全光通信网光开关课件.ppt

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1、第二章光开关(2)2.4.2声光开关技术声光开关是利用介质的声光效应制作的光开关。声光效应是指声波通过材料产生机械应变，引起材料的折射率周期性变化，形成布拉格光栅，衍射一定波长的输入光的现象。利用声致光栅使光偏转做成光开关声光开关原理在y方向，控制电信号经换能器后产生一定频率的声表面波，声表面波在声光介质中传播，使介质折射率发生周期性变化，形成了一个运动的衍射光栅，在声波的作用下，晶体的折射率将沿声波的传输方向(y)呈周期性变化，在介质中形成一个相位光栅。当入射光束满足布拉格衍射条件时，就可引起光的偏转，偏转角由声波的频率和入射光波长决定。2.4.3热光效应开关热光开关和

2、电光开关的结构可以是相同的，但是产生开关效应的机理不同。这里的热光效应是指通过电流加热的方法，使介质的温度变化，导致光在介质中传播的折射率和相位发生改变的物理效应。热光光开关分类目前主要有两种类型热光光开关：干涉式光开关(InterferometricSwitches)数字光开关(DOS:DigitalOpticalSwitches)也叫分支器型热光开关干涉式光开关主要利用马赫－增德尔（M-Z：Mach-Zehnder）干涉原理制造，主导思想是利用光相位特性，光的相位与光的传输距离有关，输入光被分成两路，在两个分开的光波导里面进行传输，再合并。在两个波导臂上镀有金属薄膜加

3、热器形成相位延时器，通过控制加热器实现干涉的相长或相消，达到开关的目的MZI型热光开关3dB定向耦合器I2I1O1(不加热)O2(加热)热光移相器(薄膜加热)LΔnMZI型光开关包括一个MZI和两个3dB耦合器，两个波导臂具有相同的长度，在MZI的干涉臂上，镀上金属薄膜加热器形成相位延时器，波导一般生成在硅基底上，硅基底还可看作一个散热器。波导上的热量通过它来散发出去。原理：1.若薄膜加热器处于关闭状态，此时MZI相移量为0,考虑到3dB耦合器沿耦合臂输出方向与沿直通臂输出方向相比存在π/2的相位滞后.在O2端，来自I1的两束入射光一路经过耦合器的两次耦合，另一路则经过耦

4、合器的两次直通，累积相位差为π从而满足相干相消条件，输出光信号被大大削弱甚至关断；而在O1端，两束光分别经历了一次直通，一次耦合，总的相位保持同步从而发生相干相长现象，即入射光的能量主要从O1口输出。热光开关为交叉连接状态。2.如果对金属膜通电使其发热，将会导致其下面的波导折射率发生变化，从而改变了MZI干涉臂的传播光程，引入相位差。调节移相器使之形成兀相移，那么在O1和O2端两束光的相位关系随之发生反转，信号此消彼长，整个热光开关也由原先的交叉方式变换至平行连接状态。通过控制热光移相器在0和兀两个状态之间动态转换，就可以实现光开关的动作。双MZ型热光开关数字式光开关薄膜

5、加热器输入输出1输出2ijc原理：加热时下面的波导折射率减小，从而阻止光沿着该分支传输（即处于“关”的状态）Y分支器型热光开关一般功耗比较大(200mW左右)，插损约3-4dB消光比约20dB。数字光开关的原理和结构都很简单，最基本的1x2热光开关由在硅基底上制作的Y形分支矩形波导构成。在波导分支表面沉积金属钛或铬形成微加热器。当对Y形的一个分支加热时，相应波导的折射率会发生改变，从而阻止光沿该分支的传输。数字光开关的性能稳定，在于只要加热到一定温度，光开关就保持同样的状态。它通常用硅或高分子聚合物制备，聚合物的导热率较低而热光系数高，因此需要的功耗小，但插人损耗较大，一

6、般为4dB2.5喷墨气泡光开关气泡光开关是Agilent在成熟的Si02平面光波电路(PLC)技术基础上，结合喷墨打印驱动原理开发出的一种新型光开关器件。整个开关分为上下两层结构：顶层由Si材料构成，用于制作热喷墨元件；下面是Si02衬底层，采用PLC工艺集成了纵、横分布的两束波导，每束波导又包括若干平行的波导线路。纵向和横向波导大致成1200角交错排列，在经过每个线路交叉点的地方另外刻蚀出一系列沟槽，从两侧的填充孔向槽内注入某种与Si02材料折射率相匹配的液体气泡光开关匹配液被加热形成气泡对通过的光产生全反射交叉点匹配液波导Agilent公司已制出32x32光开关子系统

7、开关时间小于10ms,串扰做到-70dB2.6液晶光开关液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。它既有液体的流动性，又有晶体的取向特性。当液晶分子有序排列时表现出光学各向异性，光通过液晶时，会产生偏振面旋转，双折射等效应液晶分子是含有极性基团的极性分子，在电场作用下，偶极子会按电场方向取向，导致分子原有的排列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变称为液晶的电光效应。液晶光开关通过电场控制液晶分子的方向实现开关功能。其典型工作原理如图2.9　半导体光放大器开关半导体光放大器开关利用半