Развёртывание оптоволоконных сетей предполагает установку оптических коммутаторов. Нетрудно понять, что коммутатор представляет собой критический элемент инфраструктуры и должен соответствовать скорости передачи данных по оптоволокну. Между тем, существующие сегодня способы реализации оптических коммутаторов далеки от идеала и в будущем грозят стать тормозом в развитии оптической сетевой инфраструктуры.
Современные оптические коммутаторы строятся на относительно медленных узлах переключения на линзах и зеркалах, скорость реакции которых находится в пределах долей секунды. К тому же, как в случае коммутатора на базе интерферометра Маха–Цендера, переключение сопровождается значительными потерями, которые необходимо компенсировать усилением сигнала. Преодолеть множество ограничений и использовать новый принцип в переключении оптических каналов взялись разработчики из Калифорнийского университета в Беркли. Для этого они использовали хорошо обкатанное в других областях электроники решение в виде микроэлектромеханических матриц (MEMS).
Прототип созданного в Беркли оптического коммутатора показал выдающиеся результаты. Он работает в 10 000 раз быстрее современных коммутаторов. Скорость переключения составляет менее 400 нс. Более того, интегрированный на одном кристалле коммутатор размером 4 × 4 см переключает 240 оптических каналов в конфигурации 240 × 240. Также решение показало незначительные потери на уровне 0,004 дБ на канал или 9,8 дБ на чип, а соотношение включение/выключения канала составило 70 дБ. Это превосходные характеристики, которые могут быть ещё улучшены при переходе на массовое производство. Как же всё это работает?
Чип коммутатора создавался в обычном КМОП-техпроцессе. Он представляет собой повторяющуюся структуру из базовых элементов в конфигурации 3 × 3. Выше на иллюстрации как раз показан такой массив. Красными линиями обозначены волноводы шириной 10 мкм. Луч (показан синим цветом) попадает на перекрёсток и может либо двигаться по прямой, либо повернуть вправо на 90 градусов. Для поворота вправо (для коммутации) на узел подаётся переключающий импульс, который опускает подвижную электромеханическую рампу с волноводом, уводящим луч вправо вверх. Дальше по маршруту расположена другая рампа, которая возвращает повернувший луч на нижний уровень на магистраль обычных волноводов. Это как авторазвязка, когда поворачивающий транспорт не мешает движению по основной магистрали. Интересная реализация. Ждём коммерческого воплощения.