RU2491592C2 - Способ коммутации n×n оптических каналов и многоканальный коммутатор - Google Patents
Способ коммутации n×n оптических каналов и многоканальный коммутатор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2491592C2 RU2491592C2 RU2011146881/28A RU2011146881A RU2491592C2 RU 2491592 C2 RU2491592 C2 RU 2491592C2 RU 2011146881/28 A RU2011146881/28 A RU 2011146881/28A RU 2011146881 A RU2011146881 A RU 2011146881A RU 2491592 C2 RU2491592 C2 RU 2491592C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- channels
- channel
- photorefractive
- waveguide
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 112
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 14
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 12
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 3
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 5-methyl-pyrazole-3-carboxylic acid Chemical compound CC1=CC(C(O)=O)=NN1 WSMQKESQZFQMFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910013641 LiNbO 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000005387 chalcogenide glass Substances 0.000 description 1
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- -1 silver halide Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04Q—SELECTING
- H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
- H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
- H04Q11/0005—Switch and router aspects
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/0126—Opto-optical modulation, i.e. control of one light beam by another light beam, not otherwise provided for in this subclass
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/311—Cascade arrangement of plural switches
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/29—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the position or the direction of light beams, i.e. deflection
- G02F1/31—Digital deflection, i.e. optical switching
- G02F1/313—Digital deflection, i.e. optical switching in an optical waveguide structure
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2202/00—Materials and properties
- G02F2202/13—Materials and properties photorefractive
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04Q—SELECTING
- H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
- H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
- H04Q11/0005—Switch and router aspects
- H04Q2011/0037—Operation
- H04Q2011/0041—Optical control
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04Q—SELECTING
- H04Q11/00—Selecting arrangements for multiplex systems
- H04Q11/0001—Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
- H04Q11/0005—Switch and router aspects
- H04Q2011/0052—Interconnection of switches
- H04Q2011/0058—Crossbar; Matrix
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области обработки информации и связи и может быть использовано для передачи, приема и перераспределения информационных сигналов в коммутирующих устройствах. Коммутатор включает устройства для адресации сигналов, удвоения оптических потоков, активный элемент с волноводными каналами, а также устройство для управления изменением коэффициента преломления материала волноводного канала. Волноводы выполнены из фоторефрактивного материала. Для формирования управляющих оптических сигналов в устройство введены источник оптического излучения, пространственно-временной модулятор света и голографический элемент. Элементы устройства связаны между собой и с соединениями фоторефрактивных волноводов с помощью введенной проекционной оптики. Предложенное устройство реализует способ коммутации N×N оптических каналов. Технический результат - выполнение соединений входных и выходных оптических каналов без пересечений волоконно-оптических и электрических кабелей с максимальной параллельностью. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 7 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к области обработки информации и связи и может быть использовано для передачи, приема и перераспределения информационных сигналов в коммутирующих устройствах многоабонентных телекоммуникационных и волоконно-оптических систем связи и систем интегральной оптики, обработки информации и вычисления данных, в том числе в суперкомпьютерах.
Предшествующий уровень техники
Известен акустооптический (АО) волоконный переключатель l×N световых каналов, основанный на эффекте брэгговской АО дифракции [1]. Свет из входного волоконного световода поступает на коллимирующую систему переключателя и далее на АО кристалл. Управляющий радиосигнал на частоте f подается на пьезопреобразователь, возбуждающий в кристалле ультразвуковую волну с той же частотой. Дифрагируя на этой волне, свет отклоняется на угол α=fλ/ν, пропорциональный частоте радиосигнала (здесь λ - длина волны света и ν - скорость звука в кристалле). Отклоненный луч фокусируется линзой в волокна выходных световолокон. Для организации N×N коммутатора пришлось бы либо разместить на одном кристалле N пьезопреобразователей, что привело бы к недопустимо большим перекрестным шумам и снижению контраста коммутируемых сигналов, либо иметь N кристаллов (со своими пьезопреобразователями), что привело бы к существенному усложнению и удорожанию коммутатора.
