оптоэлектронный коммутатор двумерных изображений

Формула изобретения

1. Оптоэлектронный коммутатор двумерных изображений с 32 входными оптическими каналами и 32 выходными оптическими каналами, содержащий оптически связанные блок сведения p- и s-поляризованных сигналов входных изображений с 32 оптическими входами, являющимися входными каналами коммутатора, и с 16 оптическими выходами, девять квадратных матриц переключателей из шестнадцати (4 х 4) индивидуально управляемых модуляторов плоскости поляризации света, причем входы первой матрицы переключателей оптически связаны с выходами блока сведения входных изображений, восемь последовательно расположенных между матрицами переключателей каскадов маршрутизации с шестнадцатью (4 х 4) оптическими входами и шестнадцатью (4 х 4) оптическими выходами, блок разведения p- и s-поляризованных сигналов выходных изображений с 16 оптическими входами, оптически связанными с выходами девятой матрицы переключателей, 32 оптическими выходами, являющимися выходными каналами коммутатора, и блок управления матрицами переключателей, выходы которого подключены к индивидуально управляемым модуляторам этих матриц, отличающийся тем, что в него введены матрицы из шестнадцати (4 х 4) объективов с фокусным расстоянием F, установленные на входах и выходах каскадов маршрутизации, а также на входах и выходе блока сведения входных изображений и на входе и выходах блока разведения выходных изображений, идентичные первый четвертый блоки пространственных оптических связей с шестнадцатью (4 х 4) оптическими входами и шестнадцатью (4 х 4) оптическими выходами, входы которых соединены прямыми оптическими связями соответственно с выходами первого, третьего, пятого и седьмого каскадов маршрутизации, а их выходы с входами матриц переключателей, оптически связанных с входами второго, четвертого, шестого и восьмого каскадов маршрутизации, причем первый и четвертый блоки пространственных оптических связей осуществляют взаимную перестановку внутренних строк в матрице выходов каскадов маршрутизации, а второй и третий блоки, развернутые на 90^o вокруг горизонтальной оптической оси, - взаимную перестановку внутренних столбцов, каскады маршрутизации, обеспечивающие равенство и неизменность длин оптических путей поляризованных световых сигналов при их прохождении через эти каскады независимо от направления их поляризаций и картины соединений входных и выходных портов коммутатора, прячем в первом, втором, седьмом и восьмом каскадах маршрутизации пары оптических каналов, находящиеся в матрицах входов и выходов на пересечении первой и второй, третьей и четвертой строк с любым из столбцов, соединены для p-поляризованных сигналов прямой, а для s-поляризованных сигналов перекрестной оптической связью, в третьем шестом каскадах маршрутизации пары оптических каналов, находящиеся в матрицах входов и выходов на пересечении первого и второго, третьего и четвертого столбцов с любой из строк, соединены для p-поляризованных сигналов прямой, а для s-поляризованных сигналов перекрестной оптической связью, выходы второго, четвертого и шестого каскадов маршрутизации соединены прямыми оптическими связями с оптическими входами соответственно третьего, пятого и седьмого каскадов.

2. Коммутатор по п.1, отличающийся тем, что блок пространственных оптических связей состоит из оптически связанных последовательно расположенных на расстоянии F одна от другой первой, второй и третьей матриц объективов размера 4 х 4, в которых установлены в первой и четвертой строках первой и третьей матриц четыре сферических объектива с фокусными расстояниями F в каждой строке, во второй и третьей строках первой и третьей матриц - цилиндрические объективы с образующей, ориентированной вдоль строк матриц, с фокусным расстоянием F и четыре цилиндрических объектива с образующими, ориентированными вдоль столбцов матриц, с фокусными расстояниями F, в строках второй матрицы такие же объективы, как и в первой и третьей матрицах, но с фокусными расстояниями F/2.

3. Коммутатор по п.2, отличающийся тем, что в первой и третьей матрицах объективов на пересечений второй и третьей строк с первым и вторым, третьим и четвертым столбцами установлены сферические объективы с фокусными расстояниями F, а во второй матрице на пересечении тех же строк и столбцов такие же объективы, но с фокусными расстояниями p/2.

