RU2088960C1 - Multistage optoelectronic switch - Google Patents
Multistage optoelectronic switch Download PDFInfo
- Publication number
- RU2088960C1 RU2088960C1 RU93027539A RU93027539A RU2088960C1 RU 2088960 C1 RU2088960 C1 RU 2088960C1 RU 93027539 A RU93027539 A RU 93027539A RU 93027539 A RU93027539 A RU 93027539A RU 2088960 C1 RU2088960 C1 RU 2088960C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- polarization
- optical
- output
- lenses
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптической обработки информации и может быть использовано в высокопроизводительных коммутирующих устройствах высокопроизводительных многоабонентных телекоммуникационных систем связи и суперЭВМ для передачи и приема больших массивов групповой информации, представленной в виде двумерных оптических изобретений. The invention relates to the field of optical information processing and can be used in high-performance switching devices of high-performance multi-subscriber telecommunication systems and supercomputers for transmitting and receiving large arrays of group information presented in the form of two-dimensional optical inventions.
Известен оптоэлектронный коммутатор размера N x N (с N входными и N выходными портами) с топологией сети координатного переключателя, предназначенный для передачи по соединяемым каналам двумерных оптических изобретений [1] Этот коммутатор выполнен в виде последовательно расположенных, оптически связанных мультиплицирующей оптической системы, состоящей из двух объективов и двух квадратных растров линз с числом линз N, пространственно-временного модулятора света, выполненного в виде квадратной матрицы с N2 индивидуально управляемыми светоклапанными ячейками (управляемыми элементами), и оптической системы совмещения изображений, состоящей из квадратного растра линз с числом линз N2 и двух квадратных растров линз с числом линз N. Основными недостатками такого коммутатора двумерных изображений являются большие вносимые оптические потери, ограничивающие возможный темп передачи информации по соединяемым парам входных и выходных портов, и большое число управляемых элементов. Например, в коммутаторе размера 32 х 32 коэффициент светопропускания любого оптического канала, связывающего пару входных и выходных портов, не превышает величины α N-1 ≈ 0,03, и число индивидуально управляемых светоклапанных ячеек в пространственно-временном модуляторе равно 1024.Known optoelectronic switch of size N x N (with N input and N output ports) with a topology of a coordinate switch network, designed to transmit two-dimensional optical inventions via connected channels [1] This switch is made in the form of sequentially located, optically coupled multiplying optical system consisting of two lenses and two square raster lenses with the number of lenses N, space-time light modulator, made in the form of a square matrix with N 2 individually controlled light valve cells (controlled elements), and an optical system for combining images consisting of a square raster of lenses with the number of lenses N 2 and two square raster of lenses with the number of lenses N. The main disadvantages of such a two-dimensional image switch are large insertion optical losses, limiting the possible rate of information transfer on connected pairs of input and output ports, and a large number of managed elements. For example, in a 32 x 32 switch, the light transmittance of any optical channel connecting a pair of input and output ports does not exceed α N -1 ≈ 0.03, and the number of individually controlled light valve cells in the space-time modulator is 1024.
Известен оптоэлектронный коммутатор оптических каналов размера 32 х 32 с топологией соединительной сети Бенеса [2] Такой коммутатор содержит девять последовательно расположенных пространственно-временных модуляторов, выполненных в виде квадратных матриц из шеснадцати индивидуально управляемых переключателей плоскости поляризации света, которые оптически связаны с помощью размещенных между ними восьми каскадов оптических межсоединений с шестнадцатью оптическими входами и шестнадцатью оптическими выходами; два поляризационно-чувствительных расщепителя, установленных соответственно перед первым и за девятым пространственно-временными модуляторами света, через две боковые ортогональные грани которых осуществляется ввод или вывод поступающей в порты оптической информации, и блок управления. В каскадах оптических межсоединений коммутатора используются имеющие форму прямоугольных параллелепипедов квадратного сечения интерференционные поляризационно-чувствительные расщепители из изотропного материала (стекло), оптические характеристики которых (угловая апертура, оптические потери, аберрации) позволяют передавать через них изображения с большим числом элементов (пикселов) при малых вносимых в соединяемые пары входных и выходных портов оптических потерях. Known optoelectronic optical channel switch 32 x 32 in size with the topology of the Benes connecting network [2]. Such a switch contains nine sequentially located space-time modulators made in the form of square matrices of sixteen individually controlled switches of the plane of polarization of light, which are optically coupled with the help of placed between them eight cascades of optical interconnects with sixteen optical inputs and sixteen optical outputs; two polarization-sensitive splitters installed, respectively, in front of the first and ninth space-time light modulators, through two lateral orthogonal faces of which optical information coming into the ports is input or output, and a control unit. In the optical interconnect cascades of the switch, square-shaped rectangular parallelepipeds are used, interference polarization-sensitive splitters made of isotropic material (glass), the optical characteristics of which (angular aperture, optical loss, aberration) allow you to transfer images with a large number of elements (pixels) through them at small optical losses introduced into the connected pairs of input and output ports.
