光开关技术论文PPT

这是一个关于光开关技术论文PPT，包括了前言，光开关的概念，光开关的性能参数，光开关的分类，光开关的发展现状及未来趋势等内容，光通信无源器件技术—— 光开关 10121920 伦建超光电所主要内容 前言一 光开关的概念二 光开关的性能参数三 光开关的分类四 光开关的发展现状及未来趋势前言 光无源器件是信息光电子技术，特别是光通信设备的重要组成部分，也是光纤传感和其他光纤应用领域不可缺少的光器件，起工作原理遵守光线理论和电磁波理论，各项技术指标、计算公式、测试方法等与纤维光学、集成光学息息相关。光纤连接器光衰减器 在光纤通信向宽带、大容量、高速率发展的今天，光无源器件技术的重要性将更加突出，一种新型器件有关技术的解决往往会有力地促进光纤通信的进步，有时甚至使其跃上一个新台阶。 下面我们将主要介绍一种光无源器件-—光开关，通过下面的简介来全面了解这种器件。一 光开关的概念什么是光开关？光开关是一种具有一个或多个可选择的传输窗口、课对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。NxN光开关 光开关在光传送网中各种不同交换 原理和实现技术的光开关被广泛地提出。不同原理和技术的光开关具有不同的特性，适用于不同的场合。我们将在第三章介绍各种不同光开关 分类时讲到它们各自的工作原理，欢迎点击下载光开关技术论文PPT。

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光通信无源器件技术—— 光开关 10121920 伦建超光电所主要内容 前言一 光开关的概念二 光开关的性能参数三 光开关的分类四 光开关的发展现状及未来趋势前言 光无源器件是信息光电子技术，特别是光通信设备的重要组成部分，也是光纤传感和其他光纤应用领域不可缺少的光器件，起工作原理遵守光线理论和电磁波理论，各项技术指标、计算公式、测试方法等与纤维光学、集成光学息息相关。光纤连接器光衰减器 在光纤通信向宽带、大容量、高速率发展的今天，光无源器件技术的重要性将更加突出，一种新型器件有关技术的解决往往会有力地促进光纤通信的进步，有时甚至使其跃上一个新台阶。 下面我们将主要介绍一种光无源器件-—光开关，通过下面的简介来全面了解这种器件。一 光开关的概念什么是光开关？ 光开关是一种具有一个或多个可选择的传输窗口、课对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。 NxN光开关 光开关在光传送网中各种不同交换 原理和实现技术的光开关被广泛地提出。 不同原理和技术的光开关具有不同的特 性，适用于不同的场合。 我们将在第三章介绍各种不同光开关 分类时讲到它们各自的工作原理。 2x2光开关 光开关可用于光纤通信系统，光纤网络系统，光线测量系统或仪器以及光纤传感系统。光通信无源器件技术—— 光开关 10121920 伦建超光电所二 光开关的特性参数 2.1插入损耗 输入和输出端口之间以分贝数表示的光功率的减少 IL=-10lgPout/P0 式中，P0为进入输入端光功率，Pout为输出端光功率 插入损耗与开关的状态有关。 2.2 回波损耗（也称为反射损耗或反射率） 从输入端返回的光功率与输入光功率的比值，以分贝表示 RL=-10lgPr/Po 式中，Po为进入输入端的光功率，Pr为在输入端口接收到的返回光功率。 回波损耗也与开关的状态有关。 经典实用光开关 2.3 隔离度 两个相隔输出端口以分贝数表示的光功率的比值 Inm=-10lgPim/Pin 式中，m、n为光的两个隔离端口（n不等于m）， Pin为光从i端口输入时在n端口测得的输出光功率， Pim为光从i端口输入时在m端口测得的输出光功率。 2.4 远端串扰及近端串扰 1 光开关接通端口的输出光功率与串入另一端的输出光功率的比值。 对于1x2光开关，当第一输出端口接通时，远端串扰定义为 FC12=-10lgP2/P1 式中，P1为从端口1输出的光功率，P2为从端口2输出的光功率。 2 当其他端口接匹配终端，连接的端口与另一个名义上是隔离的端口的光功率之比。对于1x2光开关，当端口1与匹配终端相连接时，近端串扰定义为 NC12=-10lgP2/P1 式中，P1为输入到端口1的光功率，P2为端口2接收到的光功率。 