4. Коммутатор по п.1, отличающийся тем, что каждый из каскадов маршрутизации состоит из восьми субблоков с двумя входными и двумя выходными оптическими каналами, содержащих четыре оптически связанных поляризационно-чувствительных кубика, которые пропускают p- и отражают в ортогональном направлении s- компоненту падающих на их диагональную грань световых пучков, причем первая грань первого и четвертая грань второго кубиков являются соответственно первым и вторым входными каналами субблоков, а вторая грань третьего и третья грань четвертого кубиков первым и вторым выходами каналами субблоков, шесть элементов, поворачивающих на 90° плоскость поляризации в отраженных от них линейно-поляризованных световых пучках, состоящих из соответствующим образом ориентированной четвертьволновой пластинки и интерференционного отражающего зеркала и установленных на второй и третьей гранях первого и второго кубиков, первой и третьей гранях третьего кубика и на второй и четвертой гранях четвертого кубика, и один элемент, вращающий на 90^o плоскость поляризации проходящего через него света, размещенный между четвертой гранью первого и первой гранью второго кубиков, в первом, втором, седьмом и восьмом каскадах маршрутизации субблоки ориентированы своими входными и выходными каналами вдоль строк матриц входов и выходов этих каскадов, а в остальных каскадах маршрутизации вдоль столбцов.

5. Коммутатор по п.4, отличающийся тем, что расположенные в каждых строке и столбце четыре поляризационно-чувствительных кубика выполнены в виде единого бруска, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда с квадратным сечением, и содержит установленные на гранях этих кубиков элементы, поворачивающие на 90^o плоскость поляризации в отраженных от них линейно-поляризованных световых пучках, а элементы, вращающие на 90^o~ плоскость поляризации проходящего через них света, выполнены в виде единых пластинок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области оптической обработки информации и может быть использовано в высокопроизводительных коммутирующих устройствах высокопроизводительных многоабонентных телекоммуникационных систем связи для передачи и приема больших массивов информации, представленной в виде двумерных оптических изображений.

Известен оптоэлектронный коммутатор размера NxN (с N входными и N выходными портами) с топологией сети координатного переключателя, предназначенный для передачи по соединяемым каналам двумерных оптических изображений [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. Основным недостатком такого коммутатора двумерных изображений являются большие вносимые оптические потери, приводящие к ограничению возможной скорости передачи информации по соединяемым парам входных и выходных портов, и большое число управляемых элементов. Например, в коммутаторе размера 32x32 коэффициент светопропускания любого оптического канала, связывающего пару входных и выходных портов не превышает величины =N^-10,03; число индивидуально управляемых светоклапанных ячеек в пространственно-временном модуляторе равно 1024.

Известен оптоэлектронный коммутатор оптических сигналов размера 16x16 с топологией сети Бенеса [2] Такой коммутатор содержит семь последовательно расположенных пространственно-временных модуляторов света, выполненных в виде квадратных матриц из шестнадцати индивидуальных управляемых переключателей плоскости поляризации света, которые оптически связаны с помощью расположенных между ними шести каскадов маршрутизации с шестнадцатью оптическими входами и шестнадцатью оптическими выходами. В каскадах маршрутизации применены двулучепреломляющие элементы из кальцита. Оптические входы первой матрицы и оптические выходы седьмой матрицы являются соответственно входными и выходными портами коммутатора. Преимуществом такого переключателя являются малые вносимые в соединяемые пары входных и выходных каналов оптические потери и меньшее число управляемых элементов. Однако построение в каскадов маршрутизации на основе двулучепреломляющих элементов приводит к зависимости длины оптического пути проходящих через коммутатор поляризованных световых сигналов от направления их поляризации и картины соединений входных и выходных портов, а также к значительным аберрациям и фоновому излучению в передаваемых через коммутатор изображениях. Поэтому коммутатор не пригоден для передачи по соединяемым оптическим каналам изображений с достаточно большим числом элементов.

Известен оптоэлектронный коммутатор оптических каналов размера 32x32 с топологией сети Бенеса [3] Такой коммутатор содержит девять последовательно расположенных пространственно-временных модуляторов света, выполненных в виде квадратных матриц из шестнадцати индивидуально управляемых переключателей плоскости поляризации света, которые оптически связаны с помощью размещенных между ними восьми каскадов маршрутизации с шестнадцатью оптическими входами и шестнадцатью оптическими выходами, два поляризационно-чувствительных кубика, 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 маршрутизации коммутатора используются имеющие форму прямоугольных параллелепипедов квадратного сечения интерференционные поляризационно-чувствительные бруски 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.