Недостатком такого оптоэлектронного коммутатора является зависимость длины оптических путей между входными и выходными портами от реализуемой картины соединений, что не позволяет передавать по соединяемым парам каналов информацию в виде двумерных изображений с большим (в пределе, ограниченном дифракционными явлениями) числом элементов, и тем самым ограничивает общую пиковую производительность коммутатора. The disadvantage of such an optoelectronic switch is the dependence of the length of the optical paths between the input and output ports on the actual picture of the connections, which does not allow transmitting information in the form of two-dimensional images with a large (in the limit limited by diffraction phenomena) number of elements through connected pairs of channels, and thereby limits the total peak switch performance.
Известен многокаскадный оптоэлектронный коммутатор размера 2N x 2N с топологией соединительной сети с пересечениями [3] Такой коммутатор состоит из каскадов пространственно-временных модуляторов с N управляемыми переключателями плоскости поляризации света, которые оптически связаны с расположенными между ними каскадами оптических межсоединений с N входными и N выходными каналами, выполненными по схеме модернизированного интерферометра Майкельсона. Каждый из каскадов оптических межсоединений содержит поляризационно-чувствительный расщепитель, перед входной и за выходной гранями которого установлены общие для всех N выходных каналов объективы, а за каждой противоположной гранью расщепителя размещены четвертьволновая пластинка, объектив и отражающий элемент, причем один из установленных за этими гранями отражающих элементов (либо оба элемента) выполнен в виде отражающей призменной решетки с индивидуальным для каждого каскада оптических межсоединений шагом. Known is a multi-stage optoelectronic switch 2N x 2N in size with a topology of a connecting network with intersections [3]. Such a switch consists of cascades of space-time modulators with N controlled switches of the plane of polarization of light, which are optically coupled between the cascades of optical interconnects with N input and N output channels made according to the scheme of the upgraded Michelson interferometer. Each of the cascades of optical interconnects contains a polarization-sensitive splitter, in front of the input and output faces of which there are common lenses for all N output channels, and a quarter-wave plate, a lens, and a reflective element are placed behind each opposite face of the splitter, one of which reflecting elements (or both elements) is made in the form of a reflective prism array with an individual step for each stage of optical interconnects.
Такой многокаскадный оптоэлектронный коммутатор обеспечивает равенство длин оптических путей между его входными и выходными портами при любой картине соединений как для p-, так и для s-поляризованных сигналов. Однако в известном коммутаторе виньетирование световых пучков компонентами оптической системы приводит к существенному ограничению числа элементов в передаваемых по оптическим каналах изображениях, не позволяя реализовать предельные пропускную способность оптических каналов и общую производительность коммутатора. Such a multi-stage optoelectronic switch ensures equal optical path lengths between its input and output ports for any picture of connections for both p- and s-polarized signals. However, in the known switch, the vignetting of light beams by the components of the optical system leads to a significant limitation of the number of elements in the images transmitted through the optical channels, not allowing to realize the maximum throughput of the optical channels and the overall performance of the switch.
Цель изобретения повышение пропускной способности каналов многокаскадного оптоэлектронного коммутатора изображений, в том числе изображений, отображающих параллельным кодом двоичную информацию, и его общей производительности. The purpose of the invention is to increase the channel capacity of a multi-stage optoelectronic image switch, including images displaying binary information in parallel code, and its overall performance.
Указанная цель достигается тем, что в каскады оптических межсоединений коммутатора введены элементы, вращающие на 90oC плоскость поляризации линейно-поляризованного света, и дополнительные поляризационно-чувствительные расщепители, четвертьволновые пластинки и плоские отражающие элементы, а также применена иная топология соединительной сети.This goal is achieved by the fact that elements rotating the polarization plane of linearly polarized light by 90 ° C and additional polarization-sensitive splitters, quarter-wave plates and flat reflecting elements are introduced into the cascades of optical interconnects of the switch, and a different topology of the connecting network is used.
