TECHNIKI TRANSMISJI I KOMUTACJI

1. TECHNIKI TRANSMISJI I KOMUTACJI TECHNIKI KOMUTACJI CZ. 6 Komutacja optyczna

2. KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA Komutacja optyczna oznacza technikę, w której sygnałami przesyłanymi w polu komutacyjnym są fale świetlne W procesie komutacji optycznej następuje komutacja (przełączenie) fali świetlnej z wejścia na określone wyjście pola komutacyjnego • Cechy komutacji optycznej: • czas zmiany stanu elementu optycznego - czas przełączania, • (teoretyczna granica czasu przełączania elementów optycznych różni się tylko nieznacznie od granicy czasu przełączania elementów elektronicznych) • szerokość pasma przesyłanego przez element komutacyjny • (powyżej 100 Gbit/s)

3. Początkiem techniki światłowodowej było opracowanie teorii dielektrycznego falowodu – światłowodu w 1910 r. przez Hondrosa i Debye. • Dalszy, dynamiczny rozwój techniki światłowodowej nastąpił po opracowaniu lasera półprzewodnikowego (1960). • Pierwszy światłowód kwarcowy miał tłumienie 20 dB/km. • Kolejny etap to opracowanie: • diody elektroluminescencyjnej (1972)na zakres λ = 850 μm • laserów półprzewodnikowych (1980) na pasmo 1,3 μm (1978) i 1,5 μm • światłowodowych wzmacniaczy optycznych (1989). 3 3

4. Pierwszy komutator optyczny zademonstrowano w 1975 r. Był to sprzęgacz kierunkowy wzorowany na podobnych sprzęgaczach kierunkowych stosowanych w technice mikrofalowej. Po wielu latach prac komutacja optyczna znalazła zastosowanie w praktyce. Znaczącym argumentem były rosnące wymagania i próby osiągnięcia przepływności rzędu terabitów na sekundę. Głównym celem było i jest osiągnięcie sieci całkowicie optycznej w najniższej warstwie transportowej 4

5. KOMUTACJA I MULTIPLEKSACJA SYGNAŁÓW OPTYCZNYCH Wzrost zapotrzebowania na przepływność w sieciach telekomunikacyjnych można rozwiązać: • 1. Budowa nowych kabli światłowodowych: • w przypadkach tworzenia nowej infrastruktury • duże koszty, konieczność uzyskania zezwoleń • 2. Zwiększenie przepływności istniejących systemów transmisyjnych z podziałem czasowym TDM • istniejące włókna i systemy teletransmisyjne nie zapewnią pełnego wykorzystania możliwości systemów o przepływności 10 Gbit/s (STM64) • 3. Modyfikacja multipleksacji z podziałem falowym WDM - zastosowanie multiplekscji z gęstym podziałem falowym DWDM (Dense Wavelenght Division Multipexing) • transmisja jednym włóknem wielu fal o różnych długościach; powstają kanały falowe, którymi można niezależnie przesyłać informacje 5

6. KOMUTACJA I MULTIPLEKSACJA SYGNAŁÓW OPTYCZNYCH • Technikę WDM (DWDM) uznaje się za najlepszą metodę zwiększania przepływności systemów transmisyjnych • zaleta: przezroczystość - niewrażliwość na format i przepływność transmitowanych sygnałów • wada: wąskie pasmo wzmacniaczy EDFA (liczba kanałów przenoszonych przez wzmacniacz jest mniejsza od liczby kanałów wynikających z szerokości okna transmisyjnego • Upowszechnianie techniki WDM (DWDM) prowadzi do: • unikania konwersji sygnałów optycznych na elektryczne i odwrotnie w sieci • potrzeby zarządzania przepływnością na poziomie optycznym 6

7. Klasyfikacja optycznych pól komutacyjnych 7

8. Podział komutacji optycznej w zależności od postaci komutowanego sygnału: • Komutatory optoelektroniczne – sygnałem wejściowym jest sygnał optyczny, natomiast wyjściowym sygnał elektryczny (lub optyczny). Do zamiany postaci sygnału wykorzystuje się: • fotodiody – gdy sygnał wejściowy jest optyczny, • diodylaserowe – dla optycznego sygnału wyjściowego. O/E Komutacja elektroniczna E/O 8

