集成光電子器件lpl(第八章)

1、光光 開開 關(guān)關(guān) 隨著網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向全光平臺(tái)，光域優(yōu)化、路由、保護(hù)和隨著網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向全光平臺(tái)，光域優(yōu)化、路由、保護(hù)和 自愈的網(wǎng)絡(luò)功能已成為關(guān)鍵，這一切都離不開自愈的網(wǎng)絡(luò)功能已成為關(guān)鍵，這一切都離不開 隨著全光網(wǎng)絡(luò)的日益成熟和完善，隨著全光網(wǎng)絡(luò)的日益成熟和完善，100信道以上的信道以上的 光通信系統(tǒng)還需要光通信系統(tǒng)還需要（oadm）技術(shù)和）技術(shù)和 以及以及(oxc)技術(shù)，這技術(shù)，這 一切都離不開一切都離不開 ：是一種光路控制器，起是一種光路控制器，起的作用的作用。 如：使用如：使用12光開關(guān)轉(zhuǎn)換光路示意圖光開關(guān)轉(zhuǎn)換光路示意圖 光端機(jī)光端機(jī) 光端機(jī)光端機(jī)12光開關(guān)光開關(guān) 12光開關(guān)光開關(guān) 1. 光開關(guān)的光開

2、關(guān)的 概概 念念 2. 光開關(guān)的光開關(guān)的 應(yīng)應(yīng) 用用 光開關(guān)通常用于光開關(guān)通常用于網(wǎng)絡(luò)的故障恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的故障恢復(fù)，當(dāng)光纖斷裂或其他傳輸，當(dāng)光纖斷裂或其他傳輸 故障發(fā)生時(shí)，利用光開關(guān)實(shí)現(xiàn)把信號(hào)從主路由切換到備用故障發(fā)生時(shí)，利用光開關(guān)實(shí)現(xiàn)把信號(hào)從主路由切換到備用 路由上。路由上。 這種保護(hù)通常只需要最簡單的這種保護(hù)通常只需要最簡單的1 2 光開關(guān)。光開關(guān)。 a. a. 保護(hù)倒換功能保護(hù)倒換功能 光端機(jī)光端機(jī) 光端機(jī)光端機(jī)12光開關(guān)光開關(guān) 12光開關(guān)光開關(guān) 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視功能使用簡單的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視功能使用簡單的1n光開關(guān)，可以將多纖聯(lián)系光開關(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)起來

3、。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。如光開關(guān)連接到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視儀器上。如otdr（光時(shí)域反射（光時(shí)域反射 儀）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。儀）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。 b. b. 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視功能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視功能 oadm是光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵設(shè)備之一，通常用于城域網(wǎng)和骨是光網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵設(shè)備之一，通常用于城域網(wǎng)和骨 干網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)干網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)oadm 光信號(hào)上下路的具體方式很多，但光信號(hào)上下路的具體方式很多，但 大多數(shù)情況下都應(yīng)用了光開關(guān)，主要是大多數(shù)情況下都應(yīng)用了光開關(guān)，主要是2 2光開關(guān)來光開關(guān)來 實(shí)現(xiàn)對(duì)密集波分復(fù)用光網(wǎng)絡(luò)中光信號(hào)的上下路功能。實(shí)現(xiàn)對(duì)密集波分復(fù)