На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого многокаскадного оптоэлектронного коммутатора размера 2N x 2N; на фиг.2 оптическая схема блока межсоединений; на фиг.3 топология соединений входных и выходных каналов для p- и s-поляризованных световых пучков; на фиг.4 схема блока межсоединений с M= 4x4 входными и M=4x4 выходными оптическими каналами. In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed multi-stage optoelectronic switch of size 2N x 2N; figure 2 optical diagram of the interconnect block; figure 3 the topology of the connections of the input and output channels for p- and s-polarized light beams; figure 4 diagram of the interconnect block with M = 4x4 input and M = 4x4 output optical channels.
Предлагаемый многокаскадный оптоэлектронный коммутатор изображений с 2N входными (N 2r, r=1,2,3,) и 2N выходными оптическими каналами (портами) содержит оптически связанные блок C сведения p- и s-поляризованных входных изображений с 2N оптическими входами (входы 1,2,N для p- и входы N+1, N+2,2N для s-поляризованных изображений), являющимися входными портами коммутатора, и N оптическими выходами; и идентичных управляемых каскадов Ak (k=1,2,3.K, где K logN+1 в случае блокируемого и K 2logN+1 в случае настраевомо-неблокируемого коммутатора), выполненных на основе пространственно-временных модуляторов света с N индивидуально управляемыми переключателями плоскости поляризации света; K-1 размещенных между ними каскадов оптических межсоединений БM (r типов) с N оптическими входами и N оптическими выходами, каждый из которых состоит из N/M блоков межсоединений IM с M оптическими входами и M оптическими выходами (M N, N/2, N/4,2 или M N/2m-1, m 1,2,3,r, где r logN); блока P разведения p- и s-поляризованных выходных изображений с N оптическими входами и 2N оптическими выходами (выходы 1,2,N для p- и выходы N+1, N+2,2N для s-поляризованных изображений), являющимися выходными портами коммутатора; и блок управления БК, выходы которого подключены к пространственно-временным модуляторам света.The proposed multistage optoelectronic image switcher with 2N input (
Блок сведения p- и s-поляризованных изображений может быть выполнен, например, на основе поляризационно-чувствительного расщепителя, две входные ортогональные грани которого оптически связаны с 1,2.N и N+1,N+2,2N входными портами коммутатора, а его третья грань -с N оптическими входами первого управляемого каскада A1. Блок разведения изображений P может быть выполнен, например, на основе поляризационно-чувствительного расщепителя также, как и блок C, если его оптические входы и выходы поменять местами.The information unit for p- and s-polarized images can be performed, for example, on the basis of a polarization-sensitive splitter, the two input orthogonal faces of which are optically connected with the 1,2.N and N + 1, N + 2,2N input ports of the switch, and its third face is with N optical inputs of the first controlled cascade A 1 . The image dilution unit P can be made, for example, based on a polarization-sensitive splitter as well as block C, if its optical inputs and outputs are interchanged.
Управляемые переключатели плоскости поляризации света при подаче на них управляющих сигналов поворачивают плоскость поляризации проходящих световых пучков на 90o и могут быть выполнены, например, на основе электрооптических материалов или жидких кристаллов.Controlled switches of the plane of polarization of light when applying control signals to them rotate the plane of polarization of the transmitted light beams by 90 o and can be performed, for example, based on electro-optical materials or liquid crystals.
