Оптоэлектронный коммутатор двумерных изображений

Оптоэлектронный коммутатор двумерных изображений

Реферат

 

Использование: в области оптической обработки информации, в высокопроизводительных коммутирующих устройствах многоабонентных телекоммунационных систем связи для передачи и приема больших массивов информации, представленной в виде двумерных оптических изображений. Сущность: коммутатор содержит оптически связанные входной блок сведения и выходной блок разведения p- и s-поляризованных сигналов входных изображений, девять матриц из шестнадцати (4x4) индивидуально управляемых переключателей плоскости поляризации света, восемь идентичных каскадов маршрутизации, состоящих из оптически связанных матриц из шестнадцати (4x4) объективов и оптической системы выравнивания длин оптических путей световых сигналов, четыре выполненных на основе цилиндрической или сферической оптики идентичных блоков пространственных оптических связей, осуществляющих взаимную перестановку внутренних строк или столбцов выходных оптических каналов каскадов маршрутизации, и позволяет увеличить более чем в 1000 раз пропускную способность соединяемых каналов и более чем в 300 раз общую пиковую производительность коммутаторов. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

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

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7