Недостатком известного 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 ограничивает общую пиковую производительность коммутатора R=NW (где W скорость передачи информации по каналам) величиной 1000 W10 Тбит/с [3]

Цель изобретения повышение пропускной способности каналов оптоэлектронного коммутатора размера 32x32 с топологией сети Бенеса и его общей производительности за счет передачи информации по соединяемым оптическим каналам в виде двумерных оптических изображений, в том числе, отображающих параллельным кодом двоичную информацию.

Указанная цель достигается тем, что в коммутатор введены матрицы объектива и блоки пространственных оптических связей, каскады маршрутизации выполнены с пользованием элементов и оптической схемы, обеспечивающих равенство и неизменность длин оптических путей передаваемых по соединяемым каналам p- и s-поляризованных световых сигналов независимо от направления их поляризации и картины соединений входных и выходных портов.

На фиг.1 показана блок-схема предлагаемого оптоэлектронного коммутатора размера 32x32. Схемы блоков сведения и разделения p- и s-поляризованных световых сигналов, поступающих по входным портам или выдаваемых в выходные порты, и связей между четырьмя первыми каскадами маршрутизации приведены соответственно на фиг. 2 и 3 (а объемное и б двумерное изображение). На фиг.4 представлена схема оптической системы выравнивания длин оптических путей p- и s-поляризованных световых сигналов. Оптическая схема блока пространственных оптических связей с использованием цилиндрических объектов приведена на фиг.5 (а и б ортогональные проекции, в картина осуществляемых перестановок в соединяемых матрицах каналов). Топология соединительной сети, реализуемой коммутатором, показана на фиг. 6. Оптическая схема блока пространственных оптических связей с использованием сферических объективов приведена на фиг.7 (а и б ортогональные проекции, в картина осуществляемых перестановок в соединяемых матрицах каналов, г двумерная схема соединительной сети в первых четырех каскадах маршрутизации).

Оптоэлектронный коммутатор двумерных изображений с тридцатью двумя входными оптическими каналами (портами) 1, 2, 32 и тридцатью двумя выходными оптическими каналами (портами) 1, 2, 32 содержит оптически связанные блок C сведения p- и s-поляризованных сигналов входных изображений с тридцатью двумя оптическими входами, являющимися входными портами коммутатора и с шестнадцатью оптическими выходами; девять пространственно-временных модуляторов света 1, выполненных в виде квадратных матриц из шестнадцати (4х4) индивидуально управляемых переключателей плоскости поляризации света; восемь идентичных каскадов маршрутизации A₁, A₂, A₉, каждый из которых состоит из последовательно расположенных, оптически связанных матрицы II из шестнадцати (4x4) объективов с фокусным расстоянием F, блока выравнивания длин оптических путей световых сигналов III и второй матрицы объективов II; четыре идентичных блоков пространственных оптических связей Б₁, Б₂, Б₃, Б₄ с шестнадцатью (4x4) оптическими входами и шестнадцатью (4x4) оптическими выходами, осуществляющих взаимную перестановку внутренних строк или столбцов соединяемых частиц матриц управляемых переключателей; блока P разведения p- и s-поляризованных сигналов выходных изображений с шестнадцатью оптическими входами и тридцатью двумя оптическими выходами, являющимися выходными портами коммутатора; и блока управления IV пространственно-временными модуляторами света, выходы которого подключены к управляемым переключателям плоскости поляризации.

Матрицы управляемых переключателей 1, каскады маршрутизации и блоки пространственных оптических связей, расположенные между блоками сведения и разведения p- и s-поляризованных сигналов в последовательности: первая матрица переключателей, А₁, Б₁, вторая матрица переключателей, А₂, третья матрица переключателей, А₃, Б₂, четвертая матрица переключателей, А₄, пятая матрица переключателей, А₅, Б₃, шестая матрица переключателей, А₆, седьмая матрица переключателей, А₇, Б₄, восьмая матрица переключателей, А₈, девятая матрица переключателей, соединены между собой и с оптическими выходами блока C и оптическими входами блока P прямыми оптическими связями, причем блоки А₃, А₄, А₅, А₆ и Б₂, Б₃ развернуты вокруг горизонтальной оптической оси на 90^o относительно остальных блоков.

Управляемые переключатели плоскости поляризации света при подаче на них управляющих сигналов поворачивают плоскость поляризации проходящих световых пучков на 90^o и могут быть выполнены, например, на основе электрооптических материалов или жидких кристаллов.

