ما هو المفتاح البصري الميكانيكي Opto-mechanical Switch

عند تحريك الأشعة المجمعة وأليافها داخل الجهاز وهذا يعمل على فقدان بصري منخفض ويستضيف المسافة بين حركة الناتج والمدخلات، وكابلات الألياف الضوئية التي تدور حولها أشعة الميزاء داخل الجهاز ممّا يسمح بفقدان بصري منخفض أيضاً، وتتيح المسافة بين ألياف المخرجات والمدخلات دون آثار ضارة وهذه الأجهزة لها حجم أكبر مقارنة بالبدائل الأخرى، وعلى الرغم من أنّ الأجهزة الميكانيكية الدقيقة الحديثة تتغلب على ذلك.

ما هو المفتاح البصري الميكانيكي Opto-mechanical Switch؟

المفتاح البصري الميكانيكي “Opto-mechanical Switch”: هو التبديل الضوئي الميكانيكي البصري أو تبديل الألياف أحادية الوضع أو متعدد الوسائط ومن مكونات سلبية تنقل بشكل انتقائي الإشارات الضوئية أو تعيد توجيهها أو تمنعها من منفذ إدخال معين إلى منفذ إخراج معين في خط نقل الألياف الضوئية.

تُعد هذه المفاتيح الضوئية الميكانيكية البصرية أجهزة مهمة لأنظمة الاتصالات الضوئية، حيث يتم استخدامها للحماية والاستعادة وتوجيه الطول الموجي وإدارة الألياف، ولوحة التصحيح الأوتوماتيكية وفي الوصلات المتقاطعة الضوئية، كما تتميز مفاتيح الألياف البصرية الميكانيكية “1 × 2” من “Lfiber” بفقدان إدخال أقل من “0.6 ديسيبل” وأقل من “8 مللي ثانية” من وقت التبديل.

كما إنّها تتيح إعادة توجيه سلسة لتوجيه الألياف الضوئية استجابة للتغيرات في حركة البيانات أو مشاكل الشبكة، ويمكن أن تعمل على مدى واسع من الطول الموجي، كما يمكن أن يكون مفتاح الألياف الضوئية جهازاً ميكانيكياً أو ميكانيكياً ضوئياً أو إلكترونياً يفتح أو يغلق دائرة ضوئية.

ويمكن استعمال المفتاح لإنهاء أو قطع مسار بصري وستعمل مفاتيح الألياف الضوئية السلبية بنقل إشارة ضوئية بدون كهروضوئية، ومع ذلك يمكن للمفتاح البصري السلبي استعمال جهاز كهروميكانيكي “electromechanical” لوضع المفتاح فيزيائياً، ويمكن للمحول البصري الحصول على واحد أو أكثر من منافذ الإدخال ومنفذي إخراج أو أكثر.

أساسيات المفتاح البصري الميكانيكي Opto-mechanical Switch:

يشتمل أحد مفاتيح المصفوفة الميكانيكية البصرية على ركيزة ومجموعة من خلايا التبديل الميكانيكية البصرية المقترنة بها، كما تشتمل كل خلية من خلايا التبديل الميكانيكية على مرآة ومشغل، ويشتمل مفتاح المصفوفة أيضاُ على مجموعة من عناصر الدعم، وكل عنصر من عناصر الموازاة في محاذاة بصرية مع إحدى خلايا التبديل الميكانيكية البصرية.

تم الكشف أيضاً عن مفتاح مصفوفة موزع يشتمل على مبدلات مصفوفة ميكانيكية بصرية أولى وثانية حيث يشتمل مبدلا المصفوفة الميكانيكية البصرية الأول والثاني على التوالي على الجمعيتين الأولى والثانية لخلايا التبديل الميكانيكية البصرية المركبة على الركائز الأولى والثانية، كما يتم تداخل مصفوفة الموازاة بين مبدلات المصفوفة الأولى والثانية في محاذاة بصرية مع الجمعيتين الأولى والثانية لخلايا التبديل الميكانيكية البصرية.

يُعد التبديل البصري الميكانيكي البصري نوعاً قديماً من المفاتيح ولكنّه الأكثر استخداماً على نطاق واسع ويمكن أن ينتج تحديدات مختلفة للمسار البصري، ومن مجموعة من أقسام المسار البصري التي يتم توجيهها في اتجاهات مكانية مختلفة، ومن ثم يمكن استخدام المفاتيح الضوئية الميكانيكية البصرية في مراقبة الطاقة الضوئية متعددة القنوات أو شبكات المنطقة المحلية البصرية، أو تبديل مصادر الليزر المتعددة أو المستقبلات الضوئية في شبكات إيثرنت.

كما أنّها مفيدة جداً في اختبار وقياس الألياف والمكونات أو الأنظمة بالإضافة إلى التطبيقات في أنظمة استشعار الألياف متعددة النقاط، ووفقاً لعدد إشارات إعادة التوجيه تحتوي المفاتيح الضوئية الميكانيكية البصرية على تكوينات مختلفة مثل “1 × 1″ و”1 × 2″ و”1 × 4″ و”1 × 16”.

