Optikai kapcsolók Dr Berceli Tibor
[email protected]
Kapcsolási elvek NxN 1x1
vezérlés
1x2
vezérlés
2x2
vezérlés
vezérlés
Csak blokkolás nélküli üzemmód engedélyezett
1
Optikai kapcsolók megoldásai • MEMS (MEMS: Micro Electro-Mechanical System) a fény nyalábot mikrotükrök sorozatával a megfelelő kimenetre tükrözi
• Piezoelelectric beam steering (piezoelektromos nyaláb irányítás) piezoelektromos kerámiát használ a fény irányítására
• Liquid crystal (folyékony kristály) a polarizált fényt az alkalmazott elektromos tér hatására 0 vagy 90 fokkal elforgatja
• Thermal method interferométer egyik ágában hőhatással változtatja a törésmutatót, s ezzel a jelet ki- vagy bekapcsolja
• Nonlinear method a diffrakciós mintát változtatva a fényt a kívánt kimenetre irányítja
• Acousto-optic method akusztikus tér révén létrehozott mechanikai feszültség a törésmutatót változtatja, melynek eredményeként a fénytörés iránya változik
• SOA (semiconductor optical amplifier) a bázisárammal az átvitel kapcsolható
• EAM (electro-absorption modulator)
feszültséggel az átvitel kapcsolható
A kapcsoló eszközök típusai
2
Tetején megvilágított félvezető eszköz
Hullámvezető típusú eszköz
3
Koplanár hullámvezetős eszköz
Egyedi megoldások
4
Mechanikus kapcsolók Kézi kapcsoló Léptető motoros kapcsoló
Cirkulátoros kapcsoló I. Kapcsolni a forgásirány megváltoztatásával lehet kimenet 1
bemenet
kimenet 2
5
Cirkulátoros kapcsoló II. Kapcsolni a forgásirány megváltoztatásával lehet lezárás
kimenet 1
bemenet
kimenet 2
lezárás
Hullámvezetős kapcsolók
6
Csatolt hullámvezetők I. Részleges energia áramlás
A csatolás mértéke határozza meg az energia áramlásának a hányadát. Az optikai iránycsatoló ezen az elven működik.
Csatolt hullámvezetők II. Teljes energia áramlás
7
Csatolt hullámvezetős kapcsolók I.
1x1
2x2
Csatolt hullámvezetős kapcsolók II. 2 x 2 –es kapcsolókból összeépítve
Integrált optikai megoldás 4x4
4x4
8
Y típusú kapcsoló
Teljes belső reflexiós kapcsoló (Total Internal Reflexion switch : TIR)
9
Digitális optikai kapcsoló (digital optical switch: DOS)
Elektro-optikai iránycsatolós kaszkád kapcsoló
10
A fényterjedés a kaszkád kapcsolóban
Három különböző kapcsoló összehasonlítása
11
Termikus optikai kapcsoló
MEMS kapcsolók
12
MEMS tükrök
MEMS típusú kapcsoló
13
MEMS típusú optikai kapcsoló egyetlen MEMS lappal
MEMS típusú optikai kapcsoló két MEMS lappal
14
Kapcsoló adatok – I.
SOA típusú kapcsoló
15
Kapcsolás SOA-val
SOA
kimenet bemenet Hibrid Vezérlés
SOA
kimenet
lezárás
15
14
10
12
5
10
0
8
-5
6
-10
4 Temperature=20C Wavelength=1550nm
-15 -20 0
100
200
300
Optical Gain
Optical Gain [dB]
SOA kapcsolási jelleggörbéje
2
0 400
Bias Current [mA]
16
SOA átviteli karakterisztikája Detected Electrical Power [dBm]
-30
Ibias=150mA Pin=1.38dBm
-40 -50
Pmod -20 dBm -30 dBm -40 dBm -50 dBm -60 dBm -70 dBm -80 dBm -90 dBm
-60 -70 -80 -90 -100 -110 -120 -130 1
1.2
1.4 1.6 Frequency [GHz]
1.8
2
A görbék paramétere a moduláló teljesítmény
Elektro-abszorpciós kapcsoló
17
Elektro-abszorpciós eszköz
Kapcsolási karakterisztikák EAM kapcsoló elemekkel
Folytonos vonal: nyító állapot Szaggatott vonal: záró állapot Hullámhossz: 1550 nm Modulációs frekvencia: 9 GHz
18
EAM átvitel két digitális sebességen
HBT-EAM scanning electron microscope (SEM ) képe
19
Kapcsoló adatok – II.
Fő jellemzők • • • • • • • • • • • •
csatlakozási szám: be- és kimenetek száma átvitel iránya: egy vagy két irányú kapcsolási idő (switching time) áthallás (cross-talk) átviteli kapacitás (throughput) sávszélesség polarizációs érzéketlenség beiktatási csillapítás kapcsolási teljesítmény járulékos zaj, kis fázis-zaj reflexió: be- és kimeneten fizikai méretek
20
Kapcsoló rendszerek
Átkonfigurálható nemblokkoló 8x8as kapcsoló 20 darab 2x2-es elemi kapcsoló felhasználásával
21
Egyértelmű nemblokkoló 4x4-es kapcsoló 24 darab 1x2/2x1-es elemi kapcsoló felhasználásával
Hullámhossz konverter blokk sémája
XGM Wavelength Payload Conversion f
Payload
10 Gb/s
XPM Wavelength Conversion λ
f
Payload
λ
50:5
PR BS
(1)
(5) Payload f
f
λ
λ
(4)
SOA
XP
(2) Payload
(3)
f λ λ
λservice
λout
22
Neumann János (1903 – 1957)
Neumann János javaslatai nagy hatással voltak a digitális számítógép architektúrájára. Vizsgálatokat végzett nemlineáris dielektromos tényezőn alapuló logikai kapuk használatára. 1953-ban javasolta, hogy a félvezető anyagokban a stimulált emissziót fel lehet használni a fény erősítése érdekében, ami a félvezető lézer működésének az alapvető elve.
Köszönöm
23