4、用光網(wǎng)絡(luò)中光信號(hào)的上下路功能。 c. c. 構(gòu)建構(gòu)建oadmoadm設(shè)備的核心設(shè)備的核心 由于光開關(guān)的使用使由于光開關(guān)的使用使oadm能能動(dòng)態(tài)配置業(yè)務(wù)，動(dòng)態(tài)配置業(yè)務(wù)，增強(qiáng)了增強(qiáng)了 oadm節(jié)點(diǎn)的靈活性節(jié)點(diǎn)的靈活性； 同時(shí)使得同時(shí)使得oadm節(jié)點(diǎn)能節(jié)點(diǎn)能支持保護(hù)倒換支持保護(hù)倒換，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故 障時(shí)，節(jié)點(diǎn)將故障業(yè)務(wù)切換到備用路由中，增強(qiáng)了網(wǎng)障時(shí)，節(jié)點(diǎn)將故障業(yè)務(wù)切換到備用路由中，增強(qiáng)了網(wǎng) 絡(luò)的生存能力和網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)能力。絡(luò)的生存能力和網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)能力。 本節(jié)點(diǎn)信息本節(jié)點(diǎn)信息 輸入光纖輸入光纖 1 2 3 4 dem mux 輸出光纖輸出光纖 1 2 3 4 1 1 2 2 3

5、3 4 4 rxtx oadm oxc主要應(yīng)用于骨干網(wǎng)，對(duì)不同子網(wǎng)的業(yè)務(wù)進(jìn)行匯聚和交換，主要應(yīng)用于骨干網(wǎng)，對(duì)不同子網(wǎng)的業(yè)務(wù)進(jìn)行匯聚和交換， 因此需要對(duì)不同端口的業(yè)務(wù)交換。因此需要對(duì)不同端口的業(yè)務(wù)交換。 d. d. 構(gòu)建構(gòu)建oxcoxc設(shè)備的交換核心設(shè)備的交換核心 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 光開關(guān)光開關(guān) 1 1 使使oxc具有具有動(dòng)態(tài)配置交換業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)配置交換業(yè)務(wù)和和支持保護(hù)倒換功能支持保護(hù)倒換功能。 3. 光開關(guān)的幾個(gè)光開關(guān)的幾個(gè) 參參 數(shù)數(shù) a. a. 插入損耗插入損耗 開關(guān)處于開關(guān)處于接通狀態(tài)接通狀態(tài)的輸出光功率和處于的輸

6、出光功率和處于斷開狀態(tài)斷開狀態(tài)的輸出的輸出 光功率之比。光功率之比。 )(log10dbpp outini b. b. 消光比（通斷比）消光比（通斷比） )(log10erdbpp 斷通 允許轉(zhuǎn)換光路的次數(shù)。允許轉(zhuǎn)換光路的次數(shù)。 c. c. 壽命壽命 d. d. 轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度 e. e. 光開關(guān)矩陣的大小光開關(guān)矩陣的大小 光開關(guān)交換矩陣的大小反映了光開關(guān)交換矩陣的大小反映了光開關(guān)的交換能力光開關(guān)的交換能力。 光開關(guān)處于網(wǎng)絡(luò)不同位置，對(duì)其交換矩陣大小要求光開關(guān)處于網(wǎng)絡(luò)不同位置，對(duì)其交換矩陣大小要求 也不同。也不同。 4. 對(duì)光開關(guān)及光開光陣列的對(duì)光開關(guān)及光開光陣列的 要要 求求 5. 光開關(guān)

7、的光開關(guān)的 分分 類類 非機(jī)械式光開關(guān)：按不同工作原理分不同類型非機(jī)械式光開關(guān)：按不同工作原理分不同類型 機(jī)械式光開關(guān)機(jī)械式光開關(guān) 傳統(tǒng)的機(jī)械式光開關(guān)傳統(tǒng)的機(jī)械式光開關(guān) moems光開關(guān)光開關(guān) 一種實(shí)用化的一種實(shí)用化的的插入損耗的插入損耗 已達(dá)到小于已達(dá)到小于1db，開關(guān)時(shí)間小于，開關(guān)時(shí)間小于1ms。 機(jī)械式光開關(guān)是目前光通信系統(tǒng)機(jī)械式光開關(guān)是目前光通信系統(tǒng)、 的光開關(guān)。的光開關(guān)。 ：利用利用帶動(dòng)活動(dòng)的部件（如微帶動(dòng)活動(dòng)的部件（如微 鏡、光纖等）使之根據(jù)鏡、光纖等）使之根據(jù) 來改變位置，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。來改變位置，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。 移動(dòng)光纖式移動(dòng)光纖式 移動(dòng)套管式移動(dòng)套管式 移動(dòng)準(zhǔn)直器式移動(dòng)準(zhǔn)直器

