光开关的工作原理是什么?

光开关是一种具有一个或多个可选择的传输窗口,可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。机械式光开关:插入损耗低;隔离度高;不受偏振和波长影响;开关时间长(ms),重复性较差。其它光开关:开关时间短(ms);体积小;插入损耗大;隔离度低。image:bk071533f_1.jpg光开关的特性参数1.插入损耗(Insertion loss)image:bk071533f_2.gif2.回波损耗(Return loss)从输入端返回的光功率与输入光功率的比值。image:bk071533f_3.gifimage:bk071533f_4.jpg3.隔离度两个相隔离的输出端口光功率的比值。image:bk071533f_5.gif4. 串扰输入光功率与从非导通端口输出的光功率的比值。image:bk071533f_6.gif5.消光比两个端口处于导通和非导通状态的插入损耗之差。ER=IL-IL06.开关时间开关端口从某一初状态转为通或者断所需的时间。从在开关上施加或撤去能量的时刻算起。光开关的工作原理:1. 机械式光开关image:bk071533f_7.gif移动光纤式光开关image:bk071533f_8.jpg移动反射镜式光开关以上两种体积大,难实现集成化的开关网络。近年正大力发展一种集成的微机电系统(MEMS)开关,在硅片上用微加工技术做出大量可移动的微型镜片构成的开关阵列。image:bk071533f_9.gif用16 个移动反射镜光开关构成的两组4 4MEMS开关阵列2 电光开关电光开关的原理一般是利用材料的电光效应或电吸收效应,在电场作用下改变材料的折射率和光的相位,再利用光的干涉或偏振等使光强突变或光路转变。电光开关一般利用泡克耳斯(Pockels)效应,即折射率n随光场E而变化的电光效应。折射率变化与光场的变化关系为:image:bk071533f_11.gif而光波传输距离L相应的相位变化为:image:bk071533f_12.gif定向耦合型光开关image:bk071533f_13.gif定向耦合器中两耦合波导光功率周期性相互转换image:bk071533f_14.gifimage:bk071533f_15.jpg定向耦合器的开关特性M-Z型干涉仪光开关波导型M-Z干涉仪是一种广泛应用的光开关。它由两个3dB耦合器级联而成。image:bk071533f_16.gif工作原理:在两个光波导臂的电极上分别加上电压V和-V,各产生相应电场E1和E2。因此波导臂所产生的折射率变化为:image:bk071533f_17.gif对于对称型M-Z干涉仪,L1=L2=L,两臂的相位差为:image:bk071533f_18.gif令Df=p时的电压为半波电压:image:bk071533f_19.gif两臂的相位差可以表示为:image:bk071533f_20.gif设①端输入的电场强度为E1,从③、④端输出的信号的电场强度为E3 、E4,利用耦合器的传输方程,可得image:bk071533f_21.jpg③、④端的透过率为:image:bk071533f_22.jpg不加电压时,V=0,T3=0,T4=1;加半波电压Vp时,T3=1, T4=0,实现了开关作用。偏振强度调制型光开关由电光相位调制器、起偏器P和检偏器Q组成image:bk071533f_23.jpg该功率器件的功率转变比为image:bk071533f_24.gifimage:bk071533f_25.gif3 热光开关热光开关和电光开关的结构可以是相同的,但是产生开光效应的机理不同。这里的热光效应是指通过电流加热的方法,使介质的温度变化,导致光在介质传输的折射率和相位发生改变的物理效应。这是率随温度的变化可用以下关系式表示:image:bk071533f_26.gifimage:bk071533f_27.jpg4 液晶光开关image:bk071533f_28.jpg液晶光开关工作原理5 磁光效应光开关image:bk071533f_29.jpg6.声光开关声光效应是指声波通过材料产生机械应变,引起材料的折射率周期性变化,形成布拉格光栅,衍射一定波长的输入光的现象。利用声致光栅使光偏转做成光开关。image:bk071533f_30.jpg声光开关工作原理 收起

