Optiska omkopplareär nyckelkomponenter i optisk omkoppling, som har en eller flera valbara transmissionsportar som kan konvertera eller utföra logiska operationer på optiska signaler i optiska transmissionslinjer. De har utbredda tillämpningar i fiberoptiska nätverkssystem.
Optiska omkopplare kan delas in i två huvudkategorier: mekaniska och icke-mekaniska. Mekaniska optiska omkopplare förlitar sig på rörelsen av optiska fibrer eller optiska komponenter för att ändra den optiska vägen; icke-mekaniska optiska omkopplare förlitar sig på elektro-optiska, akusto-optiska eller termo-optiska effekter för att ändra vågledarens brytningsindex och därigenom ändra den optiska vägen. Strukturen och arbetsprinciperna för dessa två typer av optiska omkopplare beskrivs nedan.
Mekanisk optisk omkopplare
Nya typer av mekaniska optiska omkopplare inkluderar optiska omkopplare för mikro-elektromekaniska system (MEMS) och optiska omkopplare av tunn-metall.
Microelectromechanical Systems (MEMS) optiska omkopplare är tillverkade på ett halvledarsubstratmaterial, vilket skapar en rad mikro-speglar som kan röra sig och rotera mycket. Dessa mikro-speglar är mycket små, cirka 140 μm x 150 μm, och under påverkan av en drivkraft växlar de den ingående optiska signalen till olika utgångsfibrer. Den drivkraft som appliceras på mikrospeglarna- genereras med hjälp av termiska, magnetiska eller elektrostatiska effekter. Strukturen för en MEMS optisk switch visas i figuren.
När mikro-spegeln är i orientering 1 matas ingångsljuset ut genom utgångsvågledaren 1; när mikro-spegeln är i orientering 2 matas ingångsljuset ut genom utgångsvågledaren 2. Mikro-spegelns rotation styrs av en spänning (100-200V). Den här enheten har en liten storlek, ett högt släckningsförhållande (förhållandet mellan den optiska uteffekten i på{10}}tillståndet och den optiska uteffekten i det av-läget), okänslighet för polarisation, låg kostnad, måttlig växlingshastighet och insättningsförlust mindre än 1 dB. Strukturen hos en optisk tunnfilmsomkopplare av metall visas i figur 3-40. I denna typ av optisk omkopplare är vågledarkärnskiktet under bottenbeklädnaden och en tunn metallfilm ovanför den, med luft mellan den tunna metallfilmen och vågledaren. En spänning som appliceras mellan den tunna metallfilmen och substratet genererar en elektrostatisk kraft på den tunna metallfilmen. Under denna kraft rör sig den tunna metallfilmen nedåt och kommer i kontakt med vågledaren, vilket ändrar vågledarens brytningsindex och ändrar sålunda fasförskjutningen av den optiska signalen som passerar genom vågledaren. I figur 3-40c, utan spänning, lyfts den tunna guldfilmen upp, och fasförskjutningen i båda armarna är densamma, så den optiska signalen matas ut från port 2; med pålagd spänning kommer den tunna metallfilmen i kontakt med vågledaren, vilket orsakar en π fasförskjutning i den armen, och den optiska signalen matas ut från port 1.
Icke-mekanisk optisk omkopplare
Icke-mekaniska optiska omkopplare inkluderar typer som optiska omkopplare med flytande kristaller, optiska omkopplare med elektro-optisk effekt, optiska omkopplare med termo-optisk effekt och optiska halvledarförstärkaromkopplare.
En optisk flytande kristallomkopplare tillverkas genom att skapa polariserade ljusstråleförgrenande vågledare på ett halvledarmaterial. Ett spår etsas i en specifik vinkel vid skärningspunkten mellan vågledarna, och flytande kristaller sprutas in i spåret. En värmare är placerad under spåret. När spåret inte är uppvärmt går ljusstrålen rakt igenom; vid upphettning genereras bubblor i den flytande kristallen, och på grund av total inre reflektion ändrar ljuset riktning och matas ut i den önskade vågledaren.
Elektro-optiska och termo-optiska effekter utnyttjar fenomenet att brytningsindexet för vissa material ändras med spänning och temperatur, vilket möjliggör skapandet av optiska omkopplingsenheter.
Optiska omkopplare för optiska halvledarförstärkare (SOA) uppnår omkopplingsfunktioner genom att ändra förspänningen hos den optiska halvledarförstärkaren.
Huvudparametrarna för optiska omkopplare inkluderar våglängdsområde, insättningsförlust, optisk returförlust, överhörning, optisk ineffekt, polarisationsberoende-förlust, repeterbarhet, omkopplingshastighet och livslängd.
Optiskt filter
Optiska filter är våglängds-selektiva enheter som har viktiga tillämpningar i fiberoptiska kommunikationssystem, till exempel filtrering av brus i optiska förstärkare som diskuterades i föregående avsnitt. Speciellt i WDM fiberoptiska nätverk, där varje mottagare måste välja önskad kanal, blir filter en oumbärlig komponent. Filter är indelade i två huvudkategorier: fasta filter och inställbara filter. Den förra tillåter ett signalljus med en specifik våglängd att passera igenom, medan den senare kan dynamiskt välja våglängder inom en viss optisk bandbredd. Funktionerna och klassificeringen av optiska filter visas i figuren.
Transmissionsegenskaperna för ett praktiskt optiskt filter visas i figuren. Huvudparametrarna för ett optiskt filter med fast-våglängd är mittvåglängden λ2 och bandbredden Δλ. Utöver dessa finns även parametrar som insättningsförlust och isolering.
Fiberoptiskt galler
Fiber Bragg-gitter använder defekter som introducerats under fibertillverkning, med användning av ultraviolett ljus för att skapa en periodisk variation i brytningsindexfördelningen av fiberkärnan. Filtreringseffekten av ett fiber Bragg-gitter visas i figuren; våglängder som uppfyller Bragg-gittervillkoret reflekteras helt, medan andra våglängder passerar igenom, vilket gör det till ett helt-fibernotch-filter.
Det finns två metoder för att tillverka fiber Bragg-galler:
(1) Interferensmetod:Interferensmetoden använder principen om två-strålestörningar. En stråle av ultraviolett ljus delas upp i två parallella strålar, vilket skapar ett interferensfält utanför den optiska fibern. Genom att justera längderna på de två interferensarmarna kan perioden för de resulterande interferensfransarna fås att uppfylla kraven för tillverkning av fiber Bragg-gallret.
(2) Fasmaskmetod:Fasmaskmetoden använder en pre-tillverkad mask. När ultraviolett ljus passerar genom fasmasken uppstår interferens, vilket skapar ett interferensfält på den optiska fiberns cylindriska yta, vilket sålunda skriver in gittret i fibern.