8、式 移動(dòng)反光鏡式移動(dòng)反光鏡式 移動(dòng)棱鏡式移動(dòng)棱鏡式 移動(dòng)耦合器式移動(dòng)耦合器式 傳統(tǒng)機(jī)械式光開關(guān)可分為：傳統(tǒng)機(jī)械式光開關(guān)可分為： 1. 傳統(tǒng)的機(jī)械式光開關(guān)傳統(tǒng)的機(jī)械式光開關(guān) 光纖光纖1 玻璃套筒玻璃套筒 方空玻璃套筒方空玻璃套筒 套管套管 光光 纖纖2 光纖光纖3 光纖光纖1 光纖光纖2 光纖光纖3 棱棱 鏡鏡 自聚焦透鏡自聚焦透鏡 c 插入損耗較低插入損耗較低2db； c 隔離度高隔離度高45db； c 不受偏振和波長的影響。不受偏振和波長的影響。 傳統(tǒng)機(jī)械式光開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)：傳統(tǒng)機(jī)械式光開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)： l 開關(guān)時(shí)間長，一般為毫秒量級(jí)；開關(guān)時(shí)間長，一般為毫秒量級(jí)； l 存在回跳抖動(dòng)和重復(fù)性較差的問題

9、；存在回跳抖動(dòng)和重復(fù)性較差的問題； l 體積較大，不易做成大型的光開關(guān)矩陣。體積較大，不易做成大型的光開關(guān)矩陣。 傳統(tǒng)機(jī)械式光開關(guān)的缺點(diǎn)：傳統(tǒng)機(jī)械式光開關(guān)的缺點(diǎn)： c 既具有傳統(tǒng)機(jī)械光開關(guān)的插入損耗低隔離度高等優(yōu)點(diǎn)；既具有傳統(tǒng)機(jī)械光開關(guān)的插入損耗低隔離度高等優(yōu)點(diǎn)； c 同時(shí)具有體積小、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)具有體積小、易于集成等優(yōu)點(diǎn)。 因此，因此，moems光開關(guān)成為大容量交換光網(wǎng)絡(luò)開關(guān)發(fā)光開關(guān)成為大容量交換光網(wǎng)絡(luò)開關(guān)發(fā) 展的主流方向。展的主流方向。 傳統(tǒng)的機(jī)械光開關(guān)難以適應(yīng)高速大容量光傳送網(wǎng)發(fā)傳統(tǒng)的機(jī)械光開關(guān)難以適應(yīng)高速大容量光傳送網(wǎng)發(fā) 展的需求。展的需求。 moems (micro-opto

10、-electro-mechanical system) 2. moems光開關(guān)光開關(guān) ：是：是微機(jī)電系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)（mems）技術(shù)與）技術(shù)與傳統(tǒng)傳統(tǒng) 光技術(shù)光技術(shù)相結(jié)合的新型相結(jié)合的新型機(jī)械式光開關(guān)機(jī)械式光開關(guān)。 mems與與微光學(xué)微光學(xué)結(jié)合便構(gòu)成了結(jié)合便構(gòu)成了moems。 是基于是基于半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)而成長起來的而成長起來的平面制平面制 作工藝技術(shù)作工藝技術(shù)。 利用利用mems技術(shù)可以制作技術(shù)可以制作微小而活動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)。微小而活動(dòng)的機(jī)械系統(tǒng)。 c 微型化、易于集成；微型化、易于集成； c 較高的開關(guān)速度；較高的開關(guān)速度； c 小的插入損耗；小的插入損耗； c 偏振不敏感

