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

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