WO2013141760A2 - Method for switching nxn optical channels and multi-channel switch - Google Patents
Method for switching nxn optical channels and multi-channel switch Download PDFInfo
- Publication number
- WO2013141760A2 WO2013141760A2 PCT/RU2013/000221 RU2013000221W WO2013141760A2 WO 2013141760 A2 WO2013141760 A2 WO 2013141760A2 RU 2013000221 W RU2013000221 W RU 2013000221W WO 2013141760 A2 WO2013141760 A2 WO 2013141760A2
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- optical
- channels
- channel
- stage
- waveguide
- Prior art date
Links
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
-
- 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
- H04Q2011/0007—Construction
- H04Q2011/0026—Construction using free space propagation (e.g. lenses, mirrors)
- H04Q2011/0028—Construction using free space propagation (e.g. lenses, mirrors) using holograms
-
- 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
Definitions
- the invention relates to the field of information processing and communication and can be used to transmit, receive and redistribute information signals in switching devices of multi-subscriber telecommunication and fiber-optic communication systems and integrated optics systems, information processing and data calculation, including in supercomputers.
- switching devices of multi-subscriber telecommunication and fiber-optic communication systems and integrated optics systems information processing and data calculation, including in supercomputers.
- AO fiber switch ⁇ light channels, based on the effect of the Bragg AO diffraction [1].
- the light from the input fiber is fed to the collimating system of the switch and then to the AO crystal.
- the deflected beam is focused by the lens into the fibers of the output optical fibers.
- NxN switch To organize the NxN switch, it would be necessary to either place N piezoelectric transducers on a single crystal, which would lead to unacceptably large cross-noise and reduce the contrast of the switched signals, or have N crystals (with its piezoelectric transducers), which would lead to a significant complication and cost of the switch.
- Known optical switch 1x2 including an optical waveguide formed of two light-transmitting materials, located one after another and having a common border, moreover, the refractive index of one of the materials can be changed by external action, for example, by application of electric voltage in the case of electro-optical material [2].
- Light falls on the interface between two materials at such an angle that by changing the refractive index of the first material, it is possible to ensure that the light either passes through the boundary or is reflected from it due to the known effect of total internal reflection (TIR) [3].
- TIR total internal reflection
- To create a ⁇ switch it is necessary to use a certain sequence of such materials - electro-optical crystals, so that, electrically controlling the value of the refractive index, direct the light flux along certain directions on the way to a given address (output).
- a device for filtering light and controlling the direction of the flow with ⁇ channels [4], based on the application of the effect of total internal reflection (TIR) and the transverse electro-optical effect in an optical crystal.
- the device includes a number of independent electrodes located above the electro-optical crystals in order to divide the layer of electro-optical material into a set of so-called pixels.
- a control electric circuit is connected to the device in order to change the voltage at the electrodes and thereby control the direction of propagation of the light flux.
- Such a device can be used as an optical scanner to shift the position of the incident beam from one pixel to another.
- the device can also be used as a multi-channel color filter, if a filter is inserted in each output pixel that transmits a certain light, associated with that particular pixel, and reflects light of other wavelengths.
- the device contains a plate of an electro-optical lithium niobate crystal (LiNbO 3 ) in which waveguide channels with control electrodes are made. Each plate is divided into M cells, in each cell, K waveguide channels are made, i.e. all performed KXM channels. From each of the K inputs, there are M optical cables, one for each cell. To each of the M outputs, on the contrary, from the corresponding cell all K optical cables are connected: from the first cell to the first output, from the second cell to the second, etc.
- LiNbO 3 electro-optical lithium niobate crystal
- a predetermined connection of any optical input to any optical output is provided. For example, if a signal with the address m is supplied to the input in order, then the next waveguide channel (in accordance with the serial number of the input) in the needle cell is turned on (voltage is applied to it and it becomes transparent) (in accordance with the serial number of the output).
- the next waveguide channel (in accordance with the serial number of the input) in the needle cell is turned on (voltage is applied to it and it becomes transparent) (in accordance with the serial number of the output).
- the multichannel fiber optic switch according to the patent [5] provides switching K input channels on the M output with a relatively low attenuation in the channels and a low level of crosstalk.
- the device contains a large number of intersecting fiber-optic and electric cables, making it difficult for its design and technological implementation.
- the problem to be solved in the proposed method for switching NxN optical channels and a device for its implementation is to make the connections of the input and output optical channels in automatic mode without intersections of fiber-optic and electrical cables and with maximum parallelism, which simplifies the design embodiment of the switch, with the possibility of its block design with the same blocks for this address category.
- Figure 1 Diagram of switching NxN optical channels according to the proposed method.
- FIG. 2 - A diagram explaining the operation of the proposed multi-channel switch.
- FIG. 3 An example of the implementation of the operation of doubling information channels using optical cubes.
- FIG. 4 Scheme of the implementation of the operation of the "assembly" of channels using photorefractive waveguides (PV) in the initial (left), intermediate (middle) and final (right) state.
- PV photorefractive waveguides
- FIG. 5 General diagram of the proposed switch (for example, 8 channel device) located:
- the operation of doubling the channels is performed, namely, at the first stage, the channels with 0 and 1 in the high order of addresses are separated, at the second stage the channels with 0 and 1 are separated in the next category of addresses, etc., so at the last stage share channels with 0 and 1 in the lower order of addresses;
- the operation of assembling the channels is performed by arranging in the neighborhood only those channels that are required for the passage of the switched optical streams;
- the optical signals of a given configuration from the optical radiation source to which the switched connections of the waveguide channels are sensitive which leads to a change in the refractive index of the photorefractive material and these , respectively, to transfer the optical flux to an adjacent waveguide with an unchanged refractive index.
- Switchable connections of waveguide channels are determined using a computer at the input and specified addresses, and from the results of calculations using a matrix of light emitters (MIS), light beams are formed that are coordinated in their spatial position with the places of switched connections of waveguide channels. Thanks to the photorefractive effect, the light beams from the MIS change the refractive index of the material of the connections of the waveguides, which ensures the deviation of information signals into the desired waveguide.
- MIS matrix of light emitters
- FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a three-digit (8-channel) device switching method in the proposed multi-channel switch at different stages of the connection of channels.
