Исследование и разработка оптического коммутатора на основе матрицы динамически перепрограммируемых голограмм тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Салахутдинов Виктор Камильевич

Исследование и разработка оптического коммутатора на основе матрицы динамически перепрограммируемых

голограмм

Специальность 01.04 05 - «Оптика»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2007 год

Работа выполнена в Научно исследовательском институте системных

исследований РАН

Научный руководитель Академик А Л Микаэлян

Официальные оппоненты

Доктор- физико-математических наук, профессор С В Карпеев> Институт систем обработки изображений РАН

Кандидат физико-математических наук, доцент В И Никонов Самарский государственный аэрокосмический университет

Ведущая организация

Научно-технологический центр уникального приборостроения РАН

Защита состоится 26 октября 2007 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д21221501 в Самарском государственном аэрокосмическом университете имени академика С П Королева по адресу 443086, г Самара, Московское шоссе 34

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного аэрокосмического университета

Автореферат разослан 20 сентября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, профессор

Шахов В Г

Общая характеристика работы Актуальность проблемы.

В современных условиях само понятие технического прогресса неразрывно связано со стремительным развитием телекоммуникационных и информационных технологий Считается, что уже сегодня, за счет применения технологий спектрального уплотнения, магистральные транспортные сети способны обеспечить пропускную способность, достаточную для обеспечения трафика практически любых сетевых приложений В частности, принципиально новых сетевых решений, служб и сегментов информационных услуг и технологий на базе мультимедийных приложений реального времени Считается, что социально-экономические последствия реализации таких служб и услуг на глобальном уровне могут оказаться сравнимыми с эффектом от появления всемирной паутины WWW Тем не менее, указанные услуги практически не реализованы в требуемом объеме ни в одной стране

Проблема в том, что реализация указанных служб и услуг требует не просто многократного увеличения пропускной способности существующих коммутируемых абонентских линий, но также предоставления по ним доступа с высоким «гарантированным уровнем качества»

Наиболее сложным сегментом этой проблемы является так называемая «проблема последней мили», экономически эффективное решение которой требует коммутации десятков тысяч высокоскоростных абонентских линий только на районном уровне

Признано, что наиболее перспективным путем решения этой проблемы является применение методов и средств оптической коммутации каналов, разработка которых отнесена последними решениями международного консультативного комитета по телеграфии и телефонии (CCITT) к числу важнейших задач

Цель работы

Целью работы является теоретическое и экспериментальное исследование физических принципов и эффектов, на базе которых может быть реализована независимая и неблокируемая оптическая коммутация большого числа высокоскоростных каналов передачи информации Для достижения поставленной цели решены следующие задачи

1 Разработан новый метод оптической коммутации, основанный на применении в качестве переключающих элементов динамических, периодически регенерируемых микроголограмм

2 Разработана и исследована элементная база для реализации нового метода Показано, что для регистрации коммутирующих голограмм может быть применен динамический фотоноситель на основе бактереородопсина

3 Разработана архитектура оптического коммутатора, реализующая новый метод и обеспечивающая возможность создание оптического коммутатора с требуемыми параметрами

4 Разработан, реализован и исследован макет оптического коммутатора с указанной архитектурой

5 На базе полученных экспериментальных данных показано, что разработанный метод и средства открывают возможность реализации неблокируемой оптической коммутацию порядка 10 тыс каналов с суммарной производительностью порядка 10 Тбит/с

Научная новизна

1 Предложен метод пространственной коммутации оптических каналов, основанный на перепрограммировании матрицы регенерируемых динамических голограмм

2 На примере бактериородопсина исследованы условия импульсной записи голограмм на динамический фотоноситель и непрерывного их считывания Показано, что путем периодической импульсной регенерации записи дифракционную эффективность голограммы на динамическом фотоносителе можно поддерживать на постоянном уровне

3 Показано, что фоточувствительность и дифракционная эффективность носителя на основе бактериородопсина зависит от скорости записи

4 Показано, что динамика фотостимулированного изменения показателя преломлени бактериородопсина совпадает с динамикой его интермедиаты М412

Практическая значимость

Полученные в диссертационной работе результаты представляют интерес для разработки высокоскоростных сетей передачи данных и систем перепрограммируемых оптических связей

Самостоятельный практический интерес представляют

результаты по улучшению оптического качества динамических фотоносителей на основе бактериородопсина

новый метод регистрации и регенерации динамических голограмм новый метод увеличения разрешающей способности системы оптической адресации

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на Всесоюзной конференции "Проблеммы Оптической памяти" (г Ереван, Армения, 1990), Всесоюзной конференции "Оптическая коммутация и сети связи" г Суздаль, 1990, Int Conf" Optical Memory and Neurel Networks", Zvenigorod, Russia, 1991, Int Conf Current Developments in Optical Design and Optical bngmeenng 11, ban

Diego, Calif USA, 1992 , Int Conf Optical Applied Science and Eng, San Diego, Calif USA, 1992, Int Meeting Photonic Switching PS'92", Minsk, Belarussia, 1992, Int Conf HOLOGRAPHIC SYSTEMS, COMPONENTS and APPLICATIONS, Neuchatel, Switzerland, 1993, Int Conf on Optical Information Processing, St Petersburg, Russia, 1993, Int Simp Optics Q'uebec'93, Q'uebec, Can, 1993, Int Symp OPTOELECTRONICS for INFORMATION and MICROWAWE SYSTEMS, Las Angeles, Calif, USA, 1994, Int Conf "OM&NN'94", Moscov, Russia, 1994), Int Symp "Materials and Instrument Design, San Diego, Calif USA, 1995, и опубликованы в 23 работах

Положения, выносимые на защиту

1 Динамически регенерируемая голограмма в бактериородопсине может быть использована в качестве многопозиционного оптического пространственного переключателя

2 При записи на бактериородопсин светом с длиной волны более 550 нм чувствительность и динамический диапазон фотоносителя зависит от времени записи

3 В динамическом фотохромном голографическом носителе существует режим импульсной записи и регенерации голограммы, при котором дифракционная эффективность непрерывно считываемой голограммы не зависит от времени релаксации записи в носителе и сохраняет во времени практически постоянное значение

4 Запись голограммы на метастабильную форму бактериородопсина позволяет более чем в два раза увеличить скорость регистрации

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения Содержание диссертации изложено на 121 странице машинописного текста и иллюстрировано 76 рисунками Список литературы включает 104 наименования

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы диссертационной работы, перечислены основные полученные результаты с указанием их практической значимости

Первая глава посвящена разработке концепции оптической коммутации большого числа высокоскоростных каналов

Разделы 11-12 являются обзорными и посвящены анализу методов и средств оптической коммутации каналов Кратко рассмотрены различные архитектурные решения и элементная база для их реализации Сформулированы общие требования к перспективной системе оптической

коммутации, согласно которым она должна иметь абонентскую емкость ИхМ, где N - число входных каналов коммутатора, М - число выходных каналов, сравнимую с емкостью существующих телефонных станций (~ 104х 104) При этом пропускная способность по каждому коммутируемому каналу должна составлять порядка 0 2-1 Гбит/с, что соответствует общей производительности ~ 10 Тбит/с

Получены количественные оценки, согласно которым решение поставленных задач принципиально не может базироваться на методах временной коммутации (ОТВМ) ввиду нереализуемости ее средств управления К числу бесперспективных также отнесены все решения, требующие прокладки миллионов внутрисистемных волоконнооптических или световодных линий связи, т е решения на базе интегральной оптики, связанных световодах, 2Б и ЗБ фотонных кристаллах, светоиндуцированном резонансном поглощении и т п

В качестве наиболее перспективной выделена ЗБ-архитектура пространственного коммутатора каналов

В этом случае свет каждого из N входных каналов проецируется в виде узкого пучка на отдельный многопозиционный пространственный оптический переключатель Под действием управляющего сигнала пространственный оптический переключатель отклоняет световой пучок входного канала в требуемый выходной канал Таким образом, применением матрицы из N переключателей с разрешающей способностью в М независимых положений обеспечивается независимая и неблокируемая коммутация При этом отмечается, что существующие технологии не позволяют известными методами и средствами реализовать на базе указанной архитектуры систему с требуемыми характеристиками, в частности, матрицу оптических переключателей с необходимым количеством элементов и требуемым разрешением

