סוגים של מתגים אופטיים מכניים
1. מתגים אופטיים מבוססי קרום
מִבְנֶה:סוג זה של מתג משתמש בקרום דק וגמיש (בדרך כלל עשוי מחומרים כמו סיליקון או פולימר) שנע תחת כוח מיושם. הממברנה יכולה להתעוות כאשר מפעיל מפעיל לחץ, מה שמביא לתנועה של סיב או קרן אופטי.
עיקרון עבודה:
כאשר מיושמים מתח או כוח על המפעיל (בדרך כלל פיזואלקטרי), הממברנה מתכופפת, או יוצרת או שוברת חיבור אופטי.
כיפוף זה מפנה את קרן האור משביל לשנייה.
יתרונות:
גודל קומפקטי:מתאים ליישומים שבהם המרחב מוגבל.
צריכת חשמל נמוכה:דורש כוח מינימלי להפעלה.
מגבלות:
מהירות מיתוג נמוכה:בדרך כלל איטי יותר מאשר סוגים אחרים של מתגים מכניים.
יכולת מיתוג מוגבלת:לעתים קרובות לא משתמשים בממברנות במערכות בעלות קיבולת גבוהה בהן יש צורך במיתוג מהיר.
2. מתגים אופטיים מבוססי סיבוב
מִבְנֶה:מתגים אלה משתמשים במראה, עדשה או פריזמה מסתובבת כדי לשנות את כיוון האות האופטי.
עיקרון עבודה:
הנתיב האופטי משתנה על ידי סיבוב המראה או העדשה. אות האור מופנה לסיבי פלט שונים או נתיבים אופטיים המבוססים על המראה או על מיקום העדשה.
בדרך כלל, הסיבוב נשלט על ידי מנוע צעד או מנגנון סרוו.
יתרונות:
דִיוּק:מספק דיוק גבוה להפניית האות מחדש.
מְהִירוּת:המסוגל למתג מהיר יותר מאשר מתגים מבוססי קרום.
מגבלות:
גוֹדֶל:מתגים אלה נוטים להיות גדולים יותר וגורמים יותר בגלל החלקים הנעים.
מוּרכָּבוּת:המנגנון מורכב יותר, הדורש כיול ותחזוקה מדוקדקים.
3. מתגים אופטיים ניתנים לכוונון
מִבְנֶה:מתגים אופטיים ניתנים לכוונון משתמשים בעדשות מכוונות, סיבים אופטיים או מצמדי סיבים כדי להחליף את נתיבי האור.
עיקרון עבודה:
עדשה ניתנת לכוונון מתאימה את המיקוד או מיקום האור, ואילו מצמדי סיבים מתאימים את מקדם הצימוד כדי לקבוע איזה סיבים יעבירו את האות.
הנתיב האופטי מותאם באופן דינמי, ומאפשר את המתג להגדיר מחדש את עצמו לפי הצורך.
יתרונות:
תצורה מחדש דינמית:מתגים אלה מאפשרים התאמה בזמן אמת, שהיא אידיאלית ברשתות דינמיות.
דיוק גבוה:רכיבים מכוונים יכולים להשיג שליטה נאה בנתיב האות.
מגבלות:
עֲלוּת:מתגים הניתנים לכוונון הם לרוב יקרים יותר בגלל הטכנולוגיה המתקדמת שלהם.
מְהִירוּת:אף על פי שהוא מהיר יותר ממתגים מבוססי קרום, הם עדיין עשויים להיות בעלי חביון בהשוואה למתגים אלקטרוניים גרידא.
4. מתגים אופטיים מבוססי MEMS (מערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות)
מִבְנֶה:מתגי MEMS משתמשים ברכיבים מכניים מיקרו-סולם, כמו מראות, מנופים או צירים, המועברים על ידי כוחות אלקטרוסטטיים או מנועי מיקרו.
עיקרון עבודה:
מתגים מבוססי MEMS משתמשים במראות זעירות שיכולות להטות או למקם מחדש כדי לשנות את נתיב האור.
מראות אלה נשלטות בדרך כלל על ידי מפעילים אלקטרוסטטיים המגיבים לאותות חשמליים.
יתרונות:
קומפקטי וקל משקל:מתגי MEMS הם קטנים מאוד וקלים, מה שהופך אותם לאידיאליים למערכות קומפקטיות.
ביצועים גבוהים:מסוגל לזמני מיתוג מהיר, מה שהופך אותם לאידיאליים ליישומים במהירות גבוהה.
מגבלות:
בְּלַאי:בשל החלקים הנעים, מתגי MEMS יכולים להישחק לאורך זמן, במיוחד ביישומי מיתוג בתדר גבוה.
צריכת חשמל:למרות שהם בדרך כלל נמוכים, מתגי MEMS יכולים לצרוך יותר כוח כאשר משתמשים בהם ברשתות דינאמיות מאוד.
עיקרון עבודה מפורט
העיקרון העובד של מתגים אופטיים מכניים מבוסס על מניפולציה פיזית של רכיבים אופטיים לשינוי נתיב האור. להלן פירוט התהליך:
התפשטות קלה:
האור נכנס למתג מסיב אופטי או מוליך גל.