Входящие в каскады оптических межсоединений БM блоки IM (блоки типа M) обеспечивают равенство и неизменность длин оптических путей световых пучков как p-поляризованных , так и для s-поляризованных (0) изображений, а также фокусировку передаваемых через коммутатор изображений. Каждый из этих блоков состоит из последовательно расположенных, оптически связанных субблока маршрутизации IM1 с M входными и двумя выходным оптическими каналами, который выполнен из четырех поляризационно-чувствительных расщепителей (два входных 1-1 и два выходных 1-2), пропускающих p и отражающих в ортогональном направлении s компоненту падающих на их диагональную грань световых пучков, шести элементов 1-3, вращающих на 90o плоскость поляризации в отраженных от них линейно-поляризованных световых пучков и состоящих, например, из соответствующим образом ориентированной четвертьволновой пластинки 1-3-1 и плоского интерференционного зеркала 1-3-2, пяти элементов 1-4, вращающих на 90o плоскость поляризации проходящего линейно-поляризованного света, например, соответствующим образом ориентированная полуволновая пластинка, и двух входных коллективных (1-5-1) и двух выходных (1-5-2) объективов с фокусными расстояниями FM1, размещенных соответственно перед входными и после выходных поляризационно-чувствительных кубиков на фокусном расстоянии (по ходу светового луча) относительно друг друга, и субблока объективов IM2 с двумя входными и M выходными оптическими каналами, который выполнен из двух входных (1-6-1), двух выходных (1-6-2) объективов с фокусными расстояниями FM2, установленных на фокусном расстоянии относительно друг друга.Included in the cascades of optical interconnects B M blocks I M (blocks of type M) ensure equal and invariable lengths of the optical paths of light beams as p-polarized , and for s-polarized (0) images, as well as the focus of images transmitted through the switch. Each of these blocks consists of sequentially located, optically connected routing subunits I M1 with M input and two output optical channels, which is made of four polarization-sensitive splitters (two input 1-1 and two output 1-2), passing p and reflecting in the orthogonal direction s, the component of light beams incident on their diagonal face, six elements 1-3, rotating 90 ° of the plane of polarization in the linearly polarized light beams reflected from them and consisting, for example, of corresponding properly oriented quarter-wave plate 1-3-1 and a flat interference mirror 1-3-2, five elements 1-4 rotating 90 ° of the plane of polarization of transmitted linearly polarized light, for example, an appropriately oriented half-wave plate, and two input collective (1-5-1) and two output (1-5-2) lenses with focal lengths F M1 located respectively before the input and after the output of the polarization-sensitive cubes at the focal length (along the light beam) relative to each other ha, and a subunit of I M2 lenses with two input and M output optical channels, which is made of two input (1-6-1), two output (1-6-2) lenses with focal lengths F M2 mounted at the focal length relative to each other.
При показанной на фиг.2 компоновке элементов блока межсоединений IM сфокусированный p-поляризованный световой пучок, поступающий, например, по входному оптическому каналу 1, проходит через первый коллективный объектив 1-5-1 субблока IM1, первую грань первого входного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-1, его диагональную и третью грани, вторую полуволновую пластинку 1-4 и первую грань первого выходного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-2, отражается диагональной гранью этого расщепителя к его четвертой грани; проходя через четвертьволновую пластинку 1-3-1, превращается в циркулярно-поляризованный пучок; отражается элементом 1-3-2, вновь проходит в обратном направлении через четвертьволновую пластинку 1-3-1, превращаясь в линейно-поляризованный пучок с ортогональным направлением поляризации; проходит через диагональную грань первого выходного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-2 и установленную на его второй грани четвертьволновую пластинку 1-3-1, превращаясь в циркуляционно-поляризованный пучок; отражается элементом 1-3-2, вновь проходит через четвертьволновую пластинку, превращаясь в линейно-поляризованный сигнал, отражается от диагональной грани поляризационно-чувствительного расщепителя, проходит через четвертую полуволновую пластинку, первый выходной объектив 1-5-2 субблока IM1, первые входной (1-6-1) и выходной (1-6-2) объективы субблока 1M2 и попадает в виде сфокусированного p-поляризованного светового пучка в выходной оптический канал М/2.With the arrangement of elements of the interconnect block I M shown in FIG. 2, a focused p-polarized light beam, arriving, for example, through the input
