многокаскадный оптоэлектронный коммутатор

Формула изобретения

1. Многокаскадный оптоэлектронный коммутатор с 2N^r, где N 2^r, r 1, 2, 3, входными оптическими каналами и с 2N выходными оптическими каналами, содержащий оптически связанные блок сведения p- и s-поляризованных входных изображений с 2N оптическими входами, являющимися входными портами коммутатора, и N оптическими выходами, K идентичных управляемых каскадов, где K logN + 1 в случае блокируемого и K 2logN + 1 в случае настраевоемо-неблокируемого коммутатора, выполненных на основе пространственно-временных модуляторов света с N индивидуально управляемыми переключателями плоскости поляризации света, причем входы первого управляемого каскада оптически связаны с выходами блока сведения входных изображений, K 1 размещенных между ними каскадов межсоединений r logN типов с N оптическими входами и N оптическими выходами, причем каждый из каскадов межсоединений М-го типа, где М N/2^m-1, m 1, 2, 3, r, состоит из оптически связанных двух входных коллективных объективов, двух выходных объективов, поляризационно-чувственного расщепителя, пропускающего p и отражающего в ортогональном направлении s компоненту падающих на их диагональную грань световых пучков, первая грань которого через первый объектив связана с N входными оптическими каналами каскада межсоединений, двух четвертьволновых пластинок и двух отражающих элементов, блок разведения p- и s-поляризованных выходных изображений с N оптическими входами, связанными с оптическими выходами K-го управляемого каскада, и 2N оптическими выходами, являющимися выходными портами коммутатора, и блок управления, выходы которого подключены к индивидуально управляемым переключателям управляемых каскадов, отличающийся тем, что каскады межсоединений M-го типа выполнены в виде N/M идентичных блоков межсоединений с M оптическими входами и M оптическими выходами, в каждый из этих блоков введены второй входной, первый и второй выходные поляризационно-чувствительные расщепители, пять элементов, вращающих на 90^o плоскость поляризации проходящего через них линейно поляризованного света, четыре четвертьволновые пластинки и четыре отражающие элемента, входящие в этот блок отражающие элементы выполнены в виде плоских зеркал, первая грань первого входного и четвертая грань второго входного поляризационно-чувствительных расщепителей оптически связаны через первый и второй входные коллективные объективы соответственно с входными каналами 1, 2, М/2 и 1 + М/2, 2 + М/2, М блока межсоединений, вторая грань первого и третья грань второго входных поляризационно-чувствительных расщепителей, вторые и четвертые грани первого и второго выходных поляризационно-чувствительных расщепителей оптически связаны через четвертьволновые пластинки соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым, пятым и шестым отражающими элементами, четвертая грань первого входного и первая грань второго входного, третья грань первого входного и первая грань первого выходного, вторая грань первого входного и первая грань второго выходного поляризационно-чувствительных расщепителей оптически связаны между собой соответственно через первый, второй и третий элементы, вращающие на 90^o плоскость поляризации проходящего линейно поляризованного света, и субблок объективов с двумя оптическими входами и двумя оптическими выходами, состоящий из установленных на фокусном расстоянии двух входных и двух выходных объективов, оптически связаны соответственно с выходными каналами 1, 2, М/2 и 1 + М/2, 2 + М/2, М блока межсоединений, первый и второй входные коллективные объективы и соответственно первый и второй выходные объективы установлены относительно друг друга на фокусном расстоянии по ходу светового луча.

2. Коммутатор по п.1 для N 2^r 2^r, отличающийся тем, что каскады межсоединений выполнены в виде развернутых на 90^o вокруг горизонтальной оптической оси каскадов x и y межсоединений, управляемые каскады выполнены в виде квадратных матриц из 2^r 2^r модуляторов плоскости поляризации света, входящие в блоки межсоединений поляризационно-чувствительные расщепители имеют форму прямоугольных параллелепипедов с квадратными основаниями размера L_m L_m и гранями L_m 2L_m, плоские отражающие элементы, четвертьволновые пластинки и элементы, вращающие на 90^o плоскость поляризации проходящего через них линейно поляризованного света, имеют форму прямоугольников размера L_m 2L_m, и объективы сгруппированы в квадратные матрицы из четырех сферических объективов, причем первый, третий и второй, четвертый входные коллективные объективы оптически связаны соответственно с первой гранью первого и четвертой гранью второго входных поляризационно-чувствительных параллелепипедов, первый, третий и второй, четвертый выходные объективы через четвертую и пятую полуволновые пластинки оптически связаны с третьими гранями соответственно первого и второго выходных поляризационно-чувствительного параллелепипедов, первый, третий и второй, четвертый входные объективы субблока объективов оптически связаны с выходами соответственно четвертого и пятого элементов, вращающих на 90^o плоскость поляризации проходящего через них линейно поляризованного света.