11、；偏振不敏感； c 與光信號(hào)的格式、波長、協(xié)議、調(diào)制方式、傳輸方向與光信號(hào)的格式、波長、協(xié)議、調(diào)制方式、傳輸方向 等均無關(guān)；等均無關(guān)； c與與ic工藝相容，可大規(guī)模生產(chǎn)，成本低。工藝相容，可大規(guī)模生產(chǎn)，成本低。 moems光開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)：光開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)： 基于微鏡基于微鏡moems光開關(guān)光開關(guān) 組成組成：活動(dòng)微鏡、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器、輸入活動(dòng)微鏡、驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器、輸入/出光纖出光纖 靜電驅(qū)動(dòng)微反射鏡式光開關(guān)示意圖靜電驅(qū)動(dòng)微反射鏡式光開關(guān)示意圖 在驅(qū)動(dòng)方面,目前和逐漸成為mems 光開關(guān)的主要選擇。 靜電驅(qū)動(dòng)能力較低，而磁感應(yīng)驅(qū)動(dòng)還需要解 決系統(tǒng)的屏蔽、封裝以及可靠性問題。 因此,方案目前仍是首選,而且已經(jīng) 有

12、很多靜電驅(qū)動(dòng)的開關(guān)產(chǎn)品投入市場。 梳狀電極和梳狀電極和sda sda 具有具有精度高精度高、開關(guān)靈敏開關(guān)靈敏、驅(qū)動(dòng)電驅(qū)動(dòng)電 壓低壓低等優(yōu)點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn), , 但是但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 懸臂和扭臂驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)懸臂和扭臂驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電壓高電壓高于前兩者，但于前兩者，但結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 相對(duì)簡單相對(duì)簡單、工藝上容易實(shí)現(xiàn)工藝上容易實(shí)現(xiàn)。 梳狀電極梳狀電極 sda ( scratch drive actuator) 懸臂驅(qū)動(dòng)懸臂驅(qū)動(dòng) 扭臂驅(qū)動(dòng)扭臂驅(qū)動(dòng) 等。等。 靜電驅(qū)動(dòng)微反射鏡式光開關(guān)靜電驅(qū)動(dòng)微反射鏡式光開關(guān) 在沒有電壓輸入時(shí)在沒有電壓輸入時(shí), 微反微反 射鏡保持位置不動(dòng)射鏡保持位置不動(dòng), 從入射從入射 光纖發(fā)

13、出的光被微反射鏡反光纖發(fā)出的光被微反射鏡反 射射, 改變方向后進(jìn)入到鏡面改變方向后進(jìn)入到鏡面 同一側(cè)的出射光纖中同一側(cè)的出射光纖中, 這是這是 開關(guān)的反射狀態(tài)。開關(guān)的反射狀態(tài)。 在上電極和下電極之間有在上電極和下電極之間有 電壓輸入時(shí)電壓輸入時(shí), 在靜電力的作在靜電力的作 用下用下, 上電極帶動(dòng)微反射鏡上電極帶動(dòng)微反射鏡 移開光通路移開光通路, 入射光沿直線入射光沿直線 傳播進(jìn)入出射光纖傳播進(jìn)入出射光纖, 這是開這是開 關(guān)的直通狀態(tài)。關(guān)的直通狀態(tài)。 ntt公司電磁驅(qū)動(dòng)型光纖開關(guān)公司電磁驅(qū)動(dòng)型光纖開關(guān) 所有微鏡和輸入所有微鏡和輸入/ /輸出光輸出光 纖位于同一平面，微鏡纖位于同一平面，微鏡 只有

