光开关
光开关
光传感系统:空分复用的光纤传感系统,节约解调系统,降 低成本。
作为开关的主要技术参数：
插入损耗：输入和输出端口间光功率的减少； 回波损耗：从输入端返回的光功率与输入光功率的比值
隔离度：两个相隔离输出端口光功率的比值
消光比：端口处于导通和非导通状态的插入损耗之差。 开关时间：指开关端口从某一初始转为通或断所需的时 间从在开关上施加或撤去转换能量的时刻起测量。
定义：一种具有一个或多个可选择的传输端口，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。 主要功能：目前主要是光交换系统和主备倒换，即利 用光开关技术实现全光层的路由选择、波长选择、光 交叉连接以及自愈保护等功能。1，将某一光纤通道的 光信号切断或开通；2，将某波长光信号由一光纤通道 转换到另一光纤通道去；3，在同一光纤通道中将一种 波长的光信号转换为另一波长的光信号（波长转换器） 多信道光通信系统还需要光插／分复用技术和快速的 网间信息交换技术以及光的交叉连接（ＯＸＣ）技术 都需要超高速大规律集成的光开关矩阵。
光开关的应用范围
光纤测试中的光源控制：１ＸN光开关在光纤测 试技术中主要应用于控制光源的接通和切断。 光网络的自动保护倒换 光网络监控 光纤通信器件测试光交叉连接 光插分复用器 光传感系统 光学测试
保护倒换功能：光 开关通常用于网络 的故障恢复。当光 纤断裂或其他传输 故障发生时，利用 光开关实现信号迂 回路由，从主路由 切换到备用路由上。 这种保护通常只需 要最简单的1×2光 开关。 SNCP: 子网连接保护
( 1 ) 2 1 n 1 ( 2 ) 2 11 n ( 1 ) 21 n 2 3 31 1 ) 41 ( 2 4 n 51 ( 1 ) n 2 5 61 1) ( 2 6 n
光开关的工作原理
光开关的工作原理
光开关是一种根据光的强度变化来控制电路开关状态的装置。
它利用光敏元件，如光敏二极管或光敏电阻，来感受光的强度，并将其转化为电信号。
光开关的工作原理可以描述为以下几个步骤：
1. 光源发出光线：光开关通常需要一个光源，如LED灯或激
光器，来产生光线。
这个光源可以是连续的光束或者脉冲光。
2. 光线照射到光敏元件上：光线从光源发出后，经过适当的光路，照射到光敏元件上。
光敏元件通常被安装在光开关的接收端。
3. 感光元件感应光信号：光敏元件对光的强度进行感应，并将其转化为电信号。
光敏元件的电阻或电流值将随着光线的强度变化而变化。
4. 信号处理：光敏元件输出的电信号接入到一个信号处理电路中。
这个电路可以是一个比较器、一个运算放大器、一个逻辑电路等等，用于处理光敏元件输出的电信号。
5. 控制开关状态：信号处理电路将根据光敏元件输出的电信号来控制开关的状态。
当光线强度高于一定阈值时，开关可以是打开状态，或者反之。
总之，光开关利用光敏元件感应光线的强度变化，将其转化为
电信号，并通过信号处理电路来控制开关的状态。
这种工作原理使光开关在很多领域中得到了广泛的应用，例如光电自动控制、照明系统等。
光开关定义分类
1.光开关是按一定要求将一个光通道的光信号转换到另一个光通道的器件。
2.光开关可使光路之间进行直接交换, 是光网络中完成全光交换的核心器件,在全光网络中, 光开关可实现在全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈保护等重要功能。
3.其中光交叉连接设备(OXC) 和光分插复用设备(OADM) 可以说是全光网的核心。
而光开关和光开关阵列恰恰是OXC 和OADM的核心技术。
4.全光网络中应用的光开关应具有快的响应速度、低的插入损耗、低通道串音、对偏振不敏感、可集成性和可扩展性、低成本、低功耗、热稳定性好等特性。
今后光开关发展的方向：光调制光开关和波导调制光开关的技术发展较快,其开关时间具有几个ps 到10ps的开发潜力,可以满足全光通信网络实现高速光交换、光交叉连接的要求。
因此,光调制光开关和波导调制光开关是今后光开关的发展方向。
但是,光调制光开关和波导调制光开关串音大的缺点目前尚无技术突破,还处于实验室研究阶段,而且价格昂贵,近几年要达到实用化的水平并投入市场不太可能。
目前采用较为成熟的MEMS技术研制开发光开关、光开关列阵,并在此基础上组建、完善全光交换机及其交换矩阵系统等全光网络节点设备，具有非常大的现实应用价值。