Если на первую грань первого поляризационно-чувствительного расщепителя 1-1 из канала 1 падает s-поляризованный световой пучок, то он отражается диагональной гранью этого расщепителя, проходит через его четвертую грань и оптически связанную с этим выходом первую полуволновую пластинку 1-4, превращаясь в p-поляризовыанный световой пучок; проходит через первую грань второго входного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-1, его диагональную грань, в прямом направлении через размещенную за третьей гранью этого поляризационно-чувствительного расщепителя четвертьволновую пластинку 1-3-1 и, отразившись от установленного за этой пластинкой отражающего элемента 1-3-2 и пройдя через четвертьволновую пластинку 1-3-1 в обратном направлении, превращается в s-поляризованный световой пучок, который, отразившись от диагональной грани второго входного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-1, пройдя через его вторую грань, четвертую полуволновую пластинку 1-4, первую, диагональную и третью грани второго выходного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-2, пятую полуволновую пластинку 1-4, второй выходной объектив 1-5-2, вторые входной (1-6-1) и выходной (1-6-2) объективы, попадает в выходной оптический канал M в виде сфокусированного s-поляризованного светового пучка. If an s-polarized light beam is incident on the first face of the first polarization-sensitive splitter 1-1 from
Из оптической схемы фиг.2 следует, что прохождение через элементы блока межсоединений световых пучков входных оптических каналов 2,3,M/2 подобно каналу 1. Прохождение через элементы этого блока p- и s-поляризованных световых пучков оптических каналов 1+M/2,2+M/2,N, падающих на четвертую грань второго входного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-1 вследствие симметрии оптической схемы, аналогично прохождению световых пучков входных каналов 1,2,M/2: p-поляризованные пучки проходят соответственно в выходные каналы N,2+M/2,1+M/2, а s-поляризованные соответственно в выходные каналы 1,2, M/2. Топология реализуемых блоком межсоединений IM оптических связей отображается одномерным двудольным графом и для частного случая M 8 поясняется на фиг. 3. Как показано в [3] такая топология межкаскадных соединений изоморфна топологиям соединительных сетей типа Бэняна и на основе совершенной тасовки.From the optical scheme of figure 2 it follows that the passage through the elements of the interconnect block of light beams of the input
Длины оптических путей Sp и Ss, соответственно, p- и s-поляризованных сигналов в субблоке IM1 при любых соединениях входных и выходных каналов блока IM вследствие таутохронности его оптической системы равны длине оптического пути световых лучей, входящих в блок IM в направлении главной оптической оси: Sp 4nLM + 2lн + 4lQ + Δ и Ss 4nLM + 3lн + 2lQ + D, где LM длина стороны поляризационно-чувствительных расщепителей, n - их показатель преломления, lQ и lн длины оптических путей, соответственно для четверть- и полуволновой пластинок, D длина оптического пути в объективах 1-5-1 и 1-5-2.The lengths of the optical paths S p and S s , respectively, of the p- and s-polarized signals in the subunit I M1 for any connections of the input and output channels of the block I M due to the tautochronism of its optical system are equal to the length of the optical path of the light rays entering the block I M in the direction of the main optical axis: S p 4nL M + 2l n + 4l Q + Δ and S s 4nL M + 3l n + 2l Q + D, where L M is the length of the side of the polarization-sensitive splitters, n is their refractive index, l Q and l n the length of the optical paths, respectively, for quarter- and half-wave plates, D the length of the optical path in Lenses 1-5-1 and 1-5-2.
Поскольку lн 2lQ, то длины оптических путей Sp и Ss равны.Since l n 2l Q, the optical path length S p and S s are equal.
Вариант блока межсоединений IM для двухкоординатного многокаскадного оптоэлектронного коммутатора изображений при N 22r отличается тем, что поляризационно-чувствительные расщепители I-1 и I-2 имеют форму прямоугольных параллелепипедов с ребрами LM • 2LM • LM, используются плоские отражающие элементы 1-3-2, полу (1-4) и четвертьволновые (1-3-1) пластинки размера LM • 2LM и квадратные матрицы 1-5 и 1-6 из четырех сферических объективов, причем первый и третий и второй и четвертый входные коллективные объективы 1-5-1 оптически связаны, соответственно, с первой гранью первого и четвертого гранью второго входного параллелепипеда 1-3-1, первый и третий и второй и четвертый выходные объективы 1-5-2 через четвертую и пятую полуволновые пластинки оптически связаны с третьими гранями, соответственно, первого и второго выходного параллелепипедов 1-3-2. Такой двухкоординатный (объемный) коммутатор можно рассматривать состоящим из каскадов БMX и БMY, реализующих, соответственно, x и y межсоединения, каждый из которых содержит 2r плоских каскадов оптических межсоединений БM, выполненных по схеме фиг.2а, причем каскады x и y межсоединений развернуты относительно друг друга на 90o вокруг горизонтальной оптической оси, и каскадов управления управления Ak, которые выполнены в виде квадратных матриц из NxN модуляторов плоскости поляризации света.The variant of the interconnect block I M for the two-axis multi-stage optoelectronic image switch at
Вариант предлагаемого двукоординатного многокаскадного коммутатора (фиг. 4) отличается тем, что в блоках межсоединений выходные поляризационно-чувствительные расщепители 1-2 развернуты относительно входных 1-1 на 90o вокруг горизонтальной оптической оси.A variant of the proposed two-coordinate multi-stage switch (Fig. 4) is characterized in that in the interconnect blocks the output polarization-sensitive splitters 1-2 are deployed relative to the input 1-1 by 90 o around the horizontal optical axis.