Известен оптический переключатель 1×2, включающий оптический волновод, образованный из двух свето-пропускающих материалов, расположенных друг за другом и имеющих общую границу, причем коэффициент преломления одного из материалов может быть изменен внешним воздействием, например приложением электрического напряжения в случае электрооптического материала [2]. Свет падает на границу раздела двух материалов под таким углом, что, меняя коэффициент преломления первого материала, можно добиться, чтобы свет либо проходил сквозь границу, либо отражался от нее вследствие известного эффекта полного внутреннего отражения (ПВО) [3]. Для создания I×N коммутатора нужно использовать некоторую последовательность таких материалов - электрооптических кристаллов, чтобы, электрически управляя величиной коэффициента преломления, направлять световой поток вдоль определенных направлений на пути к заданному адресу (выходу).
Известно устройство фильтрации света и управления направлением потока с I×N каналами [4], основанное на применении эффекта полного внутреннего отражения (ПВО) и поперечного электрооптического эффекта в оптическом кристалле. Устройство включает ряд независимых электродов, расположенных над электрооптическими кристаллами для того, чтобы разделить слой электрооптического материала на набор так называемых пикселов. К устройству подключается управляющая электрическая цепь для того, чтобы изменять напряжение на электродах и тем самым управлять направлением распространения светового потока. Такое устройство может быть использовано как оптический сканер для сдвига позиции падающего пучка от одного пиксела к другому. Устройство может быть также использовано как многоканальный цветовой фильтр, если в каждом выходном пикселе встроить фильтр, пропускающий свет определенной, связанной именно с этим пикселом длины волны, и отражающий свет других длин волн.
Создание N×N коммутатора только на основе подходов [2, 4] потребовало бы огромного числа отдельных переключателей и многократного пересечения оптических каналов, что сделало бы коммутатор слишком сложным и дорогим.
Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству является способ коммутации, реализованный в волоконно-оптическом коммутаторе К×М оптических каналов со сравнительно малым затуханием в каналах и малым уровнем перекрестных помех [5]. Устройство содержит пластину из электрооптического кристалла ниобата лития (LiNbO3), в которой выполнены волноводные каналы с управляющими электродами. Каждая пластина разделена на М ячеек, в каждой ячейке выполнено по К волноводных каналов, т.е. всего выполнено К×М каналов. От каждого из К входов идет М оптических кабелей, по одному на каждую ячейку. К каждому из М выходов, наоборот, от соответствующей ячейки подведены все К оптических кабелей: от первой ячейки к первому выходу, от второй ячейки - ко второму и т.д. Подавая управляющее напряжение на электроды, управляющие включением электрооптического эффекта в соответствующем волноводном канале из ниобата лития, благодаря эффекту ПВО обеспечивается заданное соединение любого оптического входа с любым оптическим выходом. Например, если на к-тый по порядку вход подается сигнал с адресом m, то включается (на него подается напряжение, и он становится прозрачным) к-тый волноводный канал (в соответствии с порядковым номером входа) в m-ной ячейке (в соответствии с порядковым номером выхода). Таким образом, одновременно включив по одному определенному волноводному каналу в каждой ячейке, можно параллельно скоммутировать все входящие сигналы.
Недостатком данного способа соединения каналов в коммутаторе является большое число пересечений волоконно-оптических кабелей (как и электрических проводов для подключения управляющих электродов), вытекающее из последовательного соединения первого из К входов со всеми М выходами, затем второго входа со всеми М выходами, затем третьего, четвертого и т.д., вплоть до соединения К-того входа со всеми М выходами.
Таким образом, многоканальный волоконно-оптический коммутатор по патенту [5] обеспечивает коммутацию К входных каналов на М выходных со сравнительно малым затуханием в каналах и малым уровнем перекрестных помех. Однако устройство содержит большое количество пересекающихся волоконно-оптических и электрических кабелей, затрудняющее его конструкторское и технологическое воплощение.
Задачей, решаемой в предлагаемом способе коммутации N×N оптических каналов и устройстве для его осуществления, является выполнение соединений входных и выходных оптических каналов без пересечений волоконно-оптических и электрических кабелей и с максимальной параллельностью, что упрощает конструкторское воплощение коммутатора.
Краткое описание фигур чертежей
На чертежах представлены:
Фиг.1 - Схема коммутации N×N оптических каналов по предлагаемому способу.
Фиг.2 - Схема, поясняющая работу предлагаемого многоканального коммутатора.
