光开关主流技术
光网络中的光开关技术
光网络中的光开关技术随着光纤通信技术的进展和密集波分复用系统的应用，光联网已经成为网络进展的趋势。
光联网络技术的实现要紧依托于光开关、光滤波器、光放大器、密集波分复用(DWDM)技术等器件和技术的进展。
密集波分复用技术的进展是推动全光通信进展的重要因素，而光联网的提出将使设备制造商、电信运营商都面临庞大的机缘与挑战。
光开关是全光互换中的关键器件，可实此刻全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接和自愈爱惜等功能。
目前光开关要紧应用包括：光交叉连接（OXC）。
OXC由光开关阵列组成，要紧实现动态的光途径治理、光网络的故障爱惜、灵活增加新业务等。
光交叉连接对开关的要求要紧有低插损、低串扰、低开关时刻和无阻塞运作。
目前微机电系统技术已经在光互换应用中进入实验时期，由于其对波长、数据速度和信号格式都透明，在不远的以后有希望实现光层上的互换。
用光开关实现网络的自动爱惜倒换。
当光纤断裂或传输发生故障时，就能够够通过光开关改变业务的传输途径，实现对业务的爱惜。
通常这种爱惜倒换只需1×2端口的光开关就能够够实现。
用1×N光开关实现网络监控。
在远端光纤测试点通过1×N光开关把多根光纤接到一个光时域反射仪(OTDR)上，通过光开关倒换实现对所有光纤的监测。
或插入网络分析仪实现网络在线分析。
光纤通信器件测试。
光器件、光缆和子系统产品在测试进程中，能够利用光开关同时测试多个器件，从而简化测试，提高效率。
光分插复用器（OADM）。
要紧应用于环形的城域网中，实现单个波长和多个波长从光路自由上下。
用光开关实现的OADM能够通过软件操纵动态上下任意波长，如此将增加网络配置的灵活性。
传统的光开关技术要紧采纳固态波导和光机械两种技术：固态波导开关由于有较高的串音、损耗和功耗，只能在有限的开关阵列中应用，不适合向大规模的开关阵列中扩展；机械开关尽管有比较低的插入损耗和串音，但其设备庞大、可扩展性一样，也不适用于大规模的开关阵列。
光开关的原理及种类 ln
光开关的原理及种类•一、前言光纤通信技术的问世和发展给通信业带来了革命性的变革，目前世界大约85％的通信业务经光纤传输，长途干线网和本地中继网也已广泛使用光纤。
同时，密集波分复用(DWDM)技术的发展和成熟为充分应用光纤传输的带宽和容量开拓了广阔的空间，具有高速率、大带宽明显优势的DWDM光通信网络已经成为目前通信网络发展的趋势。
特别是近几年，以IP为主的Internet业务呈现爆炸性增长，这种增长趋势不仅改变了IP网络层与底层传输网络的关系，而且对整个网络的组网方式、节点设计、管理和控制提出了新的要求。
一种智能化网络体系结构—自动交换光网络(ASON：automatic switched optical networks)成为当今系统研究的热点，它的核心节点由光交叉连接(OXC：optical cross connect)设备构成，通过OXC，可实现动态波长选路和对光网络灵活、有效的管理。
光交叉互连(OXC)技术在日益复杂的DWDM网中是关键技术之一，而光开关作为切换光路的功能器件，则是OXC中的关键部分。
光开关矩阵是OXC的核心部分，它可实现动态光路径管理、光网络的故障保护、波长动态分配等功能，对解决目前复杂网络中的波长争用，提高波长重用率，进行网络灵活配置均有重要的意义。
光开关不仅是OXC中的核心器件，它还广泛应用于以下领域。
（1）光网络的保护倒换系统，实际的光缆传输系统中都留有备用光纤，当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度，光开关将主信号自动转至备用光纤系统传输，从而使接收端能接收到正常信号而感觉不到网路已出了故障，其会将网络节点连成环形以进一步改善网络的生存性。
