RU2024904C1

RU2024904C1 - Method of switching optical channels and device for its realization

Info

Publication number: RU2024904C1
Authority: RU
Inventors: Андрей Леонович Микаэлян; Виктор Камильевич Салахутдинов
Original assignee: Андрей Леонович Микаэлян; Виктор Камильевич Салахутдинов
Priority date: 1991-12-04
Filing date: 1991-12-04
Publication date: 1994-12-15

Abstract

FIELD: fiber optic transmission systems. SUBSTANCE: in order to decrease the reswitching time of the input optical signals into the output ones, to decrease the power consumption and to enhance the reliability, the information about the spatial frequency and the location of the switching microhologram is preliminarily stored in the memory cell. Then this information is read-out and the microhologram is recorded according with it. The read-out is periodically repeated. After the end of the connection the information is erased from the cell. Carrier on the basis of modified bacteriorhodopsin in a polymeric matrix is used as photoreversible medium. EFFECT: enhanced reliability. 11 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к способам дискретного отклонения оптических пучков и может быть использовано в устройствах коммутации широкополосных каналов связи. The invention relates to methods for discrete deflection of optical beams and can be used in switching devices of broadband communication channels.

Известен способ коммутации широкополосных оптических каналов /M.R.Toldman, C. C. Guest Holograms for optical interconnects for very large scale integrated cirquits fabricated by electron beam litography, Opt. Eng., 1989, vol. 28, N 8, p. 915/ заключающийся в том, что между входными и выходными оптическими каналами вдоль оптического пути помещают статические коммутирующие микроголограммы с записью закона коммутации входных каналов в выходные, а при смене закона коммутации старую запись микроголограмм удаляют из коммутатора и на ее место помещают ранее записанные микроголограммы с новым законом коммутации. A Known Method for Switching Broadband Optical Channels / M.R. Toldman, C. C. Guest Holograms for optical interconnects for very large scale integrated cirquits fabricated by electron beam litography, Opt. Eng., 1989, vol. 28, N 8, p. 915 / consisting in the fact that between the input and output optical channels along the optical path are placed static switching microholograms with the recording of the switching law of the input channels on the weekend, and when changing the switching law, the old recording of microholograms is removed from the switch and the previously recorded microholograms are replaced with the new one the law of commutation.

Недостатком этого способа коммутации является большое время перекоммутации входных оптических каналов в выходные, большое энергопотребление и низкая надежность. The disadvantage of this switching method is the long time of the switching of the input optical channels to the weekend, high power consumption and low reliability.

Известно устройство коммутации по вышеописанному способу /M.R.Toldman, C.C.Guest Holograms for optical interconnects for very large scale integrated cirquits fabricated by electron beam litography, Opt. Eng., 1989, vol. 28, N 8, p. 915/ состоящее из входных оптических каналов, выходных каналов и расположенных между ними коммутирующих микроголограмм. Known switching device according to the above method / M.R. Toldman, C. C. Guest Holograms for optical interconnects for very large scale integrated cirquits fabricated by electron beam litography, Opt. Eng., 1989, vol. 28, N 8, p. 915 / consisting of optical input channels, output channels and switching microholograms located between them.

Недостатком этого устройства коммутации является большое время перекоммутации входных оптических каналов в выходные, большое энергопотребление и низкая надежность. The disadvantage of this switching device is the long time of the switching of the input optical channels to the weekend, high power consumption and low reliability.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ коммутации оптических каналов /Jean-Yves Moisan, Holographic interconnects using phototermoplastic material, Tech. Dig. Soviet-chinese joint seminar "Holography and optical information processing" (SCJSHOIP-91), Bishkek, Sept. 21-26, 1991, pp. 44-46/ состоящий в том, что вдоль оптического пути между входными и выходными каналами помещают фотореверсивную среду (фототермопласт), коллимированное излучение каждого из входных каналов проецируют на отдельную область фотореверсивной среды, на которую записывают отдельную коммутирующую микроголограмму, обеспечивающую отклонение излучения входного канала в требуемый выходной канал. Для записи каждой микроголограммы всю площадь фототермопласта освещают частью излучения лазера записи коммутирующих микроголограмм, а другую часть этого излучения направляют на фототермопласт под углом пропорциональным требуемой пространственной частоте микроголограммы. После этого на области проекции на фототермопласт излучения соединяемого входного канала проявляют микроголограмму путем локального нагрева этой области. Тем самым записывают микроголограмму с требуемыми для коммутации характеристиками. Для прекращения соединения микроголограмму стирают путем повторного нагрева области проекции излучения входного канала. Для изменения закона коммутации на место стертой микроголограммы записывают новую микроголограмму. Closest to the claimed method according to the technical essence is the method of switching optical channels / Jean-Yves Moisan, Holographic interconnects using phototermoplastic material, Tech. Dig. Soviet-chinese joint seminar "Holography and optical information processing" (SCJSHOIP-91), Bishkek, Sept. 21-26, 1991, pp. 44-46 / consisting in the fact that along the optical path between the input and output channels a photoreversive medium (photothermoplast) is placed, the collimated radiation of each of the input channels is projected onto a separate region of the photoreversive medium, onto which a separate switching microhologram is recorded, which ensures the deviation of the radiation of the input channel into required output channel. To record each microhologram, the entire area of the photothermoplast is illuminated with part of the radiation of the laser for recording commuting microholograms, and the other part of this radiation is directed to the photothermoplast at an angle proportional to the required spatial frequency of the microhologram. After that, a microhologram is shown in the area of the projection onto the photothermoplast of the radiation of the connected input channel by local heating of this area. Thereby, a microhologram is recorded with the characteristics required for switching. To terminate the connection, the microhologram is erased by reheating the projection area of the input channel radiation. To change the law of switching, a new microhologram is recorded in place of the erased microhologram.