Фиг.3 - Пример реализации операции удвоения информационных каналов с помощью оптических кубов.
Фиг.4 - Схема реализации операции «сборки» каналов с применением фоторефрактивных волноводов (ФВ) в исходном (слева), промежуточном (посередине) и конечном (справа) состоянии.
Фиг.5 - Общая схема предлагаемого коммутатора (на примере 8 канального устройства), находящегося
а) в исходном состоянии, когда входные и выходные каналы не соединены,
б) в промежуточном состоянии, когда осуществляется адресация и сборка каналов, и
в) в конечном состоянии, когда информационный оптический поток направлен по заданным адресам.
Сущность изобретения
Решение указанной задачи обеспечивается тем, что способ коммутации N×N оптических каналов основан на использовании эффекта фоторефракции, и для осуществления заданного соединения любого оптического входа с заданным оптическим выходом без пересечений волоконно-оптических и электрических кабелей и с максимальной параллельностью:
- организуют поразрядное последовательно-параллельное соединение N входных оптических каналов с N выходными оптическими каналами, причем все соединения каналов выполняют последовательно для каждого разряда из n=lg2N разрядов, начиная со старшего, за n этапов, и в то же время параллельно в пределах каждого разряда адресов;
- на каждом этапе выполняют операцию удвоения каналов, а именно - на первом этапе разделяют каналы с 0 и 1 в старшем разряде адресов, на втором этапе разделяют каналы с 0 и 1 в следующем разряде адресов и т.д., так что на последнем этапе разделяют каналы с 0 и 1 в младшем разряде адресов;
- на каждом этапе после операции удвоения каналов выполняют операцию сборки каналов путем расположения по-соседству только тех каналов, которые потребуются для прохождения коммутируемых оптических потоков;
- на каждом этапе при выполнении операции сборки каналов в заданные соединения волноводов одновременно и параллельно для всех разрядов подают управляющие оптические сигналы заданной конфигурации, что приводит к изменению в этих местах коэффициента преломления фоторефрактивного материала и, соответственно, к переводу оптического потока в соседний волновод с неизмененным коэффициентом преломления.
На фиг.1 изображена схема, поясняющая на примере трехразрядного (8-канального) устройства способ коммутации в предлагаемом многоканальном коммутаторе на разных этапах соединения каналов. Здесь 1 - это линейка входных оптических каналов с заданными коммутационными адресами; 2' - линейки прямого и инверсного модуляторов (фильтров), задающих на первом этапе (принадлежность к нему обозначена одним штрихом), после удвоения каналов, пропускание оптических сигналов в соответствии с 0 и 1 в старшем разряде адресов; 3' - результат удаления пропусков на первом этапе соединения каналов; 2'' - линейки прямого и инверсного модуляторов (фильтров), задающих на втором этапе (принадлежность к нему обозначена двумя штрихами), после удвоения каналов, пропускание оптических сигналов в соответствии с 0 и 1 во втором разряде адресов; 3'' - результат удаления пропусков на втором этапе соединения каналов; 2''' - линейки прямого и инверсного модуляторов (фильтров), задающих на третьем этапе (принадлежность к нему обозначена тремя штрихами), после удвоения каналов, пропускание оптических сигналов в соответствии с 0 и 1 в младшем разряде адресов; 3''' - результат удаления пропусков на третьем этапе соединения каналов, приводящий каждый из 8 входных оптических сигналов к выбранному адресу.
Из схемы на фиг.1 видно, что все соединения каналов по заявляемому способу выполняются параллельно в пределах каждого разряда адресов и в то же время последовательно (поочередно) для каждого разряда, начиная со старшего. Таким образом, сущность предлагаемого способа заключается в таком соединении каналов, которое обеспечивает условия для выполнения соединений входных и выходных каналов с максимальной параллельностью, предусматривающей отсутствие пересечений волоконно-оптических и электрических кабелей. Можно также заметить, что предлагаемый способ является достаточно универсальным и может быть использован в многоканальных коммутаторах не только оптических, но и электрических сигналов.