В разделе 1 3 предложен новый метод решения этой задачи Суть этого метода состоит в использовании многопозиционных оптических переключателей в виде динамических перепрограммируемых голограмм с временем хранения записи, много меньшим требуемого времени соединения между коммутируемыми каналами При этом непрерывность и произвольную продолжительность соединения предлагается достигнуть периодической, многократной перезаписью (регенерацией) динамической голограммы, а разрыв соединения реализовать за счет самопроизвольного стирания голограммы при прекращении регенерации В этом случае требуемая емкость коммутатора достигается последовательной записью и регенерацией на одном носителе матрицы из N независимых динамических голограмм В качестве основного достоинства предложенного метода отмечается возможность применения в качестве среды для записи динамических

коммутирующих голограмм реально существующих фотохромных материалов с практически неограниченной реверсивностью Вторая глава посвящена исследованиям принципов оптической коммутации с помощью матрицы динамических голограмм С этой целью в самом общем виде описаны оптические свойства фотохромной среды при записи и считывании Показано, что основной вклад в оптическую запись на динамическом фотохромном материале представляет собой пространственное распределение стабильной и метастабильной формы При этом считывание сопровождается ускоренным стиранием записи, протекает с достаточно сложной динамикой, которая может включать, в частности, самосогласованные процессы

В 2 1 отмечается, что из всего многообразия динамических фотохромных материалов особо перспективными представляются фотохромные органические среды биологического происхождения, такие как хлорофилл-белковые и ретиналь-белковые комплексы, в обратимых фотоиндуцированных изменениях оптических характеристик которых свет выполняет роль спускового механизма а все существенные изменения оптических характеристик (спектра поглощения, показателя преломления, оптической активности и т д) происходят в результате последующих темновых конформационных изменений структуры молекулы За счет этого фотохромы биологического происхождения имеют принципиально более высокую фоточувствительность ко всем параметрам светового излучения, включая поляризацию, большую реверсивность и величину фазовой компоненты записи Кроме того, ряд биологических фотохромов, например бактериородопсин, имеет большое число светоиндуцированных переходов между интермедиатами, которые сильно отличаются по времени жизни и спектру поглощения За счет этого, выбором того или иного перехода в качестве рабочего, можно гибко изменять временной масштаб элементарных информационных процессов, а одновременное использование нескольких рабочих переходов дает дополнительные степени свободы для управления процессами записи-считывания голограмм

Раздел 2 1 1 посвящен анализу возможности использования бактериородопсина в качестве среды для записи коммутирующих голограмм С этой целью исследована динамика взаимосвязанного изменения светового поля в условиях неразделимости во времени процессов экспонирования, формирования пространственно-временной структуры записи и ее разрушающего считывания Использован метод связанных волн, обобщенный на случай переменной составляющей диэлектрической проницаемости (£)

оа —

вида ё(х,у) = ехр(тКг) + е~ (х) ехр{-тКг)] Где £ —/ С1£1 , С,

- доля г-той формы в общем количестве структурных единиц, так что

С, = 1, е, - диэлектрическая проницаемость г-формы Показано, что в случае фазового синхронизма выражение для дифракционной эффективности

\ динамической голограммы имеет вид =

|2£2

!6с кПхкЛх

Индексы «П» и «с!»

соответствуют падающей и дифрагированной волнам, к - волновые векторы волн, Ь толщина среды, с и о- скорость и угловая частота световой волны При этом динамика диэлектрической проницаемости описывается линейными

кинетическими уравнениями для С, вида Щ*- =

от ]

На рис 1а представлено изменение во времени приведенной дифракционной эффективности ах) для первой гармоники записи (ш=1), при разных значениях параметра у=р1г (I - интенсивность записывающих волн, т - характерное время темновой релаксации М-формы, р -

фотчувствительность) и интерференционной картины

при 100% контрасте регистрируемой

0.4 —, V»

0 Г/ , ■, — -- ______ _ _

1 ' а __ ^__

с -игр-гт^,. ^ "Иир.\> (,-/>< ня '

Рис 1

На рис 1Ь представлены те же кривые, но для га=2 Видно, что дифракционная эффективность голограммы нелинейно зависит от энергии считывания При

этом при у=р1т»1 преобладает процесс релаксации, а у«1 - соответствует практически линейному режиму записи

Показано, что даже при 100% контрасте регистрируемой интерференционной картины, в случае р1т«\ преобладает процесс фотоиндуцированного перехода из стабильной (Вг570) в метастабильную (М412) форму бактериородопсина, в результате которого за время порядка нескольких г0=8а" в среде возникает режим насыщения Что также приводит к росту нелинейности записи и быстрому снижению дифракционной эффективности Таким образом, для получения дифракционной эффективности в представляющем практический интерес случае у»1, когда время записи голограммы существенно меньше времени хранения информации, в качестве

рабочих состояний следует использовать спектрально разнесенные интермедиа™ Вг57о<->М412, а экспозицию записи выбирать в зависимости от интенсивности считывающего света Причем, как видно из характера зависимостей на рис За, Ь, довольно точно

Также показано, что уменьшение контраста регистрируемой интерференционной картины приводит к снижению дифракционной эффективности существенно большему, чем уменьшение переменной составляющей записи

Раздел 2 2 посвящен исследованию возможности применения динамической голограммы в качестве пространственного оптического переключателя С этой целью исследована динамика дифракционной эффективности при импульсной записи и непрерывном считывании Показано, что с учетом оптических потерь в носителе, дифракционная эффективность описывается выражением вида

<? = ~—г,-/А^МВДехрО ¡{к^-к^ + тКАх'^'),

4с о о

где Ь - толщина фотохромного носителя Видно, что затухание света эквивалентно уменьшению эффективной толщины голограммы и приводит к уменьшению дифракционной эффективности Кроме того, благодаря затуханию £ меняется по толщине, что нарушает условие синхронизма и также приводит к снижению дифракционной эффективности А в случае несимметричной геометрии записи, дифракционная эффективность дополнительно уменьшается вследствие изменения по толщине контраста регистрируемой интерференционной картины

В разделе 2 2 1 рассматривается динамика дифракционной эффективности в случае непрерывного считывания периодически регенерируемой динамической голограммы светом постоянной интенсивности при условии, Т»т, где Т- период регенерации, т - время записи Представлены результаты моделирования распределения интермедиа™ М412 в зависимости от уровня постоянной составляющей (контраста) записи А0 и интенсивности считывающего света Показано, что в стационарном режиме контраст записи существенно нелинейно зависит от контраста регистрируемой световой картины Также показано, что скорость фотоиндуцированного стирания записи прямо пропорциональна интенсивности считывающего света При этом увеличение интенсивности считывающего света приводит не только к уменьшению глубины модуляции записи, но и к росту ее нелинейности, а динамика дифракционной эффективности голограммы в установившемся режиме описывается выражением

5(0 2 ехр |(м(0,0 +- М(*/2, о)}[ехр{-М(^,/)} - ехр{-М(0,0}]

На ряс 2 представлены результаты расчета динамики дифракционной эффективности при периодической перезаписи голограммы (регенерации) последовательностью световых импульсов со скважностью (Т/т)= 100 и

Видно, что уменьшение контраста записи (А0) приводит не только к уменьшению дифракционной

эффективности голограммы, но и к стабилизации ее величины Также видно, что при определенных параметрах записи дифракционная эффективность периодически

перезаписываемой с высокой скважностью голограммы может оставаться практически постоянной Рис 2

В разделе 2 3 описана технология изготовления образцов фотоносителя на основе бактериородопсина Экспериментально показано, что разработанная технология позволяет уменьшить размеры фоточувствительных центров готового носителя до среднего размера около 0 1мкм

В разделе 2 3 1 представлены результаты исследования оптических характеристик образцов фотоносителя Показано, что разработанная технология позволяет почти в три раза улучшить оптическое качество, в два раза снизить неравномерность чувствительности по апертуре носителя и приблизительно на 10 дБ уменьшить уровень малоуглового рассеяния Раздел 2 3 2 посвящен исследованиям временной стабильности голографических характеристик и фотореверсивности С этой целью экспериментальный образец фотоносителя экспонировался через полосовой (ЛХ,} 5=0 38-0 85 мкм) светофильтр источником света с цветовой температурой 6200 К0 в течение 5 месяцев (~3 103 часов) Освещенность в плоскости образца более 10 Вт/см2 Измерения оптических и голографических характеристик, проведенные по истечении этого срока показали, что характеристики образца за время эксперимента практически не изменилась При этом расчетная фотореверсивность составила более 1010 фотоиндуцированных циклов перехода Вг570 <->М412 В разделе 2 4 представлены выводы

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям возможности применения фотоносителя на основе бактериородопсина в качестве среды регистрации коммутирующих голограмм Описана методика измерений На рис 3 представлены результаты измерения зависимости дифракционной эффективности голограммы от средней мощности пучков записи при

различной величинои контраста

■е.