В двухкоординатном многокаскадном оптоэлектронном коммутаторе каждый блок межсоединений IM (блок типа M) имеет MxM оптически входных и MxM оптических выходных каналов, которые оптически связаны с коллективными входными 1-5-1 и коллективными выходными 1-6-2 объективами, причем с каждым из объективов связана группа, состоящая из M/2 строк и M/2 столбцов каналов. Для p-поляризованных пучков оптическая система блока представляет собой систему, состоящую из (см. фиг.2 и фиг.4) четырех зеркал и двухкомпонентной оборачивающей системы, и поэтому для таких пучков в группах каналов, связанных первым, вторым, третьим и четвертым входными и выходными коллективными объективами, реализуются оптические соединения и строк входных оптических каналов. Для s-поляризованных пучков оптическая система блока представляет собой систему, состоящую из трех зеркал и двухкомпонентной оборачивающей системы, и поэтому для таких пучков в группах каналов, связанных четными и нечетными объективами, реализуются соединения, как в зеркальной системе, т.е. с транспортированием строк входных оптических каналов.The XY multistage optoelectronic switch interconnects each unit I M (unit type M) has MxM MxM optical input and optical output channels that are optically coupled to the collective input 1-5-1 and 1-6-2 lenses collective output, wherein each of A group of M / 2 rows and M / 2 column channels is linked. For p-polarized beams, the optical system of the block is a system consisting of (see FIG. 2 and FIG. 4) four mirrors and a two-component reversing system, and therefore, for such beams in the channel groups connected by the first, second, third and fourth input and output collective lenses, optical connections and rows of input optical channels are realized. For s-polarized beams, the optical system of the block is a system consisting of three mirrors and a two-component wrapping system, and therefore, for such beams, in channel groups connected by even and odd lenses, connections are realized, as in a mirror system, i.e. with transportation of rows of input optical channels.
Такой тип соединителей сети отображается двумерным двудольным графом, который может быть математически описан следующим образом. Если номера оптических каналов, входящих в группы, связанные с первым, третьим и четвертым объективами блока межсоединений IM, обозначить, соответственно, как aif bif cij и dij, где i, j 1,2,M/2, то для p-поляризованных пучков соединяются входные и выходные каналы и для s-поляризованных пучков соединяются каналы
Предлагаемый оптоэлектронный коммутатор двумерных изображений работает следующим образом. Предположим, что во входных оптических каналах 1,2,N формируются p-поляризованные изображения И1,И2,ИN, а во входных каналах N+1, N+2,2N формируются s-поляризованные изображения И1+N,И2+N,И2N. Блоком управления БУ для каждого из входящих в коммутатор управляющих каскадов Ak (k= 1,2,K) вырабатываются комбинации сигналов управления модуляторами плоскости поляризации Uk= Uk1, Uk2,KkN} соответствующие требуемой картине соединений входных и выходных каналов. После завершения переходных процессов в управляемых модуляторах плоскости поляризации формируемые во входных каналах изображения передаются в выходные каналы 1,2,2N в соответствии с установившимися маршрутами соединения. Таким же образом работает двумерный коммутатор. Различие состоит только в том, что, поскольку число формируемых во входных оптических каналах коммутатора p- и s-поляризованных изображений равно N2, то блок управления БУ вырабатывает комбинации из N2 управляющих сигналов.This type of network connector is displayed by a two-dimensional bipartite graph, which can be mathematically described as follows. If the numbers of the optical channels in the groups associated with the first, third, and fourth lenses of the interconnect block I M are denoted, respectively, as a if b if c ij and d ij , where i,
The proposed optoelectronic switch of two-dimensional images works as follows. Assume that the input