Недостатки обусловлены тем, что для перекоммутации требуется долговременный и энергоемкий процесс стирания микроголограмм, что приводит к увеличению времени перекоммутации. Многократная запись и стирание таких микроголограмм приводит к деградации характеристик фотореверсивной среды, увеличению помех коммутации и, как следствие, уменьшению надежности и ограничению ресурса коммутатора. Кроме того наличие в способе аппаратных средств стирания микроголограмм также уменьшает надежность. The disadvantages are due to the fact that for a commutation a long-term and energy-intensive process of erasing microholograms is required, which leads to an increase in the commutation time. Repeated recording and erasing of such microholograms leads to degradation of the characteristics of the photoreversive medium, an increase in switching interference, and, as a result, a decrease in reliability and a limited resource of the switch. In addition, the presence in the method of hardware erasing microholograms also reduces reliability.

Наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности является устройство коммутации оптических каналов /Jean-Yves Moisan, Holographic interconnects using phototermoplastic material, Tech. Dig. Soviet-chinese joint seminar "Holography and optical information processing" (SCJSHOIP-91), Bishkek, Sept. 21-26, 1991, pp. 44-46/, состоящее из входных и выходных оптических каналов, расположенной на оптическом пути между ними фотореверсивной среды (фототермопласта) с нанесенной на нее матрицей электронагревателей, лазера, светоделителя, широкоапертурного дефлектора и двух проекционных оптических систем. Closest to the claimed device in technical essence is an optical channel switching device / Jean-Yves Moisan, Holographic interconnects using phototermoplastic material, Tech. Dig. Soviet-chinese joint seminar "Holography and optical information processing" (SCJSHOIP-91), Bishkek, Sept. 21-26, 1991, pp. 44-46 /, consisting of input and output optical channels located on the optical path between them of a photoreversive medium (photothermoplast) with an array of electric heaters, a laser, a beam splitter, a wide-aperture deflector, and two projection optical systems.

Недостатком этого устройства коммутации является большое время перекоммутации входных оптических каналов в выходные, большое энергопотребление, низкая надежность и ресурс. The disadvantage of this switching device is the long time of the switching of the input optical channels to the weekend, high power consumption, low reliability and resource.

Недостатки обусловлены тем, что для перекоммутации требуется долговременный и энергоемкий процесс стирания микроголограмм, а также низкой эффективностью использования мощности лазера записи микроголограмм. Многократная запись и стирание коммутирующих микроголограмм приводит к деградации характеристик фототермопласта и, как следствие, уменьшению надежности и ресурса коммутатора. Кроме того, наличие в способе аппаратных средств стирания микроголограмм также уменьшает надежность устройства в целом. The disadvantages are due to the fact that for switching, a long-term and energy-intensive process of erasing microholograms is required, as well as low efficiency of using the power of a laser for recording microholograms. Repeated recording and erasing of switching microholograms leads to degradation of the characteristics of the photothermoplast and, as a result, to a decrease in the reliability and resource of the switch. In addition, the presence in the method of hardware erasing microholograms also reduces the reliability of the device as a whole.

Целью изобретения является уменьшение энергопотребления, времени перекоммутации входных оптических каналов в выходные и увеличение надежности и ресурса. The aim of the invention is to reduce power consumption, the time of the switching of the input optical channels in the weekend and increase reliability and resource.

