Оптический коммутатор



Оптический коммутатор
Оптический коммутатор

 


Владельцы патента RU 2444036:

Аллес Михаил Александрович (RU)
Соколов Сергей Викторович (RU)
Донченко Анатолий Анатольевич (RU)
Донченко Максим Анатольевич (RU)

Изобретение относится к оптическим устройствам переключения и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи информации для коммутации каналов передачи информации. Устройство содержит n блоков коммутации оптического потока, каждый из которых содержит m пар оптически связанных волноводов, m фотоприемников, m пьезоэлементов, в которые интегрированы m пар оптически связанных волноводов. Коммутатор также содержит (m+1) оптических n-входных объединителей, j-м информационным входом оптического коммутатора является информационный вход j-го блока коммутации оптического потока, адресными входами оптического коммутатора являются соответствующие адресные входы n блоков коммутации оптического потока. Технический результат - повышение быстродействия, упрощение конструкции устройства, обеспечение возможности коммутации каждого из n оптических потоков по f=m+1 каналам передачи информации в волоконно-оптических системах передачи информации. 2 ил.

 

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

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

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

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

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

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

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

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

Пара оптически связанных волноводов является существенным признаком заявляемого изобретения.

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

Задачей изобретения является создание оптического коммутатора, позволяющего выполнять переключение каждого из n оптических потоков по f=m+1 каналам передачи информации в ВОСП, и достижения быстродействия коммутации до 105-106 в секунду.

Техническим результатом является повышение быстродействия, упрощение конструкции устройства и возможность коммутации каждого из n оптических потоков по f=m+1 каналам передачи информации в ВОСП.

Оптический коммутатор - оптическое переключательное устройство, предназначенное для коммутации каждого из n оптических потоков по f=m+1 каналам передачи информации в ВОСП.

Сущность изобретения состоит в том, что оптический коммутатор содержит n блоков коммутации оптического потока, каждый из которых содержит m пар оптически связанных волноводов, m фотоприемников, m пьезоэлементов, в которые интегрированы m пар оптически связанных волноводов, информационным входом блока коммутации оптического потока является вход первого оптического волновода первой пары оптически связанных волноводов, m адресными входами блока коммутации оптического потока являются входы m фотоприемников, выход каждого из которых подключен к управляющему входу соответствующего пьезоэлемента, выход первого оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов является (i-1)-м выходом блока коммутации оптического потока (i=1, 2,…,m), выход второго оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов подключен ко входу первого оптического волновода (i+1)-й пары оптически связанных волноводов, выход второго оптического волновода m-й пары оптически связанных волноводов является m-м выходом блока коммутации оптического потока; также содержит (m+1) оптических n-входных объединителей, j-м информационным входом оптического коммутатора является информационный вход j-го блока коммутации оптического потока, адресными входами оптического коммутатора являются соответствующие адресные входы n блоков коммутации оптического потока, каждый i-й выход j-го блока коммутации оптического потока подключен к j-му входу i-го оптического n-входного объединителя, выходы которых являются выходами оптического коммутатора.

Функциональная схема оптического коммутатора показана на фигуре 1.

Оптический коммутатор содержит:

- 11, 12,…, 1n - n блоков коммутации оптического потока (БКОП);

- 20, 21,…, 1m - (m+1) оптических n-входных объединителей.

Оптический коммутатор имеет n информационных входов и m×n адресных входов, где j-м информационным входом оптического коммутатора является информационный вход j-го БКОП 1j (j=1, 2,…, n), а адресными входами оптического коммутатора являются соответствующие адресные входы n БКОП 11, 12,…, 1n (по m в каждом). Каждый i-й выход j-го БКОП 1j подключен к j-му входу i-го оптического n-входного объединителя 2i, выходы которых являются выходами оптического коммутатора (i=0, 1, 2,…, m; j=1, 2,…,n).

Функциональная схема j-го БКОП 1j показана на фигуре 2.

БКОП 1j содержит:

- 311, 312, 321, 322,…, 3m1, 3m2 - m пар оптически связанных волноводов (ОСВ);

- 41, 42,…, 4m - m фотоприемников (ФП);

- 51, 52,…, 5m - m пьезоэлементов (ПЭ), в которые в которые интегрированы соответствующие пары ОСВ 311, 312, 321, 322,…, 3m1, 3m2 таким образом, что при отсутствии на управляющем входе ПЭ управляющего сигнала, изменяющего расстояние между ОСВ, оптическая связь в парах ОСВ отсутствует, появляясь только при наличии управляющего сигнала выше порогового уровня срабатывания ПЭ.