Блок сведения p- и s-поляризованных сигналов изображений (см. фиг.2) может быть выполнен, например, на основе поляризационно-чувствительного кубика V-1, на трех гранях которого размещены матрицы объективов II с фокусным расстоянием F M/n, где n и M показатель преломления и длина ребра кубика соответственно. Матрицы объективов II-1 и II-2 используются для ввода, II-3 для вывода изображений. Блок разведения изображений P может быть выполнен на основе поляризационно-чувствительного кубика V-II также, как и блок C, если его входы и выходы поменять местами.

В схеме соединений блоков C и P, приведенной на фиг. 3, показаны связи, реализуемые только четырьмя первыми каскадами маршрутизации А₁, А₂, А₃, А₄ и двумя первыми блоками пространственных оптических связей Б₁, Б₂. Схема соединений, реализуемая остальными четырьмя каскадами маршрутизации и блоками пространственных оптических связей, может быть получена симметричным отображением схем, приведенных на фиг.3. В качестве примеров жирной линией показаны пути некоторых возможных соединений входов с выходами.

Входящие в каскады маршрутизации блоки III обеспечивают равенство и неизменность длин оптических путей p- и s-поляризованных световых сигналов при их прохождении через каскады маршрутизации и могут быть выполнены с использованием восьми субблоков маршрутизации III-1, оптическая схема которых изображена на фиг.4. Каждый субблок содержит четыре идентичных поляризационно-чувствительных кубика III-I-1 и III-I-2, пропускающих p и отражающих в ортогональном направлении s компоненту падающих на их диагональную грань световых пучков, шесть элементов, вращающих на 90^o плоскость поляризации в отраженных линейно-поляризованных световых пучках, состоящие, например, из соответствующим образом ориентированной четвертьволновой пластинки III-I-3 и интерференционного отражающего зеркала III-I-4 и один элемент, вращающий на 90^o плоскость поляризации проходящего света, III-I-5, например, соответствующим образом ориентированная полуволновая пластинка. Два переключателя плоскости поляризации света I-1 и I-2 при подаче управляющих сигналов U₁₁ и U₁₂ вращают на 90^o плоскость поляризации проходящего через них линейно-поляризованного света.

При показанной на фиг.4 компоновке элементов субблока p-поляризованный световой пучок, падающий, например, на четвертую грань первого поляризационно-чувствительного кубика III-I-1 оптического канала 2, проходит через диагональную грань и вторую грань этого кубика и первую грань второго поляризационно-чувствительного кубика III-I-2, развернутого относительного первого на угол 90^o вокруг оси, проходящей через входные и выходные каналы 2-2; отражается диагональной гранью второго поляризационно-чувствительного кубика III-I-2 к его четвертой грани; проходя через четвертьволновую пластинку III-I-3, превращается в циркулярно-поляризованный пучок; отражается элементом III-I-4, вновь проходит в обратном направлении через четвертьволновую пластинку III-I-3, превращаясь в линейно-поляризованный пучок с ортогональным направлением поляризации; проходит через диагональную грань второго поляризационно-чувствительного кубика III-I-2 и установленную на его второй грани четвертьволновую пластинку III-I-3, превращаясь в циркулярно поляризованный пучок; отражается зеркалом III-I-4, вновь проходят через четвертьволновую пластинку, превращаясь в линейно-поляризованный канал, отражается от диагональной грани поляризационно-чувствительного кубика III-I-2 и попадает через его вторую грань в выходной оптический канал 2 в виде p-поляризованного светового пучка.

Если на четвертую грань первого поляризационно-чувствительного кубика III-I-1 канала 2-2 падает s-поляризованный световой пучок, то он отражается диагональной гранью этого кубика, проходит через его первую грань и оптически связанную с этим выходом поляризационно-чувствительного кубика полуволновую пластинку III-I-5, превращаясь в p-поляризованный световой пучок; проходит через четвертую грань установленного в оптическом канале I-1 первого поляризационно-чувствительного кубика III-I-1, его диагональную грань, проходит в прямом направлении через размещенную за второй гранью первого поляризационно-чувствительного кубика четвертьволновую пластинку III-I-3 и, отразившись от установленного за этой пластинкой зеркала III-I-4 и пройдя через четвертьволновую пластинку III-I-3 в обратном направлении, превращается в s-поляризованный световой пучок, который, отразившись от диагональной грани первого поляризационно-чувствительного кубика III-I-1, пройдя через его третью грань, четвертую, диагональную и вторую грани второго поляризационно-чувствительного кубика III-I-2 (развернутого относительно первого на угол 90^o вокруг оптической оси, соединяющей входные и выходные каналы I-I), попадает в выходной оптический канал I в виде s-поляризованного светового пучка.