（2）网络性能的实时监控系统，在远端光纤测试点，通过1×N多路光开关把多根光纤接到光时域反射仪上，进行实时网络监控，通过计算机控制光开关倒换顺序和时间，实现对所有光纤的检测，并将检测结果传回网络控制中心，一旦发现某一路出现问题，可在网管中心直接进行处理。
激光器技术在光开关中的应用研究
激光器技术在光开关中的应用研究光开关是一种能够实现光信号的切换与路由的器件，广泛应用于光通信、光网络、光计算和光存储等领域。
随着信息技术的迅速发展，对高速、高带宽光通信和光网络的需求也越来越大。
激光器技术的应用研究能够提升光开关的性能和可靠性，推动光通信技术的进步。
光开关的基本原理是利用激光器产生的高强度光束来控制光的传输和接收。
激光器是一种将电能转化为光能的器件，能够产生高功率、窄线宽、相干性好的光束。
在光开关中，激光器主要用于提供稳定的激光光源和调制光信号的功能。
首先，激光器的高功率特性在光开关中具有重要意义。
光开关需要处理大量的光信号，高功率的激光器能够提供充足的能量保证信号的传输质量。
此外，高功率的激光器还能够实现远距离的光传输，增强光通信系统的传输能力。
其次，激光器的窄线宽特性能够提高光开关的稳定性。
光信号在传输过程中容易受到光纤的色散和损耗的影响，窄线宽的激光器能够减小光信号的色散效应，提高信号的传输距离。
此外，窄线宽的激光器还能够减小信号的噪声，提高光开关的信号质量。
此外，激光器的相干性能够增强光开关的调制效果。
光开关需要对光信号进行调制和解调，相干性好的激光器能够提供高质量的调制信号，保证光开关的工作效率。
相干性好的激光器还能够减小光信号的相位噪声，提高传输速率和信号传输质量。
除了上述的基本功能，激光器技术还有其他的应用研究，进一步提升光开关的性能和可靠性。
一方面，通过对激光器的材料和结构进行优化，可以实现更高的功率和更窄的线宽。
例如，采用双折射光纤、外腔半导体激光器等新型材料和结构，可以实现更高的光功率输出和更窄的线宽，进一步提高光开关的性能。
另一方面，通过对激光器的调制技术进行研究，可以实现更高的调制速率和更低的功耗。
目前，光开关主要采用电调制和光调制两种调制技术。
电调制是利用电场对光信号进行调制，速率受限于电子器件的响应速度，而光调制是利用光场对光信号进行调制，速率受限于光调制器的响应速度。
光开关的技术现状和展望
光开关的技术现状和展望光开关是光通信的关键部件，是近年来通信领域的研究热点。
文章从光开关的实现方式等方面介绍了光开关的研究与生产现状，重点介绍了MEMS光开关的研究与应用，对光开关发展趋势作了分析。
1、引言光开关可以实现光束在时间、空间、波长上的切换，在光网络中有许多应用场合，是光通信、光计算机、光信息处理等光信息系统的关键器件之一。
广义上来说，光开关可以分为两个类型：干涉仪型和非干涉仪型。
干涉仪型依赖于光路之中的相位关系，通过普克尔(Pockels)效应或热效应一般就可以达到相位控制。
这类器件对环境非常敏感，尤其是对环境温度。
它们对控制信号有循环响应，这些控制信号通常需要对光输出进行监视，亦即反馈，以维持所要求的状态。
方向耦合器就是典型的干涉仪型开关。
非干涉仪型可用多种多样的方式制成，它们对偏振、波长、温度和其他影响的敏感性低于干涉仪型器件，要控制这些影响很困难。
对于非干涉仪型开关，开关功能的动态范围(或开关比)可以非常高，而另一方面，在干涉仪型开关中的动态范围，则依赖于干涉束的光功率的精确平衡，而且通常精度较低并较难保持。
2、技术现状这里讨论的光开关现状，主要集中于已经取得的技术与应用或商业上有希望接受的技术与应用。
应用决定了要求，所以就从已经取得商业成就的应用或近期有望实现的应用，来开始评述光开关。
近年来，除了改进传统类型光开关之外，光开关的研究与开发也采用了新的技术、新的机理和新的材料，光开关的规模越来越大(已达到上千乘上千的端口数)，切换速度不断提高(如LiNbO3波导电光效应的光开关已达到纳秒量级)，集成化程度越来越高。
