Przyrządy MEMS w sieciach optycznych

MEMS (ang. Micro Electro - Mechanical Systems) - to systemy (urządzenia i struktury) elektromechaniczne wytwarzane w skali mikro. Popularnie są one nazywane mikrosystemami. Przykłady takich struktur widoczne są na poniższym rysunku:

Rys. 1. Przykłady struktur MEMS

Na zdjęciach widzimy odpowiednio: w lewym górnym rogu - matryce mikro luster, w prawym górnym rogu - strukturę silnika grzebieniowego (aktuatora) z mikro lustrem, w lewym dolnym rogu - matrycę luster używaną w przełącznikach (switch) optycznych dwuwymiarowych, w prawym dolnym rogu - strukturę silnika grzebieniowego - obrotowego z mikro lustrem.

Sieci optyczne

Aby zapewnić:

• szerokie pasmo transmisyjne sieci,
• niezależność od wyższych warstw sieci i protokołów tych warstw,
• prostotę funkcjonalną i dużą niezawodność sieci

dąży się do stworzenia sieci w pełni optycznych.

Wykorzystanie wszystkich możliwości sieci światłowodowych można osiągnąć dopiero po wyeliminowaniu konwersji sygnału optycznego na elektryczny (która ogranicza szerokość pasma). Eliminacja taka jest obecnie możliwa dzięki opracowaniu optycznych przełącznic OXC (Optical Crossconnects) i krotnic transferowych OADM (Optical Add-DropMultiplexers).

Przełączniki optyczne

Klasyfikacja przełączników optycznych:

• MEMS
• Przełączniki pęcherzykowe
• Przełączniki półprzewodnikowe
• Termooptyczne
• Elektrooptyczne (optyka zintegrowana)
• Akustooptyczne

Różne architektury przełączników optycznych przedstawiono na poniższym rysunku:

Rys. 2. Różne architektury przełączników optycznych

Przełączniki MEMS

Rozróżniamy 2 rodzaje przełączników MEMS: dwuwymiarowe (2D) i trójwymiarowe (3D). Różnice pomiędzy nimi przedstawiono na poniższym rysunku:

Rys. 3. Przełączniki MEMS 2D i 3D

• Przełączniki MEMS 2D

  Dwuwymiarowe przełączniki optyczne oparte na technologii MEMS wytwarza się w różnych konfiguracjach. Kilka z nich przedstawiono na poniższym rysunku:
  
  
  
  Rys. 4. Przełączniki MEMS 2D

  Na rysunku widzimy przełącznik tupu włącz - wyłącz (ON-OFF Switch) - bramkę optyczną (optical gate) oraz przełączniki z różną ilością wejść i wyjść. Najbardziej interesujący jest przełącznik N x N gdyż pozwala komutować wiele kanałów. Ten typ przełącznika można wytwarzać w dwóch konfiguracjach widocznych na rysunkach po prawej. Różnią się one długością ścieżek optycznych, co wpływa między innymi na czas przełączania. Obydwa rozwiązania mają zarówno zalety jak i wady.

• Przełączniki MEMS 3D

  Trójwymiarowe przełączniki optyczne MEMS również wytwarza się w różnych konfiguracjach, jednak wszystki opierają się na zasadzie przedstawionej na poniższym rysunku:
  
  
  
  Rys. 5. Przełączniki MEMS 3D

  Na rysunku widzimy 2 matryce luster - jedna z nich ma lustra nieruchome, natomiast druga posiada ruchome lustra, dzięki którym możliwe jest pokierowanie wiązki do odpowiedniego kanału wyjściowego.

Przełączniki MEMS - przykłady struktur

Rys. 6. Przykład struktury przełącznika MEMS 2 X 2





Rys. 7. Przykład struktury przełącznika MEMS 1 X 4





Rys. 8. Przykład struktury przełącznika MEMS 7 X 5





Rys. 9. Przykład struktury przełącznika MEMS 100 X 100





Rys. 10. Przykład struktury przełącznika MEMS 256 X 256