光通信器件-光開關(guān)

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1、實(shí)用文檔一、光開關(guān)的概念及作用、性能參數(shù)與分類1.光開關(guān)的概念及作用一種具有一個(gè)或多個(gè)可選擇的傳輸端口，可對光傳輸線路或集成光路中的光信號進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換或邏輯操作的器件。目前主要是：光交換系統(tǒng)和主備倒換，即利用光開關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)全光層的路由選擇、波長選擇、光交叉連接以及自愈保護(hù)等功能。1，將某一光纖通道的光信號切斷或開通；2，將某波長光信號由一光纖通道轉(zhuǎn)換到另一光纖通道去；3，在同一光纖通道中將一種波長的光信號轉(zhuǎn)換為另一波長的光信號（波長轉(zhuǎn)換器）多信道光通信系統(tǒng)還需要光插／分復(fù)用技術(shù)和快速的網(wǎng)間信息交換技術(shù)以及光的交叉連接（

2、ＯＸＣ）技術(shù)都需要超高速大規(guī)律集成的光開關(guān)矩陣。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視功能：使用簡單的1×N光開關(guān)可以將多纖聯(lián)系起來。當(dāng)需要監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)時(shí)，只需在遠(yuǎn)端監(jiān)測點(diǎn)將多纖經(jīng)光開關(guān)連接到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視儀器上（如OTDR），通過光開關(guān)的動(dòng)作，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測。光器件的測試：可以將多個(gè)待測光器件通過光纖連接，通過1×N光開關(guān)，可以通過監(jiān)測光開關(guān)的每個(gè)通道信號來測試器件。光傳感系統(tǒng):空分復(fù)用的光纖傳感系統(tǒng),節(jié)約解調(diào)系統(tǒng),降低成本。2.光開關(guān)的性能參數(shù)光開關(guān)的特性參數(shù)主要有插入損耗、消光比、開關(guān)時(shí)間、回波損耗、隔離度、遠(yuǎn)端串?dāng)_、近端串?dāng)_等。插入損耗：輸入和

3、輸出端口間光功率的減少?；夭〒p耗：從輸入端返回的光功率與輸入光功率的比值。隔離度：兩個(gè)相隔離輸出端口光功率的比值。消光比：端口處于導(dǎo)通和非導(dǎo)通狀態(tài)的插入損耗之差。開關(guān)時(shí)間：指開關(guān)端口從某一初始轉(zhuǎn)為通或斷所需的時(shí)間從在開關(guān)上施加或撤去轉(zhuǎn)換能量的時(shí)刻起測量。3.光開關(guān)的分類驅(qū)動(dòng)方式可分為：機(jī)械式光開關(guān)、非機(jī)械式光開關(guān)。原理可分為：機(jī)械光開關(guān)、熱光開關(guān)、電光開關(guān)和聲光開關(guān)。交換介質(zhì)可分為：自由空間交換光開關(guān)和波導(dǎo)交換光開關(guān)。二、機(jī)械式光開關(guān)這是靠微型電磁鐵或壓電器件驅(qū)動(dòng)光纖或反射光的光學(xué)元件發(fā)生機(jī)械移動(dòng)，使光信號改變光纖通道

4、的光開關(guān)。傳統(tǒng)機(jī)械光開關(guān)的工作原理：通過熱、靜電等動(dòng)力，旋轉(zhuǎn)微反射鏡，將光直接送到或反射到輸出端。特點(diǎn)是開關(guān)速度比較慢、性價(jià)比好，在很多領(lǐng)域有市場前景，但體積大、不易規(guī)模集成的缺點(diǎn)限制了其在未來光通信領(lǐng)域的應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，近幾年發(fā)展很快的是MOEMS光開關(guān)，它是微機(jī)電系統(tǒng)和傳統(tǒng)光技術(shù)相結(jié)合的新型開關(guān)，特別是具有光信號的數(shù)據(jù)格式透明、與偏振無關(guān)、差損小、可靠性好、速度快、容易集成的優(yōu)點(diǎn)。下面介紹幾種機(jī)械式光開關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔1.移動(dòng)光纖式光開關(guān)移動(dòng)光纖式光開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、重復(fù)性好、插入損耗低。移動(dòng)式光纖的輸入或輸出端