2.1 非干涉仪型开关非干涉仪型开关可用较大变化的方式做出，通常不要求反馈来确定状态，光机型或某些热开关就属于这种类型。
2．1．1 微机械开关微机械开关技术是多学科交叉的新兴领域，融合了微电子与精密机械加工技术，包含微传感器、微执行器及信号处理、控制电路等，利用三维加工技术制造微米或纳米尺度的零件、部件或集光机电于一体，完成一定功能的复杂微细系统，是实现“片上系统”的发展方向。
光开关
2
4
1.0
0.8
1
(a)俯视图
薄膜
3
L
加热W
0.6
薄膜
波导
A
B
Si衬底
波导
相 对 输 出 功 率
0.4
0.2
(b)截面图
0
0
0.5
1.0
图2 6 3 热光波导开关
2.3.磁光开关 • 把非旋光材料如玻璃放在强磁场中,当平面偏 振光沿着磁场方向入射到非旋光材料时,光偏振面 将发生右旋转,如下图所示,这种效应就称做法拉第 (Faraday)效应.旋转角θ和磁场强度与材料长度的 乘积成正比例 • θ=ρHL • 式中H为磁场强度.L为材料长度,ρ是维德常数. 如果反射光再一次通过介质,则旋转角增加到2θ.磁 场由包围法拉第介质的稀土磁环产生,起偏器由双 折射材料如方解石担当,法拉第介质可由掺杂的光 纤或者具有大的维德常数的材料构成.
•光开关可分成机械式和非机械式两大类。 1 机械式光开关依靠光纤或者光学元件的移 动，使光路发生转换，有移动光纤式光开 关,移动套管式光开关和移动透镜(包括反射镜,棱 镜和自聚焦透镜)式光开关。 图(a)表示1XN移动光纤式机械光开关,它用 电磁铁驱动活动臂移动,切换到不同的固 定臂光纤.微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Michanical Systems)构成的微机电开关已成为 DWDM网中大容量光见换技术的主流.
当光在波导A中沿着z传输时，因为波导B与它靠近 光从A泄露进B，假如B中的模式具有正确的相位， 该泄露光波作为B中的传输模式沿着Z就建立起来 在两个波导间能量转移的效率取决于沿Z方向单位 长度的相位差 = A B。在控制端不加电压，转移 距离为L0时， 0，在两个通道上的光信号都会 完全耦合到另个通道上去 防止光信号从一个波导转移到另一个波导的控制电压为 3 d V0 3 2n rL0
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)
光通信中的光开关技术研究
光通信中的光开关技术研究随着城市化进程与信息化普及的加速，光通信技术的快速发展成为当下的一个热点话题。
其中一项关键技术——光开关技术，更是光通信系统中的一把“智能大门”，能够实现光信号的快速分发、交换和调度，是光通信系统中的“大脑”之一。
一、光开关技术的发展历程早在20世纪60年代，光开关技术就被广泛研究。
当时的“光开关”是指光学领域中可用于控制和调节光的开关系统，如电光、声光、磁光等。
随着发光二极管（LED）和半导体激光器的问世，光通信技术进入了一个全新的阶段。
在此之后，光开关技术也得到了进一步的发展。
1990年代，光网络技术的快速发展促进了光开关技术的研究。
2000年后，随着计算机技术的发展，光开关技术也得到了进一步的提高和发展。
目前，光开关技术已经进入了无源集成光芯片时代。
二、光开关技术的应用光开关技术在光通信系统中的应用范围非常广泛。
主要应用于光通信网络中的光交换设备（OXC）、光路交叉网（OXC）、多波长交叉网络等。
1. OXCOXC全称光交换设备，主要功能是通过光开关技术，将多个光通信网络中的光信号进行交换或分发，将传输业务从一条光纤线路切换到另外一条光纤线路，同时可以实现光信号的缓冲、转化、分析和监控。
2. OXCOXC全称光路交叉网，主要功能是实现光通信网络中不同光信号的交叉，将一个端口的光信号转换到另一个端口，同时可以实现激光器的开关、声光调制等功能。