光开关是一种具有一个或多个可选择的传输窗口,可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。 机械式光开关:插入损耗低;隔离度高;不受偏振和波长影响;开关时间长(ms),重复性较差。 其它光开关:开关时间短(ms);体积小;插入损耗大;隔离度低。 光开关的特性参数 1.插入损耗(Insertion loss) 2.回波损耗(Return loss) 从输入端返回的光功率与输入光功率的比值。 3.隔离度 两个相隔离的输出端口光功率的比值。 4. 串扰 输入光功率与从非导通端口输出的光功率的比值。 5.消光比 两个端口处于导通和非导通状态的插入损耗之差。 ER=IL-IL0 6.开关时间 开关端口从某一初状态转为通或者断所需的时间。从在开关上施加或撤去能量的时刻算起。 光开关的工作原理: 1. 机械式光开关 移动光纤式光开关 移动反射镜式光开关 以上两种体积大,难实现集成化的开关网络。近年正大力发展一种集成的微机电系统(MEMS)开关,在硅片上用微加工技术做出大量可移动的微型镜片构成的开关阵列。 用16 个移动反射镜光开关构成的两组4 4MEMS开关阵列 2 电光开关 电光开关的原理一般是利用材料的电光效应或电吸收效应,在电场作用下改变材料的折射率和光的相位,再利用光的干涉或偏振等使光强突变或光路转变。 电光开关一般利用泡克耳斯(Pockels)效应,即折射率n随光场E而变化的电光效应。折射率变化与光场的变化关系为: 而光波传输距离L相应的相位变化为: 定向耦合型光开关 定向耦合器中两耦合波导光功率周期性相互转换 定向耦合器的开关特性 M-Z型干涉仪光开关 波导型M-Z干涉仪是一种广泛应用的光开关。它由两个3dB耦合器级联而成。 工作原理: 在两个光波导臂的电极上分别加上电压V和-V,各产生相应电场E1和E2。因此波导臂所产生的折射率变化为: 对于对称型M-Z干涉仪,L1=L2=L,两臂的相位差为: 令Df=p时的电压为半波电压: 两臂的相位差可以表示为: 设①端输入的电场强度为E1,从③、④端输出的信号的电场强度为E3 、E4,利用耦合器的传输方程,可得 ③、④端的透过率为: 不加电压时,V=0,T3=0,T4=1;加半波电压Vp时,T3=1, T4=0,实现了开关作用。 收起

1、机械光开关 传统机械光开关的工作原理:通过热、静电等动力,旋转微反射镜,将光直接送到或反射到输出端。特点是开关速度比较慢、性价比好,在很多领域有市场前景,但体积大、不易规模集成的缺点限制了其在未来光通信领域的应用。在此基础上,近几年发展很快的是MOEMS光开关,它是微机电系统和传统光技术相结合的新型开关,特别是具有光信号的数据格式透明、与偏振无关、差损小、可靠性好、速度快、容易集成的优点。 2、电光效应开关 电光效应光开关多由光电晶体材质(如LiNbO3或其他半导体材质)波导材质制成,两条波导通路连接成M-Z干涉结构,外加电压可改变波导材质的折射率,从而控制两臂的相位差,利用干涉效应实现了光的通断。它的特点是速度快,但与偏振有关,成本较高。 3、光控开关 现在比较成熟的型号有:基于NOLM原理和SOA非线性效应(如XPM:cross phase modulation)制作的全光开关。它们不仅用于超快开关交换,而且还可用于全光信号再生与超快波长转换,是目前很有前途的全光交换技术。 收起

光开关是一种具有一个或多个可选择的传输窗口,可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。开关性能参数有多种,如:快切换速度、高隔离度、小插入损耗、对偏振不敏感及可靠性,不同领域对它的要求也各不相同。其种类有保护、切换系统中常用的传统光机械开关,也有这几年飞速发展的新型光开关,如:热光开关、液晶开关、电光开关、声光开关、微光机电系统光开关气泡开关等。在超高速光通信领域,还有马赫-曾德尔(Maeh-Zehnder)干涉型光开关、非线性环路镜光开关等光控开关。 收起

光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口的光学器件,其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作。传统机械光开关的工作原理:通过热、静电等动力,旋转微反射镜,将光直接送到或反射到输出端。特点是开关速度比较慢、性价比好,在很多领域有市场前景,但体积大、不易规模集成的缺点限制了其在未来光通信领域的应用。在此基础上,近几年发展很快的是MOEMS光开关,它是微机电系统和传统光技术相结合的新型开关,特别是具有光信号的数据格式透明、与偏振无关、差损小、可靠性好、速度快、容易集成的优点。 收起