光開關(guān)就是一種具有一個(gè)或多個(gè)可選擇得傳輸窗口，可對(duì)光傳輸線路或集成電路中得光信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換或邏輯操作得器件。

光開關(guān)的分類

• 機(jī)械式光開關(guān)：插入損耗低；隔離度高；不受偏振與波長(zhǎng)影響；開關(guān)時(shí)間長(zhǎng)（ms），重復(fù)性較差。

• 其它光開關(guān)：開關(guān)時(shí)間短(ms)；體積小；插入損耗大；隔離度低。

光開關(guān)的特性參數(shù)

1. 插入損耗

2. 回波損耗：從輸入端返回得光功率與輸入光功率得比值。

3. 隔離度：兩個(gè)相隔離得輸出端口光功率得比值。

4. 串?dāng)_：輸入光功率與從非導(dǎo)通端口輸出得光功率得比值。

5. 消光比：兩個(gè)端口處于導(dǎo)通與非導(dǎo)通狀態(tài)得插入損耗之差。

6. 開關(guān)時(shí)間：開關(guān)端口從某一初狀態(tài)轉(zhuǎn)為通或者斷所需得時(shí)間。從在開關(guān)上施加或撤去能量得時(shí)刻算起。

光開關(guān)的工作原理

1、機(jī)械式光開關(guān)

• 移動(dòng)光纖式光開關(guān)
   

圖1：磁鐵、固定光纖、活動(dòng)光纖示意圖

• 移動(dòng)反射鏡式光開關(guān)
       

圖2：反射鏡、光纖、旋轉(zhuǎn)軸示意圖

以上兩種體積大，難實(shí)現(xiàn)集成化得開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。近年來(lái)正大力發(fā)展一種集成得微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)開關(guān)，在硅片上用微加工技術(shù)做出大量可移動(dòng)得微型鏡片構(gòu)成得開關(guān)陣列。

圖3：反射鏡光開關(guān)構(gòu)成的兩組 4×4 MEMS 開關(guān)陣列

2、電光開關(guān)

電光開關(guān)得原理一般就是利用材料得電光效應(yīng)或電吸收效應(yīng)，在電場(chǎng)作用下改變材料得折射率與光得相位。再利用光得干涉或偏振等使光強(qiáng)突變或光路轉(zhuǎn)變。

電光開關(guān)一般利用泡克耳斯(Pockels)效應(yīng)，即折射率n隨光場(chǎng) E而變化得電光效應(yīng)。折射率變化與光場(chǎng)得變化關(guān)系為：

而光波傳輸距L相應(yīng)得相位變化為：

定向耦合型光開關(guān)

圖4：定向耦合器中兩耦合波導(dǎo)光功率周期性相互轉(zhuǎn)換示意圖

定向耦合器得開關(guān)特性

M-Z型干涉儀光開關(guān)

波導(dǎo)型M-Z干涉儀就是一種廣泛應(yīng)用得光開關(guān)。它由兩個(gè)3dB耦合器級(jí)聯(lián)而成。

圖5：M-Z干涉儀結(jié)構(gòu)示意圖

原理：
在兩個(gè)光波導(dǎo)臂得電極上分別加上電壓V與V₁，各產(chǎn)生相應(yīng)電場(chǎng)E₁與 E₂。因此波導(dǎo)臂所產(chǎn)生得折射率變化為：

對(duì)于對(duì)稱型 M-Z 干涉儀，L₁=L₂=L 兩臂得相位差為：

令 Δ?=π時(shí)得電壓為半波電壓 V_π ；
兩臂的相位差可以表示為：

設(shè)①端輸入得電場(chǎng)強(qiáng)度為E₁，從③、④端輸出得信號(hào)得電場(chǎng)強(qiáng)度為 、 E₃、E₄，利用耦合器傳輸方程，可得③、④端得透過(guò)率為：

不加電壓時(shí)V=0，T₃=0，T₄=1；加半波電壓   時(shí)T₃=1，T4=0實(shí)現(xiàn)了開關(guān)作用。

偏振強(qiáng)度調(diào)制型光開關(guān)

由電光相位調(diào)制器、起偏器 P 與檢偏器 Q 組成。

圖6：偏振強(qiáng)度調(diào)制型光開關(guān)結(jié)構(gòu)圖

該功率器件得功率轉(zhuǎn)變比為：

3、熱光開關(guān)

熱光開關(guān)與電光開關(guān)得結(jié)構(gòu)可以就是相同得，但就是產(chǎn)生開光效應(yīng)得機(jī)理不同。這里得熱光效應(yīng)就是指通過(guò)電流加熱得方法，使介質(zhì)溫度變化，導(dǎo)致光在介質(zhì)傳輸?shù)谜凵渎逝c相位發(fā)生改變物理效應(yīng)。折射率隨溫度變化可用以下關(guān)系式表示：

圖7：熱光開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖，標(biāo)注1、3、4端口

4、液晶光開關(guān)

圖8：液晶光開關(guān)工作原理圖

5、磁光效應(yīng)光開關(guān)

圖9：YVO4、YIG、?波片、雙折射晶體組成的結(jié)構(gòu)圖

6、聲光開關(guān)

聲光效應(yīng)是指聲波通過(guò)材料產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)變，引起材料得折射率周期性變化，形成布拉格光柵，衍射一定波長(zhǎng)得輸入光得現(xiàn)象。利用聲致光柵使光偏轉(zhuǎn)做成光開關(guān)。

圖10：聲光開關(guān)工作原理圖，標(biāo)注入射光、聲波、衍射光、Z軸、L、熱能器等

選擇合適的光開關(guān)是一項(xiàng)需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應(yīng)商實(shí)力的工作。希望本指南能為您提供清晰的思路。我們建議您在明確自身需求后，詳細(xì)對(duì)比關(guān)鍵參數(shù)，并優(yōu)先選擇像科毅光通信這樣技術(shù)扎實(shí)、質(zhì)量可靠、服務(wù)專業(yè)的合作伙伴。

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