14、只有兩個(gè)位置兩個(gè)位置，對(duì)應(yīng)開，對(duì)應(yīng)開 和關(guān)。和關(guān)。 微鏡能向多個(gè)方向偏轉(zhuǎn)；微鏡能向多個(gè)方向偏轉(zhuǎn)； 所有微鏡處于相向的兩個(gè)所有微鏡處于相向的兩個(gè) 平面上，輸入光線到達(dá)平面上，輸入光線到達(dá) 第一個(gè)陣列鏡面上被反第一個(gè)陣列鏡面上被反 射到第二個(gè)陣列的鏡面射到第二個(gè)陣列的鏡面 上，然后光線被反射到上，然后光線被反射到 輸出端口。通過改變每輸出端口。通過改變每 個(gè)微鏡的不同位置來實(shí)個(gè)微鏡的不同位置來實(shí) 現(xiàn)光路的切換?，F(xiàn)光路的切換。 因此，鏡面的位置要控制得非常精確，達(dá)到百萬分之一度。因此，鏡面的位置要控制得非常精確，達(dá)到百萬分之一度。 一個(gè)一個(gè)nn的的3d光開關(guān)只需光開關(guān)只需2n個(gè)微鏡，每個(gè)微鏡至少需要

15、個(gè)微鏡，每個(gè)微鏡至少需要 n 個(gè)可精確控制的可動(dòng)位置。個(gè)可精確控制的可動(dòng)位置。 一個(gè)一個(gè)nn的的2d光開關(guān)需光開關(guān)需nn個(gè)微鏡。每個(gè)微鏡只有兩個(gè)個(gè)微鏡。每個(gè)微鏡只有兩個(gè) 可動(dòng)位置；可動(dòng)位置； l moems moems光開關(guān)的開關(guān)時(shí)間較長；光開關(guān)的開關(guān)時(shí)間較長； l 由于由于moemsmoems光開關(guān)是利用微鏡的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)開光開關(guān)是利用微鏡的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)開 關(guān)功能的關(guān)功能的, , 所以任何機(jī)械摩擦、磨損以及外部振所以任何機(jī)械摩擦、磨損以及外部振 動(dòng)都可能使它的可靠性降低。動(dòng)都可能使它的可靠性降低。 moems光開關(guān)的缺點(diǎn)：光開關(guān)的缺點(diǎn)： 電光式光開關(guān)電光式光開關(guān) 熱光式光開關(guān)熱光式光開關(guān)

16、 聲光式光開關(guān)聲光式光開關(guān) 液晶式光開關(guān)液晶式光開關(guān) 非機(jī)械式光開關(guān)有以下幾大類：非機(jī)械式光開關(guān)有以下幾大類： 它由兩個(gè)它由兩個(gè)3db耦合器耦合器dc1、dc2和兩個(gè)臂和兩個(gè)臂l1、l2組成，波導(dǎo)兩組成，波導(dǎo)兩 側(cè)和中間均為表面電極。側(cè)和中間均為表面電極。 1. 電光式光開關(guān)電光式光開關(guān) 由端口由端口輸入的光，被第一輸入的光，被第一 個(gè)定向耦合器按個(gè)定向耦合器按等光強(qiáng)比例等光強(qiáng)比例 分成兩束，通過干涉儀兩臂分成兩束，通過干涉儀兩臂 進(jìn)行相位調(diào)制。在兩光波導(dǎo)進(jìn)行相位調(diào)制。在兩光波導(dǎo) 臂的電極上分別加上電壓臂的電極上分別加上電壓v 和和v，各產(chǎn)生相應(yīng)電場，各產(chǎn)生相應(yīng)電場e1 和和e2。 因此，以上

17、因此，以上兩波導(dǎo)臂所產(chǎn)生兩波導(dǎo)臂所產(chǎn)生 的折射率變化的折射率變化為：為： d v neenn 3 21 3 )( 2 1 對(duì)于對(duì)稱的對(duì)于對(duì)稱的mz干涉儀，干涉儀，l1=l2l，兩臂的相位差兩臂的相位差： v d ln nl 0 3 0 22 令令=時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓為時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓為半波電壓半波電壓： l d n v 3 0 0 2 v v 1 2 3 2 sinpp 1 2 4 2 cospp 兩臂的相位差又可表示為兩臂的相位差又可表示為： 則則 端口端口輸出的光：輸出的光： 端口端口輸出的光：輸出的光： 當(dāng)未加電壓時(shí)，當(dāng)未加電壓時(shí)，v0， 則則30，41 加上半波電壓，加上半波電壓，vv，則，

