Коммуникациялари техникуми оптик алоқа тизимлари

11.9.2. Оптик коммутаторларнинг асосий вазифалари

Оптик коммутаторлар тармоқда бир қанча асосий вазифаларни бажаради.[2] :

Ташиш (транспортировка) – бир портдан бошқасига толали – оптик кабелни бутун ўтқазиш полосасини, частоталар полосасини ёки алохида тўлқин каналларини коммутациялаш.
Тиклаш – толали – оптик кабелларнинг ишдан чиққан компонентларини ёки узилишларини четлаб ўтиш имконияти.
Тармоқли тестлаш ва бошқариш – синов асбобларида масалан, вақт бўйича ажратиш қобилятига эга оптик рефлекторларда коммутацияланувчи элементлар узоқдаги бўғинларда толали – оптик кабелларнинг тўпламини текшириш учун ёки трафикнинг фаоллигини унинг ўтишини бузмайдиган усул билан назорат қилиш учун фойдаланилади.


11.9.3. Оптик коммутаторларнинг асосий параметрлари

Коммутаторлар қуйидаги параметрлар билан тавсифланади [3] : “Ўчирилган “ режимида “уланган” режимига нисбатан чиқишда коммутацияланувчи сигналнинг сусайиш коэффициненти (коммутаторнинг турига боғлиқ ҳолда 40-50 дБ дан 10 – 15 дБ гача ўзгартирилиши мумкин);

Коммутатор томонидан киритилаётган йўқотишлар – коммутатор томонидан вужудга келтириладиган сигналнинг сусайиши;
ўтиш ўчиши – керакли чиқишда сигнал қувватининг қолган барча чиқишлардаги сигналлар қувватига нисбати;
поляризацион йўқотишлар – коммутацияланувчи сигналнинг поляризацияси (қутблантирилиши) натижасида вужудга келтирилувчи сусайиши (кучсизланиши).


11.9.4. Оптик коммутаторларнинг асосий турлари

Ишлаб чиқариш технологиясига кўра коммутаторларнинг қуйидаги турлари фарқ қилинади.[4]:

1. 
   Механик оптик коммутаторлар .
   

Кириш оптик портларидан оптик толалар уланган чиқиш оптик портларига ёруғлик оқимини коммутацияловчи элементнинг кўчишидан фойдаланади. Бундай коммутацияловчи элемент сифатида оптик тўлқин элитгич (волновод) нинг айланувчи кесмаси, призма ёки йўналтирилган юлдузсимон тармоқлагич бўлиши мумкин [3].
2.Электрооптик коммутаторлар.
Коммутаторларнинг бу тури қўйилган кучланиш таъсирида олоқа коэффициентининг ўзгариши ҳисобига чиқиш портларининг бирида ёруғлик оқимини фокуслаш учун йўналтирилган тармоқлагичлардан фойдаланади.
3.Акустооптик коммутаторлар.
Акустик тўлқинларда ёруғлик дифракцияси асосида фотоэластиклик эффекти ётади муҳит синдириш кўрсаткичининг эластик кучланишлар таъсирида ўзгариши.
Бу эффект оқибатида оптик шоффоф мухитда тарқалаётган акустик тўлқин вақт ва маконда даврий бўлган мухит синдириш кўрсаткичи n нинг ғалаёнланишини вужудга келтиради.
Ёруғлик учун бундай мухит товуш тезлиги r билан кўчувчи фазовий дифракцион панжарани ташкил этади. Ёруғлик акустик майдон орқали ўтиб, синдириш кўрсаткичи нобиржинслиликларида дифракцияланади. Бунда товуш тўлқини частотасининг ўзгариши билан ёруғлик тўлқинининг тушиш бурчагига нисбатан оғиш бурчаги (дифракция) ўзгаради. Бу холат ёруғлик тўлқинлари тарқалиши йўналишини бошқаришга имкон беради.
4.Термооптик коммутаторлар.
Уларнинг ишлаши синдириш кўрсаткичининг температура таъсирида ўзгариши ходисасига асосланган.
5. Яримўтказгичли оптик кучайтиргичлар асосидаги опто электрон коммуторлар. Коммутация механизмини бошқарувчи сифатида силжиш кучланишидан фойдаланилади. Силжиш кучланиши кичик бўлганда кириш сигнали кучайтиргич томонидан ютилади – “узилган” холати юзага келади. Кучланиш ортганда сигналнинг нормал кучайиши тикланади – “уланган” холати юзага келади.
6. Интеграл актив тўлқин элитгич коммутаторлар. Бундай коммутатор унинг учун танлаб олинган топологик схемасига мос келувчи коммутаторнинг ягона бўғинига системанинг айрим элементларини боғловчи, яримўт казгичли оптик кучайтиргичлар ва оптик тўлқин элитгич қурилмалардан ташкил топган оптоэлектрон интеграл схемадан иборат.
7. Кўп қатламли ёруғликэлитувчи суюқкристалл матрицали коммутаторлар. Мазкур турдаги коммутаторлар суюқ кристалларнинг қўйилган бошқарувчи кучланишнинг таъсирида шоффоф (ёруғлик ўтказувчи) ёки ношоффоф бўлиш қобилятидан фойдаланади.
8. Микрокўзгулар массиви асосидаги коммутатор микрокўзгулар массиви (матрицаси ) ни бошқарувчи микроэлектромеханик система (МEMS) дан иборат бўлиб, унинг диаметрлари миллиметрдан камдир.
Ҳар бир микрокўзгу мустақил харакатланади, бу маълум бир қайд қилинган бурчакка бурилувчи ва қайтган нурни чиқиш портига коммутацияловчи айланувчи ясси кўзгудир [5]. 2Д системаларда матрица битта (квадрат, ),кўзгулар матрица текислигида ётади. 3Д MEMS коммутаторлари 2Д га нисбатан анча ўзгарувчан ва маштабланувчан бўлади ва кўп миқдордаги коммутацияланувчи нурларни таъминлайди, бироқ улар анча мураккаб.
Оптоэлектрон кросc – коннекторларга нисбатан MEMS 3Д оптик коммутаторлар 30 марта кам хажмни эгаллайди ва тахминан 100 марта кам энергия истеъмол қилади. Бироқ қурилмаларнинг бу тури камчиликларга хам
эга, биринчи навбатда – тез ишлаши паст ва вибрацияларга сезгир[6].
9. Голографик коммутаторлар 2000 йилларда пайдо бўлди. Уларни ишлаб чиқарувчи ягона компания – Trellis Photovics. Бироқ фақат уларгина 3Д EMS туридаги анча мукаммал коммутаторлар билан рақобатлашишлари мумкин. Голография – манбанинг тўлқин майдонини қайд этиш ходисасидир (одатда 3 ўлчовли оптик мухитларда). Бундай коммутаторни яратиш учун маълум шароитларда (кучланиш берилганда) у орқали ўтаётган маълум тўлқин узунлигидаги ёруғлик сигналини маълум чиқишга ўтқазишга (ёки ўтказмасликка) имкон берадиган, уларда манбаларнинг тўлқинлари билан ёзилган (голографик 3 ўлчовли Брегг дифракцион панжаралари билан) голографик кристаллар матрицасидан фойдаланилади [3].
10. Фотон кристалли коммутаторлар. Фотон кристаллар – маълум бир частотали диапазондаги ёруғликнинг тарқалишига тўсқинлик қиладиган тақиқловчи зонага эга бўлган даврий диэлектрик тузилмалар. Бундай кристаллда нуқтали ва чизиқли нуқсонларни яратиб (табиий резонанс бўшлиқлар) оптик элитувчининг тақиқланган зона орқали (тоннель эффектидан фойдаланиб) “тоннель” ўтказишини ва элтувчининг бир ички каналдан бошқасига коммутацияланишини амалага ошириш мумкин [3].
“Фотон кристаллар” табиатда мавжуд бўлмаган метаматериалларга киради, лекин улар лаборатория шароитида яратилиши мумкин [7].
11.9-расмда фотон кристаллар асосидаги оптик коммутаторнинг база блоки гипотетик схемаси келтирилган.

