ОПТИЧЕСКИЙ КОММУТАТОР Российский патент 2012 года по МПК G02F1/295 

Изобретение относится к оптическим устройствам переключения и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи (ВОСП) информации для коммутации каналов передачи информации.

Известен оптический коммутатор - фотонный коммутатор на основе нелинейного оптического зеркала, предназначенный для коммутации оптического потока в ВОСП [Маккавеев В. Фотонные коммутаторы / В.Маккавеев // Компоненты и технологии. - 2006. - №2. - С.142-146, страница 144, рисунок 3] и содержащий нелинейный интерферометр Саньяка, оптические волноводы.

Существенный признак аналога, общий с заявляемым устройством, - оптический волновод.

Недостатком данного аналога является сложность устройства, определяемая необходимостью использования интерферометра Саньяка.

Известен также оптический коммутатор - фотонный коммутатор на основе электрооптического кристалла теллура кадмия, предназначенный для коммутации оптического потока в ВОСП [Маккавеев В. Фотонные коммутаторы / В.Маккавеев // Компоненты и технологии. - 2006. - №2. - С.142-146, страница 144, рисунок 4] и содержащий полупроводниковый оптический кристалл теллура кадмия, диэлектрический слой, металлические электроды, источник внешнего электрического напряжения, оптический поляризатор, оптический анализатор, микрообъективы, оптические волноводы.

Существенный признак аналога, общий с заявляемым устройством, - оптический волновод.

Недостатками данного аналога являются сложность конструкции устройства и низкая надежность ввиду наличия внешнего источника электрического напряжения.

Известен оптический коммутатор - пара оптически связанных волноводов [Акаев А.А. Оптические методы обработки информации / А.А.Акаев, С.А.Майоров. - М.: Высшая школа, 1988. - 236 с., страница 148, рисунок 5.2], принятый за прототип и предназначенный для переключения оптического потока из одного оптического волновода в другой.

Пара оптически связанных волноводов является существенным признаком заявляемого изобретения.

Недостатком прототипа является невозможность управляемой коммутации большого числа каналов передачи информации в ВОСП.

Задачей изобретения является создание оптического коммутатора, позволяющего выполнять управляемое переключение информационного оптического потока по f=n+1 каналам передачи информации в ВОСП, и достижение быстродействия коммутации до 10⁵-10⁶ в секунду.

Техническим результатом является расширение возможностей устройства за счет обеспечения управляемой коммутации информационного оптического потока по f=n+1 каналам передачи информации в ВОСП.

Оптический коммутатор - оптическое переключательное устройство, предназначенное для коммутации информационного оптического потока по f=n+1 каналам передачи информации в ВОСП.

Сущность изобретения состоит в том, что оптический коммутатор содержит n оптических Y-объединителей, n пар оптически связанных волноводов, n оптических фильтров, информационным входом оптического коммутатора является первый вход первого оптического Y-объединителя, i-м адресным входом оптического коммутатора является второй вход i-го оптического Y-объединителя (i=1, 2, …, n), выход каждого i-го оптического Y-объединителя подключен ко входу первого оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов (i=1, 2, …, n), выход первого оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов подключен к первому входу (i+1)-го оптического Y-объединителя (i=1, 2, …, n-1), выход первого оптического волновода n-й пары оптически связанных волноводов является нулевым выходом оптического коммутатора, выход второго оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов подключен ко входу 1-го оптического фильтра (i=1, 2, …, n), выход которого является i-ым выходом оптического коммутатора (i=1, 2, …, n).

Функциональная схема оптического коммутатора показана на чертеже.

Оптический коммутатор содержит:

- 1₁, 1₂, …, 1_n - n оптических Y-объединителей;

- 2₁₁, 2₁₂, 2₂₁, 2₂₂, …, 2_n1, 2_n2 - n пар оптически связанных волноводов (ОСВ) с порогом переключения оптического потока k усл(овных) ед(иниц);

- 3₁, 3₂,…, 3_n - n оптических фильтров (ОФ), которые могут быть реализованы, например, в виде фильтров, описанных в [Иванов А.Б. ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА: компоненты, системы передачи, измерения / А.Б.Иванов. - М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999. - 671 с., страница 89, рисунок 1.42].

Оптический коммутатор имеет один информационный вход и n адресных входов. Информационным входом оптического коммутатора является первый вход оптического Y-объединителя 1₁, a i-м адресным входом оптического коммутатора является второй вход i-го оптического Y-объединителя 1_i (i=1, 2, …, n). Выход каждого i-го оптического Y-объединителя 1_i подключен ко входу первого оптического волновода 2_i1 i-й пары ОСВ 2_i1, 2_i2. Выход первого оптического волновода 2_i1 i-й пары ОСВ 2_i1, 2_i2 подключен к первому входу (i+1)-го оптического Y-объединителя 1_i+1 (i=1, 2, …, n-1). Выход первого оптического волновода 2_n1 n-й пары ОСВ 2_n1, 2_n2 является нулевым выходом (выход "0") оптического коммутатора. Выход второго оптического волновода 2_i1 i-й пары ОСВ 2_i1, 2_i2 подключен ко входу i-го ОФ 3_i, выход которого является i-ым выходом оптического коммутатора (i=1, 2, …, n).

