Kaj je optično stikalo?

Optično stikalo je naprava, ki prenaša svetlobne signale med različnimi kanali v komunikacijskih omrežjih. Omrežja z optičnimi vlakni so bila razvita v 20. stoletju za prenašanje večjih količin podatkov, kot so bile možne s prejšnjimi sistemi bakrenih žic. Povečana uporaba interneta in širitev ponudbe mobilnih telefonov in televizije sta zahtevala večje količine podatkov, ki jih je treba upravljati s komunikacijskimi omrežji.

Ko optično omrežje prenaša svetlobni signal iz enega telefona ali računalnika v drugega, bo morda treba signal premikati med različnimi potmi optičnih vlaken. Da bi to dosegli, je potrebno stikalo, ki lahko prenaša signal z minimalno izgubo kakovosti glasu ali podatkov. Ko je bila optična vlakna prvič razvita, je bilo to doseženo z elektro-optičnim stikalom, ki je svetlobni signal spremenilo v električni signal, izvedlo funkcijo stikala in pretvorilo signal nazaj v svetlobno obliko. Ta sistem je bil sprejemljiv za zgodnje sisteme z optičnimi vlakni, vendar so se težave pojavile, ko se je hitrost prenosa povečala.

Električna stikala imajo nekatere omejitve pri hitrosti preklapljanja v primerjavi s hitrostjo svetlobe, ki se uporablja pri prenosih vlaken. Ko so se zahteve po podatkih povečale, je električni del elektro-optičnega stikala ustvaril omejitve glede količine podatkov, ki se lahko prenese. Potrebne so bile naprednejše tehnologije optičnega stikala, zlasti za odpravo električne pretvorbe pri preklapljanju svetlobnih signalov.

Velik napredek je prišel z razvojem mikroelektromehanskih sistemov (MEMS), ki uporabljajo drobna ogledala za prenos svetlobnih signalov. MEMS so imeli prednost pred elektro-optičnimi stikali, ker pretvorba v električne signale in iz njih ni bila potrebna. Prenosi svetlobe so bili preneseni neposredno med različnimi vlakni v napravi MEMS, kar je omogočilo hitrosti prenosa, ki so do določene točke enakovredne omejitvam optičnih vlaken.

Naprave MEMS prenašajo signale tako, da odbijajo svetlobne signale iz dohodnega optičnega kabla v drugo vlakno z majhnimi premičnimi zrcalci. Računalniški krmilnik določa, kam poteka klic ali podatkovna komunikacija in katero odhodno vlakno je potrebno za dokončanje povezave. Vsako dohodno optično vlakno ima ogledalo poleg konca vlakna, ki ga krmili majhen električni motor. Ko svetlobni signal zapusti vlakno, se odbije od zrcala in v konec izhodnega vlakna, za katerega računalnik ugotovi, da je potreben. Ta stikala delujejo zelo hitro, kar omogoča pošiljanje velike količine podatkov po optičnih omrežjih.

Težave z zasnovo MEMS so se pojavile, ko so podjetja za optična vlakna še naprej širila svoje prenosne sisteme. Ko so kabli iz optičnih vlaken postali večji, da bi lahko sprejeli več podatkov, je MEMS začel povzročati izgube signala, ker so ogledala prenašala svetlobne signale na veliko več povezav. Kakovost signala se je začela slabšati, ko so bile razdalje med vlakni daljše. Ena od izboljšav je bila ustvarjanje tridimenzionalnih (3D) MEMS naprav, kjer je bila serija stikal naložena drug na drugega, kar je vsakemu stikalu omogočilo, da obvladuje manj signalov s kratkimi preklopnimi razdaljami.

Druga vrsta optičnega stikala, ki nima gibljivih delov, je digitalno stikalo, ki uporablja silicijeve kristale za nadzor svetlobe. V teh stikalih je med pari optičnih vlaken nameščen trden silicijev kristal. Lomni količnik ali količina, ki jo svetloba upogne, ko prehaja skozi kristal, se bo spremenila, če se uporabi toplota. Majhni grelci so nameščeni na mestih vzdolž kristala in se aktivirajo, ko vstopijo svetlobni signali. Ko se lomni količnik spreminja, se lahko svetlobni signal usmeri na različna izhodna vlakna, ne da bi potrebovali ogledala ali druge gibljive dele. Kakovost signala je mogoče izboljšati tudi v primerjavi z napravami MEMS, ker zrcala povzročajo majhne izgube, ki jih digitalna stikala ne opazimo.