Розгортання оптоволоконних мереж передбачає встановлення оптичних комутаторів. Неважко зрозуміти, що комутатор являє собою критичний елемент інфраструктури і повинен відповідати швидкості передачі даних по оптоволокну. Між тим, існуючі сьогодні способи реалізації оптичних комутаторів далекі від ідеалу і в майбутньому загрожують стати гальмом у розвитку оптичної мережевої інфраструктури.

Younghee Lee graphic

Сучасні оптичні комутатори будуються на відносно повільних вузлах перемикання на лінзах та дзеркалах, швидкість реакції яких знаходиться в межах часток секунди. До того ж, як у випадку комутатора на базі інтерферометра Маха–Цендера, перемикання супроводжується значними втратами, які необхідно компенсувати посиленням сигналу. Подолати безліч обмежень і використовувати новий принцип в перемиканні оптичних каналів взялися розробники з Каліфорнійського університету в Берклі. Для цього вони використовували добре обкатане в інших областях електроніки рішення у вигляді мікроелектромеханічних матриць (MEMS).

Kyungmok Kwon

Прототип створеного в Берклі оптичного комутатора показав видатні результати. Він працює в 10 000 разів швидше сучасних комутаторів. Швидкість перемикання складає менше 400 нс. Більш того, інтегрований на одному кристалі комутатор розміром 4 × 4 см перемикає 240 оптичних каналів в конфігурації 240 × 240. Також рішення показало незначні втрати на рівні 0,004 дБ на канал або 9,8 дБ на чіп, а співвідношення включення/виключення каналу склало 70 дБ. Це чудові характеристики, які можуть бути поліпшені при переході на масове виробництво. Як же все це працює?

Tae Joon Seok

Чіп комутатора створювався в звичайному КМОП-техпроцесі. Він являє собою повторювану структуру з базових елементів у конфігурації 3 × 3. Вище на ілюстрації як раз показаний такий масив. Червоними лініями позначені хвилеводи шириною 10 мкм. Промінь (показаний синім кольором) потрапляє на перехрестя і може рухатися по прямій, або повернути вправо на 90 градусів. Для повороту праворуч (для комутації) на сайт подається перемикаючий імпульс, який опускає рухому електромеханічну рампу з хвилеводом, уводящим промінь вправо вгору. Далі за маршрутом розташована інша рампа, яка повертає повернув промінь на нижній рівень на магістраль звичайних хвилеводів. Це як авторазвязка, коли повертає транспорт не заважає руху по основній магістралі. Цікава реалізація. Чекаємо комерційного втілення.