機械式光開關:插入損耗低;隔離度高;不受偏振和波長影響;開關時間長(ms),重復性較差。
其它光開關:開關時間短(ms);體積小;插入損耗大;隔離度低。
光開關的特性參數
1.插入損耗(Insertion
loss)
2.回波損耗(Return
loss)
從輸入端返回的光功率與輸入光功率的比值。
3.隔離度
兩個相隔離的輸出端口光功率的比值。
4.
串擾
輸入光功率與從非導通端口輸出的光功率的比值。
5.消光比
兩個端口處於導通和非導通狀態的插入損耗之差。
ER=IL-IL0
6.開關時間
開關端口從某壹初狀態轉為通或者斷所需的時間。從在開關上施加或撤去能量的時刻算起。
光開關的工作原理:
1.
機械式光開關
移動光纖式光開關
移動反射鏡式光開關
以上兩種體積大,難實現集成化的開關網絡。近年正大力發展壹種集成的微機電系統(MEMS)開關,在矽片上用微加工技術做出大量可移動的微型鏡片構成的開關陣列。
用16
個移動反射鏡光開關構成的兩組4
4MEMS開關陣列
2
電光開關
電光開關的原理壹般是利用材料的電光效應或電吸收效應,在電場作用下改變材料的折射率和光的相位,再利用光的幹涉或偏振等使光強突變或光路轉變。
電光開關壹般利用泡克耳斯(Pockels)效應,即折射率n隨光場E而變化的電光效應。折射率變化與光場的變化關系為:
而光波傳輸距離L相應的相位變化為:
定向耦合型光開關
定向耦合器中兩耦合波導光功率周期性相互轉換
定向耦合器的開關特性
M-Z型幹涉儀光開關
波導型M-Z幹涉儀是壹種廣泛應用的光開關。它由兩個3dB耦合器級聯而成。
工作原理:
在兩個光波導臂的電極上分別加上電壓V和-V,各產生相應電場E1和E2。因此波導臂所產生的折射率變化為:
對於對稱型M-Z幹涉儀,L1=L2=L,兩臂的相位差為:
令Df=p時的電壓為半波電壓:
兩臂的相位差可以表示為:
設①端輸入的電場強度為E1,從③、④端輸出的信號的電場強度為E3
、E4,利用耦合器的傳輸方程,可得
③、④端的透過率為:
不加電壓時,V=0,T3=0,T4=1;加半波電壓Vp時,T3=1,
T4=0,實現了開關作用。偏振強度調制型光開關
由電光相位調制器、起偏器P和檢偏器Q組成
該功率器件的功率轉變比為
3
熱光開關
熱光開關和電光開關的結構可以是相同的,但是產生開光效應的機理不同。這裏的熱光效應是指通過電流加熱的方法,使介質的溫度變化,導致光在介質傳輸的折射率和相位發生改變的物理效應。這是率隨溫度的變化可用以下關系式表示:
4
液晶光開關
液晶光開關工作原理
5
磁光效應光開關
6.聲光開關
聲光效應是指聲波通過材料產生機械應變,引起材料的折射率周期性變化,形成布拉格光柵,衍射壹定波長的輸入光的現象。利用聲致光柵使光偏轉做成光開關。
聲光開關工作原理