Optikai kapcsolókAz optikai kapcsolás kulcsfontosságú elemei, amelyek egy vagy több választható átviteli porttal rendelkeznek, amelyek átalakíthatják vagy logikai műveleteket hajthatnak végre az optikai jeleken az optikai átviteli vonalakban. Széles körben alkalmazzák az optikai hálózati rendszerekben.
Az optikai kapcsolók két fő kategóriába sorolhatók: mechanikus és nem{0}}mechanikus. A mechanikus optikai kapcsolók az optikai szálak vagy optikai alkatrészek mozgására támaszkodnak az optikai út megváltoztatásához; A nem -mechanikus optikai kapcsolók elektro-optikai, akuszto-optikai vagy termo-optikai effektusokra támaszkodnak a hullámvezető törésmutatójának megváltoztatására, ezáltal megváltoztatva az optikai utat. Az alábbiakban e két típusú optikai kapcsoló szerkezetét és működési elvét ismertetjük.
Mechanikus optikai kapcsoló
A mechanikus optikai kapcsolók új típusai közé tartoznak a mikro{0}}elektromechanikai rendszerű (MEMS) optikai kapcsolók és a fém vékony{1}}filmes optikai kapcsolók.
A Microelectromechanical Systems (MEMS) optikai kapcsolói félvezető hordozóanyagon készülnek, így mikro{0}}tükrök tömbjét hoznak létre, amelyek apró mozgásra és forgásra képesek. Ezek a mikro-tükrök nagyon kicsik, körülbelül 140 μm x 150 μm, és hajtóerő hatására a bemeneti optikai jelet különböző kimeneti szálakra kapcsolják. A mikro{6}}tükrökre kifejtett hajtóerő termikus, mágneses vagy elektrosztatikus hatások révén jön létre. A MEMS optikai kapcsoló felépítése az ábrán látható.
Amikor a mikro{0}}tükör az 1. tájolásban van, a bemeneti fény az 1. kimeneti hullámvezetőn keresztül áramlik ki; ha a mikro-tükör a 2. tájolásban van, a bemeneti fény a 2. kimeneti hullámvezetőn keresztül áramlik ki. A mikro-tükör forgását feszültség (100-200V) szabályozza. Ez az eszköz kis méretű, magas kioltási arányú (a bekapcsolt állapotú kimenő optikai teljesítmény és a kikapcsolt állapotú kimeneti optikai teljesítmény aránya), polarizációérzéketlen, alacsony költséggel, mérsékelt kapcsolási sebességgel és 1 dB-nél kisebb beillesztési veszteséggel rendelkezik. A fém vékonyrétegű optikai kapcsoló felépítését a 3-40. ábra mutatja. Az ilyen típusú optikai kapcsolókban a hullámvezető magréteg az alsó burkolat alatt, felette pedig egy vékony fémréteg található, a fém vékonyréteg és a hullámvezető között levegő található. A vékony fémréteg és a szubsztrát között fellépő feszültség elektrosztatikus erőt hoz létre a vékony fémrétegen. Ezen erő hatására a fém vékony film lefelé mozog és érintkezik a hullámvezetővel, megváltoztatva a hullámvezető törésmutatóját, és ezáltal megváltoztatva a hullámvezetőn áthaladó optikai jel fáziseltolódását. A 3-40c. ábrán feszültség nélkül az arany vékony film felemelkedik, és a fáziseltolódás mindkét karban azonos, így az optikai jel a 2-es porton érkezik; rákapcsolt feszültség mellett a vékony fémréteg érintkezik a hullámvezetővel, π fáziseltolódást okozva abban a karban, és az optikai jel az 1-es porton keresztül érkezik.
Nem{0}}mechanikus optikai kapcsoló
A nem -mechanikus optikai kapcsolók közé tartoznak a folyadékkristályos optikai kapcsolók, az elektro-optikai hatású optikai kapcsolók, a termo-optikai hatású optikai kapcsolók és a félvezető optikai erősítő kapcsolók.