Поставленная цель достигается тем, что в способе коммутации оптических каналов, состоящем в том, что вдоль оптического пути между входными и выходными каналами помещают фотореверсивную среду, коллимированное излучение каждого из входных каналов проецируют на отдельную область фотореверсивной среды, на которую в начале коммутации лазером записывают отдельную коммутирующую микроголограмму, обеспечивающую отклонение излучения входного канала в требуемый выходной канал, а по окончании коммутации микроголограмму стирают, каждый маршрут соединения предварительно запоминают в ячейке памяти в виде информации о пространственной частоте и местоположении коммутирующей микроголограммы, информацию из ячейки считывают, по считанной информации записывают коммутирующую микроголограмму, причем в течение соединения считывание из ячейки периодически повторяют, а при окончании соединения информацию из ячейки стирают, причем для записи микроголограммы по информации о пространственной частоте коммутирующей микроголограммы световой пучок лазера пространственно смещают (параллельно оптической оси) на расстояние, пропорциональное требуемой пространственной частоте регистрируемой микроголограммы, затем делят его на два пучка, один из которых по информации о местоположении коммутирующей микроголограммы отклоняют на угол пропорциональный местоположению на фотореверсивной среде проекции светового пучка коммутируемого канала, а второй сначала смещают по направлению к оптической оси на расстояние, пропорциональное смещению от оптической оси первого пучка, а затем отклоняют на угол, равный углу отклонения первого пучка, после чего первый и второй пучки сводят оптической системой на фотореверсивной среде в одно пятно. This goal is achieved by the fact that in the method of switching optical channels, which consists in the fact that along the optical path between the input and output channels a photoreversive medium is placed, the collimated radiation of each of the input channels is projected onto a separate region of the photoreversive medium, onto which a separate laser is recorded a switching micro-hologram, providing a deviation of the radiation of the input channel to the desired output channel, and at the end of the switching, the micro-hologram is erased, each route the connections are preliminarily stored in the memory cell in the form of information about the spatial frequency and location of the switching microhologram, the information from the cell is read, the switching microhologram is written from the read information, and during the connection the reading from the cell is periodically repeated, and when the connection is completed, the information from the cell is erased, and for recording of a hologram according to information about the spatial frequency of the switching microhologram, the laser light beam is spatially shifted (parallel the optical axis) by a distance proportional to the required spatial frequency of the recorded microhologram, then divide it into two beams, one of which, according to the location of the switching microhologram, is rejected by an angle proportional to the location on the photoreversive medium of the projection of the light beam of the switched channel, and the second is first shifted in the direction to the optical axis by a distance proportional to the offset from the optical axis of the first beam, and then deflected by an angle equal to the angle of deviation of the first beam, after which the first and second beams are brought together by the optical system on a photoreversive medium in one spot.

Поставленная цель в реализующем способ устройстве достигается тем, что устройство коммутации оптических каналов, содержащее входные и выходные коммутируемые оптические каналы, фотореверсивную среду, лазер и светоделитель, устройство дополнительно содержит первый дефлектор, оптический элемент смещения светового пучка в направлении оптической оси, второй дефлектор, оптическую систему, блок памяти, блок управления первым дефлектором и блок управления вторым дефлектором, причем вдоль оптической оси лазера последовательно установлены и оптически связаны первый дефлектор, светоделитель, одна из оптических осей которого связана со вторым дефлектором непосредственно, а вторая ось связана через оптический элемент смещения светового пучка в направлении оптической оси тоже со вторым дефлектором, за которым расположена оптическая система, выполненная и установленная с возможностью сведения первой и второй оси в одну точку, расположенную на фотореверсивной среде, на которую спроецированы оптические оси входных и выходных каналов, причем первый дефлектор электрически связан с блоком памяти через блок управления первым дефлектором, а второй дефлектор связан с блоком памяти через блок управления вторым дефлектором, при этом первый дефлектор представляет собой последовательно расположенные вдоль оптической оси акустооптическую ячейку и оптическую систему, установленную на фокусном расстоянии от акустооптической ячейки, а в качестве второго дефлектора используется акустооптическая ячейка с секционированным пьезопреобразователем, выполненная с возможностью независимого подключения управляющего сигнала к любой из секций, и кроме того второй дефлектор выполнен в виде двух одинаковых устройств, соединенных с единым источником управляющих сигналов, и при этом первый и второй дефлекторы выполнены в виде двумерных отклоняющих устройств, а оптический элемент смещения светового пучка в направлении оптической оси выполнен в виде трех последовательно расположенных и оптически связанных плоских зеркал, причем плоскость первого и второго зеркала образует прямой угол, а плоскость третьего зеркала образует с плоскостью первого и второго угол 45^о, а с целью увеличения вибростойкости, светоделитель и элемент смещения светового пучка выполнены в виде конфокальной оптической системы, одним из оптических элементов которой служит голографическая линза, выполненная и установленная с возможностью прохождения недифрагированного на ней светового пучка вне световой апертуры расположенных за голографической линзой оптических элементов, и при этом одним из компонентов состава фотореверсивной среды является бактериородопсин.The goal in the device implementing the method is achieved in that the optical channel switching device comprising input and output switched optical channels, a photoreversive medium, a laser and a beam splitter, the device further comprises a first deflector, an optical element for displacing the light beam in the direction of the optical axis, a second deflector, an optical a system, a memory unit, a control unit for the first deflector and a control unit for the second deflector, moreover, installed along the optical axis of the laser and optically coupled to the first deflector, a beam splitter, one of the optical axes of which is directly connected to the second deflector, and the second axis is also connected via the optical element for displacing the light beam in the direction of the optical axis to the second deflector, behind which there is an optical system made and installed to reduce the first and the second axis at one point located on the photoreversive medium onto which the optical axes of the input and output channels are projected, the first deflector being electrically connected n to the memory unit through the control unit of the first deflector, and the second deflector is connected to the memory unit through the control unit of the second deflector, wherein the first deflector is an acousto-optic cell sequentially located along the optical axis and an optical system mounted at a focal length from the acousto-optic cell, and in as the second deflector, an acousto-optical cell with a sectioned piezoelectric transducer is used, made with the possibility of independent connection of the control signal and to any of the sections, and in addition, the second deflector is made in the form of two identical devices connected to a single source of control signals, and the first and second deflectors are made in the form of two-dimensional deflecting devices, and the optical element for displacing the light beam in the direction of the optical axis is made in the form of three consecutively located and optically coupled plane mirrors, the plane of the first and second mirrors forming a right angle, and the plane of the third mirror forming an angle 45 with the plane of the first and second ^o , and in order to increase the vibration resistance, the beam splitter and the light beam displacement element are made in the form of a confocal optical system, one of the optical elements of which is a holographic lens, made and installed with the possibility of passing an undiffracted light beam outside the light aperture of the optical elements behind the holographic lens , and one of the components of the composition of the photoreversive medium is bacteriorhodopsin.