■е. ад

; Аи а

"<» Л'Р

,!„ Ч!

()'> 0.-! М Оо 1С и 14 1Ь 16 л1 ы

Норм Время 0/'1)

различной мощности считывающего пучка (а) и изменения во времени дифракционной эффективности при считывании после окончания записи (Ь) Видно, что в практически интересном для коммутации гигабитных сигналов случае (при мощности считывающего светового сигнала около 1мВт) голографическая чувствительность носителя составляет около 10"2 Вт/см2,

дифракционная эффективность составляет около 2%, самопроизвольного стирания (релаксации) голограммы - около 1 с

а время

Рис 3

Также видно, что полученные экспериментальные зависимости подтверждают выводы численного моделирования (рис 2)

Другой исследованной характеристикой являлась угловая селективность дифракционной эффективности Дело в том, что в рамках ЗБ-архитектуры угол падения светового пучка входного канала на коммутирующую голограмму всегда постоянен, в то время, как угол отклоненного голограммой светового пучка меняется в зависимости от требуемого выходного канала Поэтому крайне важно, чтобы дифракционная эффективность коммутирующей голограммы имела низкую угловую селективность

Показано, что при постоянном угле падения на голограмму световой пучок может быть отклонен в угловом диапазоне более 10° с неравномерностью дифракционной эффективности менее ЗдБ

При сечении светового пучка коммутируемого канала (ф около 1мм полученный диапазон сканирования соответствует более чем N=200 разрешаемым по двойному критерию Рэлея направлениям Что указывает на возможность реализации поля коммутации более чем 4 104 каналов В разделе 3 1 представлены результаты исследования фазовых характеристик фотоносителя Разработан скоростной метод измерения динамики фотостимулированного изменения показателя преломления На рис 4а представлена зависимость фотостимулированного изменения показателя преломления от интенствности экспонирующего света, а на рис 4Ь - соответствующая зависимость величины поглощения на А.=0 63 мкм

(Ь,

■а;-А

- А

Видно, что преломления

величина

Ь)

Рис. 4,

ф отостимулированного изменения коэффициенту поглощения

показателя образца и

пропорциональна составляет порядка 10"3. Кроме того, показано, что величина фотостимулировашого изменения показателя преломления растет с увеличением влажности образца. Это может быть объяснено Шижением вязкости матрицы и, как следствие, ростом подвижности.

В разделе 3.2. представлены результаты исследования динамики фото стимулированного изменения показателя преломления. Исследования проводились на ддйне волны Не-Сс1 лазера (л^0.44мкм), при экспонировании световыми импульсами второй гармоники ЛИГ лазера (X 0.53 мкм) с регулируемой оптическим затвором длительностью 1-104 мкс. Средняя плотность мощности измерительного светового пучка в плоскости образна составляла менее I мВт/см2. Экспериментально показано, что определяющий вклад в фотостимул ированное изменение показателя преломления обусловлен темповым механизмом формирований метастабильного интермедиата Мщ-На рис.5 представлена осциллограмма фотостимул ированного коротким (т=5.мкс) импульсом света изменения оптического поглощения на Х=0.44мкм

(верхняя кривая) и показателя преломления (нижняя).

Видно, что динамика фотостимулированного изменения показателя

преломления совпадает с динамикой изменения оптической плотности в области поглощения интермедиа™ М412

бактериородопсина.

Рис, 5

В разделе 3.3. представлены результаты экспериментального исследования

4 — Поглощение

-С г-

Фаза

■ ч ! МК

механизма фотостимулированного изменения показателя преломления Показано, что фотостимулированное изменение показателя преломления при одновременном экспонирование светом с Х=0 бЗмк и Х=0 44мк меньше, чем при экспонирование только светом с ^=0 бЗмк

В разделе 3 4 представлены результаты исследования влияния короткоживущих интермедиатов на динамические характеристики носителя Показано, что при скоростной записи динамика формирования фотостимулированных интермедиатов описывается системой кинетических уравнений вида

¿К , „ , , чг_ Здесь В,К,М - величины,

пропорциональные концентрации интермедиатов Вг$го , К1 и М412, соответственно, - интенсивность света в области чувствительности Вг570 и, К1 интермедиатов, 1Г - интенсивность света в области чувствительности интермедиата М4]2, Рь > Рк > Рт , - фоточувствительность Вг570 , Ш и М412, интермедиатов, соответственно, ак, акт , ат , - коэффициенты темновой релаксации из К1 в Вг$7о, из К1 в М412 и из М4]2 в ВГ570, соответственно

Ее решение с начальными условиями ЛГ(/=0)=К(0), М((=0) =М(0) имеет

вид М(0 = С,ехр(-5/) + С2ехр(-520 +---------------

Л Ш ¿1

В + К + М = 1

= (РА + «„,, )К - (рт1г + а„ )М

с,=

(РАДы + АД» + РАД»)'

где А = РА + ак > А» = РА + аы,

_рААА

¿>2 ~

Д„ = РА+«»,

{РъКРы + АД» + РАА, К52 -)'

1

■У] 2 =-12 2

(РА + А +А,)+д/(РА + А +Д,)2-4(РАДц»+АД» + РАА)

с,

— 52 —

При этом изменение выражением

Р^и-АиЛ

(РЪКРЫ + АА, + РАА, )('2 ~ *)

во времени концентрации

К1 описывается

С|(д1 + Д»)

с^ + А,)

ехр(>2г) + -

РАА,

А„ Р^ (РАА», + АА, + РАА,)

Расчетами, проведенными при параметрах, характерных для скорости записи близкой к времени жизни К1 (рь~рт, ак;=10ак1Г1, акт~104ат,), показано, что с уменьшение времени записи динамический диапазон и чувствительность носителя экспоненциально падают

На рис 6 а, Ь представлены результаты расчетов динамики интермедиатов бг57в , К1 и М412 при постоянной экспозиции (/и,т=еош^), начальных условиях

б(/=о)=1, Ж?=о)=0, М(10)=0 и различном времени экспонирования Видно, что уменьшение времени записи увеличивает фотостимулированное перераспределение между основным состоянием и короткоживущим интермедиатом, что приводит к заметному снижению динамического диапазона и чувствительности носителя

I

М( ) ыц а-В(п

\ / _ \ / X

_£_А_

О 10 20 .10 40 50 0

а) Ь)

Рис 6

В разделе 3 5 исследованы требования к динамическим характеристикам носителя Структурная схема предлагаемого оптического коммутатора представлена на рис 7_

Раяшпитсль

оооооо оооооо оооооо оооооо оооооо ----- о о

Рис 7 Структурная схема коммутатора на основе матрицы динамических голограмм Он состоит из матрицы излучателей входных каналов, матрицы приемников выходных каналов, динамического фотоносителя, программирующего устройства из лазера записи голограмм, первого дефлектора, обеспечивающего выбор выходного канала, трансформирующей линзы 1, светоделителя, оборачивающей системы из уголкового отражателя и зеркала, второго дефлектора, обеспечивающего выбор входного канала и коллективной линзы 2, которая сводит световые пучки записи на фотоносителе в одно пятно

Для записи очередной голограммы первым дефлектором лазерный пучок отклоняется на угол, пропорциональный ее пространственной частоте Первой линзой угловое отклонение пучка трансформируется в параллельное оптической оси пространственное смещение После светоделителя половина

интенсивности светового пучка поступает на вход второго дефлектора Вторая половина пучка отклоняется светоделителем и направляется на вход второго дефлектора зеркалом после прохождения через уголковый отражатель В результате на вход второго дефлектора поступают два параллельных пучка, расстояние между которыми определяется величиной отклонения пучка первым дефлектором Второй дефлектор отклоняет оба пучка на одинаковый угол, а линза 2 сводит световые пучки на динамическом фотоносителе в пятно записи При этом местоположение пятна записи на носителе задается вторым дефлектором, а заданный первым дефлектором угол, под которым сходятся на носителе оба пучка, определяет пространственную частоту регистрируемой фотоносителем голограммы В результате, в месте проекции светового пучка коммутируемого входного канала на носителе регистрируется голограмма с пространственной частотой, обеспечивающей отклонение светового пучка входного канала в нужный выходной канал