Прохождение через элементы субблоков p- и s-поляризованных световых пучков, падающих на первую грань первого установленного в оптическом канале I-I поляризационно-чувствительного кубика III-I-1 в силу симметрии схемы аналогично.

Длины оптических путей S_p и S_s, соответственно для p- и s-поляризованных сигналов, при соединениях портов 1-1 (или 2-2) и 1-2 (или 2-1) равны S_p= 4nL+l_H+4l_Q и S_s=4nL+2l_H+2l_Q, где L длина ребра поляризационно-чувствительных кубиков, n показатель преломления кубиков, l_Q и l_H длина оптических путей, соответственно для четверть- и полуволновой пластинок. Поскольку l_H=2l_Q, то длина оптического пути S_p=S_s.

Субблок маршрутизации может находиться в четырех состояниях, определяемых управляющими сигналами на переключателях плоскости поляризации света. Управляющим сигналам U₁₁, U₁₂ 0,O; 0,U₀; U₀,0; U₀,U₀ соответствуют четыре перестановки (т. е. картины соединений его выходов с выходами): 1p, 2p; 1p, 1s; 2s, 2p; 2s, 1s при входных сигналах 1p, 2p и четыре перестановки 2s, 1s; 2s, 2p; 1p, 1s; 1p, 1p при входных сигналах 1s, 1s, где, например, 2p обозначает передачу p-поляризованного сигнала через вход 2. Перестановки, выполняемые для наборов p и s входных поляризаций, зависимы. Например, если для p-поляризованных входных сигналов реализуется состояние "сквозное соединение", то для s-поляризационных входных сигналов будет реализоваться состояние "нижняя сборка" и наоборот; если для p-поляризованных входных сигналов реализуется состояние "нижняя сборка", то для s-поляризованных входных сигналов будет реализоваться состояние "верхняя сборка" и наоборот.

Субблок маршрутизации с установленными на его входах переключателями поляризации I-1 и I-2 работает следующим образом. Предположим, что на входы 1, 2 поступают p-поляризованные сигналы. Блоком управления IV вырабатывается одна из четырех возможных комбинаций управляющих сигналов U₁₁, U₁₂, соответствующая требуемой картина соединений входов с выходами. После завершения переходных процессов в переключателях плоскости поляризации поступающие во входные каналы 1, 2 световые сигналы передаются в его выходные каналы 1, 2 в соответствии с установившимися соединениями. Одновременно через субблок маршрутизации могут быть переданы оптические сигналы, поляризованные в ортогональной плоскости (т.е. с s поляризацией), для которых реализуются зависимые состояния.

Блок пространственных оптических связей (см. фиг.5), осуществляющий оптическое соединение каскадов маршрутизации А₁ и А₂, А₃ и А₄, А₅ и А₆, А₇ и А₈ с перестановкой двух внутренних строк или столбцов, состоит из первой, второй и третьей матриц объективов размера 4x4, размещенных относительно друг друга на расстоянии F. Первая и вторая матрицы объективов идентичны. В первой и четвертой строках первой и третьей матриц установлены сферические объективы Б-1 (по четыре объектива в каждой строке) с фокусными расстояниями F; в тех же строках второй матрицы сферические объективы Б-2 с фокусными расстояниями F/2. Во второй и третьей строках первой и третьей матриц установлены цилиндрический объектив Б-3 с образующей, ориентированной вдоль строк матрицы, с фокусным расстоянием F и четыре цилиндрических объектива Б-4 с образующими, ориентированными вдоль столбцов матрицы, с фокусными расстояниями F. Такие же скрещенные объективы Б-5 и Б-6, но с фокусными расстояниями F/2 установлены во второй и третьей строках второй матрицы. Блоки пространственных оптических связей Б₂ и Б₃ выполняющие перестановку двух внутренних столбцов развернуты на 90^o вокруг оптической оси, проходящей через центры матриц.

Схема соединительной сети Бенеса, эквивалентная реализуемой предлагаемым коммутатором, показана на фиг.6. Как известно, такая соединительная сеть в синхронном режиме работы позволяет осуществить все N! перестановок ее входов. Входы и выходы, пронумерованные цифрами 1, 2, 16 относится к p-поляризованным сигналам, а цифрами 17, 18, 32 к s-поляризованным сигналам.