- 1 is a line of input optical channels with given switching addresses; 2 '- line of direct and inverse modulators (filters), setting on the first stage (belonging to it is indicated by one stroke), after doubling the channels, the transmission of optical signals in accordance with 0 and 1 in the highest category of addresses; 3 'is the result of the removal of gaps in the first stage of the connection of the channels; 2 "- the line of direct and inverse modulators (filters), specifying in the second stage (belonging to it is indicated by two strokes), after doubling the channels, the transmission of optical signals in accordance with 0 and 1 in the second category of addresses; 3" - the result of removing gaps on the second stage of connecting the channels; 2 "'- the line of direct and inverse modulators (filters), specifying in the third stage (belonging to it is indicated by three strokes), after
- MIS control optical signals
- GOE holographic optical element
- the addresses for connecting the N input optical channels to the N output optical channels are set using the lines of optical modulators, and the number of lines at each step is 2, and the number of modulators in the line is N;
- optical signals are used from the optical radiation source, to which the switched connections of the waveguide channels are sensitive;
- a holographic optical element (GOE) is introduced;
- the introduced projection optics is made in such a way that the light flux from the MIS emitting coherent (laser) light in the spectral sensitivity range of the connections of the photorefractive waveguides passes through the GEE, due to which these signals acquire a given configuration, and arrives at those connections of the photorefractive waveguides that are necessary optically switch to a predetermined state to transfer signals from channel to channel;
- the introduced projection optics is designed in such a way that the light flux from the MIS emitting incoherent light in the spectral sensitivity range of the connections of the photorefractive waveguides passes through an optical mask, due to which these signals acquire a given configuration, and is supplied to those connections of photorefractive waveguides that need to be optically switched to a predetermined state in order to transfer signals from channel to channel.
- the technical result achieved in the claimed invention lies in the fact that the design of the optoelectronic switching device xN of optical channels, based on a cascade, branched and maximally parallel connection scheme and using optical signals from the MIS with the configuration specified by their passage through the GEE, provides a given connection of any input and output channels without intersections of fiber optic and electric cables, which makes the device technological.
- the proposed method and device using photorefractive waveguides make it possible to obtain a predetermined connection of any input and output channels in a multi-channel switch without intersections of fiber optic and electric cables and with the other above advantages.
- the inventive optoelectronic switch can individually or collectively use various options for implementing optical channels — using waveguide or integrated optical structures, prismatic air defense cells, etc.
- Translucent mirrors can be used as optical splitters , two prismatic optical cubes, topographic optical elements, etc. elements of the same purpose.
- modulators it is possible to use modulators not only from lithium niobate, but also based on other electro-optical materials, including integrated-optical, micromirror, semiconductor (for example, based on the Franz-Keldysh effect) and other modulators of the same destination.
- the holographic optical element can be made of photorefractive crystals, chalcogenide glasses and silver halide and other materials with high diffraction efficiency, not sensitive to the same radiation.
- the optical mask can be made of a material that does not transmit optical radiation outside the area of the holes of a given configuration. The location of the GOE and / or optical mask relative to the compounds in the waveguides should not introduce diffraction and other noises that create optical interference outside the range of each given optical signal generated by the MIS.
- the proposed optoelectronic switch based on the effect of photorefraction is a technological and efficient device for switching NxN optical channels. This makes it possible to use it in many modern and promising systems for the transmission, reception and redistribution of information signals, in telecommunication systems, in multi-device devices and information processing and data calculation systems, including in supercomputers, in fiber-optic and integrated-optical communication systems .
- FIG. 2 explains the operation of such a switch.
- the operations of doubling the channels ⁇ G ⁇ were performed, dividing by 0 and 1 in the highest order of addresses and the operation of channel compression ⁇ 2 ' ⁇ in both arms, i.e. assembling open (signal) channels and removing closed channels (there is no signal in them).
- 4 signal channels remained in both arms.
- the same operations were carried out for subsequent bits of addresses, as a result of which at the second stage ⁇ 1 ", 2" ⁇ 4 arms of 2 signal channels were formed, and at the third stage ⁇ ", 2" ' ⁇ - 8 arms of 1 signal channel leading the light signal to the selected address.
- the number of channels was doubled using an optical splitter, and their separation by 0 and 1 was performed using an inverse optical filter.
- optical splitters were used optical cubes made up of two prisms ⁇ G, 1 " ⁇ (Fig. 3). Pairs of rulers of modulators ⁇ 2 ', 2" ⁇ , one of which has always been an inverter, i.e. set not single, but zero bits of addresses, were performed on the basis of electro-optical crystals. Including those or other modulators, it was possible to selectively transmit light, thereby addressing the signals.
- FIG. Figure 4 shows the scheme of optical control of the connection of channels used in the model using the photorefraction effect for pumping the flow of optical information from one channel to another.
- 4 channels are considered, the input of which is fed 2 information flows (in 1 and 3 channels).
- Optical signals from MIS 1 laser diodes
- MIS 1 laser diodes
- a holographic optical element 2 where they acquire the desired configuration, and then enter the photorefractive waveguides 3 in the place where you want to change the direction of the optical information flow. Due to the photorefractive effect, the refractive index changes in these places, which causes the optical stream to pass into the neighboring empty channel.
- FIG. Figure 5 shows the general diagram of a multi-channel switch with 8x8 channels in the initial (channels are not switched), intermediate (addressing and assembling channels) and in the final states (channel switching is completed, and information light flow).
- the optoelectronic switch according to the claimed method and device contained optical shutters 1, made on the basis of light modulators, which are the input ports of the switch; translucent cubes 2 ', 2 ", 2"', composed of two prisms; line modulators 3 ', 3 ", 3"', used for addressing signals; photorefractive waveguides 4 ', 4 ".
- the figure also shows the connections of photorefractive waveguides 5', 5", where the refractive index of the material changed under the influence of optical signals 8 ', 8 "from MIS 6', 6", which forced the optical information flow to turn into adjacent open waveguide and propagate along it.
- optical signals 8 ', 8 "from MIS 6', 6" which forced the optical information flow to turn into adjacent open waveguide and propagate along it.
- different, pre-programmed combinations of control signals were applied at the MIS input.
- GOE 7 ', 7 are needed here to specify the configuration of the optical signals generated in the MIS.
- the incoming and outgoing switched flows are indicated in the figure as 9' and 9".
- the refractive index of the photorefractive material was varied to reflect the optical signal or pass it into an adjacent waveguide.