目前,MEMS技术还存在一些问题:一是迫切需要用于微电子机械系统设计的先进的模拟工具和模型建立工具(大多数微电子机械设备都是用功能差的不能准确预测执行情况的分析工具来建立的,这种方式效率低下,费时费力),只有运用合适的开发工具,并配以连通高性能工作站以及本地的和远程的超级计算机网络才能从根本上改变这种局面;其次,微电子机械系统的包装面临独特的挑战,因为微电子机械装置形状差异大,并且部分装置还要求放置于特定的环境中,所以几乎每开发一套微电子机械系统就需要为其设计一个专用的包装。
容许设计者从已有的标准包中挑选出新的微电子机械设备的包装也不失为一个较好的办法。
（应用光学2005）常见的光开关：1.MEMS光开关：而MEMS光开关是基于半导体微细加工技术构筑在半导体基片上的微镜阵列, 即将电、机械和光集成为一块芯片, 能透明地传送不同速率、不同协议的业务。
光开关工作原理
光开关工作原理
光开关是一种基于光学效应的开关装置，它利用光的特性来控制电路的通断。
光开关通常由光源、光探测器和控制电路组成。
光开关的工作原理如下：
1. 光源发射光线：光开关的光源发射出光线，这些光线可以是可见光、红外线等。
2. 光线传输：发射的光线通过光纤或者空气等媒介传输到目标位置。
光纤是一种能够将光线高效传输的材料，在光开关中得到广泛应用。
3. 光探测：在光线到达目标位置时，光开关中的光探测器开始工作。
光探测器能够感知到光线的存在，并将其转换成电信号。
4. 控制电路：光探测器将光信号转换成电信号后，这些电信号被传送到控制电路。
控制电路根据光信号的变化来判断开关的状态，并做出相应的控制操作。
5. 控制操作：控制电路会根据光信号的强弱或者存在与否来控制开关的通断。
当光信号满足设定条件时，开关闭合，电路通断；反之，开关断开，电路断开。
通过以上工作原理，光开关实现了通过光信号来控制电路通断的功能。
它具有灵敏度高、响应速度快、无机械结构、抗干扰能力强等优点，在许多应用中得到广泛使用。
例如，光开关可
以用于光纤通信系统中的光路选择、光传感器中的信号检测等领域。
光开关的工作原理
光开关的工作原理光开关是一种很有用的电子元件，它能够检测光强度并作出相应的反应。
由一个受光线影响的极性晶体管（PTC）、一个定向变压器的主线圈、一个定向变压器的副线圈和一个多功能定向芯片组成。
开关的结构比较复杂，但它的工作原理其实很简单。
首先，当光线通过极性晶体管（PTC）时，晶体管的特性就会发生变化。
过极性晶体管（PTC）的电流可以由定向变压器的主线圈转换，从而产生一个相应的磁场。
另一个定向变压器的副线圈中，输出的低压信号可以被多功能定向芯片接收到，然后被转换为高压信号，从而产生一个输出信号。
当光强度达到一定强度时，PTC特性会发生变化，引起磁场变化，从而产生磁吸式调整器的作用。
吸式调整器的作用就是调节多功能定向芯片的输出信号，从而达到控制设备的目的。
光开关的原理就是这样，不管是用于日常家电控制还是工业控制系统，光开关都可以控制电力系统中的设备，满足用户的需求。
此，光开关在各种电子设备中都有着重要的作用。
光开关的主要特点就是能够检测光的强度，具有精确的控制和高灵敏度。
可以根据光线的强度，对控制设备作出快速反应，从而达到控制电子设备的效果。
时，光开关的反应速度很快，且操作简单。
开关可以实现自动控制，从而提升了设备的效率。
在实际应用中，光开关可以用于家用电器、计算机硬件和工业控制系统等设备。
例如，它可以用于自动控制空调，根据室内光线的强度调节温度；它还可以用于工厂流水线生产，根据条件变化控制设备的自动开关。
总之，光开关具有很多优点，它的工作原理很简单，但在实际使用中可以节省很多的成本，从而提高系统的可靠性和效率。
此，光开关在电子技术领域中越来越受欢迎，它可以在各种电子设备中发挥作用，为人们的生活创造更多的便利。
光 开 关
1.1 光开关的主要技术参量
光开关的主要技术参量有插入损耗、开关时间、消 光比、串扰、回波损耗、功耗、寿命（开关次数）等。
Pin1
Pout1
Pin2
Pout2
图 4.30 一个 2×2 光开关的示意图
消光比（也可称作开关比）：由于光开关的各种非理想因素，在某一光路 被光开关关断时仍有少量输入光功率从该光路传送到输出处。按照图 4.30
6.微电光机械系统（MEMS）光开关
图4.35 一个8×8的MEMS光开关矩阵示意图