Изучение и анализ известной научно-технической и патентной литературы показал, что полной совокупности признаков, характеризующих данные технические решения ранее не известно, т.е. заявляемые решения отвечают критерию "новизна". The study and analysis of the well-known scientific, technical and patent literature showed that the full set of features characterizing these technical solutions was not previously known, i.e. The claimed solutions meet the criterion of "novelty."

Поиск, проведенный в науке и технике, показал также отсутствие решений, содержащих полную совокупность признаков сходных с отличительными признаками заявляемого способа и устройства. Кроме того, отличительные признаки проявляют в заявляемых объектах новое свойство, заключающееся в использовании для реализации полнодоступной схемы оптического переключения N широкополосных каналов динамического режима фотореверсивной среды и только двух малоапертурных быстродействующих, активно управляемых переключателей света на N позиций, а также экономичного лазера записи с непрерывным излучением. В то время, как в известных коммутаторах оптических каналов для реализации полнодоступной схемы оптического переключения N широкополосных каналов связи требуется фотореверсивная среда, требующая дополнительной операции стирания, и как минимум один активно управляемый переключатель света с большой апертурой, имеющий по этой причине низкое быстродействие. Поэтому следует признать, что заявляемые решения соответствуют критерию "существенные отличия". A search conducted in science and technology, also showed the absence of solutions containing a complete set of features similar to the hallmarks of the proposed method and device. In addition, the distinctive features exhibit a new property in the claimed objects, which consists in using only two low-aperture high-speed, actively controlled light switches at N positions, as well as an economical continuous-wave recording laser for the implementation of a fully accessible optical switching scheme for N wideband channels of the dynamic mode of a photoreversive medium . At the same time, in the well-known optical channel switches, the implementation of a fully accessible optical switching scheme for N broadband communication channels requires a photoreversive medium that requires an additional erasing operation, and at least one actively controlled light switch with a large aperture, which for this reason has low speed. Therefore, it should be recognized that the claimed solutions meet the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 изображена структурная схема коммутатора оптических каналов. In FIG. 1 shows a block diagram of an optical channel switch.