- the refractive index did not change and was always in the “on” state, i.e. reflected the optical signal, because Optical signals traveling through these channels should always be converted to neighboring ones during assembly.
- a reflecting mirror or a prism can also be provided.
- the proposed method and the parallel architecture of the multichannel switch, as well as the method of optical control of channel switching, are also applicable to various switches of electrical signals (Fig. 6).
- the electric signal I propagating along the electric circuit, passes further along the upper branch of the circuit, in which the contact integrated in the circuit is closed using an element (shown in a circle), which is sensitive to the control optical signal h v.
- Sources of information Antonov S.N. Acousto-optical devices for controlling unpolarized light and polarization modulators based on a paratellurite crystal // Zh.T.F., vol. 74, JY ° 10, 84-89 (2004).
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
The invention relates to the information-processing and communications field and can be used for transmitting, receiving and redistributing information signals in switching and coding/decoding devices of telecommunications systems and of fibre-optic and integrated optical communications, information-processing and data computation systems, including on supercomputers. The essence of the invention consists in that, in a multi-channel switch which optically connects any specified optical input channel to any specified optical output channel, a method for switching NN channels is proposed, which method is characterized in that, in each bit, the connections are implemented in parallel, wherein the integration of the channels is controlled optically owing to the photorefractive properties of the material of the optical channels. In order to implement the method, a multi-channel switch is proposed in which signals are transferred from channel to channel by supplying photorefractive waveguides with optical signals of a specified configuration, which can be generated with the aid of a matrix of light emitters and a holographic optical element or an optical mask, which are optically connected with the aid of projection optics.
Description
Способ коммутации NxN оптических каналов The method of switching NxN optical channels
и многоканальный коммутатор and multi-channel switch
Область техники Technical field
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 The invention relates to the field of information processing and communication and can be used to transmit, receive and redistribute information signals in switching devices of multi-subscriber telecommunication and fiber-optic communication systems and integrated optics systems, information processing and data calculation, including in supercomputers. State of the art
Известен акустооптический (АО) волоконный переключатель ΙχΝ 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 подаётся на пьезопреобразователь, возбуждающий в кристалле ультразвуковую волну с той же частотой. Дифрагируя на этой волне, свет отклоняется на угол α=ί /υ, пропорциональный частоте радиосигнала (здесь λ - длина волны света и υ - скорость звука в кристалле). Отклонённый луч фокусируется линзой в волокна выходных световолокон. Для организации NxN 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. Known acousto-optic (AO) fiber switch ΙχΝ light channels, based on the effect of the Bragg AO diffraction [1]. The light from the input fiber is fed to the collimating system of the switch and then to the AO crystal. A control radio signal at a frequency is supplied to a piezoelectric transducer, which excites an ultrasonic wave in a crystal with the same frequency. Diffracting on this wave, the light is deflected by an angle α = ί / υ, proportional to the frequency of the radio signal (here λ is the wavelength of light and υ is the speed of sound in the crystal). The deflected beam is focused by the lens into the fibers of the output optical fibers. To organize the NxN switch, it would be necessary to either place N piezoelectric transducers on a single crystal, which would lead to unacceptably large cross-noise and reduce the contrast of the switched signals, or have N crystals (with its piezoelectric transducers), which would lead to a significant complication and cost of the switch.
Известен оптический переключатель 1x2, 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 изменён 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 ΙχΝ 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). Known optical switch 1x2, including an optical waveguide formed of two light-transmitting materials, located one after another and having a common border, moreover, the refractive index of one of the materials can be changed by external action, for example, by application of electric voltage in the case of electro-optical material [2]. Light falls on the interface between two materials at such an angle that by changing the refractive index of the first material, it is possible to ensure that the light either passes through the boundary or is reflected from it due to the known effect of total internal reflection (TIR) [3]. To create a ΙχΝ switch, it is necessary to use a certain sequence of such materials - electro-optical crystals, so that, electrically controlling the value of the refractive index, direct the light flux along certain directions on the way to a given address (output).
Известно устройство фильтрации света и управления направлением потока с ΙχΝ 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 определённой, связанной именно с этим пикселом длины волны, и отражающий свет других длин волн. A device is known for filtering light and controlling the direction of the flow with ΙχΝ channels [4], based on the application of the effect of total internal reflection (TIR) and the transverse electro-optical effect in an optical crystal. The device includes a number of independent electrodes located above the electro-optical crystals in order to divide the layer of electro-optical material into a set of so-called pixels. A control electric circuit is connected to the device in order to change the voltage at the electrodes and thereby control the direction of propagation of the light flux. Such a device can be used as an optical scanner to shift the position of the incident beam from one pixel to another. The device can also be used as a multi-channel color filter, if a filter is inserted in each output pixel that transmits a certain light, associated with that particular pixel, and reflects light of other wavelengths.
Создание NxN 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. Creating an NxN switch based only on approaches [2, 4] would require a huge number of separate switches and multiple optical channel crossings, which would make the switch too complicated and expensive.
Наиболее близким к предлагаемому способу и устройству является способ коммутации, реализованный в волоконно-оптическом коммутаторе КхМ 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 КхМ каналов. От каждого из К входов идёт 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 подаётся сигнал с адресом т, то включается (на него подается напряжение, и он становится прозрачным) к-тый волноводный канал (в соответствии с порядковым номером входа) в иг-ной ячейке (в соответствии с порядковым номером выхода). Таким образом, одновременно включив по одному определённому волноводному каналу в каждой ячейке, можно параллельно скоммутировать все входящие сигналы. Closest to the proposed method and device is a switching method implemented in a KxM fiber optic switch of optical channels with a relatively low attenuation in the channels and a low level of crosstalk [5]. The device contains a plate of an electro-optical lithium niobate crystal (LiNbO 3 ) in which waveguide channels with control electrodes are made. Each plate is divided into M cells, in each cell, K waveguide channels are made, i.e. all performed KXM channels. From each of the K inputs, there are M optical cables, one for each cell. To each of the M outputs, on the contrary, from the corresponding cell all K optical cables are connected: from the first cell to the first output, from the second cell to the second, etc. By applying a control voltage to the electrodes that control the inclusion of the electro-optical effect in the corresponding waveguide channel from lithium niobate, due to the air defense effect, a predetermined connection of any optical input to any optical output is provided. For example, if a signal with the address m is supplied to the input in order, then the next waveguide channel (in accordance with the serial number of the input) in the needle cell is turned on (voltage is applied to it and it becomes transparent) (in accordance with the serial number of the output). Thus, by simultaneously switching on one specific waveguide channel in each cell, all incoming signals can be switched in parallel.