המתג עשוי לכלול מראות, עדשות או סיבים אופטיים המסודרים כדי לאפשר לאור לעבור או להפנות אותו מחדש.
הפעלה:
מפעיל (כמו מכשיר פיזואלקטרי, אלקטרומגנט או מנוע) משמש להזיז רכיבים פיזית בתוך המתג, כגון מראות, עדשות או סיבים.
המפעיל נשלט באמצעות אותות אלקטרוניים הקובעים את המיקום המדויק של הרכיבים האופטיים.
מעבר:
הרכיבים המופעלים מכוונים את האור לכיוון נתיב פלט ספציפי (סיבים או מוליך גל) או חוסמים אותו.
המנגנון מבטיח שהאות מועבר או מועבר כנדרש על ידי המערכת.
תצורה מחדש:
מתגים מכניים רבים ניתנים להגדרה מחדש, כלומר הם יכולים לעבור בין נתיבים מרובים על בסיס דרישה. זה שימושי במיוחד ברשתות אופטיות דינמיות, בהן צרכי הניתוב משתנים על בסיס עומס תנועה.
יישומים מפורטים
1. רשתות טלקומוניקציה
בַּקָשָׁה:מתגים אופטיים מכניים נמצאים בשימוש נרחב ברשתות אופטיות כדי לחבר או לנתק סיבים אופטיים על סמך הביקוש.
דוּגמָה:במערכת חטיבת אורך גל צפופה (DWDM), מתגים אלה מאפשרים לנתב אורכי גל שונים לנתיבים שונים על בסיס דרישות רוחב הפס.
2. מרכזי נתונים
בַּקָשָׁה:במרכזי נתונים גדולים, מתגים אופטיים עוזרים בניהול תשתית הסיבים האופטיים, ומבטיחים כי הנתונים מנותבים ביעילות על פני שרתים ומערכות אחסון.
דוּגמָה:מתגים אופטיים מכניים משמשים לספק חיבורי רוחב פס גבוה בין שרתים ומערכי אחסון במרכזי נתונים, הפחתת השהיה ושיפור התפוקה.
3. עיבוד אותות אופטי
בַּקָשָׁה:מתגים אופטיים מכניים משמשים במולטיפסי תוספות אופטיים (OADMs) ובחיבורים צולבים אופטיים (OXCs) לניהול נתיבי אות ברשתות אופטיות.
דוּגמָה:מתגים אלה משמשים במערכות הדורשות תוספת או הסרה של אורכי גל ספציפיים מאות אופטי.
4. חיישנים סיבים אופטיים
בַּקָשָׁה:מתגים מכניים ממלאים תפקיד בהכוונת אור במערכות חיישנים סיבים אופטיים, כמו למשל בטמפרטורה מבוזרת חיישני מתח.
דוּגמָה:משמש במערכות חיישנים לניטור בריאות מבני, כאשר המתג יכול לשנות את נתיב האור כדי לפקח על חלקים שונים של מבנה.
5. יישומים רפואיים
בַּקָשָׁה:במערכות הדמיה רפואית כמו טומוגרפיה של קוהרנטיות אופטית (OCT), מתגים אופטיים מכניים משמשים להפניית אור לרקמה המוצלחת ואז חזרה לגלאי.
דוּגמָה:מערכות OCT להדמיה לא פולשנית של רקמות יכולות להשתמש במתגים אופטיים מכניים כדי לשנות את מוקד האור ללא צורך בהתערבות ידנית.
6. צבאי וחלל
בַּקָשָׁה:מתגים אלה משמשים במערכות תקשורת מאובטחות בהן יש לנתב אותות אופטיים ללא יירוט אלקטרוני.
דוּגמָה:במערכות תקשורת לווייניות מאובטחות, מתגים אופטיים מכניים מסייעים לאותות מסלול בין רכיבים שונים, ומבטיחים תקשורת חזקה ומוצפנת.
יתרונות שלמתגים אופטיים מכניים
אמינות גבוהה:רכיבים מכניים, כאשר הם מעוצבים היטב, יכולים להציע תוחלת חיים תפעולית ארוכה, במיוחד ביישומים פחות תובעניים.
אובדן הכניסה נמוך:מתגים מכניים, כאשר הם מיושרים כראוי, מציגים בדרך כלל אובדן הכניסה נמוך מאוד, וזה אידיאלי למערכות אופטיות.
יעילות כוח:מכיוון שלא יש צורך בהגברה של אות חשמל כדי להחליף נתיבי תאורה, מתגים אופטיים מכניים יכולים לפעול עם צריכת חשמל נמוכה יותר בהשוואה לסוגים אחרים.
חסרונות
מהירויות מיתוג איטיות יותר:בהשוואה למתגים כל-אופטיים או אלקטרוניים, מתגים אופטיים מכניים הם איטיים יחסית בגלל הזמן הנדרש להעברת רכיבים פיזיים.
מדרגיות מוגבלת:המורכבות והגודל של מתגים מכניים יכולים להגביל את יכולת המדרגיות שלהם במערכות גדולות במיוחד.
בְּלַאי:החלקים הנעים של מתגים מכניים יכולים להתגורר לאורך זמן, מה שמוביל לצרכי תחזוקה וכישלון אפשרי בסביבות לשימוש גבוה.