5、口中，一段光纖固定，而另一端光纖式活動(dòng)的。通過移動(dòng)活動(dòng)光纖，使之與固定光纖中的不同端口相耦合，從而實(shí)現(xiàn)光路切換。如圖1所示圖1移動(dòng)光纖式光開關(guān)2.移動(dòng)套管式光開關(guān)移動(dòng)套管式光開關(guān)就是講輸入或輸出光纖分別固定在兩個(gè)套管之中，其中一個(gè)套管固定在其底座上，另一個(gè)套管以很高的精度定位在兩個(gè)或多個(gè)位置上，帶著光纖相對固定套管移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)光路的轉(zhuǎn)換。3.移動(dòng)透鏡型光開關(guān)光纖被固定在輸入和輸出端口，依靠微透鏡精密的準(zhǔn)直而實(shí)現(xiàn)輸入、輸出光路的連接。光從輸入光纖進(jìn)入裝在一個(gè)由微處理器控制的步進(jìn)電機(jī)或其他移動(dòng)機(jī)構(gòu)上的第一個(gè)透鏡后變成平行

6、光，移動(dòng)該透鏡，則第二個(gè)透鏡將該透鏡的平行光聚焦到相應(yīng)輸出光纖。4.移動(dòng)反射鏡型光開關(guān)輸入輸出端口的光纖都是固定的，依靠旋轉(zhuǎn)球面或平面反射鏡，使輸入光與不同的輸出端口接通。如圖2所示。圖2移動(dòng)反射鏡式光開關(guān)5.移動(dòng)棱鏡型光開關(guān)輸入輸出光纖與起準(zhǔn)直作用的光學(xué)元件如自聚焦透鏡、平凸棒透鏡、球透鏡等相連接，并固定不動(dòng)，通過移動(dòng)棱鏡而改變輸入輸出端口的光路。6.移動(dòng)自聚焦透鏡型光開關(guān)自聚焦透鏡特別于各種光學(xué)器件中光纖與光纖的遠(yuǎn)場耦合。標(biāo)準(zhǔn)文案實(shí)用文檔三、非機(jī)械式光開關(guān)非機(jī)械光開關(guān)是利用一些材料的電光、聲光、磁光和熱光效應(yīng)，采用

7、報(bào)道結(jié)構(gòu)做成的。這類開關(guān)具有體積小、重量輕、與光纖適配、易于擴(kuò)展為開關(guān)陣列。非機(jī)械式光開關(guān)包括電光開關(guān)、熱光開關(guān)、聲光開關(guān)、磁光效應(yīng)光開關(guān)、液晶光開關(guān)、氣泡光開關(guān)、MEMS光開關(guān)和全光開關(guān)。1.電光開關(guān)電光開關(guān)的原理一般是利用鐵電體、化合物半導(dǎo)體、有機(jī)聚合物等材料的電光效應(yīng)（Pockels效應(yīng)）或電吸收效應(yīng)（Franz-Keldysh效應(yīng)）以及硅材料的等離子體色散效應(yīng)，在電場的作用下改變材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或者偏振等方法使光強(qiáng)突變或光路轉(zhuǎn)變。表1是這兩種電光材料的優(yōu)質(zhì)光開關(guān)器件的指標(biāo)：表1兩種電光開關(guān)

8、的指標(biāo)材料插損dB消光比dB偏振靈敏度dB開啟時(shí)間nsInP/InGaAsP5dB15dB0.5dB0.2有機(jī)聚合物1dB>20dB0.5dB0.1但由于半導(dǎo)體載流子復(fù)合時(shí)間的限制，開關(guān)時(shí)間一般要在10ns以上。與機(jī)械光開關(guān)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)除開關(guān)速度高之外，因?yàn)闆]有移動(dòng)部件，重復(fù)率較高，壽命較長。電光開關(guān)一般利用Pockels效應(yīng)