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. The disadvantage of this method of connecting channels in the switch is the large number of intersections of fiber optic cables (as well as electrical wires for connecting control electrodes) resulting from the serial connection of the first of K inputs with all M outputs, then the second input with all M outputs, then the third, fourth, etc., up to the connection of the K-th input with all M outputs.
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. Thus, the multichannel fiber optic switch according to the patent [5] provides switching K input channels on the M output with a relatively low attenuation in the channels and a low level of crosstalk. However, the device contains a large number of intersecting fiber-optic and electric cables, making it difficult for its design and technological implementation.
Задачей, решаемой в предлагаемом способе коммутации NxN оптических каналов и устройстве для его осуществления, является выполнение соединений входных и выходных оптических каналов в автоматическом режиме без пересечений волоконно-оптических и электрических
кабелей и с максимальной параллельностью, что упрощает конструкторское воплощение коммутатора, с возможностью его блочной конструкции с одинаковыми для данного разряда адресов блоками. The problem to be solved in the proposed method for switching NxN optical channels and a device for its implementation is to make the connections of the input and output optical channels in automatic mode without intersections of fiber-optic and electrical cables and with maximum parallelism, which simplifies the design embodiment of the switch, with the possibility of its block design with the same blocks for this address category.
Краткое описание фигур чертежей Brief Description of the Drawings
На чертежах представлены: The drawings show:
Фиг.1 - Схема коммутации NxN оптических каналов по предлагаемому способу. Figure 1 - Diagram of switching NxN optical channels according to the proposed method.
Фиг. 2 - Схема, поясняющая работу предлагаемого многоканального коммутатора. FIG. 2 - A diagram explaining the operation of the proposed multi-channel switch.
Фиг. 3 - Пример реализации операции удвоения информационных каналов с помощью оптических кубов. FIG. 3 - An example of the implementation of the operation of doubling information channels using optical cubes.
Фиг. 4 - Схема реализации операции «сборки» каналов с применением фоторефрактивных волноводов (ФВ) в исходном (слева), промежуточном (посередине) и конечном (справа) состоянии. FIG. 4 - Scheme of the implementation of the operation of the "assembly" of channels using photorefractive waveguides (PV) in the initial (left), intermediate (middle) and final (right) state.
Фиг. 5 - Общая схема предлагаемого коммутатора (на примере 8 канального устройства), находящегося: FIG. 5 - General diagram of the proposed switch (for example, 8 channel device) located:
а) в исходном состоянии, когда входные и выходные каналы не соединены, a) in the initial state, when the input and output channels are not connected,
б) в промежуточном состоянии, когда осуществляется адресация и сборка каналов, и b) in an intermediate state, when addressing and assembling channels, and
в) в конечном состоянии, когда информационный оптический поток направлен по заданным адресам. c) in the final state, when the information optical flow is directed to the given addresses.
Фиг.6 - Коммутация в электрической цепи. 6 - Switching in an electric circuit.
Сущность изобретения SUMMARY OF THE INVENTION
Решение указанной задачи обеспечивается тем, что способ коммутации NxN 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 п этапов, и в то же время параллельно в пределах каждого разряда адресов; The solution to this problem is provided by the fact that the method of switching NxN optical channels is based on the use of the photorefraction effect, and for the implementation of a given connection of any optical input with a given optical output without intersecting fiber-optic and electric cables and with maximum parallelism: - organize a bitwise serial-parallel connection of N input optical channels with N output optical channels, and all channel connections are performed sequentially for each bit of n = log2N bits, starting from the senior, in n steps, and at the same time in parallel within each bit Addresses
- 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; - at each stage, the operation of doubling the channels is performed, namely, at the first stage, the channels with 0 and 1 in the high order of addresses are separated, at the second stage the channels with 0 and 1 are separated in the next category of addresses, etc., so at the last stage share channels with 0 and 1 in the lower order of addresses;
- 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; - at each stage after the operation of doubling the channels, the operation of assembling the channels is performed by arranging in the neighborhood only those channels that are required for the passage of the switched optical streams;
- на каждом этапе при выполнении операции сборки каналов в заданные соединения волноводов одновременно и параллельно для всех разрядов подают управляющие оптические сигналы заданной конфигурации от источника оптического излучения, к которому чувствительны переключаемые соединения волноводных каналов, что приводит к изменению в этих местах коэффициента преломления фоторефрактивного материала и, соответственно, к переводу оптического потока в соседний волновод с неизменённым коэффициентом преломления. - at each stage, when performing the operation of assembling the channels, the optical signals of a given configuration from the optical radiation source to which the switched connections of the waveguide channels are sensitive, which leads to a change in the refractive index of the photorefractive material and these , respectively, to transfer the optical flux to an adjacent waveguide with an unchanged refractive index.
Переключаемые соединения волноводных каналов определяют с помощью компьютера по входным и заданным адресам, и по результату вычислений с помощью матрицы излучателей света (МИС) формируют световые пучки, согласованные по своему пространственному положению с местами переключаемых соединений волноводных каналов. Благодаря фоторефрактивному эффекту световые пучки от МИС изменяют коэффициент преломления материала соединений волноводов, что обеспечивает отклонение информационных сигналов в нужный волновод. Switchable connections of waveguide channels are determined using a computer at the input and specified addresses, and from the results of calculations using a matrix of light emitters (MIS), light beams are formed that are coordinated in their spatial position with the places of switched connections of waveguide channels. Thanks to the photorefractive effect, the light beams from the MIS change the refractive index of the material of the connections of the waveguides, which ensures the deviation of information signals into the desired waveguide.
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; У" - результат удаления пропусков на третьем этапе соединения каналов, приводящий каждый из 8 входных оптических сигнала к выбранному адресу. In FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a three-digit (8-channel) device switching method in the proposed multi-channel switch at different stages of the connection of channels. Here 1 is a line of input optical channels with given switching addresses; 2 '- line of direct and inverse modulators (filters), setting on the first stage (belonging to it is indicated by one stroke), after doubling the channels, the transmission of optical signals in accordance with 0 and 1 in the highest category of addresses; 3 'is the result of the removal of gaps in the first stage of the connection of the channels; 2 "- the line of direct and inverse modulators (filters), specifying in the second stage (belonging to it is indicated by two strokes), after doubling the channels, the transmission of optical signals in accordance with 0 and 1 in the second category of addresses; 3" - the result of removing gaps on the second stage of connecting the channels; 2 "'- the line of direct and inverse modulators (filters), specifying in the third stage (belonging to it is indicated by three strokes), after doubling the channels, the transmission of optical signals in accordance with 0 and 1 in the lower order of addresses; Y" - the result of removing the gaps at the third stage of connecting the channels, bringing each of the 8 input optical signals to the selected address.
