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OPTICAL CIRCUIT SWITCHING 研究筆記 04

讓光,換一條路。

點入光學核心,放大一面微鏡,再親手調整一束光。

以 Google Palomar 為結構主線查看論文實機照 ↗公開論文重建 · 非原廠 CAD
從機箱到網路 06 CHAPTERS
光路改變,訊號仍是光。

拖曳旋轉模型,點選元件。
也可以沿著六個章節逐步探索。

閱讀原始文獻 ↓
/機箱與全貌
載入模型中
切換光路 A →
光路已連通
教學慢動作
GOOGLE PALOMAR / STUDY MODEL機箱與全貌
OPTICS BENCH / 透鏡實驗

移動一片透鏡,看光束改變方向。

近軸薄透鏡模型
仍在發散d / f = 0.70
移動透鏡,觀察出纖光束如何改變光纖固定,透鏡主平面距離 d 為 15.4 mm,焦距 f 為 22.0 mm。目前仍在發散。金色 F− 與 F+ 分別標示透鏡前後焦點。出纖透鏡主平面觀察光束固定光纖F−F+d光軸 →
光線F− / F+:前後焦點縱向與纖芯已放大
透鏡靠得太近,還沒把發散角抵消。

把 d 增加到 f,觀察透鏡後方的光束邊界逐漸平行。

靠近光纖遠離光纖

光纖固定;移動的是整片透鏡與它的主平面。

短焦距 · 折轉較強長焦距

曲面外形隨所選焦距示意改變;實際是更換鏡片,不是讓同一片鏡變形。

自動示範會在準直位置停留;拖動任何滑桿即停止自動播放。

光線怎麼算?焦點又是什麼?

θ出 = θ入 − y / f:y 是光線通過主平面時的高度;焦距越短,同一高度的光線折轉越多。光纖距離為 d 時,θ入 ≈ y / d,因此 d = f 時可抵消出射角。

F− / F+ 是這片透鏡的前後焦點。點光源位於 F− 時出射近似平行;平行光入射則聚到 F+。移動光源後的實際光束交點不一定在 F+。

本實驗採理想點光源與幾何光線。真實光纖出光具有有限模場與繞射,焦斑不會縮成零;耦合也取決於波長、數值孔徑(NA)、模場匹配與傾角。圖中不顯示假定的耦合效率。

Thorlabs · PAF FiberPort 使用手冊(UCSD 鏡像站)↗Edmund Optics · 準直與焦距 ↗

移動/更換透鏡的教學實驗。Palomar 選路主要轉動 MEMS 微鏡,不表示實機透鏡在切換時變形。數值與放大纖芯均為教學設定。

機箱層
接頭、鏡面數量已縮減
拖曳旋轉 · 滾輪縮放 · 點選元件
第 2 層
100%
繼續放大 · 點模型標籤或選下方元件

3D/2D 為依公開資料製作的教學示意,尺寸、元件數量與光路間距經過簡化。彩色光束與移動光點用來呈現訊號路徑。

CHAPTER 01 / 06

把光纖重新接線,交給一盒微鏡。

擔任的角色
光路交換器(OCS)在光纖之間建立可重新配置的連接,讓資料中心能由軟體改變實體連線,而不必逐條重新插接光纖。
如何運作
本展品依 Google Palomar 公開設計呈現:光經準直器進入自由空間,在兩組微鏡陣列上各反射一次而轉向,再進入目標光纖。
為何重要
光訊號沿已建立的路徑通過,交換器無須逐一解讀封包;這讓連接層能配合網路擴充與流量需求調整。
技術看點
MEMS 微鏡、自由空間光學與影像回饋控制是此設計的重點。資料走光路,鏡面控制、供電與散熱仍由電子系統支援。

參考資料

Mission Apollo: Landing Optical Circuit Switching at Datacenter Scale ↗R300 Optical Circuit Switch ↗
↗ 觀察模型

從機箱上方找出光學核心與控制板。旋轉模型,觀察前面的密集光纖接頭。

深入理解與設計細節

前方:光纖介面

外部光纖進入機箱,經內部理線連到光學核心。模型縮減接頭數,讓布局更容易看清。

中央:自由空間光學

光離開光纖後,在準直器與兩組 MEMS 鏡陣列之間傳播,最後重新進入另一根光纖。

後方:供電與控制

控制板、高壓驅動板、電源和風扇維持系統運作。「全光」描述的是資料路徑;整台設備仍然需要電力。

多理解一點

OCS 不讀取每個封包的目的位址。它先建立電路,再讓這條電路上的光訊號通過。

LIVE CIRCUIT / 與模型同步

光路對照圖

切換輸出,模型與光路會同步更新。關閉後繼續瀏覽原來的 3D 視角。

全圖總覽 · 可放大閱讀標示
將 A 連到
光路已連通輸入 A → 輸出 1

教學慢動作 · 非實測切換時間

THE BIGGER PICTURE

它交換的,是連接關係。

從單一微鏡到整座資料中心,分清楚每一層的工作。

延伸探索 Vera Rubin 的光通訊與 CPO ↗
GOOGLE PALOMAR136 × 136

論文中的光學矩陣規模,含備援埠。
本頁用 1×4 示範一條選路。

規格依據 [01] ↗
DATA PLANE光 → 光

穿越 OCS 的資料保持光訊號。
控制、供電與監看仍使用電子系統。

NETWORK LAYER電路 ≠ 封包

OCS 改變實體連線;
端點與區塊內交換器仍處理封包。

QUICK CHECK

微鏡正在轉向時,會發生什麼?

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