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光開關的分類

 光開關是一種具有一個或多個可選的傳輸端口,其作用是對光傳輸線路或集成光路中的光信號進行相互轉換或邏輯操作的光學器件。目前,在光傳送網中各種不同交換原理和實現技術的光開關被廣泛地提出。不同原理和技術的光開關具有不同的特性,適用於不同的場合。依據不同的光開關原理,光開關可分為:機械光開關、磁光開關、熱光開關、電光開關和聲光開關。依據光開關的交換介質來分,光開關可分為:自由空間交換光開關和波導交換光開關。
 

機械式光開關:

機械式光開關發展已比較成熟,可分為移動光纖、移動套管、移動準直器、移動反光鏡、移動稜鏡和移動耦合器。傳統的機械式光開關插入損耗較低(≤2dB);隔離度高(>45dB);不受偏振和波長的影響。其缺陷在於開關時間較長,一般為毫秒量級,有時還存在回跳抖動和重複性較差的問題。另外其體積較大,不易做成大型的光開關矩陣。機械式光開關,已經做成產品,在國內市場上主要有SUN Telecom公司生產的1×2,1×4,2×2機械式光開關,國外的主要有E-TEK,JDS,Dicon,Lightech,Oplink等公司的產品。
 

微電子機械光開關(MEMS):

MEMS是由半導體材料,如Si等,構成的微機械結構。它將電、機械和光集成為一塊芯片,能透明地傳送不同速率、不同協議的業務。MEMS已廣泛應用在工業領域。MEMS器件的結構很像IC的結構,它的基本原理就是通過靜電的作用使可以活動的微鏡面發生轉動。從而改變輸入光的傳播方向。MEMS既有機械光開關的低損耗、低串擾、低偏振敏感性和高消光比的優點,又有波導開關的高開關速度、小體積、易於大規模集成等優點。基於MEMS光開關交換技術的解決方案已廣泛應用於骨幹網或大型交換網。
 

液晶光開關:

液晶光開關的工作狀態基於對偏振的控制:一路偏振光被反射,而另一路可以通過。典型的液晶器件將包括無源和有源兩部分。無源部分,如分路器將入射光分為兩路偏振光。根據是否使用電壓,有源部分或者改變入射光的偏振態或者不加改變。由於電光效應,在液晶上施加電壓將改變非常光的折射率,從而改變非常光的偏振狀態,本來平行光經過在液晶中的傳輸會變成垂直光。液晶的電光係數很高,是鈮酸鋰的幾百萬倍,使液晶成為最有效的光電材料。電控液晶光開關的交換速度可達亞微秒級,未來將可以達到納秒級。
 

熱光效應開關:

熱光技術一般用於製作小型光開關。典型的如1×1、1×2、2×2等,更大的光開關可由1×2光開關元件在同一晶片上集成。熱光開關主要有兩種基本類型:數字型光開關(DOS:Digital optical switches)和干涉型光開關(Interferometric switches)。干涉型光開關具有結構緊湊的優點,缺點是對波長敏感。因此,通常需要進行溫度控制。它們都是在介質材料,如玻璃或硅基片上,先做上波導結構,然後,在波導上蒸鍍金屬薄膜加熱器,金屬薄膜通電發熱,導致其下面的波導的折射率發生變化,從而實現光的開關動作。
 

聲光開關:

在這種開關中,聲波用來控制光線的偏轉。交換速度從500ns到10us。由於沒有移動部分,可靠性較高。1×2光開關損耗低於2.5db。LMGR公司聲稱其光纖線性聲光開關沒有機械部分,使用電和計算機控制聲光偏轉裝置,能在幾個微秒內將輸入信號送到輸出端,轉向器可以任意轉向。Brimrose公司也開發了自己的聲光開關,其1×2光開關的交換速度是525ns,相對損耗為2.5db。
 

波導型光開關:

波導型光開關是最近發展的光開關,採用波導結構。它同樣利用電光、聲光、熱光、磁光效應。最一般的介質波導是平板波導結構,它由襯底、薄膜層和覆蓋層組成。襯底、薄膜層以及覆蓋層底折射率分別為ns、nf、n c ,光在薄膜層中傳播的條件,必須滿足nf >ns> n c。由於其體積小,可用於大規模的OXC中。
 

磁光開關:

磁光開關原理是利用法拉第旋光效應,通過外加磁場的改變來改變磁光晶體對入射偏振光偏振面的作用,從而達到切換光路的效果。相對於傳統的機械式光開關,它具有開關速度快,穩定性高等優勢,而相對於其他的非機械式光開關,它又具有驅動電壓低、串擾小等優勢,可以預見在不久的將來,磁光開關將是一種極具競爭力的光開關。

 



 
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