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. From the circuit of FIG. 1 shows that all channel connections according to the claimed method are performed in parallel within each bit of the address and at the same time sequentially (alternately) for each bit, starting with the oldest. Thus, the essence of the proposed method consists in such a connection of channels, which provides conditions for making connections of input and output channels with maximum parallelism, providing for the absence of intersections of fiber optic and electric cables. You can also notice that the proposed method is quite universal and can be used in multichannel switches not only optical but also electrical signals.
Для реализации способа предложен оптоэлектронный многоканальный коммутатор, содержащий волноводные каналы, вьшолненные 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 п каскадах, где n=lg2N - число разрядов в адресе, а для формирования управляющих оптических сигналов в устройство введены матрица излучателей света (МИС) и голографический оптический элемент (ГОЭ) и /или оптическая маска, оптически связанные между собой и с соединениями фоторефрактивных волноводов. To implement the method, an optoelectronic multichannel switch is proposed, containing waveguide channels based on a photorefractive crystal (for example, lithium niobate, lithium tantalate, barium titanate, etc.) and due to the photorefraction effect, they provide an optically controlled predetermined connection of any optical input with any optical output; switching scheme for making connections of input and output channels without intersections of fiber optic and electric cables and with maximum parallelism is cascade and branched, with serial-parallel connection of N input optical channels with N output optical channels in n stages, where n = log 2 N is the number of bits in the address, and a matrix of light emitters is introduced into the device to form control optical signals (MIS ) and a holographic optical element (GOE) and / or optical mask, optically coupled to each other and to the connections of photorefractive waveguides.
При этом: Wherein:
- 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; - the addresses for connecting the N input optical channels to the N output optical channels are set using the lines of optical modulators, and the number of lines at each step is 2, and the number of modulators in the line is N;
- для реализации удвоения используются специальные полупрозрачные зеркала или кубы, составленные из двух призм; - for the implementation of doubling, special translucent mirrors or cubes made up of two prisms are used;
- 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;- to transfer signals from the waveguide to the waveguide during the assembly (compaction) of the channels, optical signals are used from the optical radiation source, to which the switched connections of the waveguide channels are sensitive;
- для упрощения задания конфигурации оптических сигналов от МИС, необходимой для возбуждения фоторефрактивных волноводов лазерным излучением, вводится голографический оптический элемент (ГОЭ); - to simplify the configuration of the optical signals from the MIS, necessary for the excitation of photorefractive waveguides by laser radiation, a holographic optical element (GOE) is introduced;
- введенная проекционная оптика выполнена таким образом, что световой поток от МИС, излучающих когерентный (лазерный) свет в диапазоне спектральной чувствительности соединений фоторефрактивных волноводов, 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; - the introduced projection optics is made in such a way that the light flux from the MIS emitting coherent (laser) light in the spectral sensitivity range of the connections of the photorefractive waveguides passes through the GEE, due to which these signals acquire a given configuration, and arrives at those connections of the photorefractive waveguides that are necessary optically switch to a predetermined state to transfer signals from channel to channel;
- для упрощения задания конфигурации оптических сигналов от МИС, необходимой для возбуждения фоторефрактивных волноводов излучением свето диодов, вводится оптическая маска; - to simplify the configuration of the optical signals from the MIS, necessary for the excitation of photorefractive waveguides by the radiation of light-emitting diodes, an optical mask is introduced;
- введенная проекционная оптика выполнена таким образом, что световой поток от МИС, излучающих некогерентный свет в диапазоне спектральной чувствительности соединений фоторефрактивных волноводов, проходит через
оптическую маску, благодаря которой 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. - the introduced projection optics is designed in such a way that the light flux from the MIS emitting incoherent light in the spectral sensitivity range of the connections of the photorefractive waveguides passes through an optical mask, due to which these signals acquire a given configuration, and is supplied to those connections of photorefractive waveguides that need to be optically switched to a predetermined state in order to transfer signals from channel to channel.
- переключение оптических каналов в фоторефрактивных волноводах выполняется параллельно и одновременно для всех разрядов адресов путем одновременного освещения с помощью МИС тех соединений, где на стадии сборки требуется перевод информационных потоков из канала в канал. - switching of optical channels in photorefractive waveguides is performed simultaneously and simultaneously for all categories of addresses by means of simultaneous illumination with the help of MIS of those compounds where the transfer of information flows from channel to channel is required at the assembly stage.
Технический результат, достигаемый в заявляемом изобретении, заключается в том, что конструкция оптоэлектронного устройства коммутации xN оптических каналов, основанная на каскадной, разветвленной и максимально параллельной схеме соединения и использующая оптические сигналы от МИС 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. The technical result achieved in the claimed invention lies in the fact that the design of the optoelectronic switching device xN of optical channels, based on a cascade, branched and maximally parallel connection scheme and using optical signals from the MIS with the configuration specified by their passage through the GEE, provides a given connection of any input and output channels without intersections of fiber optic and electric cables, which makes the device technological.
Главными достоинствами заявляемого способа и устройства коммутации NxN оптических каналов по сравнению с прототипом в итоге являются: The main advantages of the proposed method and device for switching NxN optical channels in comparison with the prototype in the end are:
- заданное параллельное соединение любых входных и выходных каналов без пересечений волоконно-оптических и электрических кабелей; - a specified parallel connection of any input and output channels without intersections of fiber optic and electric cables;
- выполнение соединений на всех этапах в автоматическом режиме при одноразовой установке сразу на всех линейках оптических модуляторов разрядных адресов, задающих их пропускание; - making connections at all stages in automatic mode with a one-time installation immediately on all lines of optical modulators of bit addresses that specify their transmission;
- выполнение соединений на всех этапах в автоматическом режиме при одноразовом формировании в МИС массива управляющих оптических сигналов и задании их конфигурации с помощью ГОЭ и/или оптической маски; - making connections at all stages in automatic mode with a one-time formation in the MIS array of control optical signals and setting their configuration using the GOE and / or optical mask;
- возможность блочной конструкции коммутатора с одинаковыми на данном этапе (для данного разряда адресов) блоками. - the ability to block the design of the switch with the same at this stage (for this category of addresses) blocks.