Возможные параметры предлагаемого оптоэлектронного коммутатора изображений могут быть оценены следующим образом. Число элементов в передаваемом изображении qxq (например, число бит, передаваемых по каналам параллельно в виде групповой информации) определяется размерами поляризационно-чувствительных расщепителей и угловой апертурой NA оптической системы. Из геометрии блока межсоединений (см. фиг.2) следует, что числовая апертура оптической системы NA в предположении, что LM >> lн, lQ, не может превышать величины NA ≅ 0,125n, где n ≈ 1,5 -показатель преломления поляризационно-чувствительных расщепителей. Если в качестве источников излучения, формирующих световые картины на входах коммутатора, используются одномодовые лазеры с гауссовым распределением интенсивности, то, как известно, в многокаскадных дифракционно-ограниченных оптических системах при оптимальном радиусе гауссова пучка дифракционные световые потери не превышают несколько процентов при концентрации энергии в формируемых выходных каналах световых пятнах (элементах изображения) более 95% При такой концентрации энергии практически исключаются взаимные помехи между соседними элементами в передаваемых изображениях, и максимальная плотность элементов в изображениях ρ оценивается соотношением:
ρmax= (2NA/3λ)2, (1)
где λ длина волны оптического излучения.Possible parameters of the proposed optoelectronic image switch can be evaluated as follows. The number of elements in the transmitted image qxq (for example, the number of bits transmitted over channels in parallel as group information) is determined by the sizes of polarization-sensitive splitters and the angular aperture NA of the optical system. From the geometry of the interconnect block (see Fig. 2), it follows that the numerical aperture of the NA optical system under the assumption that L M >> l n , l Q , cannot exceed the value NA ≅ 0.125n, where n ≈ 1.5 is the indicator refraction of polarization sensitive splitters. If single-mode lasers with a Gaussian intensity distribution are used as the radiation sources forming the light patterns at the switch inputs, then, as is well known, in multi-stage diffraction-limited optical systems with an optimal Gaussian beam radius, the diffraction light losses do not exceed several percent at the energy concentration in the generated output channels light spots (image elements) of more than 95%. With this concentration of energy, mutual interference between a neighbor is practically eliminated. of elements in the transmitted images, and the maximum density ρ elements in the image is estimated by the relation:
ρ max = (2NA / 3λ) 2 , (1)
where λ is the wavelength of optical radiation.
При использовании источников излучения с l = 0,9 мкм на основании (1) найдем для максимально возможной плотности дискретных элементов в передаваемых изображениях ρmax ≈ 2•106 см-2 при диаметре элементов приблизительно 7 мкм. Если в двухкоординатном коммутаторе размера 2N2 x 2N2 в блоке межсоединений типа N используются поляризационно-чувствительные расщепители с ребром LN 5 см, то общий объем передаваемой в пиковом режиме по всем 2N2 оптическим каналам информации может теоретически достигать 4•108 бит с возможностью передачи по каждому оптическому каналу коммутатора, например, с числом портов, равным 128 (N 8), групповой информации из qxq приблизительно равно 3•106 бит. Учитывая неизбежные аберрации оптической системы и требование простоты ее юстировки, а также возможности создания матриц GaAs вертикально излучающих лазеров и матриц фотоприемников, в практических разработках можно считать реальным формировать, передавать и регистрировать одновременно по всем 2N2 оптическим каналам информационные массивы из приблизительно 107 бит; при этом в случае коммутатора со 128 портами передаваемые по оптическим каналам изображения могут содержать до приблизительно 8•104 дискретных элементов при шаге между ними приблизительно 45 мкм.When using radiation sources with l = 0.9 μm, on the basis of (1), we find for the maximum possible density of discrete elements in the transmitted images ρ max ≈ 2 • 10 6 cm -2 with an element diameter of approximately 7 μm. If polarization-sensitive splitters with an
Вследствие того, что в предлагаемом коммутаторе изображения всех входных портов передаются во входные порты через оптическую систему, каждая компонента которой состоит из четырех, а не одного, объективов, то при одной и той же светосиле объективов общий объем передаваемой по всем оптическим каналам двухкоординатного (т.е. объемной конструкции) коммутатора информации, по крайней мере, в четыре раза больше, чем в прототипе. В случае коммутатора плоской конструкции достигается не менее чем двукратный выигрыш. Due to the fact that in the proposed switch, the images of all input ports are transmitted to the input ports through an optical system, each component of which consists of four, and not one, lenses, then with the same lens aperture the total volume transmitted through all the optical channels of the two-coordinate (t ie, volumetric design) of the information switch, at least four times more than in the prototype. In the case of a switch of a flat design, at least a twofold gain is achieved.