A folyadékkristályos optikai kapcsolót polarizált fénysugarat elágazó hullámvezetők létrehozásával állítják elő félvezető anyagon. A hullámvezetők metszéspontjában meghatározott szögben egy horony van maratva, és folyadékkristályt fecskendeznek be a horonyba. A horony alá fűtőtestet helyeznek el. Ha a horony nem melegszik, a fénysugár egyenesen áthalad; hevítéskor buborékok keletkeznek a folyadékkristályban, és a teljes belső visszaverődés következtében a fény irányt változtat, és a kívánt hullámvezetőbe kerül.
Az elektro-optikai és termo{1}}optikai effektusok azt a jelenséget használják ki, hogy bizonyos anyagok törésmutatója a feszültség és a hőmérséklet függvényében változik, ezáltal lehetővé válik az optikai kapcsolóeszközök létrehozása.
A félvezető optikai erősítő (SOA) optikai kapcsolói a félvezető optikai erősítő előfeszítési feszültségének megváltoztatásával érik el a kapcsolási funkcionalitást.
Az optikai kapcsolók fő paraméterei közé tartozik a hullámhossz-tartomány, a beillesztési veszteség, az optikai visszatérési veszteség, az áthallás, az optikai bemeneti teljesítmény, a polarizációtól{0}}függő veszteség, az ismételhetőség, a kapcsolási sebesség és az élettartam.
Optikai szűrő
Az optikai szűrők hullámhossz{0}}szelektív eszközök, amelyeknek fontos alkalmazásai vannak a száloptikai kommunikációs rendszerekben, mint például az optikai erősítők zajszűrése, amint azt az előző részben tárgyaltuk. Különösen a WDM száloptikai hálózatokban, ahol minden vevőnek ki kell választania a kívánt csatornát, a szűrők nélkülözhetetlen összetevővé válnak. A szűrők két fő kategóriába sorolhatók: rögzített szűrők és hangolható szűrők. Az előbbi egy adott hullámhosszú jelfényt enged át, míg az utóbbi egy bizonyos optikai sávszélességen belül képes dinamikusan kiválasztani a hullámhosszokat. Az optikai szűrők funkcióit és osztályozását az ábra mutatja.
Egy praktikus optikai szűrő átviteli jellemzőit az ábra mutatja. A rögzített -hullámhosszú optikai szűrő fő paraméterei a λ2 középső hullámhossz és a Δλ sávszélesség. Ezeken kívül vannak olyan paraméterek is, mint a beillesztési veszteség és az izoláció.
Száloptikai rács
A Fiber Bragg rácsok a szálgyártás során fellépő hibákat használják fel, ultraibolya fény besugárzást alkalmazva a szálmag törésmutató-eloszlásának időszakos változásához. A szálas Bragg-rács szűrőhatása az ábrán látható; a Bragg-rács feltételét kielégítő hullámhosszak teljesen visszaverődnek, míg más hullámhosszak áthaladnak, így ez egy teljesen-szálas rovátkás szűrő.
A szálas Bragg-rácsok gyártására két módszer létezik:
(1) Interferencia módszer:Az interferencia módszer a két-nyalábú interferencia elvét használja. Az ultraibolya fénysugarat két párhuzamos sugárnyalábra osztják, és interferenciamezőt hoznak létre az optikai szálon kívül. A két interferenciakar hosszának beállításával a keletkező interferencia-peremek periódusa megfeleltethető a szálas Bragg-rács gyártási követelményeinek.
(2) Fázismaszk módszer:A fázismaszk módszer előre{0}}gyártott maszkot használ. Amikor az ultraibolya fény áthalad a fázismaszkon, interferencia lép fel, amely interferenciamezőt hoz létre az optikai szál hengeres felületén, így a rácsot a szálba írja.