3. 多波长交叉网络多波长交叉网络是一类基于光开关技术的光通信网络，其核心是多波长光开关。
在多波长交叉网络中，可以将不同波长的光信号分别经过不同波长的路由器进行交叉、转换和分发，从而实现高速、高带宽、大容量、高可靠性的传输。
三、光开关技术的研究进展随着光通信技术的发展，光开关技术也得到了很大的提升和发展。
目前，光开关技术主要包括机械式光开关、电光式光开关、热光式光开关和MEMS型光开关。
1. 机械式光开关机械式光开关是在光学领域中较为成熟的一种光开关技术。
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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光开关主流技术北京锦坤科技有限公司w 陈希明，周平( 重庆邮电学院光电工程学院, 重庆400065)摘要：光开关是光网络中完成全光交换的核心器件，它的研究日益成为全光通信领域关注的焦点。
文章重点介绍了光开关在全光网络中的应用、MEMS 光开关和热光开关的基本工作原理及两种光开关技术的进展，并就其他光开关作了简要介绍。
关键词：全光网络；光开关；光通信.中图分类号: TN929.11 文献标志码: A1 前言全光网络是指上、下载的业务信号及交换过程均以光波的形式进行, 没有任何的光电及电光转换, 全部过程都在光域范围内完成[1, 2]。
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。
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, 随着全光网络市场的扩大, 光开关的研究日益成为全光通信领域关注的焦点。
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,因此光开关是全光通信许多设备中的关键光器件, 其响应速度、串音、插入损耗等性能将直接影响全光通信的质量[3- 6]。
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[7]。
而光开关和光开关阵列恰恰是OXC 和OADM的核心技术。
研制全光的交叉连接OXC 和分插复用OADM设备, 成为建设大容量通信干线网络十分重要的一环。
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[6- 8]。
2 光开关在全光网络中的应用当前业已成熟的、且已实现商品化的微电子机械光开关和热光开关, 集中了机械式光开关和波导光开关的优点, 同时又克服了它们固有的缺点。
此类光开关主要采用硅微加工技术将开关集成在单片硅基底上并能构成大规模矩阵阵列。
另外, 此类开关批量生产时成本较低, 在开关损耗、串扰、消光比、开关尺寸等性能方面优势明显, 是光开关的较佳选择。
2.1 微电子机械系统(MEMS - micro - electro - mechanical-sys tems )MEMS 是通过微制造技术将微型机械元件、微型传感器、微型执行器和信号处理及控制电路等在普通硅基底上集成。
我国的MEMS 研究始于1989 年, 经过十几年的发展, 在多种微型传感器、微执行器和若干微系统样机等方面已有一定的基础和技术储备, 开发出了若干小批量、多品种、高质量的MEMS 器件和系统, 目前已广泛应用于工业领域[9]。
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。
目前已成为一种最流行的光开关制作技术。
其基本原理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, 使任一输入和输出端口相连接, 且1 个输出端口在同一时间只能和1 个输入端口相连接。