3. Коммутатор по п.2, отличающийся тем, что входящие в блоки межсоединений выходные поляризационно-чувствительные расщепители развернуты на 90^o вокруг горизонтальной оси относительно входных поляризационно-чувствительных расщепителей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области оптической обработки информации и может быть использовано в высокопроизводительных коммутирующих устройствах высокопроизводительных многоабонентных телекоммуникационных систем связи и суперЭВМ для передачи и приема больших массивов групповой информации, представленной в виде двумерных оптических изобретений.

Известен оптоэлектронный коммутатор размера N x N (с N входными и N выходными портами) с топологией сети координатного переключателя, предназначенный для передачи по соединяемым каналам двумерных оптических изобретений [1] Этот коммутатор выполнен в виде последовательно расположенных, оптически связанных мультиплицирующей оптической системы, состоящей из двух объективов и двух квадратных растров линз с числом линз N, пространственно-временного модулятора света, выполненного в виде квадратной матрицы с N² индивидуально управляемыми светоклапанными ячейками (управляемыми элементами), и оптической системы совмещения изображений, состоящей из квадратного растра линз с числом линз N² и двух квадратных растров линз с числом линз N. Основными недостатками такого коммутатора двумерных изображений являются большие вносимые оптические потери, ограничивающие возможный темп передачи информации по соединяемым парам входных и выходных портов, и большое число управляемых элементов. Например, в коммутаторе размера 32 х 32 коэффициент светопропускания любого оптического канала, связывающего пару входных и выходных портов, не превышает величины N^-1 0,03, и число индивидуально управляемых светоклапанных ячеек в пространственно-временном модуляторе равно 1024.

Известен оптоэлектронный коммутатор оптических каналов размера 32 х 32 с топологией соединительной сети Бенеса [2] Такой коммутатор содержит девять последовательно расположенных пространственно-временных модуляторов, выполненных в виде квадратных матриц из шеснадцати индивидуально управляемых переключателей плоскости поляризации света, которые оптически связаны с помощью размещенных между ними восьми каскадов оптических межсоединений с шестнадцатью оптическими входами и шестнадцатью оптическими выходами; два поляризационно-чувствительных расщепителя, установленных соответственно перед первым и за девятым пространственно-временными модуляторами света, через две боковые ортогональные грани которых осуществляется ввод или вывод поступающей в порты оптической информации, и блок управления. В каскадах оптических межсоединений коммутатора используются имеющие форму прямоугольных параллелепипедов квадратного сечения интерференционные поляризационно-чувствительные расщепители из изотропного материала (стекло), оптические характеристики которых (угловая апертура, оптические потери, аберрации) позволяют передавать через них изображения с большим числом элементов (пикселов) при малых вносимых в соединяемые пары входных и выходных портов оптических потерях.

Недостатком такого оптоэлектронного коммутатора является зависимость длины оптических путей между входными и выходными портами от реализуемой картины соединений, что не позволяет передавать по соединяемым парам каналов информацию в виде двумерных изображений с большим (в пределе, ограниченном дифракционными явлениями) числом элементов, и тем самым ограничивает общую пиковую производительность коммутатора.

Известен многокаскадный оптоэлектронный коммутатор размера 2N x 2N с топологией соединительной сети с пересечениями [3] Такой коммутатор состоит из каскадов пространственно-временных модуляторов с N управляемыми переключателями плоскости поляризации света, которые оптически связаны с расположенными между ними каскадами оптических межсоединений с N входными и N выходными каналами, выполненными по схеме модернизированного интерферометра Майкельсона. Каждый из каскадов оптических межсоединений содержит поляризационно-чувствительный расщепитель, перед входной и за выходной гранями которого установлены общие для всех N выходных каналов объективы, а за каждой противоположной гранью расщепителя размещены четвертьволновая пластинка, объектив и отражающий элемент, причем один из установленных за этими гранями отражающих элементов (либо оба элемента) выполнен в виде отражающей призменной решетки с индивидуальным для каждого каскада оптических межсоединений шагом.