9. Optyczne elementy komutacyjne • Komutatory optyczne – nie wymagają zamiany postaci sygnału. • Sygnał optyczny z wejścia jest kierowany do żądanego wyjścia: • przez zastosowanie materiałów, które pod wpływem zewnętrznego sterowania zmieniają swoje właściwości i w odpowiednio załamują bądź odbijają sygnał optyczny • na zasadzie zmiany długości fali,

10. Komutatory optyczne możemy też podzielić ze względu na sposób przesyłania promieni świetlnych w komutatorze: • kierowana wiązka światła w materiale – światło prowadzone jest w prowadnicy (falowód – kanał do prowadzenia w przestrzeni fali elektromagnetycznej wzdłuż określonej drogi) • w wolnej przestrzeni – światło między wejściem a wyjściem jest prowadzone zgodnie prawami dotyczącymi rozchodzenia się światła w wolnej przestrzeni. 10

11. KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA Komutatory falowodowe - wykorzystują tzw. efekt elektrooptyczny polegający na zmianie współczynnika załamania światła pod wpływem pola elektrycznego Sprzęgacz kierunkowy (1975)- dwa blisko siebie położone falowody; mała odległość między falowodami umożliwia wzajemne przenikanie fali z jednego falowodu do drugiego; przyłożone pole elektryczne decyduje, w którym z dwóch stanów znajduje się element 11

12. KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA Stany sprzęgacza kierunkowego Równoległy (prosty) – sygnał podawany na wejścia jest przenoszony na wyjścia o tych samych numerach, tzn. wejście WE1 łączone jest z wyjściem WY1 i wejście WE2 wyjściem WY2 WE1 WY2 WE2 WY3 Stan równoległy Stan krzyżowy WE1 WY1 WE2 WY2 Krzyżowy – sygnał jest przenoszony w sposób krzyżowy (jak wynika z nazwy), tzn. z wejścia WE1 kierowany jest do wyjścia WY2, a sygnał z wejścia WE2 kierowany jest wyjścia WY1. Jest to stan początkowy gdy do elektrod nie zostanie przyłożone napięcie. 12

13. KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA Komutatory interferometryczne - zawierają dwa połączone ze sobą falowodowe rozgałęźniki typu Y + - + Wchodzące światło jest równomiernie rozszczepiane na dwie gałęzie przełącznika. Gdy do elektrod nie jest przyłożone napięcie to oba promienie docierają do punktu dołączenia światłowodu z ta sama fazą, łącza się i opuszczają światłowód. Gdy doprowadzone zostaje odpowiednie napięcie to między dwoma rozszczepionymi promieniami pojawia się różnica faz i następuje silne tłumienie światła i przełącznik przechodzi w stan nie komutowania. 13

14. KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA Komutatory interferometryczny Macha-Zehndera - zawierają dwa połączone ze sobą falowodowe rozgałęźniki typu Y + - + Pasywny sprzęgacz kierunkowy 14

15. KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA Wiązkę światła wprowadzamy do górnego światłowodu U = 0 + - + Wprowadzona wiązka światła Wyprowadzona wiązka światła Połowa energii przenika Połowa energii przenika 15

16. KOMUTACJA OPTOELEKTRONICZNA I OPTYCZNA Wiązkę światła wprowadzamy do górnego światłowodu i przyłożone jest napięcie Wyprowadzona wiązka światła U > 0 + - + Wprowadzona wiązka światła Połowa energii przenika Połowa energii przenika Przesunięcie fazy 16

17. Charakterystyka elementów i pól falowodowych Komutatory optyczne można łączyć ze sobą aby otrzymać pola komutacyjne większych pojemności • Charakterystyka pól falowodowych • straty • S = Pwe/Pwy • S [dB] = Pwe [dB] – Pwy [db] • Przyczyny: sprzęganiem zewnętrznych światłowodów z falowodami; stratami rozgałęźników; zagięcia falowodów, straty propagacyjne • przeniki (przeniki energii między sygnałami przechodzącymi przez ten sam sprzęgacz kierunkowy) • Współczynnik zanikania X = 10 log (Pwy/Pn) • Pn – moc sygnału zakłócającego spowodowanego przenikiem 17

18. Charakterystyka pól falowodowych • liczba dołączonych światłowodów; • liczba elementów komutacyjnych; • liczba sterowników; • wymagania napięciowe; • złożoność elementów sterujących; • szybkość przełączania; • szerokość przenoszonego pasma; • stabilność parametrów, • niezawodność, łatwość testowania i utrzymania, • modularność i łatwość zwiększania pojemności; • łatwość produkcji wielkoseryjnej; • koszt całkowity; • własności ruchowe; 18