Таким образом, при периоде регенерации Т и числе коммутируемых каналов 14, динамический фотоноситель должен обеспечивать возможность записи одиночной голограммы за время тт определяемое условием ти < ТА''1 Учитывая, что для исследованных образцов носителя период регенерации Т регистрируемой на Вг570 форму голограммы составил порядка 10"'с, а скорость записи ограничена величиной порядка 10~5 с, число одновременно коммутируемых каналов не может превышать 5 103

В разделе 3 6 исследована возможность записи динамических голограмм на метастабильную форму М4и Показано, что одним из обязательных условий эффективной записи на метастабильную форму является ненулевая начальная концентрация М412, которая может быть реализована за счет подсветки носителя светом с длиной волны фоточувствительности Вг57о Показано, что максимального динамического диапазона запись достигает при постоянной подсветке, удовлетворяющей условию 5а +рь1+т'1~ 1 В этом случае динамика

записи описывается выражением Сь (7) = ———[1-ехр {-(р„+рь)1ь(х,у)1}}, го

Рь+Ра

которого видно, что в случае оптимального уровня подсветки, дифракционная эффективность голограммы на М4П менее чувствительна к интенсивности считывающего света, а ее динамика идентична динамике голограммы на Вг570

В разделе 3 7 представлены результаты экспериментального исследования возможности скоростной записи на метастабильную форму М4П Запись голограммы осуществлялась путем экспонирования перешедшего в Мш носителя световым импульсом лазера записи с длиной волны в области фоточувствительности Мщ Экспериментально показано, что при записи на метастабильную форму Мш время записи более О 5 мкс не оказывает

видимого влияния на чувствительность, дифракционную эффективность и динамический диапазон материала

Для исследования возможности регенерации дифракционной эффективности голограммы, регистрируемой на М4П , запись производилась световыми импульсами длительностью tw=2mkc с различным периодом следования (7) Показано, что при периоде следования порядка 100 mS величина дифракционной эффективности практически постоянна Также показано, что при записи на метастабильный интермедиат М4!2 параметр Ttw" превышает 105, что указывает на возможность использования бактериородопсина для одновременной коммутации как минимум 105 независимых каналов При этом дифракционная эффективность периодически регенерируемой голограммы на М412 составляет более 1%

В разделах 3 8-3 9 исследованы условия, при которых в результате скоростной записи быстрый нагрев и обусловленное им изменение показателя преломления материала может приводить к регистрации в фотоносителе паразитной фазовой голограммы с эффективностью, сравнимой с эффективностью основной записи Показано, что величина дифракционной эффективности тепловой голограммы в пленке носителя толщиной 40 цш может достигать ~1 %, а расчетное время релаксации составлять порядка 10 us В разделе 3 10 представлены выводы

В Четвертой главе изложены результаты исследования методов и средств записи и регенерации большого числа динамических голограмм Описан макет оптического коммутатора и представлены результаты исследования его характеристик

В разделе 4 1 рассмотрена возможность применения для записи и регенерации акустооптических дефлекторов Показано, что с помощью системы записи на их основе возможна регистрация и регенерация порядка 104 коммутирующих голограмм

В разделе 4 2-4 3 исследована возможность увеличения поля коммутации С этой целью предложен способ увеличения разрешающей способности, который позволяет реализовать дефлектор с разрешающей способностью,

превышающей дифракционный предел в N « независимых положений,

где 9° - угловой диапазон сканирования дефлектора, ф° - расходимость управляемого светового пучка Увеличение разрешающей способности достигается за счет автофокусировки управляемого света с помощью динамической линзы

Показано, что увеличение разрешающей способности такой систему (К) можно оценить как Ки4ДФ'7ж, где АФ° - светоиндуцированное в нелинейном элементе изменение фазы светового пучка Также показано, что скорость формирования динамической линзы может быть увеличена, а ее

аберрации уменьшены в случае применения фотохромного красителя, оптические потери которого обратимо уменьшаются при экспонировании

В разделах 4 4-45 представлены результаты исследования макета системы произвольного сканирования с повышенным разрешением В качестве нелинейного элемента использовалась капиллярная кювета в виде двух стеклянных пластин с зазором 50мкм, заполненным растворенным в СС14 фотохромным краун-содержащим красителем SS-35 Экспериментально показано, что энергия формирование тепловой динамической линзы составляет менее 5 10"6 Дж При этом разрешающая способность увеличивается более чем 10 раз

В разделе 4 6 представлены результаты исследования макета оптического коммутатора на основе матрицы динамических голограмм Продемонстрирована возможность произвольной, неблокируемой оптической коммутации между 20 входными и 20 выходными каналами с оптическими потерями около 20dB Средняя интенсивность скоммутированного сигнала составляет более 7 мкВт, что указывает на возможность организации между каждым входным и выходным каналом передачи цифрового сигнала со скоростью более 1 Гбит/с

В заключении кратко сформулированы основные выводы диссертационной работы В частности, что

• Задача коммутации большого числа высокоскоростных каналов может быть решена с помощью оптического коммутатора на основе матрицы динамически перепрограммируемых голограмм

• Применение для регистрации динамических коммутирующих голограмм фотоносителя на основе бактериородопсина открывает возможность реализации оптического коммутатора емкость более 104х 104 каналов с пропускной способностью по каждому каналу порядка 1 Гбит/с

Основные результаты диссертации изложены в следующих работах:

1 Yu N Perepehtsyn, V К Salakhutdinov Application of Photoinduced Dynamic Lens for

Enhancing the Resolution of an Optical Addressing System // Saratov Fall Meeting, Proc SPIE - 2005 Vol 6164,5-18

2 Anatoly Fonarev, A L Mikaehan, В V Kiyzhanovsky, V К Salakhutdinov Dynamic

properties of bacteriorhodapsme exited by ultrashort light pulse // Optics Letters - 2000 Vol 25, No 15, pp 1080-1082

3 A L Mikaehan, В V Kryzhanovsky, V К Salakhutdinov, A Fonarev Holographic

Recording in Bacteriorhodopsm by Short Light Pulses // Optical Memory&Neural Network-1999 Vol 8,№4,pp 614-622

4 V К Salakhutdinov, G A Matevosov, The DiffnW>oW Euiciency of BR Holograms Under

Thermal ExDosure//Pmr 4PtE Vol 3347, pp 61-65

5 V К salakhutdinov, G A Matevosov, and Yu V Konstantinov Bacteriorhodopsm as a Fast

Recording Medium // Proc SPIE - 1997, vol 3347, pp 20-26

6 VK Salakhutdinov, and G A Matevosov Dynamics of Hologram Recording in the

Metastable State of Bactenorhodopsin- // OM&NN - 1997 vol 6, N2, pp 119-124,

7 V К Salakhutdinov and G A Matevosov Use of the Dynamic Lens for Enhancing the

Resolution of an Optical Addressing System" // in Proc SPIE - 1995 Vol 2527, pp 268-274

8 A L Mikaehan, V К Salakhutdinov, G A Matevosov Optical addressing system resolution

enhancement by using the photomduced dynamic lens // OM&NN -1995 Vol 4, N4, pp 36-45

9 A L Mikaehan, V К Salakhutdinov, G A Matevosov, "Dynamic Optical Elements for

Memories and Neural Networks // in Proc SPIE - 1995 OM&NN Vol 2529, pp 58-66,

10 G A Matevosov, A L Mikaelian, V К Salakhutdinov Nonlinear Properties of a Crown-

bearing Dye Optical Addressing System on Its Basis // OM&NN Probl '94 Proc SPIE -1994 vol 2144, F-17

11 G A Matevosov and V К Salakhutdinov Phase Characteristics of Bacteriorhodopsm-

Based Photocarriersin the Gelatin Matrix // OM&NN Probl '94 Proc SPIE -1994 vol 2144, F-26

12 A L Mikaehan, V К Salakhutdinov High-speed multichannel optical switching // m Proc

SPIE-1994 vol 2146,3-16

13 АЛМикаэяян, E А Никанорова, В К Салахутдинов Динамика дифракционной

эффективности периодически регенерируемых голограмм в бактериородопсине // Квантовая электроника - 1994 т 21, No 8, с 781-784 14. A L Mikaehan, VK Salakhutdinov High-speed channel switching using dynamic bacteriorhodopsin-based hologram matrix // Opt Eng bul - 1993 Nol, pp 23-25,