Такой многокаскадный оптоэлектронный коммутатор обеспечивает равенство длин оптических путей между его входными и выходными портами при любой картине соединений как для p-, так и для s-поляризованных сигналов. Однако в известном коммутаторе виньетирование световых пучков компонентами оптической системы приводит к существенному ограничению числа элементов в передаваемых по оптическим каналах изображениях, не позволяя реализовать предельные пропускную способность оптических каналов и общую производительность коммутатора.

Цель изобретения повышение пропускной способности каналов многокаскадного оптоэлектронного коммутатора изображений, в том числе изображений, отображающих параллельным кодом двоичную информацию, и его общей производительности.

Указанная цель достигается тем, что в каскады оптических межсоединений коммутатора введены элементы, вращающие на 90^oC плоскость поляризации линейно-поляризованного света, и дополнительные поляризационно-чувствительные расщепители, четвертьволновые пластинки и плоские отражающие элементы, а также применена иная топология соединительной сети.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого многокаскадного оптоэлектронного коммутатора размера 2N x 2N; на фиг.2 оптическая схема блока межсоединений; на фиг.3 топология соединений входных и выходных каналов для p- и s-поляризованных световых пучков; на фиг.4 схема блока межсоединений с M= 4x4 входными и M=4x4 выходными оптическими каналами.

Предлагаемый многокаскадный оптоэлектронный коммутатор изображений с 2N входными (N 2^r, r=1,2,3,) и 2N выходными оптическими каналами (портами) содержит оптически связанные блок C сведения p- и s-поляризованных входных изображений с 2N оптическими входами (входы 1,2,N для p- и входы N+1, N+2,2N для s-поляризованных изображений), являющимися входными портами коммутатора, и N оптическими выходами; и идентичных управляемых каскадов A_k (k=1,2,3.K, где K logN+1 в случае блокируемого и K 2logN+1 в случае настраевомо-неблокируемого коммутатора), выполненных на основе пространственно-временных модуляторов света с N индивидуально управляемыми переключателями плоскости поляризации света; K-1 размещенных между ними каскадов оптических межсоединений Б_M (r типов) с N оптическими входами и N оптическими выходами, каждый из которых состоит из N/M блоков межсоединений I_M с M оптическими входами и M оптическими выходами (M N, N/2, N/4,2 или M N/2^m-1, m 1,2,3,r, где r logN); блока P разведения p- и s-поляризованных выходных изображений с N оптическими входами и 2N оптическими выходами (выходы 1,2,N для p- и выходы N+1, N+2,2N для s-поляризованных изображений), являющимися выходными портами коммутатора; и блок управления БК, выходы которого подключены к пространственно-временным модуляторам света.

Блок сведения p- и s-поляризованных изображений может быть выполнен, например, на основе поляризационно-чувствительного расщепителя, две входные ортогональные грани которого оптически связаны с 1,2.N и N+1,N+2,2N входными портами коммутатора, а его третья грань -с N оптическими входами первого управляемого каскада A₁. Блок разведения изображений P может быть выполнен, например, на основе поляризационно-чувствительного расщепителя также, как и блок C, если его оптические входы и выходы поменять местами.

Управляемые переключатели плоскости поляризации света при подаче на них управляющих сигналов поворачивают плоскость поляризации проходящих световых пучков на 90^o и могут быть выполнены, например, на основе электрооптических материалов или жидких кристаллов.

Входящие в каскады оптических межсоединений Б_M блоки I_M (блоки типа M) обеспечивают равенство и неизменность длин оптических путей световых пучков как p-поляризованных , так и для s-поляризованных (0) изображений, а также фокусировку передаваемых через коммутатор изображений. Каждый из этих блоков состоит из последовательно расположенных, оптически связанных субблока маршрутизации I_M1 с M входными и двумя выходным оптическими каналами, который выполнен из четырех поляризационно-чувствительных расщепителей (два входных 1-1 и два выходных 1-2), пропускающих p и отражающих в ортогональном направлении s компоненту падающих на их диагональную грань световых пучков, шести элементов 1-3, вращающих на 90^o плоскость поляризации в отраженных от них линейно-поляризованных световых пучков и состоящих, например, из соответствующим образом ориентированной четвертьволновой пластинки 1-3-1 и плоского интерференционного зеркала 1-3-2, пяти элементов 1-4, вращающих на 90^o плоскость поляризации проходящего линейно-поляризованного света, например, соответствующим образом ориентированная полуволновая пластинка, и двух входных коллективных (1-5-1) и двух выходных (1-5-2) объективов с фокусными расстояниями F_M1, размещенных соответственно перед входными и после выходных поляризационно-чувствительных кубиков на фокусном расстоянии (по ходу светового луча) относительно друг друга, и субблока объективов I_M2 с двумя входными и M выходными оптическими каналами, который выполнен из двух входных (1-6-1), двух выходных (1-6-2) объективов с фокусными расстояниями F_M2, установленных на фокусном расстоянии относительно друг друга.