Согласно схеме из коммутируемых (10.000) оптических каналов сформированы две матрицы - матрица входных каналов 1 и матрица выходных каналов 2. Матрицы имеют размерность - 100 х 100 элементов, а их приблизительные линейные размеры - 100 мм х 100 мм. Излучение элементов входной матрицы 1 коллимировано до размера ≈1 мм² и спроектировано в виде неперекрывающихся в пространстве световых пучков на фотореверсивной среде (ФС) 3 с ограниченным временем хранения записанной на ней информации. В качестве фотореверсивной среды используется носитель на основе модифицированного бактериородопсина в полимерной матрице с реверсивностью более 10⁷ циклов записи-считывания, на который дополнительно нанесено отражающее излучение входных каналов покрытие. За ФС 3 расположена оптическая схема записи на ФС 3 микроголограмм, состоящая из лазера 4, длина волны излучения которого лежит в области чувствительности ФС 3, первого акустооптического дефлектора 5, соединенного через блок управления первым дефлектором 6 с блоком памяти адресов коммутаций 7, оптической системы 8, светоделителя 9, оптического элемента смещения светового пучка в направлении оптической оси 10, второго акустооптического дефлектора 11, соединенного через блок управления вторым дефлектором 12 с блоком памяти адресов коммутаций 7, и оптической системы 13.According to the scheme, two matrices are formed from the switched (10,000) optical channels — the input channel 1 matrix and the output channel 2 matrix. The matrices have a dimension of 100 x 100 elements and their approximate linear dimensions are 100 mm x 100 mm. The radiation of the elements of the input matrix 1 is collimated to a size of ≈1 mm ² and is designed as light beams that do not overlap in space on a photoreversive medium (FS) 3 with a limited storage time for the information recorded on it. As a photoreversive medium, a carrier based on modified bacteriorhodopsin in a polymer matrix with a reversibility of more than 10 ⁷ write-read cycles is used, on which a coating reflecting the radiation of the input channels is additionally applied. Behind FS 3, there is an optical scheme for recording on FS 3 microholograms, consisting of a laser 4, the radiation wavelength of which lies in the sensitivity region of FS 3, the first acousto-optical deflector 5, connected through the control unit of the first deflector 6 to the memory block of switching addresses 7, of the optical system 8 , a beam splitter 9, an optical element for displacing the light beam in the direction of the optical axis 10, the second acousto-optical deflector 11 connected through the control unit of the second deflector 12 to the memory block of switching addresses 7, and optical system 13.

Для коммутации очередного входного канала матрицы 1 с выходным каналом 2 на ФС 3, в области проекции на ней излучения входного канала матрицы 1 записывается микроголограмма с пространственной частотой, обеспечивающей отклонение светового пучка коммутируемого канала матрицы 1, в нужный выходной канал матрицы 2. Запись всех микроголограмм, определяющих закон коммутаций всех каналов, производится последовательно и осуществляется следующим образом. To switch the next input channel of the matrix 1 with the output channel 2 on FS 3, in the projection area of the radiation of the input channel of the matrix 1, a microhologram is recorded with a spatial frequency that ensures the deviation of the light beam of the switched channel of the matrix 1 into the desired output channel of the matrix 2. Record all microholograms that determine the law of switching of all channels is performed sequentially and is carried out as follows.

