光開關,光開關的分類,光開關的工作原理是什么?

光開關是一種具有一個或多個可選擇的傳輸窗口，可對光傳輸線路或集成光路中的光信號進行相互轉換或邏輯操作的器件。

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

兩個端口處于導通和非導通狀態的插入損耗之差。

ER＝IL－IL0

6.開關時間

開關端口從某一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。近年正大力發展一種集成的微機電系統(MEMS)開關，在硅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

電光開關的原理一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，再利用光的干涉或偏振等使光強突變或光路轉變。

電光開關一般利用泡克耳斯(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型干涉儀光開關

波導型M-Z干涉儀是一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：

對于對稱型M-Z干涉儀，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。這里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，衍射一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