por material semicondutor. Trata-se de uma tecnologia avançada de interruptor óptico que atualmente atrai grande atenção no mundo. O interruptor óptico MEMS é compacto, leve e fácil de expandir, além de combinar as vantagens do interruptor óptico mecânico e do interruptor óptico de guia de onda, superando suas deficiências. Isso se deve à combinação da integração elétrica, mecânica e óptica como um todo, permitindo a transmissão transparente de diferentes taxas e diferentes serviços comerciais, sendo amplamente utilizado na indústria.
Interruptor óptico térmico
Esse tipo de tecnologia é comumente usado para fabricar interruptores ópticos em miniatura. Em geral, interruptores termo-ópticos são normalmente baseados em guias de onda feitos de polímeros ou sílica. Para operar, eles dependem da variação do índice de refração com a temperatura, criada por um aquecedor resistivo colocado acima do guia de onda. Sua lentidão não os limita às aplicações atuais. Existem basicamente dois tipos básicos: interruptor óptico digital (DOS) e interruptor óptico interferométrico.
Interruptor acústico-óptico
Neste tipo de interruptor, a onda acústica é utilizada para controlar a deflexão da luz. Como não há partes móveis, é mais confiável. Em geral, a perda de um interruptor acústico-óptico 1×2 é inferior a 2,5 dB.
Interruptor óptico de guia de onda
O interruptor óptico de guia de onda é um novo tipo de interruptor óptico com estrutura de guia de onda. Além disso, efeitos eletro-ópticos, acústico-ópticos, termo-ópticos e magneto-ópticos também são utilizados em interruptores ópticos de guia de onda. Graças ao seu pequeno tamanho, o interruptor óptico de guia de onda tem aplicação em larga escala em OXC.
Interruptor magneto-óptico
O princípio da chave magneto-óptica é o efeito de rotação de Faraday . Comparada à chave óptica mecânica tradicional, a chave magneto apresenta as vantagens de maior velocidade de comutação e maior estabilidade. Além disso, em comparação com outras chaves ópticas não mecânicas, ela possui menor tensão de acionamento e menor diafonia. Portanto, a chave magneto-óptica será um tipo de chave óptica muito competitivo no futuro.
Interruptor óptico de cristal líquido
O princípio de funcionamento do interruptor óptico de cristal líquido baseia-se no controle de polarização, ou seja, a luz é refletida por um caminho polarizado, enquanto a luz pode passar pelo outro caminho. Como o coeficiente óptico do cristal líquido é alto, ele se torna o material fotoelétrico mais eficaz. Além disso, a velocidade de comutação do interruptor óptico de cristal líquido pode atingir a ordem de submicrossegundos. E com o crescente avanço da tecnologia, ele poderá atingir a velocidade de nanossegundos no futuro.
Interruptor de bypass óptico
Depois de falar sobre esses vários tipos comumente usados de switches ópticos, você pode ter um entendimento mais profundo do switch óptico. Além disso, há um switch óptico que é chamado de switch de bypass óptico. Os usuários muitas vezes ficam confusos com seu nome. O switch de bypass óptico é um switch óptico que tem a função de comutação de proteção. Ele é normalmente usado para recuperação de falhas de rede. Ele fornece uma porta de acesso permanente e sem problemas para dispositivos de segurança e monitoramento de rede em linha. O switch de bypass óptico comuta automaticamente o tráfego de rede através de dispositivos em linha adicionados ou ignora dispositivos que estão prestes a ser removidos. Com um piscar de olhos, o switch de bypass óptico protege o tráfego de rede contra perda de sinal e energia no dispositivo em linha conectado. Este tipo de tecnologia de comutação óptica é usado em muitos outros dispositivos e é amplamente utilizado na proteção de linha óptica de PDH, SDH, C/DWDM, comunicação de energia e sistemas CATV, etc.
Aplicação e Perspectiva de Interruptores Ópticos
Aplicativo
O comutador óptico desempenha um papel muito importante nas redes ópticas, atuando não apenas como núcleo de comutação dos principais equipamentos em redes WDM , mas também como componente-chave em redes ópticas. As principais aplicações dos comutadores ópticos são as seguintes:
- Função de comutação de proteção – interruptores ópticos são geralmente utilizados para recuperação de falhas de rede. Em caso de ruptura de fibra ou outra falha de transmissão, o interruptor óptico comuta o sinal da rota primária para a rota alternativa. Para esta aplicação, o tipo mais simples de interruptor óptico 1X2 parece ser o mais comumente utilizado. Além disso, o interruptor óptico com função de bypass pode ser amplamente utilizado em diversos tipos de dispositivos de gateway em uma rede. Ele protege contra falhas de rede e simplifica a manutenção da rede, garantindo a integridade da rede durante a perda de energia. Quando os dispositivos em linha em uma rede de fibra óptica de gigabytes perdem energia ou precisam ser removidos da rede, os interruptores de bypass ópticos comutam automaticamente o tráfego de rede para dispositivos de bypass com menor consumo de energia.
- Monitoramento de rede – No ponto de teste mais remoto, várias fibras podem ser conectadas a um OTDR com o switch óptico 1xN. Através da comutação do switch óptico, é possível monitorar todas as fibras. Além disso, o switch de bypass óptico suporta monitoramento em caso de falha aberta com qualquer dispositivo em linha de fibra óptica quando este compartilha a mesma fonte de alimentação que o dispositivo em linha. Enquanto o switch de bypass óptico está recebendo energia, ele desvia o tráfego de rede para conectar dispositivos em linha. Nesse estado, todo o tráfego em linha é roteado diretamente para o dispositivo conectado ao switch de bypass óptico.
- Teste óptico – Conectando os componentes ópticos que serão testados com fibra óptica, através de switches ópticos 1xN, esses componentes ópticos podem ser testados monitorando o sinal de cada canal dos switches ópticos.
- Aplicado a OADM e OXC – OADM é usado principalmente em MAN (rede metropolitana) de loop, permitindo adicionar um ou mais novos canais de comprimento de onda a um sinal WDM multicomprimento de onda existente e/ou remover um ou mais canais, passando esses sinais para outro caminho de rede. O uso de switches ópticos pode aumentar significativamente a flexibilidade da configuração da rede. O OXC consiste em matrizes de switches ópticos. É usado principalmente para conexão cruzada em redes ópticas de backbone, realizando proteção contra falhas, gerenciamento dinâmico do caminho óptico e serviços flexíveis para as redes.
Prospect
Com o desenvolvimento da tecnologia de redes de transporte óptico, novas tecnologias de comutação óptica surgem constantemente, enquanto as tecnologias originais de comutação óptica continuam a melhorar. À medida que a rede de transmissão óptica se desenvolve na direção de ultra-alta velocidade e grande capacidade, a capacidade de sobrevivência da rede, a comutação e a recuperação da proteção da rede podem ser questões críticas. A comutação óptica desempenha um papel importante na proteção e recuperação deste campo e preenche a lacuna. Para melhor se adequar à nova e crescente atualização da rede, o tamanho da matriz de comutação das comutações ópticas pode continuar a crescer no futuro. Além disso, a velocidade de comutação das comutações ópticas exigirá requisitos mais elevados. Em suma, uma comutação óptica de grande capacidade, alta velocidade e baixas perdas será necessária na rede futura e desempenhará um papel mais importante no desenvolvimento da rede óptica.
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