Для записи очередной микроголограммы опрашивается очередная ячейка памяти 7, в которой содержится информация о пространственной частоте и местоположении коммутирующей микроголограммы. По информации о пространственной частоте блок управления первым дефлектором 6 формирует сигнал управления дефлектором 5, а по информации о местоположении коммутирующей микроголограммы блок управления вторым дефлектором 12 формирует сигнал управления дефлектором 11. По этим сигналам дефлектор 5 отклоняет световой пучок лазера на угол, пропорциональный требуемой пространственной частоте микроголограммы. Оптическая система 8 преобразует угловое отклонение пучка в линейное смещение параллельно оптической оси. Смещенный световой пучок падает на светоделитель 9, где часть его интенсивности отражается на вход дефлектора 11. Прошедшая через светоделитель 9 вторая часть пучка попадает в оптический элемент смещения светового пучка в направлении оптической оси 10, выполненный в виде трех плоских зеркал, из которых плоскости первых двух образуют прямой угол, а плоскость третьего составляет 45^о с плоскостями первых двух. С выхода 10 второй пучок поступает на вход дефлектора 11. Дефлектор 11 отклоняет первый и второй пучки на одинаковый угол, пропорциональный требуемому местоположению микроголограммы на ФС 3. Оба световых пучка с выхода дефлектора 11 оптическая система 13 сводит (в своей задней фокальной плоскости) на ФС 3 в пятно записи микроголограммы. При этом местоположение пятна на ФС 3 определяется углом отклонения пучков дефлектором 11 и находится в месте проекции излучения требуемого входного канала на ФС 3, а угол схождения пучков определяется дефлектором 5 и имеет величину, необходимую для записи на ФС 3 микроголограммы с нужными для попадания светового пучка входного канала матрицы 1 в выходной канал матрицы 2 характеристиками. Последовательным опросом памяти 7 обеспечивается запись всех микроголограмм на ФС 3. Этим достигается параллельное оптическое соединение между каналами матриц 1 и 2 по заданному закону. Для поддержания соединения между коммутируемыми каналами в течение сеанса связи микроголограммы на ФС 3 регенерируются путем периодического опроса памяти 7, повторения записи, и восстановления за счет этого отклоняющих свойств микроголограмм. Отключение соединения между каналами (сеанс связи между которыми закончился) осуществляется при прекращении регенерации соответствующих микроголограмм за счет самопроизвольного их стирания излучением входных каналов. Записью на место стертых микроголограмм микроголограмм с новыми характеристиками достигается изменение закона коммутаций.To record the next microhologram, the next memory cell 7 is interrogated, which contains information about the spatial frequency and location of the switching microhologram. According to information about the spatial frequency, the control unit of the first deflector 6 generates a control signal for the deflector 5, and according to the location information of the switching microhologram, the control unit of the second deflector 12 generates a control signal for the deflector 11. Based on these signals, the deflector 5 deflects the laser beam by an angle proportional to the required spatial frequency microholograms. The optical system 8 converts the angular deviation of the beam into linear displacement parallel to the optical axis. The displaced light beam falls on the beam splitter 9, where a part of its intensity is reflected at the input of the deflector 11. The second beam part passing through the beam splitter 9 falls into the optical element for displacing the light beam in the direction of the optical axis 10, made in the form of three plane mirrors, of which the planes of the first two form a right angle, and the plane of the third is 45 ^about with the planes of the first two. From the output 10, the second beam enters the input of the deflector 11. The deflector 11 deflects the first and second beams by the same angle proportional to the required location of the microhologram on FS 3. The optical system 13 converts both light beams from the output of the deflector 11 (in its back focal plane) to the FS 3 into the spot recording microholograms. In this case, the spot location on FS 3 is determined by the deflection angle of the beams by the deflector 11 and is located at the projection angle of the radiation of the desired input channel on FS 3, and the beam convergence angle is determined by the deflector 5 and has the value necessary to record microholograms on FS 3 with the light beam needed to enter the input channel of the matrix 1 to the output channel of the matrix 2 characteristics. A sequential interrogation of memory 7 ensures the recording of all microholograms on FS 3. This ensures a parallel optical connection between the channels of matrices 1 and 2 according to a given law. To maintain the connection between the switched channels during the communication session, the microholograms on FS 3 are regenerated by periodically polling the memory 7, repeating the recording, and thereby recovering the deflecting properties of the microholograms. The connection between the channels (the communication session between which has ended) is disconnected when the regeneration of the corresponding microholograms is stopped due to their spontaneous erasure by the radiation of the input channels. By recording in place of the erased microholograms of microholograms with new characteristics, a change in the law of commutation is achieved.

Еще большее увеличение надежности устройства достигается за счет применения в качестве светоделителя 9 и оптического элемента смещения светового пучка в направлении оптической оси 10 конфокальной оптической системы, одним из оптических элементов которой служит голографическая линза. An even greater increase in the reliability of the device is achieved through the use of a beam splitter 9 and an optical element for displacing the light beam in the direction of the optical axis 10 of the confocal optical system, one of the optical elements of which is a holographic lens.

На фиг. 2 изображена структурная схема коммутатора оптических каналов с конфокальной оптической системой. In FIG. 2 shows a block diagram of an optical channel switch with a confocal optical system.

Коммутатор состоит из матрицы входных каналов 1, матрицы выходных каналов 2, фотореверсивной среды 3 (ФС 3), лазера 4, первого акустооптического дефлектора 5, соединенного через блок управления первым дефлектором 6 с блоком памяти адресов коммутаций 7, оптической системы 8, голографической сферической линзы 9, конфокально установленной с 9 сферической линзы 10, второго акустооптического дефлектора 11, выполненного в виде двух, управляющих каждый своим световым пучком одинаковых акустооптических дефлекторов, соединенных через блок управления вторым дефлектором 12 с блоком памяти адресов коммутаций 7, и оптической системы 13. The switch consists of a matrix of input channels 1, a matrix of output channels 2, photoreversive medium 3 (FS 3), a laser 4, a first acousto-optic deflector 5 connected via a control unit of the first deflector 6 to a memory block of switching addresses 7, an optical system 8, and a holographic spherical lens 9, confocally mounted with 9 spherical lenses 10, of a second acousto-optic deflector 11, made in the form of two identical acousto-optic deflectors each controlling their light beam connected through a control unit w a second deflector 12 with a memory block of switching addresses 7, and an optical system 13.

Запись всех микроголограмм, определяющих закон коммутаций всех каналом, производится последовательно и осуществляется следующим образом. Record of all microholograms that determine the law of switching of all channels is performed sequentially and is carried out as follows.