أو بعبارات بسيطة “1 × 8” بصري بصري ميكانيكي تقوم وحدة التبديل بتوصيل القنوات الضوئية عن طريق إعادة توجيه إشارة ضوئية واردة واحدة إلى إشارة محددة من “8 ألياف” إنتاج، ويمكن أن يحقق هذا النوع من المفاتيح الضوئية موثوقية ممتازة وفقدان إدخال وتقاطع نقاش.

مبدأ عمل المفتاح البصري الميكانيكي Opto-mechanical Switch:

كما هو الحال مع أي نوع معين من المفاتيح “Switch”، فإنّ المفتاح البصري يتضمن على الكثير من الاستعمالات، حيث يعتمد على مدى صعوبة الإعداد وفي مضمونه فإنّ هدف المفتاح هو التحكم في إجراء أو كسر أو تعديل التوصيلات داخل الدائرة الضوئية، ويمكن أن يكون هذا التعريف امتد ليشمل مفهوم المحول باعتباره عنصر التحكم الذي يربط أو ينقل التوصيلات من دائرة ضوئية إلى أخرى.

من المهم ملاحظة معلمات التبديل الأساسية لمحول ضوئي، حيث أنّ بعض معلمات السلوك التي يجب الإنتباه لها هي عدد منافذ الإدخال والإنتاج أي الحجم المطلوب للمحول، ونوع الألياف الضوئية “Optical fiber” ونوع الموصل وطول الموجة المركزي “Central wavelength” وعرض النطاق الترددي والخسائر والتداخل وسرعة التبديل، وكذلك المتانة أي عدد دورات التبديل وتسليم الطاقة والتكرار أي مقدار التغيير في طاقة الناتج في كل مرة يتغير فيها المفتاح المرحلة.

يعمل المحول البصري الميكانيكي بإعادة توجيه “redirection” الإشارة الضوئية من خلال نقل عناصر كابل الألياف الضوئية السلبية بواسطة الأجهزة الميكانيكية، وعادةً ما يتم تشغيل هذه الأنواع من المفاتيح بواسطة محرك متدرج، حيث يقوم السائر بتحريك مرآة توجه الضوء من الإدخال إلى الإخراج المطلوب.

على الرغم من أنّ المفاتيح الميكانيكية الضوئية بطيئة بطبيعتها وذلك بسبب الحركة الفيزيائية الحقيقية للعناصر البصرية، إلّا أنّ موثوقيتها وخسائر الإدراج المعتدلة، والحد الأدنى من الحديث المتبادل يجعلها نوعاً منتشراً على نطاق واسع من المفاتيح.

يعمل المفتاح البصري الميكانيكي “Opto-mechanical Switch” على مبدأ أنّ شعاع الضوء الداخل والخارج يتم تجميعها ومطابقتها “matching” داخل جهاز التبديل، كما يتم نقل الحزم داخل الجهاز للتأكد من الاتصال المحول من الإدخال إلى المخرج ويمكن أن تكون أكبر فيزيائياً من المفاتيح البديلة، لكنّ العديد من مفاتيح الألياف البصرية الميكروية متوفرة.

يعتمد التبديل البصري الميكانيكي على التكنولوجيا المتقدمة الإلكترونية الضوئية المتكاملة، فهو يربط القنوات الضوئية عن طريق إعادة توجيه الإشارة الضوئية الواردة إلى ألياف الإخراج المحددة، كما يتم تحقيق ذلك باستعمال تكوين خاص بصري ميكانيكي ويتم تفعيله عبر إشارة تحكم كهربائية، ومع تقدم الاتصال البصري يُعد جهاز التبديل البصري هو المفتاح لجيل جديد من الشبكة الضوئية بالكامل في المستقبل القريب.

فمثلاً هناك أنواع من المفاتيح البصرية الميكانيكية التي لا تتأثر بالاستقطاب والطول الموجي، فهي توفر موثوقية عالية للغاية وسرعة تحويل سريعة وفقدان إدخال منخفض وأداء ثنائي الاتجاه، كما تدعم المحولات الضوئية وتحسن التكلفة الإجمالية للنظام لتلبية الطلب العالمي لشبكة النطاق الترددي الكبيرة.

سمات التبديل البصري الميكانيكي Opto-mechanical Switch:

• سرعة تحويل سريعة.

• تكلفة منخفضة لا مثيل لها.

• انخفاض فقدان “lnsertion & PDL”.

• تُستخدم للإغلاق أو عدم الإغلاق.

• عالية القناة.

• عالية الاستقرار والموثوقية.

تطبيقات التبديل البصري الميكانيكي Opto-mechanical Switch:

• حماية أو تكرار شبكة الألياف.

• إعادة التهيئة البصرية إضافة أو إسقاط الضرب.

• تُستخدم في “Optical Cross Connect”.

• محددات القناة.

• المراقبة الطيفية البصرية.

• معدات الاختبار البصري.

• مراقبة المحطة الذاتية.

• مسار بصري خالٍ من الإيبوكسي.