ĐỀ TÀI CHUYỂN MẠCH QUANG

CHUYỂN MẠCH QUANG
GVHD : ThS.VŨ NGỌC CHÂM
NHÓM 10 : Phạm Văn Đạt
Nghiêm Xuân Hưng
Nguyễn Tiến Thoáng
Phan Hoàng Linh

BÀI THUYẾT TRÌNH
ĐỀ TÀI
6/12/2013 1
I
• Giới thiệu
chuyển
mạch
quang
II
• Kiến trúc
chuyển
mạch
quang
MEMS
III
• Kết luận
Nội Dung
6/12/2013 2
Giới thiệu
6/12/2013 3
 Sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ mạng băng
rộng là động lực thúc đẩy sự phát triển của mạng
quang thế hệ kế tiếp dựa trên nền tảng các công nghệ
ghép kênh phân chia bước sóng (xWDM).

 Trong tiến trình quang hóa mạng truyền thông, các
nối chéo quang OXC (Optical Cross-connects) với
chức năng chuyển mạch tuyến quang là công nghệ
quan trọng cốt lõi cho phép tăng cường khả năng đáp
ứng của mạng với các biến động lưu lượng và tối ưu
cấu hình mạng.

Giới thiệu
6/12/2013 4
 Trên thực tế, hầu hết các OXC hiện nay đang sử
dụng lõi chuyển mạch điện và các chuyển đổi
quang-điện/điện-quang (OE/EO) ở giao diện vào
và ra của trường chuyển mạch.
 Khi nhu cầu tốc độ dữ liệu tăng cao, do các hạn
chế về tốc độ xử lý trong miền điện, các OXC
này trở lên cồng kềnh, phức tạp, hạn chế về
dung lượng, tiêu thụ nguồn lớn và giá thành đắt
đỏ.

Giới thiệu
6/12/2013 5
=> Vì vậy, nhằm đáp ứng khả năng nâng cấp tốc
độ dữ liệu và triển khai các giao thức mới trong
tương lai, các OXC toàn quang sẽ dần thay thế cho
các OXC với lõi chuyển mạch điện.
 Các OXC toàn quang ứng dụng chuyển mạch
trong miền quang với khả năng định
tuyến/chuyển mạch tín hiệu dữ liệu quang mà
không cần đến các chuyển đổi OE/EO, do đó,
cho phép chuyển mạch độc lập với tốc độ dữ

liệu và giao thức dữ liệu với độ tin cậy cao, ít
tiêu tốn nguồn.

Giới thiệu
6/12/2013 6
 Trong số các công nghệ chuyển mạch quang
đang được quan tâm nghiên cứu và phát triển
ứng dụng nhằm hiện thực hóa các OXC toàn
quang, công nghệ chuyển mạch quang MEMS,
nổi lên là công nghệ hàng đầu và khả dụng nhất
về phương diện thương mại ở thời điểm hiện tại.
 Công nghệ chuyển mạch quang MEMS cho
phép thực hiện chuyển mạch độc lập với bước
sóng với số lượng cổng vào/ra đạt được lớn hơn
nhiều so với các công nghệ khác.

Giới thiệu
6/12/2013 7
 MEMS viết tắt của từ Micro-ElectroMechanical
Systems có nghĩa là hệ thống vi cơ điện. Chúng
có kích thước micro.
 Thiết bị MEMS là một mạch tích hợp các cấu
trúc vi cơ khí, các bộ cảm biến với các phần tử
điện tử và sử dụng lực truyền động tĩnh điện, từ
trường hoặc nhiệt để dịch chuyển và điều khiển
các phần tử thành phần theo yêu cầu.

Kiến trúc chuyển mạch MEMS
1. Giới thiệu
6/12/2013 8

Kiến trúc chuyển mạch MEMS
1. Giới thiệu
6/12/2013 9
 Về nguyên lý, các hệ thống chuyển mạch
quang MEMS có thể phân thành hai loại khác
nhau theo cơ chế điều khiển sóng ánh sáng là
chuyển mạch quang sử dụng cơ chế phản xạ
hoặc khúc xạ và chuyển mạch quang sử dụng cơ
chế nhiễu xạ hoặc giao thoa.

Kiến trúc chuyển mạch MEMS
1. Giới thiệu
6/12/2013 10
 Trong loại thứ nhất, các thiết bị thực hiện chức năng
chuyển mạch bằng cách điều khiển mật độ hoặc
hướng truyền dẫn của luồng ánh sáng thông qua các
cấu trúc phản xạ hoặc khúc xạ.
 Đối với loại thứ hai, chức năng chuyển mạch hay
điều khiển hướng được thực hiện nhờ vào các hiệu
ứng nhiễu xạ hoặc giao thoa trong đó sử dụng các
chuyển động cơ học để điều chỉnh pha của ánh
sáng.