Работа устройства протекает следующим образом.

Пусть требуется направить информационный оптический поток с длиной волны λ₁ и с интенсивностью m<k усл. ед., поступающий на информационный вход оптического коммутатора, в i-й канал передачи информации (i=0, 1, 2, …, n). Этот оптический поток поступает, соответственно, на первый вход оптического Y-объединителя 1₁.

Чтобы направить оптический поток, поступивший на информационный вход оптического коммутатора, в i-й канал передачи информации, на i-й адресный вход оптического коммутатора подается управляющий оптический сигнал с длиной волны λ₂≠λ₁ и с интенсивностью более (k-m) усл. ед. (i=1, 2, …, n). При отсутствии на любом i-м адресном входе оптического коммутатора вышеуказанного управляющего оптического сигнала оптический поток с информационного входа проходит на нулевой выход оптического коммутатора по цепи: "оптический Y-объединитель 1₁ - первый оптический волновод пары ОСВ 2₁₁, 2₁₂ - оптический Y-объединитель 1₂ - первый оптический волновод пары ОСВ 2₂₁, 2₂₂-… - оптический Y-объединитель 1_n - первый оптический волновод пары ОСВ 2_n1, 2_n2 - выход "0" оптического коммутатора" (чертеж), так как не произойдет переключения информационного оптического потока с длиной волны λ₁ и с интенсивностью m<k усл. ед. из первого оптического волновода 2_i1 во второй оптический волновод 2_i2 в любой i-й паре ОСВ 2_i1, 2_i2 (i=1, 2, …, n). При появлении на i-м адресном входе оптического коммутатора управляющего оптического потока с длиной волны λ₂≠λ₁ и с интенсивностью более (k-m) усл. ед. он поступает на второй вход i-го оптического Y-объединителя 1_i. Так как на первом входе i-го оптического Y-объединителя 1_i появляется информационный оптический поток с длиной волны λ₁ и с интенсивностью m<k усл. ед. (i=1, 2, …, n), то, следовательно, на выходе i-го оптического Y-объединителя 1_i формируется суммарный оптический поток с интенсивностью более (k-m)+m=k усл. ед. Этот оптический поток поступает на вход первого оптического волновода 2_i1 i-й пары ОСВ 2_i1, 2_i2 и, переключаясь во второй оптический волновод 2_i2 i-й пары ОСВ 2_i1, 2_i2, поступает на вход i-го ОФ 3_i, настроенного на режекцию оптического сигнала с длиной волны λ₂, который осуществляет выделение оптического потока с длиной волны λ₁ и с интенсивностью m усл. ед. (i=1, 2, …, n). Работа i-го ОФ 3_i описана в [Иванов А.Б. ВОЛОКОННАЯ ОПТИКА: компоненты, системы передачи, измерения / А.Б.Иванов. - М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999. - 671 с., страницы 84…91].

Следовательно, на выход i-го ОФ 3_i проходит оптический поток с длиной волны λ₁ и с интенсивностью m усл. ед., который поступает далее на i-й выход оптического коммутатора и далее - в i-й канал передачи информации (i=1, 2, …, n).

Таким образом, осуществляется коммутация информационного оптического потока с длиной волны λ₁ и с интенсивностью m усл. ед., поступающего на информационный вход оптического коммутатора, в i-й канал передачи информации в ВОСП.

Быстродействие оптического коммутатора определяется динамическими характеристиками пар оптически связанных волноводов, быстродействие которых составляет ≈10^-12 с. Для существующих волоконно-оптических систем передачи информации подобное быстродействие обеспечивает их функционирование практически в реальном масштабе времени.

Изобретение относится к оптическим устройствам переключения и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи информации для коммутации каналов передачи информации. Устройство содержит n оптических Y-объединителей, n пар оптически связанных волноводов, n оптических фильтров. Технический результат - расширение возможностей устройства за счет обеспечения управляемой коммутации информационного оптического потока по f=n+1 каналам передачи информации. 1 ил.

Оптический коммутатор, содержащий оптические волноводы, отличающийся тем, что в него введены n оптических Y-объединителей, n пар оптически связанных волноводов, n оптических фильтров, информационным входом оптического коммутатора является первый вход первого оптического Y-объединителя, i-м адресным входом оптического коммутатора является второй вход i-го оптического Y-объединителя (i=1, 2, …, n), выход каждого i-го оптического Y-объединителя подключен ко входу первого оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов (i=1, 2, …, n), выход первого оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов подключен к первому входу (i+1)-го оптического Y-объединителя (i=1, 2, …, n-1), выход первого оптического волновода n-й пары оптически связанных волноводов является нулевым выходом оптического коммутатора, выход второго оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов подключен ко входу i-го оптического фильтра (i=1, 2, …, n), выход которого является i-м выходом оптического коммутатора (i=1, 2, …, n).