All-optischer Schalter Einführung
Der rein optische Schalter ist das Hauptelement im optischen Kommunikationsnetz. Als Schlüssel zur Realisierung aller optischen Netzwerke hat es eine geringe Pumpleistung, einen hohen Schaltwirkungsgrad, schnelle Ansprechzeitcharakteristika, weshalb in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit geschenkt wurde.
Von den späten 1980er Jahren bis heute haben viele Forschungsgruppen eingehende Untersuchungen zu allen Arten von rein optischen Schaltern durchgeführt. Volloptischer Schalter ist eine sehr wichtige Technologie, die auf den Gebieten der optischen Kommunikation, der optischen Computer, der optischen Informationsverarbeitung und der optischen Datenverarbeitung angewendet werden kann. Optischer Schalter als Schlüsselkomponente einer neuen Generation von rein optischen Netzen, die hauptsächlich zur Weiterleitung der Lichtpegel, zur Wellenlängenselektion, zum optischen Add-Drop-Multiplexing sowie zum optischen Cross-Connect- und Selbstheilungsschutz eingesetzt werden. Daher wirkt sich der optische Schalter mit Reaktionsgeschwindigkeit, Übersprechen und Einfügungsverlust direkt auf die Qualität der optischen Kommunikation aus. Die Implementierung der optischen Vernetzung hängt von den Lichtschaltern, dem optischen Filter, einem Verstärker der neuen Generation, den Geräten der Wellenlängenmultiplextechnologie und dem technologischen Fortschritt ab.
Optische Schalteranwendungen in rein optischen Netzen sollten außerdem eine schnelle Reaktionsgeschwindigkeit, eine geringe Einfügungsdämpfung, ein geringes Kanalübersprechen und eine Polarisationsunempfindlichkeit aufweisen, außerdem eine Integration und Skalierbarkeit sowie kostengünstige, stromsparende, gute Wärmestabilität und andere Eigenschaften aufweisen. Es wird erwartet, dass ein rein optischer Schalter sein enormes Potenzial in den folgenden Anwendungen widerspiegelt.
(1) Die Rechengeschwindigkeit des Computers hängt von der erhöhten Geschwindigkeit der Schaltelemente und der Verringerung der Chipgröße ab, bei denen ein Engpass aufgetreten ist. Die Entwicklung des optischen Computers ist ein möglicher Ausweg. Optische Computer können schnelle photonische Schaltchips sein und die äußeren optischen Zwischenverbindungen bilden Chips. Dementsprechend ist der optische Schalter der Schlüssel zur Entwicklung optischer Computer.
(2) Die elektronische Kommunikation wird schrittweise durch Glasfaserkommunikation ersetzt, um dem wachsenden Bedarf an Kommunikationskapazität gerecht zu werden. Dense Wavelength Division Multiplexing-Technologie, Glasfaser-Kommunikationssignalübertragung, um alle optischen Signalaustausch zu erreichen, auch auf der Elektronik, die Verbesserung der optischen Kommunikationsrate zu begrenzen. Daher ist die rein optische Kommunikation der Schlüssel zum rein optischen Schalter.
(3) Glasfaserkommunikationssysteme im Fernverkehrsnetz, Metropolitan Area Network, das Zugangsnetz zwischen den von den optischen Crossconnects benötigten optischen Switches zu vervollständigen; Optisches Switch-Netzwerk zwischen Benutzern ist auf den OADM angewiesen. Der optische Crossconnect- und Add-Drop-Multiplexer besteht aus einer optischen Schalteranordnung. Somit ist der optische Schalter die Basis für das rein optische Schalten.
Ab den 1970er Jahren begann die Untersuchung der optischen Bistabilität eine mehr als 30-jährige Geschichte. Das Studium des rein optischen Schaltens ist jedoch auch mit vielen praktischen Problemen konfrontiert, hauptsächlich aus drei Gründen.
(1) Ein rein optischer Schalter basiert auf dem nichtlinearen Effekt dritter Ordnung. Die gewünschte optische Leistung des Schalters ist zu hoch, was häufig mehr als fünf Größenordnungen der Lichtintensität des Signallichts beansprucht. Anders als der elektronische Schalter mit geringem Stromverbrauch kann er keine Lichtsteuerung mit geringem Stromverbrauch erzielen.
(2) Aufgrund des starken Eingangslichts, das durch den starken thermischen Effekt verursacht wird, insbesondere in dem dielektrischen Absorptionspeak bei einer Wellenlängenschaltvorrichtung, ist die Wärmeabsorption so, dass die Vorrichtung sehr instabil ist und es schwierig ist, einen Kaskadenbetrieb der Vorrichtung zu erreichen.
(3) Durch die Ausbreitung des Laserstrahls im mittleren Mikrometerbereich ist die Leistungsdichte nicht hoch, jedoch ist der begrenzte Abstand des nichtlinearen Effekts, der zur Erzeugung nichtlinearer Leistung erforderlich ist, zu schwer auf die Querabmessung des Strahls zu komprimieren.
Daher ist die Reduzierung der Schaltleistung beim Studium des volloptischen Schalters eine wichtige Aufgabe. Wenn das Licht durch den Faserwellenleiter oder einen planar integrierten optischen Wellenleiter mit einer Transversalabmessung in der Größenordnung der Wellenlänge geschickt wird, kann eine höhere Lichtleistungsdichte und eine längere Wechselwirkungslänge erhalten werden, wodurch die Effizienz der Erzeugung nichtlinearer optischer Effekte stark verbessert wird und die optische Wirkung verringert werden kann Macht, um all-optische Schalter zu erreichen. Optische Schalter vom Wellenleitertyp werden zum Hauptuntersuchungsobjekt. Siliziumwellenleiter (einschließlich Lichtwellenleiter) in dem Kommunikationsband Absorption ist klein, aber nicht linear zu schwach, die Anhäufung von verfügbaren Ringhohlraum nichtlinear.