15 A L Mikaehan, V К Salakhutdinov Using of dynamic holograms for information channel

switching// Optical Memory & Neure! Networks - 1992 vol 1, No 4, pp 315-324

16 A L Mikaehan, V К Salakhutdinov Reprogrammable interconnects based on

overrecordable holograms // Int Simp "Optics Qjebec'93", m Proc SPIE - 1993 vol 2042, pp 2042-32

17 V К Salakhutdinov, A L Mikaehan Holographic interconnects using bactenorhodopsin

material // Current Developments m Optical Disign and Optical Engineering II, in Proc SPIE - 1992 vol 1752 , p 1752-37

18 A L Mikaehan, V К Salakhutdinov High-capacity optical spatial switch based on

reversible holograms//Opt Eng - 1992, vol 31, No 4, pp 758-763

19 В Б Котов, A JI Микаэлян, В К Салахутдинов, В А Шамшин Оптоэлектронный

коммутатор гигабитных информационных потоков // Радиотехника - 1990 No 12, с 72-76

20 В К Салахутдинов, Б С Киселев, "Оптимизация ширины пьезопреобразователя

акустооптических устройств", Радиотехника-1984 No 6, с 51-54

21 Акустооптическое устройство обработки сигналов А С СССР No 298329 МПК

G02F 1/33 ,G02F 1/28 В К Салахутдинов, Т М Третьяков,

22 В К Салахутдинов, Б С Киселев, В Б Котов Особенности использования

фоточувствительных материалов типа биохром в качестве реверсивной голографической среды // Препринт НС «Кибернетика» АН СССР - 1991 Москва

23 Способ коммутации оптических каналов и устройство коммутации оптических

каналов Патент РФ № 2024904 МПК G03H 1/04, G02F 1/33, H04L 12/50 АЛ Микаэлян, В К Салахутдинов

Подписано в печать 14 09 2007 г Формат 60x84/16 Объем 1 63 уел п л Тираж 100 экз Участок оперативной полиграфии ИЭиА РАН 117334 Москва, Ленинский пр, 32А

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Методы и средства оптической коммутации.

1.1. Методы коммутации каналов.

1.1.1. Оптическая коммутация каналов на основе временного

разделения (OTDM).

1.1.2. Оптическая коммутация каналов на основе пространственного разделения (OSDM).

1.2. Элементная база оптической коммутации.

1.2.1. Общие требования.

1.2.2. Электромеханические переключатели интенсивности светового пучка.

1.2,2.1. Микроэлектромеханический (MOEMS) переключатель.

1.2.3. Переключатели интенсивности на основе фазового перехода.

1.2.4. Голографический пространственный переключатель.

1.3. Выводы и предлагаемое решение поставленных задач.

1.3.1 Цели и задачи.

1.3.2. Предлагаемое решение.

Глава 2. Разработка принципов оптической коммутации на базе матрицы динамических голограмм.

2.1. Среда для записи динамических голограмм.

2.1.1. Модель и основные уравнения.

2.2. Динамическая голограмма как оптический переключатель.

2.2.1. Исследование динамики дифракционной эффективности при импульсной записи и непрерывном считывании.

2.3. Разработка технологии и изготовление образцов фотоносителя

2.3.1. Исследование оптического качества образцов фотоносителя.

2.3.2. Исследования временной стабильности характеристик и реверсивности.

2.4. Выводы.

Глава 3.Исследование возможности применения фотоносителя на основе бактериородопсина в качестве среды регистрации коммутирующих динамических голограмм.

3.1. Исследование фазовых характеристик фотоносителя.

3.2.Исследование динамики фотостимулированного изменения показателя преломления.

3.3. Исследование механизма фотостимулированного изменения показателя преломления.

3.4. Исследование влияния короткоживущих интермедиатов на динамические характеристики носителя.

3.5. Требования к динамическим характеристикам носителя.

3.6.Исследование возможности увеличения скорости регистрации голограмм.

3.7. Эксперимент.

3.8. Исследование влияния тепловых процессов на динамику дифракционной эффективности.

3.9. Исследование условий формирования "тепловой" голограммы

3.10. Выводы.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ МАКЕТА КОММУТАТОРА НА

ОСНОВЕ МАТРИЦЫ ДИНАМИЧЕСКИХ ГОЛОГРАММ.

4.1. Элементная база.

4.2. Исследование возможности увеличения поля коммутации.

4.3. Исследование оптических характеристик тепловой линзы в среде с светозависимыми потерями.

4.4. Материал нелинейного элемента.

4.5.Макет системы произвольного сканирования с повышенным разрешением и результаты его исследования.

4.6. Макет коммутатора и результаты его исследования.

4.7. Выводы.

В современных условиях само понятие технического прогресса неразрывно ассоциирует со стремительным развитием телекоммуникационных и информационных технологий. Если еще несколько лет назад информационные сервисы реального времени на базе мультимедийных приложений [1, 2], такие как телемедицина, заказное телевизионное вещание высокой четкости (HDTV), потоковое видео и т.п. позиционировались исключительно в категории элитных услуг локальных сетей [3], то сегодня их скорейшая реализация в рамках инфраструктуры кабельных сетей городского (MAN) и территориального (WAN) уровня рассматривается крупными операторами и производителями оборудования как одно из основных условий успешной конкуренции с беспроводными сетями (WLAN) [4, 5, 6].

Решение этих задач требует создания принципиально новой коммутируемой цифровой абонентской сети каналов с волоконнооптическими абонентскими окончаниями, способной обеспечить «гарантированный уровень качества» (QoS) [7] и пропускную способность в несколько сотен Мбит/с [8,9]. Эксперты считают [10J, что социально-экономические последствия реализации такой сети на глобальном уровне могут оказаться сравнимыми с эффектом от появления всемирной паутины WWW. Уже сегодня спектрально уплотненные волоконнооптические магистрали способны обеспечить пропускную способность в десятки Тбит/с [11]. Считается, что пропускной способности таких транспортных сетей вполне достаточно для того, чтобы пользователи могли работать практически с любым трафиком сетевых приложений [12]. Тем не менее, даже в странах с самой передовой инфраструктурой связи (Японии, США, Сингапуре и т.д.) трафик абонентов сетей общего пользования ограничен стандартом ISDN (Integrated Services Digital Network) и для подавляющего большинства их пропускная способность не превышает 2 Мбит/с (Е1) [13]. Проблема в том, что для реализации новых услуг и информационных технологий необходимо не просто в десятки - сотни раз увеличить пропускную способность абонентских линий связи, но также предоставить по ним доступ требуемого «гарантированным уровнем качества» (QoS) [14]. Иными словами, нужны адекватные программно-аппаратные средства сетевого управления, способные любому абоненту сети общего пользования в любой момент времени обеспечить прозрачный доступ к любым открытым информационным ресурсам. Наиболее сложным сегментом этой проблемы является так называемая «проблема последней мили» [15], решение которой только на районном уровне потребует коммутации десятков тысяч высокоскоростных абонентских линий.

Признано, что средствами микроэлектроники решить эту задачу принципиально невозможно [16, 17]. Также признано, что наиболее перспективным путем решения этой задачи является оптическая коммутация каналов. По мнению экспертов Pioneer Consulting (одного нз наиболее авторитетных в мире аналитических центров) [10,18], именно отсутствие эффективных средств оптической коммутации большого числа широкополосных каналов сегодня является главным препятствисхм для массового внедрения новых сетевых решений, служб и сегментов информационных услуг, а их разработка в кратчайшие сроки отнесена к числу важнейших направлений. Только финансирование исследований в области оптической коммутации компании «Lucent» в 2005 году составило около $30 млн [19].

Целью работы является исследование физических принципов и эффектов, на базе которых может быть реализована независимая и неблокируемая оптическая коммутация большого числа высокоскоростных каналов передачи информации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать влияние условий записи и считывания на динамику дифракционной эффективности голограмм, регистрируемых в фотономителе на основе бактериородопсина.

2. Исследовать возможность режима импульсной записи и непрерывного считывания, при котором дифракционная эффективность голограммы может оставаться практически постоянной.

3. Исследовать влияние короткоживущих интермедиат фотоцикла бактериородопсина на дифракционные характеристики.

4. Исследовать возможность увеличения скорости импульсной записи голограмм за счет их регистрации на метастабильную форму бактериородопсина.

5. Разработать новый метод оптической коммутации, основанный на управлении пространственным положением световых пучков с помощью матрицы динамических голограмм в фотоносителе на основе бактериородопсина.

6. Разработать архитектуру оптического коммутатора, реализующего новый метод.

