Chuyển mạch quang một chiều (1xN) sử dụng công nghệ MEMS

Chuyển mạch quang một chiều (1xN) sử dụng công nghệ MEMS Một trong những ứng dụng của kỹ thuật MEMS là trong lĩnh vực thông tin quang nói chung và chuyển mạch quang nói riêng. Chuyển mạch quang hiện nay phần lớn sử dụng điều khiển bằng điện tử (chuyển đổi quang-điện-thông qua chuyển mạch điện rồi lại chuyển đổi điện-quang). Khi số lượng cổng và tốc độ dữ liệu tăng lên sẽ gây ra nhiều khó khăn về yêu cầu gia tăng của các số lượng mạch điện tử điều khiển. Tương lai các chuyển mạch sử dụng mạch điều khiển điện sẽ không đáp ứng được nhu cầu, vì vậy việc nghiên cứu kỹ thuật chuyển mạch quang thay thế sẽ là một hướng phát triển thích hợp. Các thiết bị chuyển mạch quang thế hệ mới thay thế được các thiết bị chuyển mạch điện hiện tại. Kết quả là cho ra đời các sản phẩm chuyển mạch sử dụng quang hoàn toàn với các đặc điểm như kích thước nhỏ, giá thành thấp, tốc độ cao, không phụ thuộc bước sóng, độ tin cậy cao. Các thiết bị chuyển mạch quang hiện tại có kích thước lớn, khối lượng lớn, thời gian chuyển mạch thấp, mất mát lớn và nhiễu xuyên làm hạn chế tính linh động của nó. Kỹ thuật chuyển mạch quang sử dụng MEMS sẽ không còn gặp phải những vấn đề đó. Thiết bị chuyển mạch quang dùng MEMS có kích thước nhỏ, nhẹ, thời gian chuyển mạch nhanh. Bên cạnh đó do kỹ thuật chế tạo nên nó còn có khả năng tích hợp các bộ vi truyền động và Chú thích: Output port: cổng ra Inputoorrt: cổng vào Switching micromirrors: vi gương chuyển mạch Substrate: mặt đế Hình 1. Kiến trúc chuyển mạch quang 1 chiều (1xN) các cấu trúc vi cơ trên cùng một đế tạo nên một vi hệ thống có nhiều chức năng. Kiểu chuyển mạch quang này đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng, chẳng hạn như trong mạng DWDM, trong thiết bị ghép kênh quang và trong các thiết bị Ethernet truy nhập quang đầu cuối tốc độ Gigabit. Rất nhiều thiết bị sử dụng công nghệ 1xN MEMS mà một trong những cấu trúc phổ biến như hình 1. Cấu trúc gồm có 1 ngõ tín hiệu vào và N ngõ tín hiệu ra. Các vi gương được sắp xếp theo 1 hàng trên cùng một đế. Số lượng cổng ra bằng số lượng vi gương. Mỗi ngõ ra được bố trí thẳng hàng với 1 vi gương, trong khi hướng của ngõ vào được đặt theo phương trực giao với dãy ngõ ra. Chùm ánh sáng đi vào ngõ vào được phản xạ đến ngõ ra mong muốn khi vi gương tương ứng được kích hoạt ở chế độ đóng (ON), trong khi các vi gương khác ở chế độ mở (OFF). Hình 2. Kiến trúc chuyển mạch quang 1 chiều (1xN) sử dụng bộ chấp hành lực lớn. Hình 3. Ảnh chụp bộ chuyển mạch quang của hãng DiCon Một dạng cấu trúc khác của 1xN MEMS như ở hình 2. Cấu trúc này sử dụng bộ chấp hành có lực tác động lớn để điều chỉnh ngõ tín hiệu quang đầu vào ghép nối với ngõ ra tương ứng. Các bộ chấp hành được sử dụng thông thường là các bộ chấp hành nhiệt hoặc từ để có khả năng tạo ra lực lớn. Các ngõ ra được đặt ở các vị trí cố định trên 1 mặt phẳng (1-D) như hình 2a) hoặc trên 2 mặt phẳng (2-D) như hình 2b). Khi bộ chấp hành không hoạt động, ngõ vào không được sắp xếp với bất kỳ ngõ ra nào. Khi có lực tác động sinh ra do hoạt động của bộ chấp hành, ngõ vào được điều chỉnh đến vị trí tương ứng với ngõ ra mong muốn như hình vẽ. Cấu trúc dạng này có đặc điểm là thiết bị được chế tạo với chi phí thấp do không sử dụng các vi gương cũng như các thấu kính chuẩn trực quang. Tuy nhiên nó có nhược điểm là bị giới hạn do hạn chế về khoảng cách di chuyển dài của đầu vào để đến được vị trí tương ứng của ngõ ra. q