Для реализации способа предложен оптоэлектронный многоканальный коммутатор, содержащий волноводные каналы, выполненные на основе фоторефрактивного кристалла (например, ниобата лития, танталата лития, титаната бария и др.) и благодаря эффекту фоторефракции обеспечивающие оптически управляемое заданное соединение любого оптического входа с любым оптическим выходом, схема коммутации для выполнения соединений входных и выходных каналов без пересечений волоконно-оптических и электрических кабелей и с максимальной параллельностью является каскадной и разветвленной, с последовательно-параллельным соединением N входных оптических каналов с N выходными оптическими каналами в n каскадах, где n=lg2N - число разрядов в адресе, а для формирования управляющих оптических сигналов в устройство введены источник оптического излучения, пространственно-временной модулятор света (ПВМС) и голографический оптический элемент (ГОЭ), оптически связанные между собой и с соединениями фоторефрактивных волноводов.
При этом:
- адреса для соединения N входных оптических каналов с N выходными оптическими каналами задают с помощью линеек оптических модуляторов, причем число линеек на каждом этапе составляет 2, а число модуляторов в линейке равно N;
- для реализации удвоения используются специальные полупрозрачные зеркала или кубы, составленные из двух призм;
- для перевода сигналов из волновода в волновод при сборке (уплотнении) каналов используют оптические сигналы от источника оптического излучения, к которому чувствительны переключаемые соединения волноводных каналов;
- переключаемые соединения волноводных каналов определяются с помощью компьютера по входным и заданным адресам, и по результату вычислений с помощью ПВМС формируются световые пучки, согласованные по своей структуре с местами переключаемых соединений волноводных каналов;
- благодаря фоторефрактивному эффекту световые пучки от ПВМС изменяют коэффициент преломления материала соединений волноводов, что обеспечивает отклонение информационных сигналов в нужный волновод;
- для упрощения задания конфигурации оптических сигналов от ПВМС, необходимой для возбуждения фоторефрактивных волноводов, вводится голографический оптический элемент (ГОЭ);
- переключение оптических каналов в фоторефрактивных волноводах выполняется параллельно и одновременно для всех разрядов адресов путем одновременного освещения с помощью ПВМС тех соединений, где на стадии сборки требуется перевод информационных потоков из канала в канал.
Технический результат, достигаемый в заявляемом изобретении, заключается в том, что конструкция оптоэлектронного устройства коммутации N×N оптических каналов, основанная на каскадной, разветвленной и максимально параллельной схеме соединения и использующая оптические сигналы от ПВМС с конфигурацией, задаваемой их прохождением через ГОЭ, обеспечивает заданное соединение любых входных и выходных каналов без пересечений волоконно-оптических и электрических кабелей, что делает устройство технологичным.
Главными достоинствами заявляемого способа и устройства коммутации N×N оптических каналов по сравнению с прототипом в итоге являются:
- заданное параллельное соединение любых входных и выходных каналов без пересечений волоконно-оптических и электрических кабелей;
- выполнение соединений на всех этапах в автоматическом режиме при одноразовой установке сразу на всех линейках оптических модуляторов разрядных адресов, задающих их пропускание;
- выполнение соединений на всех этапах в автоматическом режиме при одноразовом формировании в ПВМС массива управляющих оптических сигналов с конфигурацией, задаваемой их прохождением через ГОЭ;
- возможность блочной конструкции коммутатора с одинаковыми на данном этапе (для данного разряда адресов) блоками.
Таким образом, предлагаемый способ и устройство с использованием фоторефрактивных волноводов позволяют получить в многоканальном коммутаторе заданное соединение любых входных и выходных каналов без пересечений волоконно-оптических и электрических кабелей и с другими вышеуказанными достоинствами.
Для улучшения характеристик заявляемого оптоэлектронного коммутатора (без изменения его архитектуры) в последующем можно в отдельности или в совокупности использовать различные варианты реализации оптических каналов - с помощью волноводных или интегрально-оптических структур, призменных ячеек ПВО и др. В качестве оптических расщепителей можно использовать полупрозрачные зеркала, двухпризменные оптические кубы, голографические оптические элементы и пр. элементы того же назначения. В линейках быстродействующих и компактных оптических модуляторов можно использовать модуляторы не только из ниобата лития, но и на основе других электрооптических материалов, в том числе интегрально-оптические, микрозеркальные, полупроводниковые (например, на основе эффекта Франца-Келдыша) и др. модуляторы того же назначения. В качестве источника управляющего оптического излучения, к которому чувствителен фоторефрактивный материал, можно использовать как светодиоды, так и лазерные диоды. Для пространственно-временной модуляции этого излучения предпочтительно использование жидко-кристаллических и микрозеркальных модуляторов. Голографический оптический элемент может быть выполнен из фоторефрактивных кристаллов, халькогенидных стекол и галоидо-серебряных и др. материалов с высокой дифракционной эффективностью, не чувствительных к этому же излучению. В многоразрядных коммутаторах можно предусмотреть усиление оптических потоков (с сохранением их информационных характеристик) с помощью компактных полупроводниковых лазеров и согласующих элементов.