При показанной на фиг.2 компоновке элементов блока межсоединений I_M сфокусированный p-поляризованный световой пучок, поступающий, например, по входному оптическому каналу 1, проходит через первый коллективный объектив 1-5-1 субблока I_M1, первую грань первого входного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-1, его диагональную и третью грани, вторую полуволновую пластинку 1-4 и первую грань первого выходного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-2, отражается диагональной гранью этого расщепителя к его четвертой грани; проходя через четвертьволновую пластинку 1-3-1, превращается в циркулярно-поляризованный пучок; отражается элементом 1-3-2, вновь проходит в обратном направлении через четвертьволновую пластинку 1-3-1, превращаясь в линейно-поляризованный пучок с ортогональным направлением поляризации; проходит через диагональную грань первого выходного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-2 и установленную на его второй грани четвертьволновую пластинку 1-3-1, превращаясь в циркуляционно-поляризованный пучок; отражается элементом 1-3-2, вновь проходит через четвертьволновую пластинку, превращаясь в линейно-поляризованный сигнал, отражается от диагональной грани поляризационно-чувствительного расщепителя, проходит через четвертую полуволновую пластинку, первый выходной объектив 1-5-2 субблока I_M1, первые входной (1-6-1) и выходной (1-6-2) объективы субблока 1_M2 и попадает в виде сфокусированного p-поляризованного светового пучка в выходной оптический канал М/2.

Если на первую грань первого поляризационно-чувствительного расщепителя 1-1 из канала 1 падает s-поляризованный световой пучок, то он отражается диагональной гранью этого расщепителя, проходит через его четвертую грань и оптически связанную с этим выходом первую полуволновую пластинку 1-4, превращаясь в p-поляризовыанный световой пучок; проходит через первую грань второго входного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-1, его диагональную грань, в прямом направлении через размещенную за третьей гранью этого поляризационно-чувствительного расщепителя четвертьволновую пластинку 1-3-1 и, отразившись от установленного за этой пластинкой отражающего элемента 1-3-2 и пройдя через четвертьволновую пластинку 1-3-1 в обратном направлении, превращается в s-поляризованный световой пучок, который, отразившись от диагональной грани второго входного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-1, пройдя через его вторую грань, четвертую полуволновую пластинку 1-4, первую, диагональную и третью грани второго выходного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-2, пятую полуволновую пластинку 1-4, второй выходной объектив 1-5-2, вторые входной (1-6-1) и выходной (1-6-2) объективы, попадает в выходной оптический канал M в виде сфокусированного s-поляризованного светового пучка.

Из оптической схемы фиг.2 следует, что прохождение через элементы блока межсоединений световых пучков входных оптических каналов 2,3,M/2 подобно каналу 1. Прохождение через элементы этого блока p- и s-поляризованных световых пучков оптических каналов 1+M/2,2+M/2,N, падающих на четвертую грань второго входного поляризационно-чувствительного расщепителя 1-1 вследствие симметрии оптической схемы, аналогично прохождению световых пучков входных каналов 1,2,M/2: p-поляризованные пучки проходят соответственно в выходные каналы N,2+M/2,1+M/2, а s-поляризованные соответственно в выходные каналы 1,2, M/2. Топология реализуемых блоком межсоединений I_M оптических связей отображается одномерным двудольным графом и для частного случая M 8 поясняется на фиг. 3. Как показано в [3] такая топология межкаскадных соединений изоморфна топологиям соединительных сетей типа Бэняна и на основе совершенной тасовки.

Длины оптических путей S_p и S_s, соответственно, p- и s-поляризованных сигналов в субблоке I_M1 при любых соединениях входных и выходных каналов блока I_M вследствие таутохронности его оптической системы равны длине оптического пути световых лучей, входящих в блок I_M в направлении главной оптической оси: S_p 4nL_M + 2l_н + 4l_Q + и S_s 4nL_M + 3l_н + 2l_Q + D, где L_M длина стороны поляризационно-чувствительных расщепителей, n - их показатель преломления, l_Q и l_н длины оптических путей, соответственно для четверть- и полуволновой пластинок, D длина оптического пути в объективах 1-5-1 и 1-5-2.