18、則31，40 而直通臂和交叉臂的功率轉(zhuǎn)換比為：而直通臂和交叉臂的功率轉(zhuǎn)換比為： v v p p v 2 sin)( 2 1 3 3 v v p p v 2 cos)( 2 1 4 4 對(duì)于這類光開關(guān)，半波電壓越小所需開關(guān)能量越小。對(duì)于這類光開關(guān)，半波電壓越小所需開關(guān)能量越小。 ：非機(jī)械性、速度快，在：非機(jī)械性、速度快，在微秒微秒量級(jí)量級(jí), ：消光比僅接近：消光比僅接近20db左右。左右。 2. 熱光式光開關(guān)熱光式光開關(guān) 熱光效應(yīng)光開關(guān)的原理熱光效應(yīng)光開關(guān)的原理：利用熱光效應(yīng)，對(duì)光場進(jìn)行調(diào)：利用熱光效應(yīng)，對(duì)光場進(jìn)行調(diào) 制，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。制，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。 一般可制造一般可制造小型光開關(guān)小

19、型光開關(guān)，如，如12，但通過在一塊晶片上集成，但通過在一塊晶片上集成 若干個(gè)若干個(gè)12 光開關(guān)也可以光開關(guān)也可以組成較大的陣列組成較大的陣列，如，如6464。 主要有兩種類型的熱光開關(guān)主要有兩種類型的熱光開關(guān) 數(shù)字光開關(guān)數(shù)字光開關(guān) (dos) 干涉式光開關(guān)干涉式光開關(guān)。 1 2 熱光開關(guān)熱光開關(guān) y型分路器硅基底上生成型分路器硅基底上生成 矩形波導(dǎo)，并在波導(dǎo)分支矩形波導(dǎo)，并在波導(dǎo)分支 表面沉積鈦或者鉻，以形表面沉積鈦或者鉻，以形 成微加熱器。成微加熱器。 a. a. 數(shù)字熱光開關(guān)數(shù)字熱光開關(guān) 對(duì)對(duì)y型的一個(gè)分支型的一個(gè)分支加熱加熱 時(shí)，相應(yīng)的時(shí)，相應(yīng)的波導(dǎo)折射率波導(dǎo)折射率就就 會(huì)發(fā)生改變，從而

20、阻止光會(huì)發(fā)生改變，從而阻止光 沿著這個(gè)分支傳輸，為沿著這個(gè)分支傳輸，為 “斷斷” 狀態(tài)；狀態(tài)； 不加熱不加熱時(shí)，為時(shí)，為“通通”狀態(tài)。狀態(tài)。 數(shù)字光開關(guān)數(shù)字光開關(guān) 數(shù)字光開關(guān)數(shù)字光開關(guān)可以用可以用硅硅或或高分子聚合物高分子聚合物制作，后者功耗小，但插制作，后者功耗小，但插 損大。損大。 數(shù)字光開關(guān)的數(shù)字光開關(guān)的：性能穩(wěn)定性能穩(wěn)定，只要加熱到一定溫度，光開，只要加熱到一定溫度，光開 關(guān)就能保持關(guān)就能保持“開開”或者或者“斷斷”的狀態(tài)。的狀態(tài)。 ：利用：利用m-z 干涉原理，在兩個(gè)波導(dǎo)臂上干涉原理，在兩個(gè)波導(dǎo)臂上 鍍金屬薄膜加熱器，而形成相位延時(shí)器，通過控制加鍍金屬薄膜加熱器，而形成相位延時(shí)器，通