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. Thus, the proposed method and device using photorefractive waveguides make it possible to obtain a predetermined connection of any input and output channels in a multi-channel switch without intersections of fiber optic and electric cables and with the other above advantages.
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, топографические 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 источников управляющего оптического излучения, к которому чувствителен фоторефрактивный материал, кроме светодиодов и лазерных диодов можно, например, использовать плазменные, люминесцентные и др. источники излучения. 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. Оптическая маска может быть вьшолнена из материала, не пропускающего оптическое излучение вне зоны отверстий заданной конфигурации. Расположение ГОЭ и/или оптической маски относительно соединений в волноводах не должно вносить дифракционные и др. шумы, создающие оптические помехи вне зоны действия каждого заданного оптического сигнала, сформированного МИС. Можно отказаться от использования ГОЭ и/или оптической маски, если форма оптического сигнала от излучателей света (в поперечном направлении) соответствует форме соединений в волноводах. В многоразрядных коммутаторах можно предусмотреть усиление оптических потоков (с сохранением их информационных характеристик) с помощью компактных полупроводниковых лазеров и согласующих элементов.
Промышленная применимость To improve the characteristics of the inventive optoelectronic switch (without changing its architecture), one can individually or collectively use various options for implementing optical channels — using waveguide or integrated optical structures, prismatic air defense cells, etc. Translucent mirrors can be used as optical splitters , two prismatic optical cubes, topographic optical elements, etc. elements of the same purpose. In the lines of high-speed and compact optical modulators, it is possible to use modulators not only from lithium niobate, but also based on other electro-optical materials, including integrated-optical, micromirror, semiconductor (for example, based on the Franz-Keldysh effect) and other modulators of the same destination. As sources of control optical radiation, to which the photorefractive material is sensitive, in addition to LEDs and laser diodes, for example, plasma, luminescent, and other radiation sources can be used. The holographic optical element can be made of photorefractive crystals, chalcogenide glasses and silver halide and other materials with high diffraction efficiency, not sensitive to the same radiation. The optical mask can be made of a material that does not transmit optical radiation outside the area of the holes of a given configuration. The location of the GOE and / or optical mask relative to the compounds in the waveguides should not introduce diffraction and other noises that create optical interference outside the range of each given optical signal generated by the MIS. It is possible to abandon the use of GOE and / or optical mask if the shape of the optical signal from the light emitters (in the transverse direction) corresponds to the shape of the connections in the waveguides. In multi-bit switches, it is possible to provide amplification of optical flows (with preservation of their information characteristics) using compact semiconductor lasers and matching elements. Industrial applicability
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. The proposed optoelectronic switch based on the effect of photorefraction is a technological and efficient device for switching NxN optical channels. This makes it possible to use it in many modern and promising systems for the transmission, reception and redistribution of information signals, in telecommunication systems, in multi-device devices and information processing and data calculation systems, including in supercomputers, in fiber-optic and integrated-optical communication systems .
Пример осуществления изобретения An example embodiment of the invention
По предлагаемому способу была промоделирована работа оптоэлектронного многоканального коммутатора с соединением 8x8 оптических каналов. According to the proposed method, the operation of an optoelectronic multi-channel switch with a connection of 8x8 optical channels was modeled.
Фиг. 2 поясняет работу такого коммутатора. На первом этапе выполнялись операции удвоения каналов {Г}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 { ", 2"'} - 8 плеч по 1 сигнальному каналу, приводящему световой сигнал к выбранному адресу. FIG. 2 explains the operation of such a switch. At the first stage, the operations of doubling the channels {G} were performed, dividing by 0 and 1 in the highest order of addresses and the operation of channel compression {2 '} in both arms, i.e. assembling open (signal) channels and removing closed channels (there is no signal in them). As a result, 4 signal channels remained in both arms. At the next stages, the same operations were carried out for subsequent bits of addresses, as a result of which at the second stage {1 ", 2"} 4 arms of 2 signal channels were formed, and at the third stage {", 2" '} - 8 arms of 1 signal channel leading the light signal to the selected address.
Понятно, что при наличии N=2n каналов за п 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. It is clear that if there are N = 2 n channels in n steps, all N channels can be switched to the given N addresses. Accordingly, for the common 64-bit and 128-bit switch, the number of stages is 6 and 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 {Г, 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. In the model used, the number of channels was doubled using an optical splitter, and their separation by 0 and 1 was performed using an inverse optical filter. As optical splitters were used optical cubes made up of two prisms {G, 1 "} (Fig. 3). Pairs of rulers of modulators {2 ', 2"}, one of which has always been an inverter, i.e. set not single, but zero bits of addresses, were performed on the basis of electro-optical crystals. Including those or other modulators, it was possible to selectively transmit light, thereby addressing the signals.
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). Оптические сигналы от МИС 1 (лазерных диодов) проходят через голографический оптический элемент 2, где приобретают нужную конфигурацию, а затем поступают на фоторефрактивные волноводы 3 в том месте, где требуется изменить направление оптического информационного потока. Благодаря фоторефрактивному эффекту в указанных местах изменяется коэффициент преломления, что заставляет оптический поток перейти в соседний пустой канал. In FIG. Figure 4 shows the scheme of optical control of the connection of channels used in the model using the photorefraction effect for pumping the flow of optical information from one channel to another. For an example, 4 channels are considered, the input of which is fed 2 information flows (in 1 and 3 channels). Optical signals from MIS 1 (laser diodes) pass through a holographic optical element 2, where they acquire the desired configuration, and then enter the photorefractive waveguides 3 in the place where you want to change the direction of the optical information flow. Due to the photorefractive effect, the refractive index changes in these places, which causes the optical stream to pass into the neighboring empty channel.
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. In this way, all “empty” channels were removed, and at the output of the first cascade only 4 of 8 adjacent signal channels remained in two arms, and at the output of the second cascade in four arms only 2 of 4 adjacent signal channels remained.