Промышленная применимость
Предлагаемый оптоэлектронный коммутатор на основе эффекта фоторефракции является технологичным и эффективным устройством коммутации NxN оптических каналов. Это делает возможным его применение во многих современных и перспективных системах передачи, приема и перераспределения информационных сигналов, в телекоммуникационных системах, в многоабонентных устройствах и системах обработки информации и вычисления данных, в том числе в суперкомпьютерах, в волоконно-оптических и интегрально-оптических системах связи.
Вариант осуществления изобретения
По предлагаемому способу была промоделирована работа оптоэлектронного многоканального коммутатора с соединением 8×8 оптических каналов.
Фиг.2 поясняет работу такого коммутатора. На первом этапе выполнялись операции удвоения каналов {1'} с разделением по 0 и 1 в старшем разряде адресов и операция уплотнения каналов {2'} в обоих плечах, т.е. сборки открываемых (сигнальных) каналов и удаления закрытых каналов (в них сигнал отсутствует). В результате в обоих плечах оставалось по 4 сигнальных канала. На следующих этапах осуществлялось выполнение тех же операций для последующих разрядов адресов, в результате чего на втором этапе {1'', 2''} образовывались 4 плеча по 2 сигнальных канала, а на третьем этапе {1''', 2'''} - 8 плеч по 1 сигнальному каналу, приводящему световой сигнал к выбранному адресу.
Понятно, что при наличии N=2n каналов за n этапов могут быть скоммутированы по заданным N адресам все N каналов. Соответственно для распространенных 64-разрядного и 128-разрядного коммутатора число этапов составляет 6 и 7.
В используемой модели удвоение числа каналов выполнялось с помощью оптического расщепителя, а разделение их по 0 и 1 - с помощью инверсного оптического фильтра. В качестве оптических расщепителей использовались оптические кубы, составленные из двух призм {1', 1''} (фиг.3). Пары линеек модуляторов {2', 2''}, одна из которых всегда являлась инвертором, т.е. задавала не единичные, а нулевые разряды адресов, были выполнены на основе электрооптических кристаллов. Включая те или иные модуляторы, можно было избирательно пропускать свет, осуществляя тем самым адресацию сигналов.
На фиг.4 изображена использованная в модели схема оптического управления соединением каналов с применением эффекта фоторефракции для перекачки потока оптической информации из одного канала в другой. Для примера рассмотрены 4 канала, на вход которых подаются 2 информационных потока (в 1 и в 3 канал). В ПВМС 1 открываются нужные ячейки, и выходящие из ПВМС оптические сигналы от источника оптического излучения 2 проходят через голографический оптический элемент 3, где приобретают нужную конфигурацию, а затем поступают на фоторефрактивные волноводы 4 в том месте, где требуется повернуть оптический информационный поток. Благодаря фоторефрактивному эффекту в указанных местах меняется коэффициент преломления, что заставляет оптический поток повернуть в соседний пустой канал.
Указанным образом были удалены все «пустые» каналы, и на выходе первого каскада оставалось в двух плечах только по 4 из 8 рядом расположенных сигнальных канала, а на выходе второго каскада в четырех плечах - только по 2 из 4 рядом расположенных сигнальных канала.
Такая схема применения фоторефрактивного эффекта решает задачу сборки не только для 8-канальных коммутаторов, но и для более сложных - 16, 64, 128 канальных. Нетрудно проверить, что схему можно обобщить и дальше. Важно, что места приложения и конфигурация оптических управляющих сигналов легко просчитываются при поступлении адресных данных и тут же задаются на ПВМС, так что реализация оптического управления не требует элементов обратной связи и выполняется сразу для всех разрядов. Таким образом, благодаря использованию ПВМС оптическое управление переключением каналов коммутатора существенно упрощается и убыстряется.
