ما هو المفتاح البصري؟

- Apr 11, 2019-

المحول البصري هو جهاز ينقل إشارات الضوء بين القنوات المختلفة في شبكات الاتصالات. تم تطوير شبكات الألياف الضوئية في القرن العشرين لحمل كميات أكبر من البيانات عما كان ممكنًا مع أنظمة الأسلاك النحاسية السابقة. تتطلب زيادة استخدام الإنترنت والتوسع في عروض الهاتف الخلوي والتليفزيونات كميات أكبر من البيانات لإدارة شبكات الاتصالات.

عندما تحمل شبكة الألياف الضوئية إشارة ضوئية من هاتف أو كمبيوتر إلى آخر ، فقد تكون هناك حاجة لنقل الإشارة بين مسارات الألياف المختلفة. لتحقيق ذلك ، يلزم وجود مفتاح يمكن أن ينقل الإشارة بأقل قدر من فقدان جودة الصوت أو البيانات. عندما تم تطوير الألياف الضوئية لأول مرة ، تم تحقيق ذلك باستخدام مفتاح كهروضوئي غيّر إشارة الضوء إلى إشارة كهربائية ، وأدى وظيفة المفتاح ، وحوّل الإشارة إلى شكل ضوء. كان هذا النظام مقبولًا لأنظمة الألياف البصرية المبكرة ، ولكن المشكلات التي تطورت مع زيادة سرعات الإرسال .

تحتوي المفاتيح الكهربائية على بعض القيود على سرعة التبديل مقارنةً بسرعة الضوء المستخدم في عمليات نقل الألياف. مع نمو متطلبات البيانات ، أنشأ الجزء الكهربائي للمفاتيح الكهربائية الضوئية حدودًا لمقدار البيانات التي يمكن إرسالها. كانت هناك حاجة إلى تقنيات التبديل البصري الأكثر تقدما ، وخاصة لإزالة التحويل الكهربائي عند التبديل إشارات الضوء.

حدث تحسن كبير مع تطور النظم الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS) ، والتي تستخدم مرايا صغيرة لنقل الإشارات الضوئية. كانت ممس ميزة على المفاتيح الكهربائية الضوئية لأنه لم يكن هناك حاجة إلى التحويل من وإلى الإشارات الكهربائية. تم نقل انتقال الضوء مباشرة بين ألياف مختلفة في جهاز ممس ، مما يسمح بسرعات نقل تعادل حدود الألياف البصرية بحد أقصى نقطة.

تقوم أجهزة MEMS بنقل الإشارات من خلال عكس إشارات الضوء من كابل ليفي وارد إلى ليف مختلف مع مرايا صغيرة متحركة. تحدد وحدة التحكم في الكمبيوتر مكان اتصال المكالمة أو اتصال البيانات وأي الألياف الصادرة اللازمة لإكمال الاتصال. كل الألياف الضوئية الواردة لديها مرآة بجانب نهاية الألياف التي يتم التحكم فيها بواسطة محرك كهربائي صغير. عندما تخرج إشارة الضوء من الألياف ، فإنها تنعكس عن المرآة وفي نهاية الألياف الخارجة التي يحددها الكمبيوتر. تعمل مفاتيح التبديل هذه بسرعة كبيرة ، مما يسمح بإرسال كمية كبيرة من البيانات عبر شبكات الألياف.

حدثت مشاكل في تصميمات ممس عندما واصلت شركات الألياف البصرية توسيع أنظمة النقل الخاصة بها. نظرًا لأن كبلات الألياف الضوئية أصبحت أكبر لاستيعاب المزيد من البيانات ، فقد بدأت ممس في التسبب في فقد الإشارة لأن المرايا كانت تنقل الإشارات الضوئية إلى العديد من الوصلات. بدأت جودة الإشارة تتدهور حيث أصبحت المسافات بين الألياف أطول. كان أحد التحسينات هو إنشاء أجهزة ممس ثلاثية الأبعاد (3D) ، حيث تم تكديس سلسلة من المفاتيح على بعضها البعض ، مما يسمح لكل محول بمعالجة إشارات أقل باستخدام مسافات تبديل قصيرة.

هناك نوع آخر من المفاتيح الضوئية التي لا تحتوي على أجزاء متحركة وهو مفتاح رقمي يستخدم بلورات السيليكون للتحكم في الضوء. في هذه المفاتيح ، يتم وضع بلورة السيليكون الصلبة بين أزواج من الألياف البصرية. سيتغير مؤشر الانكسار ، أو مقدار انحناء الضوء أثناء مروره بالبلور ، إذا تم تطبيق الحرارة. يتم وضع سخانات صغيرة في مواقع على طول الكريستال ، ويتم تفعيلها عندما تدخل إشارات الضوء. مع تغير مؤشر الانكسار ، يمكن توجيه إشارة الضوء إلى ألياف مخرجات مختلفة ، دون الحاجة إلى المرايا أو الأجزاء المتحركة الأخرى. يمكن أيضًا تحسين جودة الإشارة على أجهزة ممس ، لأن المرايا تتسبب في خسائر صغيرة لا تُرى مع المحولات الرقمية.