19. Charakterystyka pól falowodowych • liczba dołączonych światłowodów; • liczba elementów komutacyjnych (podłoże z niobanu litu – 7,5 cm; 100 sprzęgaczy kierunkowych) • liczba sterowników;(tylko elementy aktywne wymagają sterowania) • wymagania napięciowe; • złożoność elementów sterujących; • własności ruchowe (blokowalne, nieblokowalne, przestrajalne) • szybkość przełączania; • szerokość przenoszonego pasma; • stabilność parametrów, • niezawodność, łatwość testowania i utrzymania, • modularność i łatwość zwiększania pojemności; • łatwość produkcji wielkoseryjnej; • koszt całkowity. 19

20. Optyczne pola komutacyjne z komutatorami falowodowymi Łącząc ze sobą komutatory falowodowe otrzymujemy falowodowe pola komutacyjne większych pojemności Pole komutacyjne zbudowane z komutatorów falowodowych składa się z pojedynczych modułów komutacyjnych 2 x 2. W przypadku pola komutacyjnego o wymiarach N × N musimy zastosowaćN2 komutatorów 2 x 2, którymi mogą być sprzęgacze kierunkowe.

21. W początkowej fazie wszystkie sprzęgacze wchodzące w skład pola znajdują się w stanie krzyżowym. W celu zestawienia połączenia miedzy wybranym wejściem i wyjściem, należy zmienić na równoległy stan sprzęgacza znajdującego się na przecięciu linii łączących wybrane wejście z wyjściem. W zależności od wybranej pary wejście – wyjście w drodze połączeniowej może znajdować się różna liczba sprzęgaczy (od 1 do 2N – 1), powoduje to, że wielkość strat dla różnych połączeń nie jest jednakowa 21

22. X X X X X X X X Które wejście komutuje z którym wyjściem? X X 22

23. Optyczne pola planarne Gdy liczba sekcji równa jest całkowitej liczbie wejść i wyjść to pole jest przestrajalne

24. Rozszerzone pole Benesa 8 x 8 Żaden element komutacyjny nie komutuje dwóch dróg 24

25. Pola drzewiaste 8 x 4 Wszystkie elementy aktywne w jednej sekcji wymagają wspólnego sterownika Są nieblokowalne w wąski sensie Możliwość realizacji połączeń rozsiewczych (z jednego wejścia do wszystkich wyjść) 25

26. Komutatory ze wzmacniaczami optycznymi Podstawowym elementem komutatorów ze wzmacniaczami optycznymi jest półprzewodnikowy wzmacniacz laserowy. Jako półprzewodnikowy wzmacniacz optyczny wykorzystuje się diody laserowe, w których wzmocnienie jest sterowane prądem. Dzięki temu możliwe jest bezpośrednie przełączanie światła. W przypadku braku prądu wpływające światło jest pochłaniane w warstwie aktywnej diody. Optyczny sygnał wejściowy jest dzielony w trzydecybelowym rozgałęźniku aktywnym na dwa sygnały podstawowe na wejścia dwóch półprzewodnikowych wzmacniaczy laserowych. W zależności od potrzeby jeden wzmacniacz wzmacnia otrzymany sygnał, drugi zaś działa jako tłumik wstrzymując dalsza transmisję sygnału. Pasmo przenoszenia półprzewodnikowych wzmacniaczy laserowych wynosi 1 – 10 GHz, a pobór mocy jest wyjątkowo duży i mieści się w zakresie 30 – 150 mW dla wzmacniacza laserowego zaś dla punku komutacyjnego wynosi 60 – 300 mW 26

27. Pola optyczne z podziałem długości fali Do wielokońcówkowego sprzęgacza optycznego dołącza się światłowody wejściowe i wyjściowe. Każdy nadajnik generuje sygnał o innej, ustalonej długości fali. Każdy odbiornik ma możliwość dostrojenia się do każdej z tych długości fali Sygnały wejściowe są przesyłane do sprzęgacza, skąd wszystkie długości fali docierają do wszystkich odbiorników. Każdy z odbiorników dostraja się do tej długości fali, która odpowiada nadajnikowi, z którym chce mieć połączenie. Odbiornik Nadajnik Sprzęgacz Nadajnik Odbiornik 27

