Application of Optical Switches in ship’s data transfer systems

Аннотация – Рассмотрены вопросы использования коммутаторов оптических сигналов в судовых автоматизированных системах для повышения помехоустойчивости передаваемой информации.

Возрастание размеров судов приводит к удлинению линий связи, что вызывает увеличение в них электромагнитных помех и наводок. Традиционные методы защиты от помех становятся неэффективными. Поэтому на судах применяют ВОЛС, где информация распространяется в виде модулированных импульсов света, что теоретически позволяет исключить влияние помех на передаваемую информацию и повысить помехоустойчивость судовых систем на магистральных участках судовых линий связи. Однако прочие участки судовых коммуникаций остаются проводными, и по-прежнему подвергаются действию помех. Использование ВОЛС на всех участках судовых линий связи пока невозможно из-за высокой стоимости оптоэлектронного коммутационного оборудования, где используется принцип двойного преобразования.

Решение заключается в применении полностью оптических коммутаторов на основе дефлекторов светового потока. Пучок света, выходя из ВОЛС, отклоняется дефлектором в нужном направлении, и попадает в другой волоконно-оптический канал. Скорость коммутации в полностью оптической системе составляет 0,5 миллисекунд, что на порядок меньше, чем в оптоэлектронных устройствах.

Проанализированы различные виды дефлекторов, применяемых для коммутации оптических сигналов. Предложены конструкции одиночных и матричных оптических коммутаторов на основе управляемых пьезоэлектрических актуаторов, изготовленных по МЭМС-технологии.

Анотація – Розглянуті питання використання комутаторів оптичних сигналів в суднових автоматизованих системах для підвищення завадостійкості інформації яка передається.

Зростання розмірів судів призводить до подовження ліній зв'язку, що викликає збільшення в них електромагнітних перешкод і наведень. Традиційні методи захисту від перешкод стають неефективними. Тому на судах застосовують ВОЛЗ, де інформація поширюється у вигляді модульованих імпульсів світла, що теоретично дозволяє виключити вплив перешкод на передану інформацію і підвищити стійкість перед перешкодами суднових систем на магістральних ділянках суднових ліній зв'язку. Однак інші ділянки суднових комунікацій залишаються провідними, і як і раніше піддаються дії перешкод. Використання ВОЛЗ на всіх ділянках суднових ліній зв'язку поки неможливо через високу вартість оптоелектронного комутаційного обладнання, де використовується принцип подвійного перетворення.

Рішення полягає в застосуванні повністю оптичних комутаторів на основі дефлекторів світлового потоку. Пучок світла, виходячи з ВОЛЗ, відхиляється дефлектором в потрібному напрямку, і потрапляє в інший волоконно-оптичний канал. Швидкість комутації в повністю оптичній системі становить 0,5 мілісекунд, що на порядок менше, ніж в оптоелектронних пристроях.

Проаналізовані різні види дефлекторів, що застосовуються для комутації оптичних сигналів. Запропоновано конструкції одиночних і матричних оптичних комутаторів на основі керованих п'єзоелектричних актуаторів, виготовлених за МЕМС-технологією.

Annotation – The article is devoted to the usage of optical switches in ship's automated systems to increase the noise immunity of transmitted information.

Ship’s sizes enlargement leads to the lengthening of communication lines. This causes the increasement of noises and electromagnetic interference to the signals in cable lines. Traditional methods of interference protection are becoming ineffective. Therefore, fiber-optic communication lines (FOCL) are used onboard the ships, where information is distributed in the form of modulated light pulses. Theoretically it makes possible to eliminate the interference at all. Also it increases the noise immunity of transmitted information in the main communication lines of ship’s systems. However, other sections of ship communications remain wired and are still subjected to interference. The usage of FOCL in all sections of ship communication lines is still impossible due to the high cost of optoelectronic switching equipment, where the principle of double conversion is used.

The best solution is an application of All-Optical Switches based on luminous flux deflectors. A beam of light, which is leaving the FOCL, deviates by a deflector in the desired direction, and it enters into another fiber-optic channel. The switching speed in an all-optical system is 0.5 milliseconds, which is less than in known optoelectronic devices.

The article discusses various types of deflectors used for optical signals switching. Designs of single and matrix optical switches based on controlled piezoelectric actuators manufactured by MEMS technology are proposed.