Kiến trúc chuyển mạch MEMS
1. Giới thiệu
6/12/2013 11
 Trong đó hệ thống chuyển mạch quang MEMS
điều chỉnh hướng đi của luồng ánh sáng (có thể
bao gồm một bước sóng hay một nhóm các bước
sóng) theo hướng yêu cầu bằng cơ chế phản xạ

thông qua các phần tử chuyển mạch là các
gương kích thước rất nhỏ (vi gương).

Kiến trúc chuyển mạch MEMS
1. Giới thiệu
6/12/2013 12
 Cách thức tổ chức phối ghép các vi gương trong
trường chuyển mạch là yếu tố quyết định đến
các đặc tính của mỗi trường chuyển mạch
quang MEMS.

Kiến trúc chuyển mạch MEMS
1. Giới thiệu
6/12/2013 13
 Cấu trúc hệ thống CM quang MEMS bao gồm
các phần tử chuyển mạch quang là các vi gương
và các thấu kính/cách tử có khả năng điều
chỉnh hướng đi của luồng sáng từ đầu vào đến
đầu ra yêu cầu của trường chuyển mạch.
 Đặc tính của các vi gương phụ thuộc vào chất
liệu chế tạo gương: silic đa tinh thể (polysilicon)
hoặc silic đơn tinh thể.


Kiến trúc chuyển mạch MEMS
2. Cấu tạo
6/12/2013 14
 Vi gương có thể được điều khiển theo cơ chế số
hoặc tương tự như minh họa trong hình vẽ:

Kiến trúc chuyển mạch MEMS
2. Cấu tạo
6/12/2013 15
 Trong các hệ thống chuyển mạch quang MEMS sử
dụng cơ chế điều khiển số, các phần tử vi gương đã
được cố định hướng và vị trí vi gương chỉ ở một
trong hai trạng thái: bật (ON-chèn vào đường đi của
luồng sáng) hoặc tắt (OFF-không tác động đến
luồng sáng) => dễ dàng điều khiển. Mỗi đầu vào
chuyển mạch yêu cầu một dãy N vi gương nghiêng
45
0
so với hướng ánh sáng vào trường chuyển mạch
tương ứng với N đầu ra chuyển mạch.
Kiến trúc chuyển mạch MEMS
2. Cấu tạo
6/12/2013 16
 Đối với các hệ thống sử dụng cơ chế điều khiển
tương tự, các phần tử vi gương có khả
năng điều chỉnh được góc nghiêng so với
hướng ánh sáng tới và các vi gương này được
đặt cố định trên đường di chuyển của luồng
sáng.
Kiến trúc chuyển mạch MEMS
2. Cấu tạo
6/12/2013 17
 Đối với các hệ thống sử dụng cơ chế điều khiển
tương tự, các phần tử vi gương có khả
năng điều chỉnh được góc nghiêng so với
hướng ánh sáng tới và các vi gương này được

đặt cố định trên đường di chuyển của luồng
sáng.
Kiến trúc chuyển mạch MEMS
2. Cấu tạo
6/12/2013 18
Kiến trúc chuyển mạch MEMS
3. Phân Loại
Chuyển mạch quang MEMS một chiều
Chuyển mạch quang MEMS hai chiều
Chuyển mạch quang MEMS ba chiều
6/12/2013 19
Chuyển mạch quang MEMS 1chiều
 Kiến trúc cơ
bản của một
trường
chuyển
mạch quang
MEMS một
chiều được
minh họa
trong
hình bên:
6/12/2013 20
 Hoạt động: Luồng ánh sáng cần chuyển mạch rời
mảng sợi quang đầu vào được chuẩn trực bằng hệ
thống thấu kính hướng đến phần tử tán sắc. Tín
hiệu DWDM đầu vào đến phần tử tán sắc (cách tử)
sẽ được phân tách thành các bước sóng thành phần.
Mỗi bước sóng sau đó được truyền đến một vi
gương MEMS tương ứng để được điều chỉnh

hướng phản xạ phù hợp nhằm đến được sợi quang
đầu ra theo yêu cầu và được kết hợp với các bước
sóng khác thông qua phần tử tán sắc.

Chuyển mạch quang MEMS 1chiều
6/12/2013 21
 NX: Kích thước của trường chuyển mạch tỉ
lệ tuyến tính với số lượng kênh bước sóng
quang. Điều này giúp giảm kích thước thiết
bị, giá thành và công suất tiêu thụ so với các
công nghệ chuyển mạch ứng dụng MEMS
khác.

Chuyển mạch quang MEMS 1chiều
6/12/2013 22
6/12/2013 23
 Một mảng hai chiều của các vi gương
chuyển mạch sắp xếp theo cấu hình ngang
dọc được dùng để định hướng ánh sáng
từ các sợi quang đầu vào đến các sợi quang
đầu ra tương ứng của trường chuyển mạch:
Chuyển mạch quang MEMS 2 chiều
6/12/2013 24
Chuyển mạch quang MEMS 2 chiều
6/12/2013 25