28. Pola optyczne o strukturze matrycowej Zmultipleksowane sygnały wejściowe o różnych długościach fali są doprowadzane do przestrajalnych filtrów, w których są wybierane sygnały o żądanej długości fali. Sygnały wychodzące z filtrów modulują światło o wcześniej przydzielonej długości fali. Powoduje to, że sygnały wejściowe o jednych długościach fali mogą zostać przekształcane na inne długości.Element realizuje funkcję konwertera długości fali. 28

29. Pole to zawiera m2 komutatorów pełniącego rolę konwertera długości fali, z których każdy zbudowany jest z filtru przestrajalnego i modulatora. Sygnały wejściowe po multipleksowaniu posiadają różne długości fali, które następnie są doprowadzane do przestrajalnych filtrów, gdzie wybierane są sygnały o żądanej długości fali. Niektóre z tych długości fali w wyniku tej operacji mogą zostać przekształcone w inne długości. Wadą prostego pola matrycowego w przypadku większych pojemności jest duża liczba elementów komutacyjnych , rozwiązaniem tego problemu jest stosowanie struktur wieloselekcyjnych 29

30. ØPola wieloskokowe (ang. multihop) – wykorzystują w swej strukturze elementy o stałych długościach fali. Poniżej przedstawiony zostało pole wieloskokowe o ośmiu końcówkach, zawierające w swej budowie układy interfejsów sieciowych (IS) i wielokońcówkowy sprzęgacz optyczny. Do sprzęgacza dołączone są interfejsy sieciowe IS za pomocą pary łączy wejściowych i pary łączy wyjściowych, a dodatkowa para służy do przyłączenia użytkowników do interfejsu IS. W pasywnych sprzęgaczach przesyłane są kanały o szesnastu różnych długościach fali, każdy IS posiada jednak tylko dwa nadajniki i dwa odbiorniki o stałych długościach fali. Wszystkie długości fali związane z jednym IS są różne, dlatego jeśli chcemy przesłać informację między dwoma IS to musimy znaleźć dla nich wspólną długość fali 30

31. Ośmiowęzłowe pole skokowe Każdy IS ma dwa nadajniki i dwa odbiorniki o stałych długościach fali 31

32. Ośmiowęzłowe pole skokowe IS 2 – IS 3 32

33. Komutacja optyczna w wolnej przestrzeni Komutator zawiera przestrzenny modulator światłą i zestaw soczewek. Przestrzenny modulator światła jest zbiorem niezależnych dwustanowych modulatorów tworzących dwuwymiarową matrycę.Modulatory są sterowane sygnałami elektrycznymi. Każdy światłowód wejściowy jest skojarzony za pomocą układu soczewek z jedną kolumną matrycy modulatorów. Światło wysyłane z tego światłowodu oświetla całą odpowiadająca mu kolumnę matrycy. Każdy światłowód wyjściowy jest skojarzony z jednym wierszem matrycy modulatorów 33

34. Sterowanie modulatora odbywa się za pomocą elektrycznych sygnałów sterujących. Światłowody na wejściu ułożone są pionowo i skojarzone za pomocą układu soczewek z jedną kolumną matrycy modulatorów. Wyjściowy światłowód skojarzony jest zaś z jednym wierszem matrycy modulatorów. Specjalny układ soczewek po stronie wyjściowej powoduje, że sygnał optyczny z danego rzędu elementów matrycy dociera do określonego światłowodu wyjściowego. Światłowód wejściowy oświetla całą odpowiadającą mu kolumnę matrycy. Pobudzając dokładnie jeden modulator w każdym rzędzie matrycy, umożliwiamy skierowanie sygnału optycznego z określonego wejścia do ustalonego wyjścia. Każdy z rzędów matrycy funkcjonalnie odpowiada komutatorowi n × 1, gdzie n określa liczbę modulatorów optycznych w jednym rzędzie matrycy. 34

35. Pola z komutacją w wolnej przestrzeni Przykładem najbardziej rozwiniętej techniki komutacji w wolnej przestrzeni jest technika mikroelektromechaniczna MEMS (Micro – Electro – Mechanical System), spotykana też jako MOEMS(Micro – Opto – Electro – Mechanical System), polegająca na przełączaniu promieni świetlnych za pomocą uchylnych zwierciadeł o bardzo małej średnicy. Matryca składająca się z takich miniaturowych zwierciadeł osadzonych na elastycznych wiązadłach półprzewodnikowych (pełniących rolę sprężynek) sterowanych elektrostatycznie, pozwala na równoczesne przełączanie wielu kanałów, bez względu na ich przepływności bitowe. 35