与现有的基于光波导技术的光开关相比, MEMS 光开关具有低串音、低插损的优点成为全光网络中的关键光器件。
同时它既有机械光开关和波导光开关的优点, 又克服了光机械开关难以集成和扩展性差等缺点[10- 13], 它结构紧凑、重量轻, 且扩展性较好。
MEMS 光开关的特性可概括为[14- 16]: 低插入损耗; 低串扰; 与波长、速率、调制方式无关; 功耗低; 坚固、寿命长; 可集成扩展成大规模光开关矩阵; 适中的响应速度(开关时间从100ns～10ms)。
在光交叉连接及需要支持大容最交换的系统中, 基于MEMS 技术的解决方案已是主流。
MEMS 光开关可以分为二维和三维光开关。
二维光开关由一种受静电控制的二维微小镜面阵列组成,光束在二维空间传输。
准直光束和旋转微镜构成多端口光开关, 对于M×N 的光开关矩阵, 光开关具有M×N个微反射镜。
二维光开关的微反射镜具有两个状态0和1(通和断), 当光开关处于1 态时, 反射镜处于由输入光纤准直系统出射的光束传播通道内, 将光束反射至相应的输出通道并经准直系统进入目标输出光纤;当光开关处于0 态时, 微反射镜不在光束传播通道内, 由输入通道光纤出射的光束直接进入其对面的光纤。
三维MEMS 的微镜固定在一个万向支架上, 可以沿任意方向偏转。
每根输入光纤都有一个对应的MEMS 输入微镜, 同样, 每根输出光纤也都有其对应的MEMS 输出微镜[17]。
因此, 对于M×N 三维MEMS光开关,则具有M+N 个MEMS 微反射镜。
由每根输出光纤出射的光束可以由其对应的输入微镜反射到任意一个输出微镜, 而相应的输出微镜可以将来自任一输入微镜的光束反射到其对应的输出光纤。
对于M×N 三维MEMS 光开关, 每个输入微镜有N 个态, 而输出微镜则具有M个状态。
目前, Iolon 利用MEMS 实现了光开关的大量自动化生产。
该结构开关时间小余5ms。
Xeros 基于MEMS 微镜技术, 设计了能升级到1152×1152 的光交叉连接设备, 交换时间小余50ms。
随着全光网络的发展, 三维MEMS 阵列可成为大型交叉连接的最佳候选者之一。
2.2 热光开关热光开关是利用热光效应制造的小型光开关。
热光效应是指通过电流加热的方法, 使介质的温度变化, 导致光在介质中传播的折射率和相位发生改变的物理效应。
折射率随温度的变化关系为[18]:式中n0为温度变化前的介质的折射率, ΔT 为温度的变化, α为热光系数, 它与材料的种类有关。
此类开关采用可调节热量的波导材料, 如Si02、Si和有机聚合物等。
在硅衬底上, 用蒸发、溅射、光刻、腐蚀等工艺形成分支波导阵列, 然后在每个分支上蒸发金属薄膜加热器和电极。
电极加上电流后, 加热器的温度使下面的波导被加热, 温度上升, 热光效应引起波导折射率下降, 这样就将光耦合从主波导引导至分支波导。
聚合波导技术是非常有吸引力的技术, 它成本低、串扰低、功耗小、与偏振和波长无关。
聚合物波导的热光系数很高, 而导热率很低, 因而能更有效地利用热来控制光的传播方向, 开关时间相对减小可达lms 以内。
热光开关的速度介于电光开关和MEMS 之间[19]。
热光开关一种是基于SoS(Silica- on- Silicon)技术,该光开关具有透明性、高可靠性、亚毫秒级恢复能力和无阻塞特性, 速度可达到100μs。
随着高密度、高集成度光路的产生, SoS 开关的优势更明显。
目前主要有两种类型的热光开关, M- Z 干涉型光开关和数字光开关。
干涉型光开关结构紧凑, 但对光波长敏感, 需要进行精密温度控制; 数字光开关性能更稳定, 只要加热到一定温度, 光开关就保持稳定的状态。
它通常用硅或高分子聚合物制备, 聚合物的导热率较低而热光系数高, 因此需要的功率小, 消光比可达20dB, 但插入损耗较大,一般为3～4dB。