Темп передачи информации по любой соединенной паре оптических каналов W (произведение пространственной и временной полосы частот) определяется как произведение числа элементов в передаваемом изображении и скорости передачи информации V бит/с (т.е. W q2V), достижимой при заданной вероятности потери информации. Предельное значение W ограничено причинами энергетического характера: доступным уровнем непрерывно генерируемой световой мощности P, допустимым уровнем тепловыделения Q и пороговой чувствительностью фотоприемников Eп. В отсутствии световых потерь W = QL
Сравнение величин W и Wсум, достижимых в предлагаемом коммутаторе и прототипе, показывает, что в прототипе вследствие виньетирования световых пучков (при прочих равных условиях) эти величины примерно в 10-50 раз меньше.Comparison of the values of W and W sum , achievable in the proposed switch and prototype, shows that in the prototype due to vignetting of light beams (ceteris paribus), these values are approximately 10-50 times less.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93027539A RU2088960C1 (en) | 1993-05-20 | 1993-05-20 | Multistage optoelectronic switch |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93027539A RU2088960C1 (en) | 1993-05-20 | 1993-05-20 | Multistage optoelectronic switch |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93027539A RU93027539A (en) | 1995-10-20 |
RU2088960C1 true RU2088960C1 (en) | 1997-08-27 |
Family
ID=20141937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93027539A RU2088960C1 (en) | 1993-05-20 | 1993-05-20 | Multistage optoelectronic switch |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2088960C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007001213A1 (en) * | 2005-06-28 | 2007-01-04 | Parmenov, Vladimir Vasilievich | Multilinear wavelength-division multiplexing device and an optical automatic telephone exchange |
RU2473936C2 (en) * | 2009-04-02 | 2013-01-27 | Аслан Хаджимуратович Абдуев | Screen and optical switch |
-
1993
- 1993-05-20 RU RU93027539A patent/RU2088960C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Fukui M., Kitayama K. Jmplementation of optical image crossbar switch. Minsk, 1992, Technical digest, 30А3. 2. Noguchi K. at al. Journal of Lighwave Technology, v. 9, N 12, 1991, p. 1726 - 1732. 3. Jahns.J., Mardocca M.J. Crossover networks and their optical implementation, applied Optics, v. 27, 1988, N 15, p. 3155 - 3160. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2007001213A1 (en) * | 2005-06-28 | 2007-01-04 | Parmenov, Vladimir Vasilievich | Multilinear wavelength-division multiplexing device and an optical automatic telephone exchange |
RU2473936C2 (en) * | 2009-04-02 | 2013-01-27 | Аслан Хаджимуратович Абдуев | Screen and optical switch |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10684420B2 (en) | Integrated MEMS switches for selectively coupling light in and out of a waveguide | |
US5953143A (en) | Multidimensional switching networks | |
EP0397372A1 (en) | Network topology for reduced blocking and photonic system implementation thereof | |
US5162944A (en) | Optical space switch and network for such optical space switches | |
EP0229177B1 (en) | Optical shuffle arrangement | |
EP0397369B1 (en) | Optical apparatus for combining light beam arrays having different wavelengths | |
EP0351132B1 (en) | Optical crossover network | |
WO2020024840A1 (en) | Wavelength switching apparatus and system | |
EP0397368B1 (en) | Method of controlling a space-division switching network | |
US6839472B1 (en) | Solid state optical interconnect system | |
RU2088960C1 (en) | Multistage optoelectronic switch | |
EP1310134B1 (en) | Optical transpose system | |
WO2022227789A1 (en) | Optical switching device, optical switching method, optical switching node and system | |
RU2072540C1 (en) | Multiple-stage optoelectronic image commutator | |
RU2062498C1 (en) | Electro-optic commutator of two-dimensional images | |
RU2042167C1 (en) | Optical channel switch for commutators of two-dimensional images | |
Haney et al. | Sliding banyan network | |
RU2064688C1 (en) | Optical channel commutator | |
Li et al. | Optical multiple-access mesh-connected bus interconnects | |
Araki et al. | Massive optical interconnections (MOI): interconnections for massively parallel processing systems | |
JP3040884B2 (en) | Optical path conversion element | |
Fyodorov | Multistage free-space optical interconnection networks for 2D images using polarization-based switches | |
JP2919859B2 (en) | Light switch | |
Fyodorov | Principle and optical architecture of a high-performance optoelectronic switching network | |
Ito et al. | Self-routing algorithm for the circularly multistage optical interconnection network |