36. Komutatory typu MEMS można podzielić na dwie grupy ze względu na sposób realizacji przełączania: Dwuwymiarowy (2D) – występują dwa stany zwierciadeł: 1 – zwierciadło odbija sygnał i wprowadza go na odpowiednie wyjście; 0 – zwierciadło nie odbija sygnału. Można powiedzieć, że jest to stan przeźroczysty i nieprzeźroczysty. Gdy przełączamy N kanałów wejściowych i N kanałach wyjściowych potrzebne jest na N2 zwierciadeł. 36

37. 37

38. 38

39. ·Trójwymiarowy (3D) – wymaga skomplikowanego systemu sterowania, który steruje kątami nachylenia poszczególnych zwierciadeł. W przypadku przełączania N kanałów wejściowych na N kanałów wyjściowych wymaga on użycia 2N zwierciadeł. Przykładowym zastosowaniem jest komutator o pojemności 1152 × 1152 z czasem przełączania krótszym od 50 ms. 39

40. Zasada działania komutatora typu WaveStar LambdaRouter  Polega na odbijaniu wiązki promieni świetlnych za pomocą dwóch zespołów z ruchomymi miniaturowymi lustrami umieszczonymi w matrycy 16 × 16 (łącznie 256 promieni) lubw matrycy 32 × 32 (1024 promienie). Sterowane lustra uchylne są elastyczne wytrawione na powierzchni półprzewodnika (około 1 cal2), a płaszczyzna ich jest sterowana polem elektrostatycznym. Dzięki temu wiązki promieni świetlnych mogą być dowolnie komutowane, bez ograniczenia przepływności przełączanych strumieni binarnych i czasochłonnej konwersji elektrycznej 40

41. Przykładowa konfiguracja sieci optycznej 1 1 22 OADM OADM Pierścień WDM OXC OXC OADM OADM Przełącznica optyczna Optyczna krotnica transferowa 44 33 41

42. KOMUTATORY TERMOOPTYCZNE Komutatory pęcherzykowate (bubble) Sygnał świetlny kierowany jest wzdłuż falowodu. W szczelinie (rowku) gdzie następuje skrzyżowanie falowodów znajduje się płyn charakteryzujący się takim samym współczynnikiem załamania jak w falowodzie, powoduje to, że sygnał świetlny nie jest załamywany i przechodzi na wprost do dalszej części falowodu. Jeśli przy pomocy specjalnych dysz pęcherzykowatych zaczniemy podgrzewać półpłynną ciecz, uzyskamy lokalną zmianę mikrostruktury wywołującej efekt zwierciadła optycznego. Wytworzone zostają pęcherzyki pary (bąble) powodujące zmianę warunków propagacji fali, prowadząc do całkowitego wewnętrznego odbicia i kierując strumień świetlny do właściwego portu. 42

43. Do budowy przełączników pęcherzykowatych stosuje się bloki pęcherzykowe (bubble technology) umożliwiające komutowanie 32 promieni świetlnych. Wewnątrz układu wypełnionego specjalnym płynem, znajduje się matryca mikroskopijnych kanałów optycznych prowadzących promienie świetlne. Łącząc ze sobą pojedyncze moduły pęcherzykowate możemy zbudować większe zespoły. W ten sposób uzyskujemy skalowane przełącznice o większej mocy przełączania 43

44. Wady komutatorów pęcherzykowatych ·        Kaskadowe łączenie modułów jest ograniczeniem skalowania mocy dla przełącznika &8211, w wyniku czego zmniejsza się niezawodność przekazu. ·        Nadmierne nagrzewanie się całego zespołu przełączającego, posiadającego większe możliwości przełączania, wpływa niekorzystnie powodując niewłaściwą komutację strumieni optycznych. Podstawowe parametry komutatora pęcherzykowatego 32  32 są następujące: ·        zakres długości fali 1270 – 1650 nm ·        tłumienie sygnału = 2,5 – 7,5 dB ·        przeniki między kanałami < -50 dB ·        czas przełączania < 10 ms ·        pobór mocy = 25 W 44