Поскольку l_н 2l_Q, то длины оптических путей S_p и S_s равны.

Вариант блока межсоединений I_M для двухкоординатного многокаскадного оптоэлектронного коммутатора изображений при N 2^2r отличается тем, что поляризационно-чувствительные расщепители I-1 и I-2 имеют форму прямоугольных параллелепипедов с ребрами L_M 2L_M L_M, используются плоские отражающие элементы 1-3-2, полу (1-4) и четвертьволновые (1-3-1) пластинки размера L_M 2L_M и квадратные матрицы 1-5 и 1-6 из четырех сферических объективов, причем первый и третий и второй и четвертый входные коллективные объективы 1-5-1 оптически связаны, соответственно, с первой гранью первого и четвертого гранью второго входного параллелепипеда 1-3-1, первый и третий и второй и четвертый выходные объективы 1-5-2 через четвертую и пятую полуволновые пластинки оптически связаны с третьими гранями, соответственно, первого и второго выходного параллелепипедов 1-3-2. Такой двухкоординатный (объемный) коммутатор можно рассматривать состоящим из каскадов Б_MX и Б_MY, реализующих, соответственно, x и y межсоединения, каждый из которых содержит 2^r плоских каскадов оптических межсоединений Б_M, выполненных по схеме фиг.2а, причем каскады x и y межсоединений развернуты относительно друг друга на 90^o вокруг горизонтальной оптической оси, и каскадов управления управления A_k, которые выполнены в виде квадратных матриц из NxN модуляторов плоскости поляризации света.

Вариант предлагаемого двукоординатного многокаскадного коммутатора (фиг. 4) отличается тем, что в блоках межсоединений выходные поляризационно-чувствительные расщепители 1-2 развернуты относительно входных 1-1 на 90^o вокруг горизонтальной оптической оси.

В двухкоординатном многокаскадном оптоэлектронном коммутаторе каждый блок межсоединений I_M (блок типа M) имеет MxM оптически входных и MxM оптических выходных каналов, которые оптически связаны с коллективными входными 1-5-1 и коллективными выходными 1-6-2 объективами, причем с каждым из объективов связана группа, состоящая из M/2 строк и M/2 столбцов каналов. Для p-поляризованных пучков оптическая система блока представляет собой систему, состоящую из (см. фиг.2 и фиг.4) четырех зеркал и двухкомпонентной оборачивающей системы, и поэтому для таких пучков в группах каналов, связанных первым, вторым, третьим и четвертым входными и выходными коллективными объективами, реализуются оптические соединения и строк входных оптических каналов. Для s-поляризованных пучков оптическая система блока представляет собой систему, состоящую из трех зеркал и двухкомпонентной оборачивающей системы, и поэтому для таких пучков в группах каналов, связанных четными и нечетными объективами, реализуются соединения, как в зеркальной системе, т.е. с транспортированием строк входных оптических каналов.

Такой тип соединителей сети отображается двумерным двудольным графом, который может быть математически описан следующим образом. Если номера оптических каналов, входящих в группы, связанные с первым, третьим и четвертым объективами блока межсоединений I_M, обозначить, соответственно, как a_if b_if c_ij и d_ij, где i, j 1,2,M/2, то для p-поляризованных пучков соединяются входные и выходные каналы и для s-поляризованных пучков соединяются каналы

Предлагаемый оптоэлектронный коммутатор двумерных изображений работает следующим образом. Предположим, что во входных оптических каналах 1,2,N формируются p-поляризованные изображения И₁,И₂,И_N, а во входных каналах N+1, N+2,2N формируются s-поляризованные изображения И_1+N,И_2+N,И_2N. Блоком управления БУ для каждого из входящих в коммутатор управляющих каскадов A_k (k= 1,2,K) вырабатываются комбинации сигналов управления модуляторами плоскости поляризации U_k= U_k1, U_k2,K_kN} соответствующие требуемой картине соединений входных и выходных каналов. После завершения переходных процессов в управляемых модуляторах плоскости поляризации формируемые во входных каналах изображения передаются в выходные каналы 1,2,2N в соответствии с установившимися маршрутами соединения. Таким же образом работает двумерный коммутатор. Различие состоит только в том, что, поскольку число формируемых во входных оптических каналах коммутатора p- и s-поляризованных изображений равно N², то блок управления БУ вырабатывает комбинации из N² управляющих сигналов.