7. На базе полученных экспериментальных данных показать, что разработанные метод и средства открывают возможность реализации неблокируемой оптической коммутации порядка 10 тыс. каналов с суммарной производительностью порядка 10 Тбит/с.

Научная новизна

1. Предложен метод пространственной коммутации оптических каналов, основанный на перепрограммировании матрицы регенерируемых динамических голограмм.

2. На примере бактериородопсина исследованы условия импульсной записи голограмм на динамический фотоноситель и непрерывного их считывания. Показано, что путем периодической импульсной регенерации записи дифракционную эффективность голограммы на динамическом фотоносителе можно поддерживать на постоянном уровне.

3. Показано, что фоточувствнтельность и дифракционная эффективность носителя на основе бактериородопсина зависит от скорости записи.

4. Показано, что динамика фотостимул ированного изменения показателя преломлени бактериородопсина совпадает с динамикой интермедиаты М412. Практическая значимость

• Полученные в диссертационной работе результаты представляют интерес для разработки высокоскоростных сетей передачи данных и систем перепрограммируемых оптических связей. Самостоятельный практический интерес представляют: результаты по улучшению оптического качества динамических фотоносителей на основе бактериородопсина, новый метод регистрации и регенерации динамических голограмм. новый метод увеличения разрешающей способности системы оптической адресации.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на:

Всесоюзной конференции "Проблеммы Оптической памяти" (г. Ереван, Армения, 1990)

Всесоюзной конференции "Оптическая коммутация и сети связи" г.Суздаль, 1990

Int. Conf." Optical Memory and Neurel Networks", Zvenigorod, Russia, 1991,

Int. Conf. Current Developments in Optical Design and Optical Engineering II, San Diego, Calif. USA, 1992.

Int. Conf. Optical Applied Science and Eng., San Diego, Calif. USA,

1992

Int. Meeting Photonic Switching PS'92", Minsk, Belarussia, 1992

Int. Conf. HOLOGRAPHIC SYSTEMS, COMPONENTS and APPLICATIONS, Neuchatel, Switzerland, 1993,

Int. Conf.on Optical Information Processing, St.Petersburg, Russia,

1993

Int. Simp. Optics Q'uebec'93, Q'uebec, Can., 1993

Int. Symp. OPTOELECTRONICS for INFORMATION and MICROWAWE SYSTEMS, Las Angeles, Calif., USA, 1994

Int. Conf. "OM&NN94", Moscov, Russia, 1994)

Int. Symp. "Materials and Instrument Design, San Diego, Calif. USA, 1995

Saratov Fall Meeting- 2005: Coherent Optics of Ordered and Random Media VI 2005.

И опубликованы в 23 работах. Положения, выносимые на защиту

1. Динамически регенерируемая голограмма в бактериородопсине может быть использована в качестве многопозиционного оптического пространственного переключателя.

2. При записи на бактериородопсин светом с длиной волны более 550 нм уменьшение времени записи приводит к снижению чувствительности и динамического диапазона фотоносителя.

3. В динамическом фотохромном голографическом носителе существует режим импульсной записи и регенерации голограммы, при котором дифракционная эффективность непрерывно считываемой голограммы не зависит от времени релаксации записи в носителе и сохраняет во времени практически постоянное значение.

4. Запись голограммы на метастабильную форму бактериородопсина позволяет более чем в два раза увеличить скорость регистрации.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Содержание диссертации изложено на 123 страницах машинописного текста и иллюстрировано 76 рисунками. Список литературы включает 105 наименования.

4.7. Выводы

Показано, что:

• Предложенный метод голографической коммутации может быть реализован практически. При этом для регистрации коммутирующих голограмм может быть использован фотоноситель на основе бактериородопсина, а запись и регенерация большого числа коммутирующих голограмм реализована с помощью акустооптических дефлекторов.

Разрешающая способность дефлектора может быть увеличена на порядок за счет применения динамической линзы, которая формируется с помощью управляемого светового пучка в среде с показателем преломления, зависящим от интенсивности света, в Нелинейный элемент может быть реализован в виде тонкого капилляра, заполненного частично поглощающим свет раствором. • Аберрации нелинейного элемента могут быть уменьшены, а его быстродействие увеличено за счет применения в нелинейном элементе фотохромного красителя, поглощение которого ухменьшается при экспонировании ® Предложенный метод голографической коммутации открывает

4 \ возможность реализации кохмхмутатора емкостью порядка 10 х10 каналов и пропускной способностью по каждому каналу порядка 1 Гбит/с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные практические результаты работы можно сформулировать в следующих выводах:

1. Экспериментально показано, что задача коммутации большого числа высокоскоростных каналов может быть решена с помощью оптического коммутатора на основе матрицы динамически перепрограммируемых голограмм.

2. Применение для регистрации динамических коммутирующих голограмм фотоносителя на основе бактериородопсина открывает возможность реализации оптического коммутатора емкостью более 104х104 каналов с пропускной способностью по каждому каналу порядка 1 Гбит/с.

Кроме того, в работе получены следующие результаты:

1. Дифракционная эффективность голограмм в фотоносителе на основе бактериородопсина нелинейно зависит от энергии светового пучка считывания.

2. В случае, когда процессы записи и считывания разделены во времени, обратным влиянием изменений среды на записывающие волны и влиянием на голограмму интерференции между считывающими и дифрагированными световыми пучками можно пренебречь.

3. Увеличение интенсивности считывающего света приводит к уменьшению глубины модуляции светового пучка.

4. Существуют условия импульсной записи и непрерывного считывания, при которых дифракционная эффективность перезаписываемой с высокой скважностью голограммы может оставаться практически постоянной.

5. Формование чувствительного слоя фотоносителя из мембран с разрушенной структурой и скоростная сушка в электромагнитном поле позволяют значительно (более чем в 5 раз по неравномерности чувствительности и почти в 4 раза по оптическому качеству) улучшить характеристики носителя. При этом уровень малоуглового рассеяния может быть уменьшен почти на 10 дБ

6. Запись голограммы с помощью короткого светового импульса может сопровождаться формированием в носителе тепловой голограммы с. временем жизни, обратно пропорциональным квадрату ее пространственной частоты.

7. Влияние нагрева на временную стабильность дифракционной эффективности может быть уменьшено за счет увеличения пространственной частоты голограммы и длительности светового импульса ее записи.

8. Голограмма, регистрируемая на метастабильную форму (М) менее чувствительна к интенсивности считывающего света. При этом ее динамика идентична динамике голограммы на стабильной форме Вг.

9. Уменьшение времени записи увеличивает фотостимулированное перераспределение между основным состоянием и короткоживущим интермедиатом, что приводит к заметному снижению динамического диапазона и светочувствительности носителя.

10. Предложенный метод голографической коммутации может быть реализован практически. При этом для записи и регенерации коммутирующих голограмм могут быть использованы акустооптические дефлекторы.

11.Разрешающая способность дефлекторов записи и регенерации может быть увеличена более чем на порядок за счет применения динамической термолинзы, которая формируется световым пучком в капелярном нелинейном элементе.

12.Аберрации нелинейного элемента могут быть уменьшены, а его быстродействие увеличено за счет применения в нелинейном элементе фотохромного красителя, поглощение которого уменьшается при экспонировании.

1. Telemedicine and Telehealth: Principles, Policies, Performance and Pitfalls// Springer Publishing Company, 1.BN: 0826113028, 2003

2. Jeffrey A. Hart. Technology, Television, and Competition: The Politics of Digital TV//Cambridge University Press, ISBN: 0521826241,2004

3. Y. Takasaki, K. Ito. Upgrading strategies for next generation multimedia networks// Multimedia Systems and Applications IV Proc. of SPIE ,Vol. 4518 4518-01., 2001

4. Ken-ichi Sato, Broadband access and its impact on future networks, TCom-2005, Proc.of SPIE Vol. 6012, 6011-501. 2005

5. Joe Savage. Global review of fiber-to-the-homc deployments// TCom-2005, Proc.of SPIE Vol. 6012, 2005, 6011-505.

6. Пресс брифинг: Новые потребности операторов связи -тенденции мирового и российского рынка// http://www.lucent.ru/peopleevents/ 20047 http://en.wikipedia.org/wiki/Qualityofservice

7. А. Полунин. Сегодня и завтра оптической связи// Сети -07/2002, http://www.osp.ru/text/302/146483/

8. Zoran S. Bojkovic, Dragorad A. Milovanovic. Multimedia Communication Systems: Techniques, Standards, and Networks// Prentice Hall, SBN: 013031398X, 2002