11.9 – расм. Фотон кристаллар асосидаги база элементининг гипотетик

схемаси

Схема учта оптик тўлқин элтгичлар шиналардан иборат: марказдаги умумий шина ва икки томондаги чиқариш шиналари, улар ўзаро оптик резонатлар системаси билан боғланган (хар бир томонда 2 ёки 4 тадан резононс бўшлиқ). Умумий шинада тўғри йўналишида тарқаладиган оптик тўлқин резонанс текисликда маълум тебранишлар модасини қўзғотади, улар ўзаро таъсир натижасида тўғри ва тескари йўналишида тарқалиб резонанс текисликда чиқариш шинасига ўтади.(тўғри йўналишда чиқиш ва тескари йўналишида чиқиш тушунчасини шакллантириб) [3].

Оптик коммутаторларнинг мавжуд имкониятларининг таҳлили 16.1 – жадвалда тақдим этилган, унда коммутаторларнинг барча турлари учун рейтинг рақами қўйилган ва бу рейтинглар йиғиндисига кўра хар бир коммутатор турининг рейтинги аниқланган [7].
16.1. – жадвал
Оптик коммутаторларнинг мавжуд имкониятларини таққослаш.

Параметрлар Турли техноло-гиядаги ОК	Ахборот оқимлари-ни қайта улаш вақти Рейтинг	Йўқотиш-лар, дБ Рейтинг	Яшовчан-лик, сифатли баҳо Рейтинг	Ахборт хавфсиз-лиги Рейтинг	∑r	Рей-тинг
Микроэлектромеха-ник (MEMS)	<15 мс 7	2 дБ 3	Паст 4	Ўртача 3	17	6
Оптомеханик	0,1-1с 8	2 дБ 3	Паст 4	Паст 4	19	7
Электрооптик	10 мс 6	3-5 дБ 5	Ўртача 3	Ўртача 3	17	6
Термооптик	10 мс 6	4 дБ 4	Ўртача 3	Ўртача 3	16	5
Суюқ кристаллик	<300 мс 4	2 дБ 3	Юқори 2	Юқори 2	11	4
Голографик (Брэег панжа-расидаги коммутатор-лар)	<100 мс 3	2 дБ 3	Юқори 2	Ўта юқори 1	9	3
Акустооптик	500нс- 10 мкс 2	1,5 дБ 2	Ўта юқори 2	Ўта юқори 2	7	2
Фотон крис-талларидаги коммутатор-лар	1нс- 100фс 1	<1 дБ 1	Ўта юқори 1	Юқори 1	4	1

Рейтинг жадвалидан кўринадики, мудьтисервисли рақамли алоқа тармоқлари учун энг афзали фотон кристалларидаги коммутаторлар ҳисобланади [6].

Мавжуд оптик коммутаторларнинг умумий таснифи 11.10. – расмда кўрсатилган.

11.10 – расм. Оптик коммутаторлар таснифи

Фотон коммутаторларни ишлаб чиқиш телекомуникация сохасида фаолият юритаётган етакчи компаниялари, жумладан Agilent Technologies, Nortel Network, Lusent Technologies ва Corning каби компониялар томонидан олиб борилмоқда. Бу қурилмаларни ишлаб чиқиш энг устувор (биринчи навбатда амалага оширилиши зарур бўлган) масала ҳисобланади [8].