На фиг.5 показана общая схема многоканального коммутатора с 8х8 каналами в исходном (каналы не скоммутированы), промежуточном (осуществляется адресация и сборка каналов) и в конечном состояниях (коммутация каналов завершена, и по ним распространяется информационный световой поток). Оптоэлектронный коммутатор по заявляемому способу и устройству содержал оптические затворы 1, выполненные на основе модуляторов света, являющихся входными портами коммутатора; полупрозрачные кубы 2', 2'', 2''', составленные из двух призм; линейки модуляторов 3', 3'', 3''', используемые для адресации сигналов; фоторефрактивные волноводы 4', 4''. На рисунке также показаны соединения фоторефрактивных волноводов 5', 5'', где под действием оптического сигналов 8', 8'' от ПВМС 6', 6'' изменялся коэффициент преломления материала, что заставляло повернуть информационный оптический поток в соседний открытый волновод и распространяться вдоль него. Для каждой комбинации световых пучков на входе ПВМС подавали различные, заранее запрограммированные комбинации управляющих сигналов. ГОЭ 7', 7'' нужны здесь для задания конфигурации оптических сигналов, сформированных в ПВМС. Входящие и выходящие коммутируемые потоки обозначены на рисунке цифрами 9' и 9''.
Следует отметить, что количество ПВМС 6', 6'' не обязательно должно равняться количеству соединений фоторефрактивных волноводов {5', 5''}, т.к. не для всех соединений требуется управление сигналами от ПВМС. В тех местах, где соединения на фиг.5 изображены более светлым цветом, показатель преломления фоторефрактивного материала менялся, чтобы отражать оптический сигнал или пропускать его в соседний волновод. А в тех местах, где соединения изображены более темным цветом, показатель преломления не изменялся и всегда находился в состоянии «включено», т.е. отражал оптический сигнал, т.к. оптические сигналы, идущие по указанным каналам, всегда должны быть переведены при сборке в соседние. В этих соединениях можно также поставить, например, отражающее зеркало или призму.
На практике можно обойтись одним ПВМС с пространственным разрешением (числом переключаемых элементов), достаточным для формирования сразу всех управляющих оптических сигналов, которые можно разнести во все переключаемые волноводные соединения с помощью составных или одного комбинированного ГОЭ.
Источники информации
1. Антонов С.Н. Акустооптические устройства управления неполяризованным светом и модуляторы поляризации на основе кристалла парателлурита // ЖТФ, т.74, №10, 84-89 (2004).
2. Skinner J.D., McCormack J.S. Optical switch // US Patent №4828362 (1989).
3. Г.С. Ландсберг. Оптика, «Наука», М., 928 с. (1976).
4. Wang Yu. Efficient color filtering and beam steering based on controlled total internal reflection // US Patent №6278540 (2001).
5. Геокчаев Ф.Г. Многоканальный волоконно-оптический коммутатор // Патент РФ №2107318(1998).
Claims (6)
1. Способ коммутации N×N оптических каналов, основанный на оптическом соединении любого заданного входного оптического канала с любым заданным выходным оптическим каналом в многоканальном коммутаторе, отличающийся тем, что
- организуют поразрядное последовательно-параллельное соединение N входных оптических каналов с N выходными оптическими каналами, причем все соединения каналов выполняют последовательно для каждого разряда из n=lg2N разрядов, начиная со старшего, за n этапов, и в то же время параллельно в пределах каждого разряда адресов;
- на каждом этапе выполняют операцию удвоения каналов, а именно на первом этапе разделяют каналы с 0 и 1 в старшем разряде адресов, на втором этапе разделяют каналы с 0 и 1 в следующем разряде адресов и т.д., так что на последнем этапе разделяют каналы с 0 и 1 в младшем разряде адресов;
- на каждом этапе, кроме последнего, после операции удвоения каналов выполняют операцию сборки каналов путем расположения по-соседству только тех каналов, которые потребуются для прохождения коммутируемых оптических потоков на следующем этапе;
- для осуществления сборки каналов используют эффект фоторефракции, для чего оптические волноводы изготовляют из фоторефрактивного материала;
- на каждом этапе при выполнении операции сборки каналов в заданные соединения волноводов одновременно и параллельно для всех разрядов подают управляющие оптические сигналы заданной конфигурации для изменения в этих местах коэффициента преломления фоторефрактивного материала и соответственно для перевода оптического потока в соседний волновод с неизмененным коэффициентом преломления.