9. All-Optical Switches: PON & FTTx Networks Bring New Focus, International Market research and analys// ww.pioneerconsulting.com/ reporttoc.php3?report=53,200611 http://www.whnet.coin/speed.html

10. I.Khorsandi, M. Torabzadeh, et al. The Traffic Flows Estimation with SNMP Monitoring in IP Networks Based on OSPF// Proc.of TCEE2004, Vol. 1, Mashhad, Iran, 11-13 (2004)13 www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/cisintwk/itodoc/isdn.htm#wp 1020578

11. Tony Antony, Ashwin Gumaste. First Mile Access Networks and Enabling Technologies //ISBN: 158705129X, Cisco Press., 2004

12. Eric S Brown. A BETTER OPTICAL SWITCH // J.Technology Review, v. 104, p.33,2001

13. Betty L.Anderson, Richard L. Anderson. Fundamentals of Semiconductor Devices// 1st Edition, ISBN 0072369779, 200518 http://www.pioneerconsulting.com/products.php3

14. D. F. Gray. GLOBAL CROSSING TO USE LUCENT OPTICAL SWITCH// Info World, v.26, N19, pi 98, 2005

15. D. Awduche and Y. Rekhter. Multiprotocol Lambda Switching: Combining MPLS Traffic Engineering Control with Optical Cross-connects// IEEE Commun. Mag., Mar. 2001

16. H. Scott Hinton, J.R. Erickson.at al. An Introduction to Photonic

17. Switching Fabrics (Applications of Communications Theory)// Springer; 1 ed., ISBN 0306443791, 1993

18. Kaminow and T. Li, (editors). Optical Fiber Telecommunications IVB Components// Academic Press, March 2002. ISBN 0-12395173-9.

19. Paul Green. Progress in optical networking// IEEE Comm. Magazine, vol. 39, no.l, p. 54, Jan. 2001

20. K. Sivalingam and S. Subramaniam, Optical WDM Networks: Principles and Practice, Kluwer Academic Publishers, Boston, MA, chapter 3, p. 51,2000

21. Nen-Fu Huang, Guan-Hsiung Liaw, and Chuan-Pwu Wang. A novel all-optical transport network with time-shared wavelength channels// IEEE J. on Selected Areas in Comm., vol. 18, no. 10, p. 1863, 2000

22. Suresh Subramaniam, Eric J. Harder, and Hyeong-Ah Choi. Scheduling multi-rate sessions in time division multiplexed wavelength-routing networks// IEEE J. on Selected Areas in Comm., vol. J 8, no. 10, 2000.

23. R. Srinivasan and A. K. Somani. A generalized framework for analyzing time-space switched optical networks// IEEE J. on Selected Areas in Comm., vol. 3, no. 3, p. 227, 2002

24. Chandra Yelleswarapu, Pengfei Wu.at al., All-optical spatial filtering with power limiting materials, Optics Express, Vol. 14, Issue 4, pp. 1451-1457, 2006

25. J.-W Kang, J.-S. Kim, C.-M. Lee, E. Kim, and J.-J. Kim. X 2 all-optical switch using photochromic-doped waveguides// Electronics Letters, vol.36, no. 19, pp. 1641-1643, Sept. 2000

26. Anu Huttunen. ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF PHOTONIC CRYSTAL COMPONENTS FOR OPTICAL TELECOMMUNICATIONS// Diss.for the degree of Doctor of Science in Technology, Helsinki Univ., ISBN 951-22-7760-3,2005

27. S. Spalter, G. Lenz, at al. Highly nonlinear chalcogenide glasses for ultrafast all optical switching in optical TDM communication systems// Proc. of IEEE Conference on Optical Fiber Communication OFC'OO, Baltimore, MD, 3/5-10/00, paper ThI4.

28. R. Kannan, D. Lee, at al. Optical TDM Sotting Networks for HighSpeed Switching// IEEE Transactions on Communications, Vol. 45, No. 6, pp. 723--736, June 1998.

29. H.S. Hinton, in: R.W. Lucky. An Introduction to Photonic Switching Fabrics// Plenum, USA, p. 432, 1993

30. R.Helker at al. Design of large MEMS-Based Photonic Switches// Optics & Photonics News No.5, pp.42-45, 2002

31. M. Kondo, N. Takado, at al.// in:Proc. of IOOC-ECOC'85, Venice, Italy, October p. 361, 1985

32. H.S. Hinton, in: R.W. Lucky. An Introduction to Photonic Switching Fabrics// Plenum, USA, p. 83, 1993,

33. M.M.R. Khandker et al. Generalized recursive network: a new architecture for self-routing non-blocking optical switch networks// Opt. Comm., v.208 p.299, 2002

34. Teck Yoong Chai, Tee Hiang Cheng,at al. Array Interconnection for Rearrangeable 2-D MEMS Optical Switch// J. OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 21, No. 5, p.l 134, 2003

35. Gangxiang Shen, Tee Hiang Cheng at al. Architectural Design for

36. Multistage 2-D MEMS Optical Switches// J. OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, v.20, No.2, p. 178, 200240 2 x 2 Optical Switch Specifications. 2002, www.spectraswitch.com/products

37. Optical MEMS in Network Switching, http://www.2cool4u.ch/

38. G.-D. J. Su, H. Nguyen, at al. Surface-micromachined 2D Optical Scanners with High-performance SCS Micromirrors// Proc. CLEO, post-deadline paper CPD-21, May 2000.

39. Introduction to all optical switching technologies// www.2cool4u.ch/wdmdwdm/introallopticalswitching/introallopti calswitching.htm, 2005

40. Martin Nord. Optical Switching Technologies for optical line-, burst and packet switches// ISBN 82-423-0561-7,Report R 32/2002, www.telenor.com/rd/pub/rep02/R322002.doc

41. Matrix switch relies on 3D MEMS modules, ttp://fibers.org/articles/news/8/4/l 1/1, 2006-07-19

42. Module combines scalable architecture with fully integrated control electronics in small-form-factor housing, http://www.lucent.com/ press/0201/010226.mea.html, 2001

43. R. Naoum, F. Salah-Belkhodja. OPTO-OPTICAL SWITCH IN NONLINEAR INTEGRATED OPTICS// Pure and Applied Optic, v.6, no.4, p.L33, 1997

44. C. Angulo Barrios, V. R. Almeida at al. Compact Silicon Tunable Fabry-Perot Resonator With Low Power Consumption// IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LET., v. 16, no.2, p.506, 2004

45. Jae-Wook Kang at al. All-optical switch and modulator usingphotochromic dye doped polymer waveguides// Optical Materials 21 p.543-548, 2002

46. Y. Sugimoto, Y. Tanaka, at al. Two dimensional semiconductor-based photonic crystal slab waveguides for ultra-fast optical signal processing devices// IEICE Transaction on Electronics E87C, p.316, 2004

47. W. Kang, E. Kim., All-optical switch and modulator using photochromic dye doped polymer waveguides// Optical Materials, no.21 p.543 2003

48. R. Oron, at al. Compact and dynamic optical bypass-exchange switch// Materials Science in Semiconductor Proc. no.3 p.455, 2000

49. Yoshinobu Maeda. Optical Bistability of the Negative Nonlinear Absorption Effect in Erbium-Doped Fibers// Jpn. J. Appl. Phys., V.39 p.3438, 2000

50. Tsutomu Nakadaa, Atsushi Okamoto, at al. Reconfigurable free-space all-optical interconnection with beam-fanning switch in photorefractive crystal// Optics Communications 208 p.69, 2002

51. R. A. Soref and B. R. Bennett. Electrooptical effects in silicon// TEEEJ. Quantum Electron., 23, 123-9 (1987)

52. V.R., Barrios, C.A., Panepucci, at al. All-optical switching on a silicon chip// Opt. Let., v. 29, No. 24, p.2867, 2004

53. Kuang-Chao Fan, Wu-Lang Lin at al. A miniature low cost and high reliability 1 x 2 mechanical optical switch// J. Micromech. Microeng. 15 No 8, p. 1565, August 2005

54. В. E. Little, S. T. Chu,at al., Microring resonator channel droppingfilters, IEEE J. Lightwave Technol., v. 15, p.998 1997

55. M. C. Wu, Micromachining for Optical and Optoelectronic Systems, Proc. IEEE, Vol. 85, p. 1833, 1997

56. P. Lin, R. M. Boyse at al., MULTI-USER HYBRID PROCESS PLATFORM FOR MEMS DEVICES USING SILICON-ON-INSULATOR WAFERS, IEEE J. Microelectromechanical Systems, v. 9, No. l,p. 104, 2000.