由图可见，此种光开关也是一种空间光开关。其中右 端一排光纤和下方一排光纤分别为输出和输入光纤， 用微透镜将空间光束与光纤偶合。光束的交换是由自 由旋转的反射镜实现的。图中可以看到，该反射镜可 以按箭头所示方向旋转，可以立起，也可以倒下。当 反射镜倒下时，光束不受阻挡，继续直线传输；当反 射镜立起来时光束正好射在反射镜上被反射，光束向 右转弯并耦合到输出光纤中。此种光开关的开关时间 可以做到亚毫秒量级。
串扰：仍按图 4.30 的符号，设 Pin2 0 ，则串扰定义为
CT
ห้องสมุดไป่ตู้
10
log(
P Bar out 2
/ Pin1 )
(4.89)
P Bar out 2
为光开关处于“Bar”状态时，输出端口
2
的输出功率，
该功率是输入端口１串到输出端口２的功率。 插入损耗：假定光开关的各种可能光路的插入损耗都一样 （如果不一样，则需对每一个光路进行定义），则可选择某 一光路进行定义。则插入损耗定义为
L
10
log(
P Bar out1
/
Pin1 )
(4.90)
osw光开关标准
OSW光开关是一种基于光纤的光学开关，可以实现对光信号的快速切换和控制。
在通信、网络和光学测量等领域中，OSW光开关具有广泛的应用前景。
为了确保OSW光开关的性能和可靠性，国际上制定了一系列相关的标准。
其中，OSW光开关的标准主要包括以下几个方面：
1. 电气特性：OSW光开关需要满足一定的电气特性要求，例如输入输出电压范围、开关时间、导通电阻等。
这些参数对于保证光开关的稳定性和可靠性至关重要。
2. 光学特性：OSW光开关需要具备良好的光学特性，例如插入损耗、反射损耗、带宽等。
这些参数对于保证光信号的传输质量和性能有着重要的影响。
3. 环境适应性：OSW光开关需要在各种恶劣环境下正常工作，例如高温、低温、高湿度、振动等。
因此，需要对其环境适应性进行测试和评估。
4. 安全性：OSW光开关需要符合相关的安全标准，例如EMC指令、UL认证等。
这些标准可以确保光开关在使用过程中不会对人体造成伤害或损坏其他设备。
5. 其他标准：除了上述几个方面的标准外，还有一些其他的技术标准和规范，例如机械结构设计、材料选择、生产工艺等。
这些标准可以确保OSW光开关的质量和可靠性。
总之，OSW光开关标准的制定和完善对于推动其应用和发展具有重要意义。
通过遵循相关的标准和规范，可以提高OSW光开关的性能和可靠性，满足不同领域的需求。
单模光纤光开关
单模光纤光开关单模光纤光开关是一种能够控制光信号传输路径的设备，它在光通信、光传感、光计算等领域具有重要应用价值。
本文将从单模光纤光开关的原理、结构、工作方式及应用等方面进行阐述。
一、单模光纤光开关的原理单模光纤光开关是利用光的折射原理来实现对光信号的控制。
它通常由光纤、电极和控制电路等组成。
通过对电极施加电压，使电场强度发生变化，从而改变光纤中的折射率，进而控制光信号的传输路径。
单模光纤光开关一般采用微机电系统（MEMS）技术制造，具有小尺寸、低功耗和高可靠性等优点。
其结构主要包括输入光纤、输出光纤和光开关芯片。
光开关芯片上有若干个微小的电极，通过对这些电极施加电压来控制光信号的传输路径。
三、单模光纤光开关的工作方式在工作时，单模光纤光开关的输入光纤将光信号输入到光开关芯片上，然后通过控制电路控制电极施加电压，从而改变光信号的传输路径。
当电场强度改变时，光纤中的折射率也会发生变化，从而使光信号沿不同的路径传输。
最后，输出光纤将光信号输出到指定的位置。
四、单模光纤光开关的应用1. 光通信：单模光纤光开关可以用于光纤通信系统中的光交换、光保护和光监测等功能，提高光通信系统的可靠性和灵活性。
2. 光传感：单模光纤光开关在光纤传感系统中可以实现对光信号的精确控制，用于光纤传感器的信号采集和处理。
3. 光计算：单模光纤光开关可以用于光计算系统中的光逻辑运算和光路选择等功能，实现大规模并行计算和高速数据处理。
4. 光学成像：单模光纤光开关在光学成像系统中可以用于光路切换和光信号调制，提高成像质量和图像处理速度。
单模光纤光开关是一种具有广泛应用前景的光学设备，它可以实现对光信号传输路径的精确控制，为光通信、光传感、光计算和光学成像等领域的发展提供了重要支持。
随着技术的不断进步和应用需求的增加，相信单模光纤光开关将在未来发展中发挥更加重要的作用。
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Mems光开关在光通信中的作用