При втором варианте построения блока пространственных оптических связей Б (фиг. 7) во второй и третьей строках матриц объективов вместо цилиндрических объективов установлены два сферических объектива Б-7 с фокусными расстояниями F в первой и третьей матрицах и с фокусным расстоянием F/2 во второй матрице (объективы Б-8); в первой и четвертой строках матриц такие же объективы, как и в схеме на фиг.5 а, б. Оптическая система выполняет перестановку двух внутренних строк (или двух внутренних столбцов) с одновременной перестановкой элементов в этих строках, как показано на фиг.7в. Схема связей четырех первых матриц переключающих элементов (см. фиг.7 г), как и соединительная сеть Баняна, имеет единственный маршрут соединений любой пары входов и выходов для p и s компонент, и поэтому построенный на основе такой сети коммутатора с девятью матрицами переключателей позволяет осуществить, как и соединительная сеть Бенеса, все перестановки входов, но при ином алгоритме маршрутизации. Жирной линией выделены маршруты соединений тех же входов и выходов, что и на фиг. 3б.

Предлагаемый оптоэлектронный коммутатор двумерных изображений работает следующим образом. Предположим, что во входных каналах 1, 3, 31 формируются p-поляризованные изображения И₁, И₃, И₃₁, а в выходных каналах 2, 4, 32 формируются s-поляризованные изображения И₂, И₄,И₃₂. Блоком управления IV для каждой матрицы модуляторов I-i (i=1, 2,9) вырабатываются комбинации управляющих сигналов U_i= U_i1, U_i2, U_i32} 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, 32 в соответствии с установившимися маршрутами соединений.

Возможные параметры предлагаемого оптоэлектронного коммутатора двумерных изображений могут быть оценены следующим образом. Число элементов в передаваемом изображении mxm (например, число бит, передаваемых по каналу параллельно в виде групповой информации) определяется размерами поляризационно-чувствительных кубиков и угловой апертурой NA, примененной оптической системы. Из геометрии субблока маршрутизации (см. фиг.4) следует, что числовая апертура оптической системы NA не может превышать величины NA0,125n, где n1,5 показатель преломления поляризационно-чувствительных кубиков.

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 r0,65D/2 (где D диаметр примененных в оптической системе объективов) дифракционно световые потери не превысят нескольких 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 их максимальное число может быть оценено соотношением

(mxm)_max=(0,25nL/3l)² (1),

где L= D/2^0,5 ребро поляризационно-чувствительных кубиков, l - длина волны оптического излучения.

При использовании поляризационно-чувствительных кубиков с L=1 см и источников излучения с l=0,9 мкм на основании (1) найдем mxm=10³x10³ при диаметре элементов изображения 10 мкм. Учитывая неизбежные аберрации оптической системы и требование простоты ее юстировки, а также возможности создания матриц GaAs вертикально излучающих лазеров и матриц фотоприемников, можно считать, что в практических разработках реально формировать, передавать по оптическим каналам и регистрировать изображения с числом дискретных элементов mxm 10₅ при шаге между ними 30 мкм.

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=m²V), достижимой при заданной вероятности потери информации. Предельно значение W ограничено причинами энергетического характера: доступным уровнем непрерывно генерируемой световой мощности P, допустимым уровнем тепловыделения Q и пороговой чувствительностью фотоприемников E_п. B отсутствии световых потерь W=QL²/E_п. При Q=10 Вт/см², L²=1 см² и E_п=1 ФДж (порог надежного срабатывания фотоприемника при использовании в качестве источников излучения одномодовых лазеров с характерной для них пуассоновской статистикой фотонов) темп передачи информации может достигать величины W=10 Рбит/с. В реальных матрицах с большим числом элементов пороговая чувствительность фотоприемников не превышает E_n10 ФДж и коэффициент полезного действия GaAS лазеров 10% Поэтому в случае использования матрицы лазеров с общей излучаемой мощностью P hQ1 Вт при тепловыделении в ней Q=10 Вт возможен темп передачи информации W 0,1 Рбит/с, что более чем в 1000 раз превышает темп передачи в известных системах коммутации потоков информации. При этом суммарная пиковая производительность предлагаемого коммутатора R= NW3 Рбит/с, т.е. примерно в 300 раз может превышать величину R прототипа. 2