57. P. Gulvin, J. ICubby et al, SOI-Based Optical Add-Drop Multiplexers, Proc. Solid-State Sensor, Actuator & Microsystems Workshop, p. 356, June 2004.

58. V. A. Aksyuk et al., Lucent Microstar Micromirror Array Technology for Large Optical Crossconnects, Proc. SPIE, vol. 4178, 2000.

59. L. Y. Lin, E. Goldstein, and L. M. Lunardi, "Integrated Signal Monitoring and Connection Verification in MEMS Optical Crossconnects," IEEE Photon. Tech. Lett., vol. 12, no. 7, 2000.

60. K. Okazaki, H, Wadati at al., Photoemission study of the metal-insulator transition in V02/Ti02(001): Evidence for strong electron-electron and electron-phonon interaction, Phys. Rev., В 69, 165104, 2004

61. S. Webster at al., Optical Properties of Vanadium Oxide Nanotubes, J. of Nanoscience and Nanotechnology, V.4, N.3, 2004, pp. 260-264

62. J. Livage, G. Guzman, Optical Properties of Sol-Gel Derived Vanadium Oxide Films, J. of Sol-Gel Science and Technology, no.8 p.857, 1997

63. Blodgett, et al. Thin film vanadium oxide spatial light modulatorsand methods, United States Patent, 5,608,568, March 4, 1997

64. S.Chenn, et al. A novel structural VCb micro-optical switch, Optical and Quantum Electronics 35: 1351-1355, 2003

65. M. Rini, et al., Photoinduced phase transition in V02 nanocrystals: ultrafast control of surface-plasmon resonance, Opt. Lett. 30, p.558, 2005

66. Patent Status: U.S. patent(s) #5,608,568 "Thin Film Vanadium Oxide Spatial Light Modulators and Methods" issued 10.01.2005.

67. Р.Кольер, К.Беркхарт, Л.Лин. Оптическая голография. М., Мир, 1973

68. А.Л. Микаэлян, "Голография", М.3нание, 1968.

69. М. Lindblom, P.Granestrand and L.Thylen, "Optical Access Switch: First Photonc Swithing Demonstrator within the RACE Program", in OSA Proc. on Photonic Switshing, ed. by H.Scott Hinton and J.W.Goodman, vol.8, pp. 33-36, Salt Lake City, Uta, 1991

70. Xiaona Yan, Liren Liu, Feng Wang, ALL-OPTICAL BYPASS-EXCHANGE SWITCH BASED ON TWO TYPES OF PHOTOREFRACTIVE HOLOGRAM, J. of Optics, v.29, no. 1, p.5, 1998

71. Nicole Wolffer et al., 8X8 holographic single-mode fiber switch based on electrically addressed nematic liquid crystal deflectors, Proc. of SPIE, V. 4089, p. 311, 2000

72. Philippe Gravey, Demonstration of single mode fiber holographic interconnect with reconfigurable photothermoplastic holograms, Proc. SPIE, V. 2406, p. 147, 1995

73. Tsutomu Nakadaa, Atsushi Okamotoa, Reconfigurable free-spaceall-optical interconnection with beam-fanning switch in photorefractive crystal, Opt. Comm. No. 208 p.69-77, 2002

74. A. JI Микаэлян, В.К. Салахутдинов, Способ коммутации оптических каналов и устройство коммутации оптических каналов, Патент РФ № 2024904

75. A.L.Mikaelian, V.K.Salakhutdinov. High-capacity optical spatial switch based on reversible holograms // Opt. Eng. 1992, vol.31, No 4, pp.758-763

76. O.Werner et al., Saturable absorbtion, wave mixing and phase conjugation with bacteriorhodopsin. Opt.Lett., v. 18, p.l 117, 1990.

77. Б.В.Котов, А.Л.Микаэлян, В.К.Салахутдинов, Специфика применения пленок бактериородопсина в качестве реверсивного голографического носителя, Тез. докл. конф. " проблемы оптической памяти", М., 1990, с.238-2397.

78. Н.Н.Всеволодов. Биопигменты-фоторегистраторы. М., Наука, 1988.

79. Q.W.Song, C.Zhang, R.Blumer, R.B.Gross, Z.Chen, R.R.Birge. Chemically enhanced bacteriorhodopsin thin film spartial light modulator// Opt.Lett., v. 18, No. 16, p. 1373, 1993.

80. Z.Chen, R.R.Birge. Protein-based artificial retinas// Trends in Biotechnology, 1993, v.l 1, No.7, p.292-300.

81. E. Bamberg, Bacteriorhodopsin// www.biophysik.physik.uni-muenchen.de, NCBI, 2004

82. Bacteriorhodopsin, www.biochem.mpg.de/oesterhelt/photobiology/br.html,

83. M. Ворн, Э. Вольф, Основы оптикию//М., 1970.

84. Р. Кольер, К. Беркхарт, Л. Лин, Оптическая голография // М., Мир, 1973.

85. V.K. Salakhudinov, B.S.Kiselev, V.B.Kotov.PecuIiarities of usingphotosensitive "Biochrom"-type materials as a reversible holographicmedium// Preprint Academy of Sciences, Moscow, 1991

86. Н.Н.Всеволодов. Биопигменты-фоторегистраторы// M., Наука,1988.

87. V.K.Salakhutdinov V.B.Kotov, A.L.Mikaelian. Particularities of applicdtion of bacteriorhodopsin films as reversible holographic carriers// in Proc.of All-Union Conf. "Optical Memory Problems", Moscow, pp.238-240 (1990)

88. V.K.Salakhutdinov, A.L.Mikaelian. Holographic interconnects using bacteriorhodopsin material// in Proc. SPIE "Current Developments in Optical Disign and Optical Engineering II," vol.1752, p.1752-37, 1992.

89. V.K. Salakhutdinov, G.A. Matevosov, and Yu.V. Konstantinov, "Bacteriorhodopsin as a Fast Recording Medium// in proc. SPIE, vol.3347, pp.20-26, 1997

90. G.A.Matevosov and V.K.Salakhutdinov, Phase Characteristics of Bacteriorhodopsin-Based Photocarriersin the Gelatin Matrix"., OM&NN'94 Proc. SPIE (1994)

91. A.L.Mikaelian, B.V.Kryzhanovsky, V.K.Salakhutdinov, A.Fonarev. Holographic Recording in Bacteriorhodopsin by Short Light Pulses// Optical Memory&Neural Network, Vol. 8, №4, pp. 614-622 (1999)

92. А.Л.Микаэлян, Е.А.Никанорова, В.К.Салахутдинов, Динамика дифракционной эффективности периодически регенерируемыхголограмм в бактериородопсине// Квантовая электроника, т.21, No 8, с.781-784, 1994.

93. A.L. Mikaelian, V.K. Salakhutdinov, B.V. Kryzhanovsky, Anatoly Fonarev. DYNAMIC PROPERTIES OF BACTERIORHODAPS1NE EXITED BY ULTRASHORT LIGHT PULSE// Optics Letters, Vol.25, No 15,, pp. 1080-1082 (2000).

94. Н.М.Беляев, А.А.Рядно. Методы теории теплопроводности// М, "Высшая школа", 1982.

95. V.K.Salakhutdinov and G.A.Matevosov, Use of the Dynamic Lens for Enhancing the Resolution of an Optical Addressing System// in Proc.SPIE, vol. 2527, pp. 268-274, 1995.

96. Акустооптическое устройство обработки сигналов: А. С. СССР No.298329: МПК G02F 1/33 ,G02F 1/28: В.К. Салахутдинов, Т.М. Третьяков,,

97. Магдич JI.H., Молчанов В.А. Акустооптические устройства и их применение.// М.: Сов. радио, 1978. - 112 с.

98. A.L.Mikaelian, V.K.Salakhutdinov, G.A.Matevosov. Optical addressing system resolution enhancement by using the photoinduced dynamic lens// Int.J. Opt.Mem. & N. N., vol.4, N4, 1995.103 .Л.Давыдова. Удивительные макроциклы.// Л., Химия, 1989.

99. Y.Fainman, at al., "Multifunctional Difractive Optics for Optoelectronic System Packaging", Proceedings of SPIE, V. 3348, p. 152-162

100. Громов С.П., Бундель Ю.Г., Успехи химии азотистых гетероциклов//Ростов н/Д: Изд-во Рост, ун-та, 1983, с.167.