Возможные параметры предлагаемого оптоэлектронного коммутатора изображений могут быть оценены следующим образом. Число элементов в передаваемом изображении qxq (например, число бит, передаваемых по каналам параллельно в виде групповой информации) определяется размерами поляризационно-чувствительных расщепителей и угловой апертурой NA оптической системы. Из геометрии блока межсоединений (см. фиг.2) следует, что числовая апертура оптической системы NA в предположении, что L_M >> l_н, l_Q, не может превышать величины NA 0,125n, где n 1,5 -показатель преломления поляризационно-чувствительных расщепителей. Если в качестве источников излучения, формирующих световые картины на входах коммутатора, используются одномодовые лазеры с гауссовым распределением интенсивности, то, как известно, в многокаскадных дифракционно-ограниченных оптических системах при оптимальном радиусе гауссова пучка дифракционные световые потери не превышают несколько процентов при концентрации энергии в формируемых выходных каналах световых пятнах (элементах изображения) более 95% При такой концентрации энергии практически исключаются взаимные помехи между соседними элементами в передаваемых изображениях, и максимальная плотность элементов в изображениях оценивается соотношением:

_max= (2NA/3)², (1)

где длина волны оптического излучения.

При использовании источников излучения с l = 0,9 мкм на основании (1) найдем для максимально возможной плотности дискретных элементов в передаваемых изображениях _max 210⁶ см^-2 при диаметре элементов приблизительно 7 мкм. Если в двухкоординатном коммутаторе размера 2N² x 2N² в блоке межсоединений типа N используются поляризационно-чувствительные расщепители с ребром L_N 5 см, то общий объем передаваемой в пиковом режиме по всем 2N² оптическим каналам информации может теоретически достигать 410⁸ бит с возможностью передачи по каждому оптическому каналу коммутатора, например, с числом портов, равным 128 (N 8), групповой информации из qxq приблизительно равно 310⁶ бит. Учитывая неизбежные аберрации оптической системы и требование простоты ее юстировки, а также возможности создания матриц GaAs вертикально излучающих лазеров и матриц фотоприемников, в практических разработках можно считать реальным формировать, передавать и регистрировать одновременно по всем 2N² оптическим каналам информационные массивы из приблизительно 10⁷ бит; при этом в случае коммутатора со 128 портами передаваемые по оптическим каналам изображения могут содержать до приблизительно 810⁴ дискретных элементов при шаге между ними приблизительно 45 мкм.

Вследствие того, что в предлагаемом коммутаторе изображения всех входных портов передаются во входные порты через оптическую систему, каждая компонента которой состоит из четырех, а не одного, объективов, то при одной и той же светосиле объективов общий объем передаваемой по всем оптическим каналам двухкоординатного (т.е. объемной конструкции) коммутатора информации, по крайней мере, в четыре раза больше, чем в прототипе. В случае коммутатора плоской конструкции достигается не менее чем двукратный выигрыш.

Темп передачи информации по любой соединенной паре оптических каналов W (произведение пространственной и временной полосы частот) определяется как произведение числа элементов в передаваемом изображении и скорости передачи информации V бит/с (т.е. W q²V), достижимой при заданной вероятности потери информации. Предельное значение W ограничено причинами энергетического характера: доступным уровнем непрерывно генерируемой световой мощности P, допустимым уровнем тепловыделения Q и пороговой чувствительностью фотоприемников E_п. В отсутствии световых потерь W = QL²₂/E_п. При Q 10 Вт/см², L₂ 1 см и E_п 1 ФДж (порог надежного срабатывания фотоприемника при использовании в качестве источников излучения одномодовых лазеров с характерной для них пуассоновской статистикой фотонов) темп передачи информации может достигать величины W 10 Pбит/с. В реальных матрицах с большим числом элементов пороговая чувствительность фотоприемников не превышает E_п 10 ФДж и коэффициент полезного действия GaAs лазеров 10% Поэтому в случае использования матрицы лазеров с общей излучаемой мощностью P = Q 1 Вт при тепловыделении в ней Q 10 Вт и тепловыделении в матрице фотоприемников Q 1 Вт возможен темп передачи информации W 0,1 Pбит/с, что более чем в 1000 раз превышает темп передачи в известных системах коммутации потоков информации. При этом в случае предлагаемого коммутатора, например размера 128x128, его суммарная (т.е. всех каналов) пиковая производительность может достигать величины W_сум 10 Pбит/с.

Сравнение величин W и W_сум, достижимых в предлагаемом коммутаторе и прототипе, показывает, что в прототипе вследствие виньетирования световых пучков (при прочих равных условиях) эти величины примерно в 10-50 раз меньше.