21、過控制加 熱器，實(shí)現(xiàn)干涉的相長或相消，達(dá)到開關(guān)目的。熱器，實(shí)現(xiàn)干涉的相長或相消，達(dá)到開關(guān)目的。 干涉式光開關(guān)干涉式光開關(guān)結(jié)構(gòu)緊湊結(jié)構(gòu)緊湊，但由于，但由于對(duì)光波長敏感對(duì)光波長敏感，需要，需要 進(jìn)行進(jìn)行溫度控制溫度控制。 b. b. 干涉式熱光開關(guān)干涉式熱光開關(guān) 由于硅的導(dǎo)熱率較高，這種干涉式結(jié)構(gòu)開關(guān)主要是由于硅的導(dǎo)熱率較高，這種干涉式結(jié)構(gòu)開關(guān)主要是 利用利用硅材料制作硅材料制作。 目前對(duì)波導(dǎo)材料的研究更多的由目前對(duì)波導(dǎo)材料的研究更多的由硅硅轉(zhuǎn)向了轉(zhuǎn)向了有機(jī)聚合有機(jī)聚合 物物。聚合物的導(dǎo)熱率較低，但熱光系數(shù)高，插損一般為。聚合物的導(dǎo)熱率較低，但熱光系數(shù)高，插損一般為 34db，消光比為，消光比為2

22、0db。 熱光開關(guān)的熱光開關(guān)的： 開關(guān)時(shí)間較長開關(guān)時(shí)間較長，即開關(guān)速度受到限制，在毫秒量級(jí)。，即開關(guān)速度受到限制，在毫秒量級(jí)。 3. 聲光式光開關(guān)聲光式光開關(guān) ：是利用聲光效應(yīng)制作的光開關(guān)。：是利用聲光效應(yīng)制作的光開關(guān)。 聲光開關(guān)的聲光開關(guān)的：聲光：聲光te/tm轉(zhuǎn)換器，通過聲波和光波轉(zhuǎn)換器，通過聲波和光波 的相互作用實(shí)現(xiàn)的相互作用實(shí)現(xiàn)te/tm的轉(zhuǎn)換。的轉(zhuǎn)換。 ： 聲表面波在聲光介質(zhì)中傳播，聲表面波在聲光介質(zhì)中傳播， 形成了一個(gè)運(yùn)動(dòng)衍射光柵，形成了一個(gè)運(yùn)動(dòng)衍射光柵， 當(dāng)當(dāng)入射光束滿足布拉格衍射入射光束滿足布拉格衍射 條件條件時(shí)，就會(huì)引起光的偏振時(shí)，就會(huì)引起光的偏振 方向發(fā)生變化。方向發(fā)生變化

23、。 當(dāng)當(dāng)有聲表面波有聲表面波時(shí)，輸入時(shí)，輸入 tetmtetm光轉(zhuǎn)換為光轉(zhuǎn)換為tmtetmte光，光， 為為“斷斷”狀態(tài)；狀態(tài)； 否則，為否則，為“通通”狀態(tài)。狀態(tài)。 ：開關(guān)速度快，可做到納秒量級(jí)；：開關(guān)速度快，可做到納秒量級(jí)； ：波長敏感，價(jià)格較高。：波長敏感，價(jià)格較高。 4. 液晶式光開關(guān)液晶式光開關(guān) 當(dāng)當(dāng)沒有外部電場沒有外部電場時(shí)，液晶時(shí)，液晶 分子長軸的指向大致平行分子長軸的指向大致平行 于平板表面，偏振光經(jīng)過于平板表面，偏振光經(jīng)過 液晶后，其液晶后，其偏振態(tài)將發(fā)生偏振態(tài)將發(fā)生 900改變；改變； 有外部電場有外部電場時(shí)，液晶分子時(shí)，液晶分子 的長軸最終平行于外場，的長軸最終平行于外場