- организуют поразрядное последовательно-параллельное соединение N входных оптических каналов с N выходными оптическими каналами, причем все соединения каналов выполняют последовательно для каждого разряда из n=lg2N разрядов, начиная со старшего, за n этапов, и в то же время параллельно в пределах каждого разряда адресов;
- на каждом этапе выполняют операцию удвоения каналов, а именно на первом этапе разделяют каналы с 0 и 1 в старшем разряде адресов, на втором этапе разделяют каналы с 0 и 1 в следующем разряде адресов и т.д., так что на последнем этапе разделяют каналы с 0 и 1 в младшем разряде адресов;
- на каждом этапе, кроме последнего, после операции удвоения каналов выполняют операцию сборки каналов путем расположения по-соседству только тех каналов, которые потребуются для прохождения коммутируемых оптических потоков на следующем этапе;
- для осуществления сборки каналов используют эффект фоторефракции, для чего оптические волноводы изготовляют из фоторефрактивного материала;
- на каждом этапе при выполнении операции сборки каналов в заданные соединения волноводов одновременно и параллельно для всех разрядов подают управляющие оптические сигналы заданной конфигурации для изменения в этих местах коэффициента преломления фоторефрактивного материала и соответственно для перевода оптического потока в соседний волновод с неизмененным коэффициентом преломления.
2. Многоканальный коммутатор, включающий устройства для адресации сигналов, для удвоения оптических потоков, активный элемент с волноводными каналами, а также устройства для управления изменением коэффициента преломления материала волноводного канала, обеспечивающий соединение любых входных каналов с любыми выходными каналами, отличающийся тем, что схема коммутации является каскадной и разветвленной, с параллельным соединением входных и выходных оптических каналов в каждом из n каскадов, где n=lg2N - число разрядов в адресе, волноводы выполнены из фоторефрактивного материала, и для формирования управляющих оптических сигналов в устройство введены источник оптического излучения, пространственно-временной модулятор света (ПВМС) и топографический оптический элемент (ГОЭ), оптически связанные между собой и с соединениями фоторефрактивных волноводов с помощью введенной проекционной оптики.
3. Многоканальный коммутатор по п.2, отличающийся тем, что адреса для соединения N входных оптических каналов с N выходными оптическими каналами заданы с помощью линеек оптических модуляторов, причем число линеек на каждом этапе составляет 2, а число модуляторов в линейке равно N.
4. Многоканальный коммутатор по п.2, отличающийся тем, что удвоение оптических каналов выполнено с помощью оптического расщепителя - полупрозрачного зеркала или куба, составленного из двух призм.
5. Многоканальный коммутатор по п.2, отличающийся тем, что ПВМС электрически связан с компьютером, вычисляющим по входным и выходным адресам коммутации сигналов переключаемые соединения фоторефрактивных волноводов, и по результатам этих вычислений формирует массив управляющих оптических сигналов, направляемых в заданные переключаемые соединения фоторефрактивных волноводов для изменения в них коэффициента преломления и перевода оптического потока в соседний волновод.