热光开关阵列可以和阵列波导光栅集成在一起组成光分插复用器。
热光开关体积非常小,可实现微秒级的交换速度。
图1 为M- Z 干涉型热光开关结构示意图。
M- Z干涉型光开关由两个3dB 耦合器和两个波导臂组成,通常在铌酸锂衬底上制作一对平行光波导, 波导两端分别连接一个3dB 的Y 形分束器。
向波导臂注入电流将改变光开关的折射率, 使光程相应变化, 以达到相干加强或相消的条件, 实现开关的目的。
在M- Z 干涉型开关中采用多模干涉耦合器(MMl)替换3dB 耦合器可以得到更好的性能。
MMI 的原理是利用多模波导中的自映像效应, 即在传播方向上周期性出现输入场的映像。
贝尔实验室报道了4×4 光开关的研究结果, 研究中使用1 个多模干涉耦合器M- Z 代替3 个1×2 的开关, 使得器件结构更加紧凑, 而损耗降低为2.8dB, 串扰为35.2dB。
利用这种结构可很容易扩展到8×8、16×16 的开关矩阵。
除了微电子机械系统(MEMS)光开关和热光开关之外, 研究人员还开发出了液晶光开关、喷墨气泡光开关、全息光栅开关、声光光开关等多种新型光开关技术。
此外,新近出现的液晶光栅开光、半导体光开关及磁光开关也引起了人们的关注[20]。
随着新技术的发展, 还将有更多类型的光开关出现。
该种开关的优点可以组成更大的开关阵列、光开关响应时间远小于10ms, 可以用于光纤保护倒换、光开关对偏振相关损耗和偏振模色散都不敏感、插损低、串扰小。
2.3 液晶光栅开关液晶光栅开关是基于布喇格光栅技术, 利用液晶材料的电光效应, 采用了更为新颖的结构。
液晶开关内包含液晶片、偏振光束分离器(PBS)或光束调相器。
液晶片的作用是旋转入射光的极化角。
液晶光开关的基本原理是: 将液晶微滴置于高分子层面上, 然后沉积在硅波导上, 形成液体光栅。
当加上电压时, 光栅消失, 晶体是全透明的, 光信号将直接通过光波导。
当没有施加电压时, 光栅把一个特定波长的光反射到输出端口。
这表明该光栅具有两种功能: 取出光束中某个波长并实现交换。
2.4 声光光开关声光光开关是利用介质的声光效应。
即一定频率的声波在声光介质中传播时, 该介质会产生与该声波信号相应的、随时间和空间周期变化的弹性形变, 从而导致介质折射率的周期性变化, 形成等效的衍射光栅。
其光栅常数等于声波波长, 当入射光束满足布喇格衍射条件时, 就可引起光的偏转, 偏转角由声波的频率和入射光波长决定。
因而能提供一种方便地控制 光的强度、频率和传播方向的手段。
2.5 半导体多量子阱超快光开关半导体多量子阱超快光开关在半导体量子阱带间跃迁( ISB- T) 中, 有超快驰豫时间和大的跃迁偶极矩及跃迁波长可调谐大的特点。
在一种材料InGaAs/AIAsSb 多量子阱中的通信波长上得到了1.2ps 的响应时间, 而在另外一种GaN/AIGaN 多量子阱中, 得到了150fs 的超快响应时间, 而这有可能制作成fs 级超快光开关。
目前已商用化的磁光开关原理是利用法拉第旋光效应, 通过外加磁场的变化来改变磁光晶体对入射偏振光偏振面的作用, 从而达到切换光路的作用。
由于无机械移动部件, 可靠性高, 并且开关速度快( 亚毫秒) , 更兼有隔离器和环行器的功能, 使全固态的光路调节成为可能。
3 结束语全光网的实现依赖于光器件的技术进步, 光交换器件是下一代光纤通信网络的核心。
光开关作为未来全光网的核心器件, 它对高速、智能全光通信系统实现光互联、光交换、增强网络适应性方面起着重要的作用。
由于光开关在网络组成和网络故障恢复方面的应用, 市场前景十分光明, 而新技术的出现, 尤其是微光机电系统光开关、热光效应开关、多量子阱光开关 和基于SOA- XPM的马赫- 曾德型全光开关将在未来全光通信系统中具有广阔的实用前景和竞争力并将极大地推动全光通信系统的发展。