45. KOMUTATORY PÓŁPRZEWODNIKOWE Komutatory ze wstrzykiwaniem nośników większościowych W technice tej realizuje się komutację sygnałów optycznych przez zmianę współczynnika załamania materiału wskutek wstrzykiwania nośników większościowych 45

46. Komutator S3 zbudowany jest z dwóch rozgałęźników typuY zapewniających całkowite wewnętrzne odbicie oraz rozgałęźnika typu X. Kąt krzyżowania się światłowodów jest dwukrotnie większy w przypadku typu X niż kąt między falowodami w rozgałęźniku typu Y. Dzięki zastosowaniu rozgałęźników typu Y możliwa jest redukcja przeniku nawet wówczas, gdy falowód jest bardzo wąski, stąd komutator S3 charakteryzuje się bardzo małym przenikiem. Wstrzykiwanie nośników większościowych może powodować zmiany współczynnika załamania w zaznaczonym zakresie, co sprawia, że długość elementu komutacyjnego może być mniejsza niż 0,7 mm, natomiast przenik jest mniejszy niż – 20 dB. W momencie gdy do elektrod znajdujących się w obszarze odbicia przyłożymy napięcie pobudzimy proces wstrzykiwania nośników do falowodu, który z kolei wpływa na zmianę współczynnika załamania materiału. Zmiana współczynnika załamania powoduje,że sygnał optyczny kierowany jest z WE1 do WE2 przez wspólne ramię obu rozgałęźników typu Y. Jeśli nie dostarczymy napięcia do elektrod to sygnał z WE1 kierowany jest do WY1 46

47. Przykładem praktycznego zastosowania komutatora S3składającego się z 16 elementówpełniących funkcję punktów komutacyjnych jest komutator o wymiarach 4 × 4. Całkowity wymiar takiego komutatora scalonego wynosi 8,1 mm długość, a szerokość 1,5 mm 47

48. Komutator S3 ze wzmacniaczem fali bieżącej (carrier– injection type optical S3 swith with traveling – wave amplifier) wbudowany jest we wspólne ramie rozgałęźników typu Y. Przyczyniło się to zmniejszenia czasu przełączania i zminimalizowania strat. Gdy komutator i wzmacniacz znajdują się w stanie włączenia to komutowany sygnał jest wzmacniany i podawany na wyjście. W odwrotnym przypadku gdy komutator i wzmacniacz są w stanie wyłączenia, wzmacniacz optyczny absorbuje tę cześć energii sygnału optycznego, która wskutek odbicia znajduje się we wspólnym 48 48

49. Komutatory z obszarem zubożonym Komutator z obszarem zubożonym wykonany został w technologii AlGaAs/GaAs opartej na zastosowaniu rozgałęźnika typu X wykorzystującego zjawiska zachodzące w obszarze zubożonym złącza p – n. Sygnał optyczny kierowany jest do żądanego wyjścia przy użyciu zjawiska przesuwania krawędzi obszaru zubożonego. Na zmianę współczynnika załamania wpływ ma szereg zjawisk występujących w obszarze zubożonym w obecności napięcia przyłożonego w kierunku zaporowym. Wymaga to jednak specjalnego ukształtowania rozgałęźnika typu X, które charakteryzuje się ostrą nieciągłością impedancji optycznej na zmieniającej położenie krawędzi optycznej obszaru zubożonego. 49

50. W celu komutowania sygnału optycznego między wejściem i wyjściem konieczna jest zmiana nieciągłości impedancji optycznej w miejscu przecięcia się falowodów. W chwili, gdy przyłożymy napięcie w kierunku zaporowym krawędź obszaru zubożałego na złączu p – n ulegnie przesunięciu, Efektywny współczynnik załamania w warstwie światłowodu ulega zmianie wskutek zmiany geometrii obszaru zubożałego. Nieciągłość impedancji optycznej i zdolność odbijania sygnału optycznego są formatowane i kontrolowane przez zmianę wartości napięcia zaporowego. Sygnał optyczny z wejścia WE1 może zostać przełączony pomiędzy wyjściami WY1 i WY2, a stosunek sygnału z WY1 do sygnału odbitego z WY2 jest zależny od dostarczonego napięcia zaporowego. W komutatorze wykonanym na podłożu GaAs nieciągłość impedancji uzyskano dokonując implantacji jonów krzemu. Maksymalne napięcie zaporowe wynosi 8 V 50