24、， 偏振光經(jīng)過液晶后，其偏振光經(jīng)過液晶后，其偏偏 振態(tài)將保持不變振態(tài)將保持不變。 ：是利用液晶材料的電光效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)光開光的。：是利用液晶材料的電光效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)光開光的。 ： 液晶光開關(guān)示意圖液晶光開關(guān)示意圖 當(dāng)沒有外加電壓時(shí)，偏振光當(dāng)沒有外加電壓時(shí)，偏振光 通過液晶后偏振方向旋轉(zhuǎn)通過液晶后偏振方向旋轉(zhuǎn) 900，此時(shí)光透過率最大，此時(shí)光透過率最大， 對(duì)應(yīng)開關(guān)的對(duì)應(yīng)開關(guān)的“通通”狀態(tài)狀態(tài); 當(dāng)施加外場當(dāng)施加外場e 時(shí)，偏振光通時(shí)，偏振光通 過液晶后偏振方向不改變，過液晶后偏振方向不改變， 此時(shí)光的透過率接近于零，此時(shí)光的透過率接近于零， 對(duì)應(yīng)開關(guān)的對(duì)應(yīng)開關(guān)的“斷斷”狀態(tài)；狀態(tài)； 最終實(shí)現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)

25、換最終實(shí)現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換 液晶光開關(guān)一般由液晶光開關(guān)一般由：起偏器起偏器、液晶液晶和和檢偏器檢偏器。 其中，起偏器和檢偏器的偏振方向相互垂直，液晶的分子方向和其中，起偏器和檢偏器的偏振方向相互垂直，液晶的分子方向和 起偏器和檢偏器的偏振方向的夾角均為起偏器和檢偏器的偏振方向的夾角均為450。 雖然理論上液晶光開關(guān)的規(guī)?？梢宰龅煤艽?，實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)，雖然理論上液晶光開關(guān)的規(guī)?？梢宰龅煤艽螅瑢?shí)際上很難實(shí)現(xiàn)， 目前最大端口數(shù)為目前最大端口數(shù)為80，因此，因此，液晶更適用于較小的交換系統(tǒng)液晶更適用于較小的交換系統(tǒng)中。中。 5. 氣泡光開關(guān)氣泡光開關(guān) 安捷倫公司結(jié)合安捷倫公司結(jié)合噴墨打印噴墨打印和和硅平

26、面光波導(dǎo)硅平面光波導(dǎo)兩種技術(shù)，開發(fā)出一種兩種技術(shù)，開發(fā)出一種 二維光開關(guān)：二維光開關(guān)：由許多交叉的由許多交叉的硅波導(dǎo)硅波導(dǎo)和位于每個(gè)交叉點(diǎn)的和位于每個(gè)交叉點(diǎn)的刻痕刻痕組成，組成， 刻痕里填充一種折射率匹配的液體用以允許缺省條件下的無交換刻痕里填充一種折射率匹配的液體用以允許缺省條件下的無交換 傳輸。傳輸。 ： 當(dāng)有入射光照入且不當(dāng)有入射光照入且不 需要交換時(shí)，光直通，需要交換時(shí)，光直通， 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)“開開”狀態(tài)；狀態(tài)； 當(dāng)需要交換時(shí)，一個(gè)當(dāng)需要交換時(shí)，一個(gè) 熱敏硅片會(huì)在液體中產(chǎn)熱敏硅片會(huì)在液體中產(chǎn) 生一個(gè)小泡，小泡將把生一個(gè)小泡，小泡將把 入射波導(dǎo)中的光信號(hào)全入射波導(dǎo)中的光信號(hào)全 反射至輸出波導(dǎo)，對(duì)應(yīng)反射至輸出波導(dǎo)，對(duì)應(yīng) “斷斷”狀態(tài)。狀態(tài)。 c 對(duì)偏振相關(guān)損耗和偏振模色散都不敏感；對(duì)偏振