¿Qué es un interruptor óptico?

Un interruptor óptico es un dispositivo que transfiere señales de luz entre diferentes canales en redes de comunicaciones. Las redes de fibra óptica se desarrollaron en el siglo XX para transportar mayores cantidades de datos de lo que era posible con los sistemas de cable de cobre anteriores. El uso creciente de Internet y la expansión de las ofertas de telefonía celular y televisión requirieron mayores cantidades de datos para ser administrados por las redes de comunicaciones.

Cuando una red de fibra óptica transmite una señal luminosa de un teléfono o computadora a otro, puede ser necesario mover la señal entre diferentes rutas de fibra. Para lograr esto, se requiere un interruptor que pueda transferir la señal con una pérdida mínima de calidad de voz o datos. Cuando se desarrolló por primera vez la fibra óptica, esto se logró con un interruptor electroóptico que cambió la señal de luz a una señal eléctrica, realizó la función del interruptor y volvió a convertir la señal en una forma de luz. Este sistema era aceptable para los primeros sistemas de fibra óptica, pero los problemas se desarrollaron a medida que aumentaron las velocidades de transmisión.

Los interruptores eléctricos tienen algunas limitaciones en la velocidad de conmutación en comparación con la velocidad de la luz utilizada en las transmisiones de fibra. A medida que aumentaron los requisitos de datos, la parte eléctrica del interruptor electroóptico creó límites para la cantidad de datos que se podían transmitir. Se necesitaban tecnologías de interruptor óptico más avanzadas, particularmente para eliminar la conversión eléctrica al cambiar las señales de luz.

Se produjo una gran mejora con el desarrollo de sistemas microelectromecánicos (MEMS), que utilizan pequeños espejos para transferir señales de luz. Los MEMS eran una ventaja sobre los interruptores electroópticos porque no era necesaria la conversión hacia y desde señales eléctricas. Las transmisiones de luz se transfirieron directamente entre diferentes fibras en un dispositivo MEMS, permitiendo velocidades de transmisión equivalentes a los límites de fibra óptica hasta cierto punto.

Los dispositivos MEMS transfieren señales al reflejar las señales de luz de un cable de fibra entrante a una fibra diferente con pequeños espejos móviles. Un controlador de computadora determina a dónde va la comunicación de llamada o datos y qué fibra saliente se necesita para completar la conexión. Cada fibra óptica entrante tiene un espejo al lado del extremo de la fibra que es controlado por un pequeño motor eléctrico. Cuando la señal de luz sale de la fibra, se refleja en el espejo y en el extremo de la fibra saliente que la computadora determina que es necesaria. Estos conmutadores funcionan muy rápidamente, lo que permite enviar una gran cantidad de datos a través de redes de fibra.

Los problemas con los diseños de MEMS ocurrieron cuando las compañías de fibra óptica continuaron expandiendo sus sistemas de transmisión. A medida que los cables de fibra óptica se hicieron más grandes para acomodar más datos, MEMS comenzó a causar pérdidas de señal porque los espejos estaban transfiriendo señales de luz a muchas más conexiones. La calidad de la señal comenzó a degradarse a medida que las distancias entre las fibras se hicieron más largas. Una mejora fue crear dispositivos MEMS tridimensionales (3D), donde una serie de interruptores se apilaban entre sí, permitiendo que cada interruptor manejara menos señales usando distancias de conmutación cortas.

Otro tipo de interruptor óptico que no tiene partes móviles es un interruptor digital, que utiliza cristales de silicio para controlar la luz. En estos interruptores, se coloca un cristal de silicio sólido entre pares de fibras ópticas. El índice de refracción, o la cantidad de luz que se dobla a medida que pasa a través del cristal, cambiará si se aplica calor. Los pequeños calentadores se colocan en posiciones a lo largo del cristal y se activan cuando entran las señales de luz. A medida que cambia el índice de refracción, la señal de luz se puede dirigir a diferentes fibras de salida, sin la necesidad de espejos u otras partes móviles. La calidad de la señal también se puede mejorar con respecto a los dispositivos MEMS, porque los espejos causan pequeñas pérdidas que no se ven con los interruptores digitales.