Оптические коммутаторы выполняют в полностью оптических сетях ту же функцию, что и обычные электронные коммутаторы в традиционных сетях, а именно обеспечивают коммутацию каналов или коммутацию пакетов. Наряду с простейшим коммутатором 2х2 в настоящее время начали поставляться коммутаторы с числом портов 4х4, 8х8 и 16х16.

Основными параметрами коммутатора являются: перекрёстные помехи, вносимые помехи, скорость переключения, управляющее напряжение.

В настоящее время используются разнообразные типы оптических коммутаторов - направленные ответвители, мостовой балансовый интерферометр и коммутатор на скрещивающихся волноводах.

Работа оптического коммутатора основана на линейном электрооптическом эффекте Поккельса, который заключается в изменении показателя преломления материала пропорционально приложенному электрическому напряжению. Эффект Поккельса может наблюдаться только в кристаллах, не обладающих центром симметрии.

Устройства мультиплексирования/демультиплексирования WDМ, волновые фильтры и оптические коммутаторы имеют одну общую черту - в основе их работы лежат в той или иной степени интерференционные эффекты.

Рассмотрим основные принципы работы коммутатора на простейшем его элементе - четырёхполюснике - разветвителе-коммутаторе.

Разветвитвль-коммутатор 2х2 (элемент 2х2). Общая схема сплавного разветвителя Х - типа показана на рис. 8.

Рис. 8. Общая схема направленного разветвителя

Излучение, введённое в один световод, проникает в другой за счёт реактивных полей двух волноводов. Погонный коэффициент связи К зависит от параметров волновода, длины волны и ширины зазора g между волноводами. Разветвитель характеризуется разностью постоянных распространения двух волноводов , где N - эффективные показатели преломления и длиной L.

Прикладывая электрическое напряжение к электродам, расположенным по бокам или сверху и снизу волноводов, образующих ячейку Поккельса, можно регулировать фазовую расстройку за счёт линейного электрооптического эффекта.

В случае полностью симметричной конструкции на основе 2-х одинаковых волноводов в отсутствии напряжения () полная передача мощности происходит при , где n - целое число и минимальная длина при этом будет определяться выражением . Заметим, что при полная передача мощности невозможна ни при каких значениях KL.

В отсутствии напряжения эффективность связи между волноводами коммутатора составляет 100 % (оптические сигналы полностью кроссируются - входят в один волновод, а выходят из другого), а при подаче необходимого напряжения эффективность связи уменьшается до нуля. Это коммутация без блокировки света.

Ещё одна реализация разветвителя - коммутатора 2х2, состоящая из двух последовательных Х - разветвителей, представлена на рис. 9. Оптические сигналы после прохождения по разным плечам интерферируют во втором разветвителе. Путём изменения напряжения на электродах, охватывающих одно из плеч, можно регулировать разность фаз между проходящими во втором разветвителе оптическими сигналами и тем самым влиять на характер интерференции.

Наряду с электрооптическим эффектом, для осуществления коммутации широко используется акустооптический эффект.

Рис. 9. Двухлучевой оптический разветвитель-коммутатор

Оптические коммутаторы nхn строятся на основе простых оптических разветвителей - коммутаторов 2х2 (рис. 10).

Рис. 10. Схема оптического коммутатора 4х4

Поскольку составные элементы 2х2 принимают на входные полюсы сигналы одной и той же длины волны, то весь коммутатор nxn изготавливается для работы с поступающими оптическими сигналами одной и той же заданной длины волны. Другими важными характеристиками коммутатора, кроме рабочей длины, являются максимальные вносимые потери и поперечные помехи на выходных полюсах.

Коммутатор 4х4 (рис. 10) с 6 элементами представляет перестраиваемый неблокирующий коммутатор. Он позволяет всегда без блокировки установить 4 соединения для заранее заданных пар входных-выходных полюсов.

Укажем некоторые виды коммутаторов.

Коммутатор называется строго неблокирующим, если для любой свободной пары входных-выходных полюсов и при любых предварительно установленных соединениях других пар полюсов всегда можно построить соединение, не перестраивая (не разрывая) уже существующие соединения.

Коммутатор пхп называется блокирующим, если существует комбинация входов и выходов, для которой невозможно найти n взаимно неблокированных путей, связывающих входные и выходные полюсы.