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 МИС, так что реализация оптического управления не требует элементов обратной связи и выполняется сразу для всех разрядов. Таким образом, благодаря использованию МИС оптическое управление переключением каналов коммутатора существенно упрощается и убыстряется. Such a scheme for applying the photorefractive effect solves the assembly problem not only for 8-channel switches, but also for more complex ones - 16, 64, 128 channel. It is easy to verify that the scheme can be generalized further. It is important that the application locations and the configuration of the optical control signals are easily calculated upon receipt of the address data and are immediately set on the MIS, so that the implementation of the optical control does not require feedback elements and is performed immediately for all bits. Thus, thanks to the use of MIS, the optical control of the switch channels of the switch is significantly simplified and accelerated.
На фиг. 5 показана общая схема многоканального коммутатора с 8x8 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 МИС 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 МИС подавали различные, заранее запрограммированные комбинации управляющих сигналов. ГОЭ 7', 7" нужны здесь для задания конфигурации оптических сигналов, сформированных в МИС. Входящие и выходящие коммутируемые потоки обозначены на рисунке как 9' и 9". In FIG. Figure 5 shows the general diagram of a multi-channel switch with 8x8 channels in the initial (channels are not switched), intermediate (addressing and assembling channels) and in the final states (channel switching is completed, and information light flow). The optoelectronic switch according to the claimed method and device contained optical shutters 1, made on the basis of light modulators, which are the input ports of the switch; translucent cubes 2 ', 2 ", 2"', composed of two prisms; line modulators 3 ', 3 ", 3"', used for addressing signals; photorefractive waveguides 4 ', 4 ". The figure also shows the connections of photorefractive waveguides 5', 5", where the refractive index of the material changed under the influence of optical signals 8 ', 8 "from MIS 6', 6", which forced the optical information flow to turn into adjacent open waveguide and propagate along it. For each combination of light beams, different, pre-programmed combinations of control signals were applied at the MIS input. GOE 7 ', 7 "are needed here to specify the configuration of the optical signals generated in the MIS. The incoming and outgoing switched flows are indicated in the figure as 9' and 9".
Следует отметить, что количество лазерных или светодиодных излучателей 6', 6" не обязательно должно равняться количеству соединений фоторефрактивных волноводов 5', 5", т.к. не для всех соединений требуется управление сигналами от МИС. 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. It should be noted that the number of laser or LED emitters 6 ', 6 "does not have to equal the number of connections of photorefractive waveguides 5', 5", because not all connections require MIS signal management. In those places where the connections in FIG. 5 are shown in a lighter color, the refractive index of the photorefractive material was varied to reflect the optical signal or pass it into an adjacent waveguide. And in those places where the compounds are shown in a darker color, the refractive index did not change and was always in the “on” state, i.e. reflected the optical signal, because Optical signals traveling through these channels should always be converted to neighboring ones during assembly. In these compounds, for example, a reflecting mirror or a prism can also be provided.
Предложенный метод и параллельная архитектура многоканального коммутатора, а также метод оптического управления переключением каналов применимы и для разнообразных коммутаторов электрических сигналов (фиг. 6). В данном случае электрический сигнал I, распространяющийся вдоль электрической цепи, проходит далее по верхнему ответвлению цепи, в котором встроенный в цепь контакт замыкается с помощью элемента (изображен кружком), чувствительного к управляющему оптическому сигналу h v.
Источники информации Антонов С.Н. Акустооптические устройства управления неполяризованным светом и модуляторы поляризации на основе кристалла парателлурита // ЖТФ, т. 74, JY° 10, 84-89 (2004). The proposed method and the parallel architecture of the multichannel switch, as well as the method of optical control of channel switching, are also applicable to various switches of electrical signals (Fig. 6). In this case, the electric signal I, propagating along the electric circuit, passes further along the upper branch of the circuit, in which the contact integrated in the circuit is closed using an element (shown in a circle), which is sensitive to the control optical signal h v. Sources of information Antonov S.N. Acousto-optical devices for controlling unpolarized light and polarization modulators based on a paratellurite crystal // Zh.T.F., vol. 74, JY ° 10, 84-89 (2004).
Skinner J. D., McCormack J. S. Optical switch // US Patent JYS 4828362 (1989). Г.С.Ландсберг. Оптика, «Наука», M., 928 с. (1976). Skinner J. D., McCormack J. S. Optical switch // US Patent JYS 4828362 (1989). G.S. Landsberg. Optics, Nauka, M., 928 s. (1976).
Wang Yu. Efficient color filtering and beam steering based on controlled total internal reflection // US Patent JYe 6 278 540 (2001). Wang Yu. Efficient color filtering and beam steering based on controlled total internal reflection // US Patent JYe 6 278 540 (2001).
Геокчаев Ф.Г. Многоканальный волоконно-оптический коммутатор // Патент РФ JVO 2107318 (1998).
Geokchaev F.G. Multichannel fiber optic switch // RF Patent JV O 2107318 (1998).
Claims
1. Способ коммутации NxN 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 =lg2N разрядов, начиная со старшего, за п этапов, и в то же время параллельно в пределах каждого разряда адресов; 1. The method of switching NxN optical channels, based on the optical connection of any given input optical channel with any given output optical channel in a multi-channel switch, characterized in that they organize a bitwise serial-parallel connection of N input optical channels with N output optical channels, all connections channels are performed sequentially for each bit of = lg2N bits, starting from the highest, in n steps, and at the same time in parallel within each bit of the address;
- 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; - at each stage, the operation of doubling the channels is performed, namely, at the first stage, the channels with 0 and 1 in the high order of addresses are separated, at the second stage the channels with 0 and 1 are separated in the next category of addresses, etc., so at the last stage share channels with 0 and 1 in the lower order of addresses;
- 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; - at each stage, except the last, after the operation of doubling the channels, the operation of assembling the channels is performed by arranging in the neighborhood only those channels that are required for the passage of the switched optical flows in the next stage;
- для осуществления сборки каналов используют эффект фоторефракции, для чего оптические волноводы изготовляют из фоторефрактивного материала; - for the implementation of the assembly of channels using the effect of photorefraction, for which optical waveguides are made of photorefractive material;
- 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 неизменённым коэффициентом преломления, причем переключаемые соединения волноводных каналов определяют с помощью компьютера по входным и заданным выходным адресам и по результату вычислений с помощью матрицы излучателей (МИС) формируют оптические пучки, согласованные по своему пространственному положению с местами переключаемых соединений волноводных каналов. - at each stage, when performing the operation of channel assembly, control optical signals of a given configuration are simultaneously and parallel to all the discharges for the given connections of the waveguides to change the refractive index of the photorefractive material in these places and, accordingly, to transfer the optical flux to the adjacent waveguide with an unchanged refractive index, moreover, the switched connection of the waveguide channels is determined using a computer at the input and specified output addresses and the result of calculating Nij via radiator array (IIA) is formed optical beams agreed in its spatial position with places switchable compounds waveguide channels.