Информационным входом БКОП 1j является вход первого оптического волновода 311 первой пары ОСВ 311, 312, адресными входами БКОП 1j являются входы m ФП 41, 42,…, 4m, выход каждого из которых подключен к управляющему входу соответствующего ПЭ 51, 52,…, 5m. Выход первого оптического волновода 3i1 i-й пары ОСВ 3i1, 3i2 является (i-1)-м выходом БКОП 1j (i=1, 2,…, m), выход второго оптического волновода 3i2 i-й пары ОСВ 3i1, 3i2 подключен ко входу первого оптического волновода 3i1 (i+1)-й пары ОСВ 3i+1,1, 3i+1,2, выход второго оптического волновода 3m2 m-й пары ОСВ 3m1, 3m2 является m-м выходом БКОП 1j.

Работа устройства протекает следующим образом.

Пусть требуется направить информационный оптический поток, поступающий на j-й информационный вход оптического коммутатора (фигура 1), в i-й канал передачи информации (i=0, 1, 2,…, m; j=1, 2,…, n). Этот оптический поток поступает соответственно на информационный вход j-го БКОП 1j.

Работа j-го БКОП 1j происходит следующим образом (фигура 2). Чтобы направить оптический поток, поступивший на информационный вход j-го БКОП 1j, в i-й канал передачи информации необходимо подать одновременно на его 1, 2,…, i-й адресные входы управляющие оптические сигналы (i=1, 2,…, m; j=1, 2,…, n). Последние, поступая на адресные входы j-го БКОП 1j, поступают на входы 1, 2,…, i-го ФП 41, 42,…, 4i. С выходов последних электрические сигналы поступают на управляющие входы 1, 2,…, i-го ПЭ 51, 52,…,5i, которые изменяют расстояния между соответствующими парами ОСВ 311, 312, 321, 322,…, 3i1, 3i2, что приводит к последовательному переключению входного оптического потока с информационного входа j-го БКОП 1j на его i-й выход. Далее этот оптический поток, попадая на j-й вход i-го оптического n-входного объединителя 2i, поступает в i-й канал передачи информации (i=0, 1, 2,…, m; j=1, 2,…, n).

(Если на j-м информационном входе оптического коммутатора присутствует оптический поток, и отсутствуют адресные сигналы (управляющие оптические потоки) на всех адресных входах j-го БКОП 1j (фигура 1), то оптический поток, поступая на информационный вход j-го БКОП 1j, направляется на нулевой выход j-го БКОП 1j (фигура 2)).

Таким образом, осуществляется коммутация оптического потока с j-го информационного входа оптического коммутатора в i-й канал передачи информации в ВОСП (i=0, 1, 2,…, m; j=1, 2,…, n).

Быстродействие оптического коммутатора определяется динамическими характеристиками фотоприемников и пьезоэлементов, входящих в состав блока коммутации оптического потока. Быстродействие фотоприемников, выполненных в традиционном варианте - на основе фотодиодов, составляет 10-9 с, быстродействие пьезоэлементов - 108 Гц. Для существующих волоконно-оптических систем передачи информации подобное быстродействие обеспечивает их функционирование практически в реальном масштабе времени.

Оптический коммутатор, содержащий оптические волноводы, отличающийся тем, что в него введены n блоков коммутации оптического потока, каждый из которых содержит m пар оптически связанных волноводов, m фотоприемников, m пьезоэлементов, в которые интегрированы m пар оптически связанных волноводов, информационным входом блока коммутации оптического потока является вход первого оптического волновода первой пары оптически связанных волноводов, m адресными входами блока коммутации оптического потока являются входы m фотоприемников, выход каждого из которых подключен к управляющему входу соответствующего пьезоэлемента, выход первого оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов является (i-1)-м выходом блока коммутации оптического потока (i=1, 2,…, m), выход второго оптического волновода i-й пары оптически связанных волноводов подключен ко входу первого оптического волновода (i+1)-й пары оптически связанных волноводов, выход второго оптического волновода m-й пары оптически связанных волноводов является m-м выходом блока коммутации оптического потока; также содержит (m+1) оптических n-входных объединителей, j-м информационным входом оптического коммутатора является информационный вход j-го блока коммутации оптического потока, адресными входами оптического коммутатора являются соответствующие адресные входы n блоков коммутации оптического потока, каждый i-й выход j-го блока коммутации оптического потока подключен к j-му входу i-го оптического n-входного объединителя, выходы которых являются выходами оптического коммутатора.



 

Похожие патенты:

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

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

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

Изобретение относится к активным элементам волоконно-оптических систем связи. .

Изобретение относится к системам оптической обработки информации. .

Изобретение относится к активным элементам волоконно-оптических систем связи, элементам интегральной оптики, системам оптической обработки сигналов. .
Наверх