Un interruttore ottico è un dispositivo che trasferisce segnali luminosi tra diversi canali nelle reti di comunicazione. Le reti in fibra ottica sono state sviluppate nel XX secolo per trasportare quantità di dati superiori a quelle possibili con i precedenti sistemi di fili di rame. L’aumento dell’uso di Internet e l’espansione dell’offerta di telefoni cellulari e televisive hanno richiesto la gestione di maggiori quantità di dati da parte delle reti di comunicazione.
Quando una rete in fibra ottica trasporta un segnale luminoso da un telefono o un computer a un altro, potrebbe essere necessario spostare il segnale tra diversi percorsi in fibra. Per fare ciò, è necessario uno switch in grado di trasferire il segnale con una perdita minima di qualità della voce o dei dati. Quando le fibre ottiche sono state sviluppate per la prima volta, ciò è stato realizzato con un interruttore elettro-ottico che ha cambiato il segnale luminoso in un segnale elettrico, ha svolto la funzione di interruttore e ha riconvertito il segnale in una forma luminosa. Questo sistema era accettabile per i primi sistemi in fibra ottica, ma si svilupparono problemi con l’aumento della velocità di trasmissione.
Gli interruttori elettrici hanno alcune limitazioni sulla velocità di commutazione rispetto alla velocità della luce utilizzata nelle trasmissioni in fibra. Con l’aumento dei requisiti di dati, la parte elettrica dell’interruttore elettro-ottico ha creato limiti alla quantità di dati che potevano essere trasmessi. Erano necessarie tecnologie di commutazione ottica più avanzate, in particolare per rimuovere la conversione elettrica durante la commutazione dei segnali luminosi.
Un grande miglioramento è arrivato con lo sviluppo di sistemi microelettromeccanici (MEMS), che utilizzano minuscoli specchi per trasferire i segnali luminosi. I MEMS erano un vantaggio rispetto agli interruttori elettro-ottici perché la conversione da e verso i segnali elettrici non era necessaria. Le trasmissioni luminose sono state trasferite direttamente tra diverse fibre in un dispositivo MEMS, consentendo velocità di trasmissione equivalenti ai limiti delle fibre ottiche fino a un certo punto.
I dispositivi MEMS trasferiscono i segnali riflettendo i segnali luminosi da un cavo in fibra in ingresso a una fibra diversa con minuscoli specchi mobili. Un controller del computer determina dove sta andando la chiamata o la comunicazione dati e quale fibra in uscita è necessaria per completare la connessione. Ogni fibra ottica in ingresso ha uno specchio vicino all’estremità della fibra che è controllato da un piccolo motore elettrico. Quando il segnale luminoso esce dalla fibra, si riflette sullo specchio e nell’estremità della fibra in uscita che il computer determina essere necessaria. Questi switch funzionano molto rapidamente, consentendo l’invio di una grande quantità di dati attraverso le reti in fibra.
I problemi con i progetti MEMS si sono verificati quando le aziende di fibre ottiche hanno continuato ad espandere i loro sistemi di trasmissione. Man mano che i cavi in fibra ottica diventavano più grandi per ospitare più dati, i MEMS iniziarono a causare perdite di segnale perché gli specchi trasferivano segnali luminosi a molte più connessioni. La qualità del segnale iniziò a peggiorare man mano che le distanze tra le fibre si allungavano. Un miglioramento è stato la creazione di dispositivi MEMS tridimensionali (3D), in cui una serie di interruttori sono stati impilati l’uno sull’altro, consentendo a ciascun interruttore di gestire meno segnali utilizzando brevi distanze di commutazione.
Un altro tipo di interruttore ottico che non ha parti mobili è un interruttore digitale, che utilizza cristalli di silicio per controllare la luce. In questi interruttori, un cristallo di silicio solido è posto tra coppie di fibre ottiche. L’indice di rifrazione, o la quantità di luce che viene piegata mentre passa attraverso il cristallo, cambierà se viene applicato il calore. Piccoli riscaldatori sono posti in posizioni lungo il cristallo e si attivano quando entrano segnali luminosi. Al variare dell’indice di rifrazione, il segnale luminoso può essere diretto a diverse fibre di uscita, senza la necessità di specchi o altre parti mobili. La qualità del segnale può anche essere migliorata rispetto ai dispositivi MEMS, perché gli specchi causano piccole perdite non osservate con gli interruttori digitali.