6. Многоканальный коммутатор по п.2, отличающийся тем, что в нем введенная проекционная оптика выполнена таким образом, что световой поток от источника оптического излучения, излучающего свет в диапазоне спектральной чувствительности соединений фоторефрактивных волноводов, проходит через ПВМС, формирующий массив управляющих сигналов, проходит через ГОЭ, благодаря которому эти сигналы приобретают заданную конфигурацию, и поступает на те соединения фоторефрактивных волноводов, которые необходимо оптически переключить в заданное состояние для перевода сигналов из канала в канал.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011146881/28A RU2491592C2 (ru) | 2011-11-18 | 2011-11-18 | Способ коммутации n×n оптических каналов и многоканальный коммутатор |
PCT/RU2012/000951 WO2013074000A2 (ru) | 2011-11-18 | 2012-11-19 | Способ коммутации nxn оптических каналов и многоканальный коммутатор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011146881/28A RU2491592C2 (ru) | 2011-11-18 | 2011-11-18 | Способ коммутации n×n оптических каналов и многоканальный коммутатор |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011146881A RU2011146881A (ru) | 2013-05-27 |
RU2491592C2 true RU2491592C2 (ru) | 2013-08-27 |
Family
ID=48430329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011146881/28A RU2491592C2 (ru) | 2011-11-18 | 2011-11-18 | Способ коммутации n×n оптических каналов и многоканальный коммутатор |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2491592C2 (ru) |
WO (1) | WO2013074000A2 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4828362A (en) * | 1985-06-26 | 1989-05-09 | The General Electric Company, P.Lc. | Optical switch |
RU2107318C1 (ru) * | 1996-04-09 | 1998-03-20 | Фикрет Гаджиевич Геокчаев | Многоканальный волоконно-оптический коммутатор |
US6947626B2 (en) * | 2002-04-01 | 2005-09-20 | Pegasusnet Co., Ltd. | Optical cross-connect device |
-
2011
- 2011-11-18 RU RU2011146881/28A patent/RU2491592C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2012
- 2012-11-19 WO PCT/RU2012/000951 patent/WO2013074000A2/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4828362A (en) * | 1985-06-26 | 1989-05-09 | The General Electric Company, P.Lc. | Optical switch |
RU2107318C1 (ru) * | 1996-04-09 | 1998-03-20 | Фикрет Гаджиевич Геокчаев | Многоканальный волоконно-оптический коммутатор |
US6947626B2 (en) * | 2002-04-01 | 2005-09-20 | Pegasusnet Co., Ltd. | Optical cross-connect device |
US7013060B2 (en) * | 2002-04-01 | 2006-03-14 | Pegasusnet Co., Ltd. | Optical cross-connect device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011146881A (ru) | 2013-05-27 |
WO2013074000A2 (ru) | 2013-05-23 |
WO2013074000A3 (ru) | 2013-07-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103703405B (zh) | 波长选择开关的方法和装置 | |
WO2018181132A1 (ja) | 高速マルチコア一括光スイッチシステム | |
US20230061448A1 (en) | Integrated Module Having Multiple Optical Channel Monitors With Shared Liquid Crystal Based Switching Assembly | |
US9521474B2 (en) | Wavelength selective switch having multi-layer reflector | |
CN109814208B (zh) | 一种波长选择开关、波长选择方法及光交叉连接装置 | |
RU2504812C2 (ru) | Способ коммутации n×n оптических каналов и многоканальный коммутатор | |
CN104155723A (zh) | 一种基于楔形液晶盒的光交换模块 | |
RU2491592C2 (ru) | Способ коммутации n×n оптических каналов и многоканальный коммутатор | |
CN104181640A (zh) | 一种基于液晶变焦透镜的光交换模块 | |
RU2456652C2 (ru) | Способ коммутации n×n оптических каналов и многоканальный коммутатор | |
WO2016038781A1 (ja) | 光入出力装置 | |
US6585382B1 (en) | Optical systems using switched mirrors | |
US6665460B2 (en) | Method and apparatus for selecting signal components from optical signals | |
KR20030079741A (ko) | 광학 크로스-접속 장치 | |
US11777632B2 (en) | Optical signal processor | |
Yuan et al. | Optical switches | |
RU2515958C1 (ru) | Способ коммутации nxn оптических каналов и многоканальный коммутатор (варианты) | |
US6847755B2 (en) | Optical cross connection switch using voltage-controlled interferometric optical switching elements | |
JP2024518216A (ja) | デマルチプレクサ及びその使用方法 | |
JP6431461B2 (ja) | 光入出力装置 | |
Ahderom et al. | Reconfigurable MicroPhotonic add/drop multiplexer architecture | |
KR20220116842A (ko) | 광 통신용 다중 파장 선택 스위칭 장치 | |
JPH09127347A (ja) | 波長選択装置 | |
JP6317216B2 (ja) | 光入出力装置 | |
McLeod et al. | Acoustooptic crossbar photonic switch |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131119 |