将某一光纤通道的光信号切断或开通；
将某波长光信号由一光纤通道转换到另一 光纤通道去；
在同一光纤通道中将一种波长的光信号转 换为另一波长的光信号（波长转换器）。
分类
MEMS光开关有2D(二维)数字和3D(三维)模 拟两种结构（如图1和图2所示）
原理
在2D结构中，所有微反射镜和输入输出 光纤位于同一平面上，通过 静电致动器使微镜直立和倒 下或使微镜以“翘翘板”的 方式处于光路和弹出光路的 图1 动纤式光开关 工作方式来实现“开”和 “关”的功能，所以2D结构 又称为数字型。
图2 反射式光开关
在3D结构中，所有微反射镜处于相向的两个 平面上，通过改变每个微镜的不同位置来实现 光路的切换。一个N×N的3D光开关只需要2N个 微反射镜，但每个微反射镜至少需要N个可精确 控制的可动位置，所以3D结构又称为模拟型。 右图它采用16个可以转动 的微型反射镜，实现两组 光纤束间的4×4光互连。
MEMS技术的应用领域不仅仅是光通信，依 然保持着强劲的生命力。以其研究方元化、 加工工艺多样化、系统单片集成化、制造 与封装统一化、应用领域全面化为标志的 固有特征和先天优势，必将在通信、导航、 传感、医用、交通、航空航天等军事和民 用领域得到广泛的推广和应用。 MEMS光开关能够满足现代光通信对光开关 性能的要求,研究与应用工作取得了一定进 展,但在计算机辅助设计、微细加工、系统 集成和封装检测等方面有待进一步研究。
MEMS技术调研
在光纤通讯领域中的技术 ——mems光开关
概述
什么是Mems技术 Mems光开关发展史 制作、分类及原理 性能指标及其优点 研究公司 我的感想
MEMS技术
MEMS技术的英文全称是: Micro-ElectroMechanical Systems，一般也称作微机电系 统技术，其含义是指可批量制作的，集微 型机构、微型传感器、微型执行器以及信 号处理和控制电路、直至接口、通信和电 源等于一体的微型器件或系统。MEMS是 随着半导体集成电路微细加工技术和超精 密机械加工技术的发展而发展起来的。
Байду номын сангаас
2D和3D的区别
与2D结构相反，3D结构的优点是交换端口 数能做得很大，可实现上千端口数的交换 能力，缺点是控制机理和驱动结构相当复 杂，控制部分的成本很高。
产品实物图
4*4电磁致动
性能指标
光开关的特性参数主要有插入损耗、回波 损耗、隔离度、串扰、工作波长、消光比、 开关时间等
项目 插损 dB 串扰 dB
消光 比 dB
偏振灵敏 度 dB
<0.3dB
开关时 寿命 间 次 ms
<40 >105
开关尺 寸 mm 10 10
测值 0.7~1.3 <-60 >60dB
Mems光开关的优点
MEMS光开关的优势体现在性能、功能、规模、 可靠性和成本等几个方面。
MEMS技术制作的光开关是将机械结构、微触 动器和微光元件在同一衬底上集成，结构紧凑、 重量轻，易于扩展。
感想
Mems光开关作为理想的开关器件，工作效 率高，以后一定会替代传统模拟的开关。 Mems光开关技术在微加工、集成度及封装 方面不足，所以，以后从事此研究领域应 该解决这些方面有所突破。 如果从事此方面研究，现在只能好好学习。
谢谢
Mems光开关的发展史
光纤通信在实现了高速、大容量点对点的 传输后，上世纪末进入了光纤网络时代
块状堆集型 光纤型 MEMS型 集成型
Mems型光开关制作
MEMS光开关采用硅在绝缘层上（SOI）的 硅片生长一层多晶硅,再镀金制成反射镜,然 后通过化学刻蚀或反应离子刻蚀方法除去 中间的氧化层，保留反射镜的转动支架通 过静电力或电磁力的作用,使可以活动的微 镜产生升降、旋转或移动,从而改变输入光 的传播方向以实现光路通断的功能。
在关键的性能指标如插入损耗、波长平坦 度、PDL(偏振相关损耗)和串扰方面， MEMS技术能达到的性能可与其他技术所能 达到的最高性能相比 MEMS光开关较其他光开关具有明显优势 开关时间一般在数ms量级。
公司及产品发展趋势
拥有MEMS技术设备并能提供相关光器件的 公司主要有：JDSU（捷迪讯）、Santec、 Memscap 、 Intpax 、 Umachines 、 Baynet 、 Lightconnect、Cypress、Novera等。 最近Fujitsu（富士通）宣布将发展一项采用 MEMS技术的80通道的光开关，其切换速度 将是1微秒，这是截至目前多通道光开关的 最高切换速度。