Для записи очередной микроголограммы опрашивается очередная ячейка памяти 7, в которой содержится информация о пространственной частоте и местоположении коммутирующей микроголограммы. По информации о пространственной частоте блок управления первым дефлектором 6 формирует сигнал управления дефлектором 5, а по информации о местоположении коммутирующей микроголограммы блок управления вторым дефлектором 12 формирует сигнал управления дефлектором 11. По этим сигналам дефлектор 5 отклоняет световой пучок лазера на угол, пропорциональный требуемой пространственной частоте микроголограммы. Оптическая система 8 преобразует угловое отклонение пучка в линейное смещение параллельно оптической оси. Смещенный световой пучок падает на голографическую линзу 9, дифракционная эффективность которой приблизительно равна 50%. Часть интенсивности светового пучка проходит сквозь голографическую линзу 9 без изменения направления на вход дефлектора 11. Вторая часть интенсивности светового пучка фокусируется линзой 9 и одновременно смещается в направлении оптической оси. Сферическая линза 10 делает параллельный второй пучок и направляет его параллельно первому на вход дефлектора 11. Дефлектор 11 отклоняет первый и второй пучки на одинаковый угол, пропорциональный требуемому местоположению микроголограммы на ФС 3. Оба световых пучка с выхода дефлектора 11 оптическая система 13 сводит (в своей задней фокальной плоскости) на ФС 3 в пятно записи микроголограммы. При этом местоположение пятна на ФС 3 определяется углом отклонения пучков дефлектором 11 и находится в месте проекции излучения требуемого входного канала на ФС 3, а угол схождения пучков определяется дефлектором 5 и имеет величину необходимую для записи на ФС 3 микроголограммы с нужными для попадания светового пучка входного канала матрицы 1 в выходной канал матрицы 2 характеристиками. To record the next microhologram, the next memory cell 7 is interrogated, which contains information about the spatial frequency and location of the switching microhologram. According to information about the spatial frequency, the control unit of the first deflector 6 generates a control signal for the deflector 5, and according to the location information of the switching microhologram, the control unit of the second deflector 12 generates a control signal for the deflector 11. Based on these signals, the deflector 5 deflects the laser beam by an angle proportional to the required spatial frequency microholograms. The optical system 8 converts the angular deviation of the beam into linear displacement parallel to the optical axis. The displaced light beam falls on a holographic lens 9, the diffraction efficiency of which is approximately equal to 50%. A part of the light beam intensity passes through the holographic lens 9 without changing the direction to the input of the deflector 11. The second part of the light beam intensity is focused by the lens 9 and is simultaneously shifted in the direction of the optical axis. The spherical lens 10 makes a parallel second beam and directs it parallel to the first to the input of the deflector 11. The deflector 11 deflects the first and second beams by the same angle proportional to the desired location of the microhologram on FS 3. The optical system 13 converts both light beams from the output of the deflector 11 (in its posterior focal plane) on FS 3 in the spot recording microholograms. In this case, the spot location on FS 3 is determined by the deflection angle of the beams by the deflector 11 and is located at the projection angle of the radiation of the required input channel on FS 3, and the beam convergence angle is determined by the deflector 5 and has the value necessary for recording microholograms on FS 3 with the input light beam needed matrix channel 1 to the output channel of matrix 2 characteristics.

Дефлекторы 5 и 11 обеспечивают по каждой из ортогональных координат 100 положений. При дифракционной эффективности порядка 50% тpебуемая мощность на их управление гораздо меньше чем у прототипа и оценивается в 0,3-1 Вт, а время их переключения в произвольное направление - в 20-50 мкс, что также меньше чем у прототипа. При этом на отключение соединения энергия не расходуется. За счет уменьшения рабочей апертуры управляющих светом элементов и амплитуды управляющих сигналов надежность коммутатора увеличивается, поскольку снижается вероятность выхода из строя устройства из-за повреждения активных элементов и устройства стирания голограмм. Требуемая средняя мощность лазера 4 оценивается по формуле P≈HS/cNτ, где Н - чувствительность фотореверсивной среды, в качестве которой использован модифицированный бактериородопсин в полимерной матрице; S - площадь световой апертуры ФС; с - пропускание оптического тракта; τ -время коммутации. При H≈10^-3 Дж/см² (типичная чувствительность среды на основе бактериородопсина), S≈100 см², с≈ 0,1, τ ≈ 10^-3 с Р≈1 Вт. При КПД лазера около 5% это соответствует энергопотреблению около 20 Вт. Таким образом, при поле полнодоступных коммутаций 10.000 х 10.000 каналов, время коммутации составит менее 10^-3 с, энергопотребление не превысит 30 Вт.Deflectors 5 and 11 provide for each of the orthogonal coordinates 100 positions. With a diffraction efficiency of about 50%, the required power for their control is much less than that of the prototype and is estimated at 0.3-1 W, and the time of their switching in an arbitrary direction is 20-50 μs, which is also less than that of the prototype. At the same time, disconnecting the connection does not consume energy. By reducing the working aperture of the light-controlling elements and the amplitude of the control signals, the reliability of the switch increases, since the probability of device failure due to damage to active elements and the device for erasing holograms decreases. The required average laser power 4 is estimated by the formula P≈HS / cNτ, where H is the sensitivity of the photoreversive medium, which is used as modified bacteriorhodopsin in a polymer matrix; S is the area of the light aperture of the FS; c - transmission of the optical path; τ is the switching time. At H≈10 ^-3 J / cm ² (typical sensitivity of the medium based on bacteriorhodopsin), S≈100 cm ² , s≈ 0.1, τ ≈ 10 ^-3 s P≈1 W. With a laser efficiency of about 5%, this corresponds to an energy consumption of about 20 watts. Thus, with a field of fully accessible switching 10,000 x 10,000 channels, the switching time will be less than 10 ^-3 s, power consumption will not exceed 30 watts.