2. Многоканальный коммутатор, включающий устройство для адресации сигналов, устройство для удвоения оптических потоков, активный элемент с волноводными каналами, а также устройство 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 п каскадов, где n=lg2N - число разрядов в адресе; устройство для адресации сигналов выполнено в виде линеек оптических модуляторов, причем число линеек на каждом этапе составляет 2, а число модуляторов в линейке равно N; устройство для удвоения оптических потоков выполнено в виде оптического расщепителя; волноводные каналы выполнены из фоторефрактивного материала, а устройством для управления изменением коэффициента преломления материала волноводного канала служит матрица излучателей света (МИС), голографический оптический элемент (ГОЭ) и/или оптическая маска, оптически связанные между собой и с соединениями фоторефрактивных волноводных каналов с помощью проекционной оптики. 2. A multi-channel switch, including a device for addressing signals, a device for doubling optical fluxes, an active element with waveguide channels, and also a device for controlling the change in the refractive index of the material of the waveguide channel, providing the connection of any input channels with any output channels, characterized in that the circuit switching is cascade and branched, with parallel connection of input and output optical channels in each of n stages, where n = log 2 N is the number of bits in the address; the device for addressing signals is made in the form of lines of optical modulators, and the number of lines at each stage is 2, and the number of modulators in the line is N; a device for doubling optical flows is made in the form of an optical splitter; the waveguide channels are made of photorefractive material, and the device for controlling the change in the refractive index of the material of the waveguide channel is a matrix of light emitters (MIS), a holographic optical element (GOE) and / or an optical mask optically coupled to each other and with the connections of the photorefractive waveguide channels using a projection optics.
3. Многоканальный коммутатор по п. 2, отличающийся тем, что оптический расщепитель может быть выполнен в виде полупрозрачного зеркала или куба, составленного из двух призм. 3. The multi-channel switch according to claim 2, characterized in that the optical splitter can be made in the form of a translucent mirror or a cube made up of two prisms.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012110328/28A RU2504812C2 (en) | 2012-03-20 | 2012-03-20 | Method of switching n×n optical channels and multichannel switch |
RU2012110328 | 2012-03-20 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2013141760A2 true WO2013141760A2 (en) | 2013-09-26 |
WO2013141760A3 WO2013141760A3 (en) | 2013-12-05 |
Family
ID=49223421
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/RU2013/000221 WO2013141760A2 (en) | 2012-03-20 | 2013-03-19 | Method for switching nxn optical channels and multi-channel switch |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2504812C2 (en) |
WO (1) | WO2013141760A2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU180602U1 (en) * | 2018-02-20 | 2018-06-19 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Patch board for testing the parameters of electronic equipment |
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 (en) * | 1996-04-09 | 1998-03-20 | Фикрет Гаджиевич Геокчаев | Multichannel fibre-optical commutator |
US6947626B2 (en) * | 2002-04-01 | 2005-09-20 | Pegasusnet Co., Ltd. | Optical cross-connect device |
-
2012
- 2012-03-20 RU RU2012110328/28A patent/RU2504812C2/en not_active IP Right Cessation
-
2013
- 2013-03-19 WO PCT/RU2013/000221 patent/WO2013141760A2/en 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 (en) * | 1996-04-09 | 1998-03-20 | Фикрет Гаджиевич Геокчаев | Multichannel fibre-optical commutator |
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 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
MAKSIMOV N. V. ET AL.: 'Arkhitektura EVM i vychislitelnykh sistem.' FORUM-INFRA-M 2005, MOSKVA, pages 316 - 317 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU180602U1 (en) * | 2018-02-20 | 2018-06-19 | Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") | Patch board for testing the parameters of electronic equipment |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012110328A (en) | 2013-10-20 |
WO2013141760A3 (en) | 2013-12-05 |
RU2504812C2 (en) | 2014-01-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6865312B2 (en) | Compact dynamic crossbar switch by means of planar optics | |
US10613412B2 (en) | Light beam deflecting element, wavelength-selective cross-connect device using same, and optical cross-connect device | |
EP1967900A1 (en) | High extinction ratio liquid crystal optical switch | |
CN1442026A (en) | Reconfigurable optical switch | |
US6188817B1 (en) | Photonics system | |
US10474001B2 (en) | Wavelength selection switch including a switching module having a liquid crystal phase array, a polarizer and a liquid crystal on silicon | |
Yamaguchi et al. | M $\times $ N Wavelength Selective Switches Using Beam Splitting By Space Light Modulators | |
US20230061448A1 (en) | Integrated Module Having Multiple Optical Channel Monitors With Shared Liquid Crystal Based Switching Assembly | |
JP2018173535A (en) | High-speed multi-core collective optical switch system | |
US9521474B2 (en) | Wavelength selective switch having multi-layer reflector | |
US6714339B2 (en) | Optical switch based on light spatial modulators | |
US20050249456A1 (en) | Optical cross-connect device | |
TWI240841B (en) | Scalable and mass-manufacturable OXC using liquid crystal cells | |
RU2504812C2 (en) | Method of switching n×n optical channels and multichannel switch | |
CN109814208B (en) | Wavelength selection switch, wavelength selection method and optical cross-connect device | |
RU2491592C2 (en) | Method of switching n×n optical channels and multichannel switch | |
KR20100066834A (en) | Optical communication device haiving digital optical switch | |
RU2456652C2 (en) | Method of switching n×n optical channels and multichannel switch | |
JP2002058050A (en) | Optical add/drop switch | |
US6665460B2 (en) | Method and apparatus for selecting signal components from optical signals | |
JPH0527136A (en) | Optical multiplexer/demultiplexer | |
CN209514135U (en) | A kind of wavelength-selective switches and optical cross connection device | |
RU2515958C1 (en) | Method of switching nxn optical channels and multichannel switch (versions) | |
Yuan et al. | Optical switches | |
WO2000041015A1 (en) | Dense wavelength division multiplexer using multiple reflection optical delay lines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 13763670 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |