Faseroptischer Schalter
Englisch: optical switch
Ein Schalter, der Signale zwischen Lichtwellenleitern oder integrierten optischen Schaltkreisen gezielt umschalten kann.
Optischer Schalter: Lichtwegführung durch elektro-optische Steuerung
Ein optischer Schalter lenkt Lichtstrahlen auf verschiedene Pfade in Glasfasernetzen oder photonischen Schaltkreisen. Statt Elektronen wie in herkömmlichen Schaltern durch Kupferleiter zu bewegen, leitet er Photonen um, die durch Glasfasern oder Wellenleiter laufen. Die Grundfunktion bleibt gleich: Eingang A mit Ausgang B verbinden oder die Verbindung vollständig unterbrechen. Was sich ändert, ist das Medium und die Mechanismen, die die Wegführung steuern.
Optische Schalter fallen konstruktionsbedingt in zwei Hauptkategorien. Mechanische Schalter nutzen motorisierte Spiegel oder rotierende Prismen, um Lichtstrahlen physisch umzulenken; sie sind robust und bieten sehr hohe Kontrastwerte, schalten aber relativ langsam, typisch im Millisekundenbereich. Elektro-optische Schalter nutzen den Pockels-Effekt oder ähnliche Phänomene in Materialien wie Lithiumniobat, um den Brechungsindex unter elektrischem Feld zu verändern und Licht ohne bewegliche Teile zu lenken. Elektro-optische Geräte schalten in Mikrosekunden oder schneller, benötigen aber präzise Spannungssteuerung und zeigen oft höhere Einfügungsdämpfung.
Wo optische Schalter im Netzwerk sitzen
In Telekommunikationsinfrastrukturen übernehmen optische Schalter Wellenlängenweiterleitung und Cross-Connect-Operationen an Netzwerkknoten. Ein 1x2-Schalter teilt eine Eingangsfaser auf zwei Ausgänge auf; größere Matrizen wie 16x16 oder 32x32 schalten mehrere Fasern gleichzeitig. Einfügungsdämpfung, gemessen in Dezibel, schwächt die Signalstärke; moderne Ausführungen zielen auf Dämpfung unter 1 dB pro Schalter. Übersprechdämpfung, das Überlaufen von Licht aus einem Kanal in einen anderen, muss unter minus 40 dB bleiben, sonst leidet die Signalqualität bei hohen Datenraten.
Wellenlängenseletive Schalter verbinden optisches Schalten mit Filterung und leiten verschiedene Wellenlängen auf einer einzelnen Faser zu verschiedenen physischen Ausgängen. Dies ermöglicht es, dass ein Faserpaar Dutzende unabhängiger Signale trägt, die dann nach Wellenlänge getrennt und weitergeleitet werden. Solche Schalter sind unverzichtbar in dicht wellenlängenmultiplexten (DWDM) Systemen, bei denen jede Wellenlänge 100 Gbps oder höher trägt.
Der Begriff optischer Schalter unterscheidet dieses Gerät von einer elektrischen Crossbar, die später arbeitet, nachdem Photodioden Licht in elektrische Signale umwandeln. Für die meisten Fernnetz- und Metropolis-Netzwerke reduziert das Schalten auf der optischen Schicht den Energieverbrauch und die Latenz im Vergleich zu optoelektronischer Umwandlung an jedem Knoten. Mit dem Wachstum des Datenzentrumverkehrs hat die Nachfrage nach schnellem, verlustarmem optischem Schalten die Entwicklung von silizium-photonischen integrierten Schaltern vorangetrieben, die Weiterleitungs-, Filter- und Signalaufbereitung auf einem einzelnen Chip verbinden.