Claims

1. The method of switching optical channels, consisting in the fact that along the optical path between the input and output switched optical channels a photoreversive medium is placed, the collimated radiation of each of the input channels is projected onto a separate region of the photoreversive medium, onto which a separate switching hologram is recorded at the beginning of the laser switching, providing a deviation of the radiation of the input channel to the desired output channel, and at the end of the switching, the microhologram is erased, characterized in that variably store information in the memory cell about the spatial frequency and location of the switching microhologram, information from the cell is read and the switching microhologram is written from the read information, and during the switching the reading from the cell is periodically repeated, and at the end of the switching, the information from the cell is erased.

2. The method according to claim 1, characterized in that the switching microhologram is recorded according to the information in the memory cell by spatial displacement of the laser light beam parallel to the optical axis by a distance proportional to the required spatial frequency of the recorded switching hologram, then they are divided into two beams, the first of which, according to the location information of the switching microhologram, is rejected by an angle proportional to the location on the photoreversive medium of the projection of the light beam, we commute of the first channel, and the second is first shifted towards the optical axis by a distance proportional to the offset from the optical axis of the first beam, and then deflected by an angle equal to the angle of deviation of the first beam, after which the first and second beams are brought together by the optical system in a photoreversive medium into one spot .

3. An optical channel switching device comprising matrices of input and output switched optical channels, a photoreversive medium, a laser and a beam splitter, characterized in that the device further comprises a first deflector, an optical element for displacing the light beam in the direction of the optical axis, a second deflector, an optical system, a unit memory, the control unit of the first baffle and the control unit of the second baffle, and along the optical axis of the laser, the first baffle is sequentially mounted and optically connected, a beam splitter, one of the optical axes of which is directly connected to the second deflector, and the second axis is also connected through the optical element of the light beam displacement in the direction of the optical axis to the second deflector, behind which there is an optical system, made and installed with the possibility of bringing the first and second axes into one a point located on the photoreversive medium onto which the optical axes of the input and output channel arrays are projected, the first deflector being electrically connected to the memory unit via the control unit the first deflector, and the second deflector is connected to the memory unit through the control unit of the second deflector.

4. The device according to claim 3, characterized in that the first deflector is made in the form of sequentially located along the optical axis of the acousto-optic cell and an optical system mounted at the focal distance from the acousto-optic cell and converts the angular deviation of the beam into linear displacement parallel to the optical axis.

5. The device according to claim 3, characterized in that the second deflector comprises an acousto-optic cell with a sectioned piezoelectric transducer configured to independently connect a control signal to any of the sections.

6. The device according to claim 3, characterized in that the second deflector is made in the form of two identical devices connected to the control unit of the deflector.

7. The device according to claim 3, characterized in that the first and second deflectors are made in the form of two-dimensional deflecting devices.

8. The device according to claim 3, characterized in that the optical element of the displacement of the light beam in the direction of the optical axis is made in the form of three consecutive and optically connected flat mirrors, the planes of the first and second mirrors form a right angle, and the plane of the third mirror forms with the planes the first and second mirrors angle of 45 ^o .

9. The device according to claim 3, characterized in that the beam splitter and the light beam displacement element are combined and made in the form of a holographic lens, made and installed with the possibility of passing an undiffracted light beam outside the light aperture of the optical elements located behind the holographic lens.

10. The device according to claim 3, characterized in that a carrier based on modified bacteriorhodopsin in a polymer matrix is used as a photoreversive medium.

11. The device according to p. 10, characterized in that the carrier is coated with a reflective radiation.