2.5 消光比 两个端口处于导通和非导通状态的插入损耗之差称为消光比。 ERnm=ILnm-IL'nm 式中，ILnm为n，m端口导通时的插入损耗， IL'nm为非导通状态的插入损耗。 2.6开关时间 开关端口从某一初始态转为通或断所需的时间，开关时间从在开关上施加或撤去转换能量的时刻起测量。 除此之外，机械式光开关还有回跳时间、寿命、重复性等指标;波导型开关还有偏振相关性、温度稳定性、耐冲击与振动性及环境性能方面的指标。 比较常见的光开光三 光开关的分类根据工作原理可分为： 机械式、 MEMS式、 集成光波导式三大类。 1 机械式光开关 机械式光开关依靠光纤或光学元件移动使光路发生改变。 优点： 插入损耗较低， 隔离度高， 不受偏振和波长的影响; 缺点： 开关时间较长， 有的还存在回跳抖动和重复性较差的问题。 1xn机械式光开关 1x1单模机械式光开关机械式光开关移动光纤型 移动套管型 移动准直型 移动反光镜型 移动棱镜型 移动耦合器型 移动光纤型光开关结构简单重复性好插入损耗低如果不依靠电驱动而仅依靠外力拨 动就不会产生回跳抖动。 移动透镜型光开关 移动透镜型光开关的输入、输出端口的光纤都是固定的，它依靠微透镜精密的准直而实现输入、输出光路的连接，即光从输入光纤进入第一个透镜后输入光变成平行光，这个透镜装在一个由微处理器控制的步进电机或其他移动机构上，通过透镜的移动将输入透镜光准直到输出透镜或零位置上。 当两透镜成互相准直状态后，光被输出透镜、聚焦并进入输出光纤。用微处理器控制的步进电机可实现精密的定位。移动反射型光开关 与移动透镜型光开关类似，移动反射型光开关的输入、输出端口光纤都是固定的。它依靠旋转球面或平面反射镜，使输入光与不同的输出端口接通。 用16个移动反射镜光开关构成的两组4x4MEMS开关阵列移动自聚焦透镜型光开关 自聚焦透镜特别适用于光纤与光纤的远场耦合，因此广泛适用于各种光学器件中。在光开关中，除λ/4的自聚焦透镜可用于准直耦合外，λ/2的自聚焦透镜还可用于移动光束的开关元件。 2 MEMS式光开关 MEMS式光开关是利用MEMS技术制作的 微型化的自由空间光学平台，它能够将光束从 一根光纤转移到另一根光纤。 MEMS式光开关 微反射镜型 微透镜型 微反射型MEMS光开关 微反射型MEMS光开关通过偏转微反射镜来改变入射光束的方向，从而实现光开关的目的。 二维微反射镜MEMS光开关阵列 耦合损耗随微反射镜半径的减少而迅速增大， 因此，微反射镜的半径需要大于400um方可得到耦 合损耗小的微反射镜MEMS光开关阵列。 另外，保持微反射镜的平整度是非常重要的。 微透镜型MEMS光开关 微透镜型光开关是通过透镜的移动来实现光束的移动完成开关动作的。光纤-微透镜阵列结构 3 集成光波导式光开关 利用一些材料具有电光、声光、磁光和热光效应，采用波导结构做成。 优点： 1 相对于机械式光开关具有较高的开关速度，一般为毫微秒 量级，甚至可以达到微微秒量级； 2 采用微电子工艺可以做到高密度集成，适用于未来 的集成光交换机或光电子交换系统。 缺点： 插入损耗大；隔离度低。 集成光波导式光开关 集成电光波导光开关 集成声光波导光开关 集成热光波导光开关 集成电光波导光开关 集成电光波导光开关中，使用最多的是马赫-曾德尔干涉仪，它是由一对平行的条波导以及分布在条波导上面的表面电级构成。电光波导光开关 当电极外加大小相等、方向相反的偏压后，出 现相位失配，由于相位的变化，引起在波导耦合器 中的光发生干涉现象，从而实现对光的开关或调制。 集成声光波导光开关 在集成声光波导光开关中，其工作原理主要基于声光衍射效应。 当在换能器上加上射频电压后，将产生声表面波，引起波导中产生一个相位光栅，使波导中的光强和传播方向都发生变化，从而实现光的开关或调制。声光波导光开关集成热光波导光开关两种基本结构由Y分束器构成的集成热光波导光开关由两个3dB定向耦合器构成的集成热光波导光开关 当金属电极通电发热后，导致其下波导折射率发生变化 n（ t）=n（ t）-no=a t 式中， t为温度的变化，no为温度变化之前的折射率， a为折射率热系数，它与材料的种类有关。 由于 n引起的相位的变化 φ=2兀 nL/λ。四 光开关的发展现状及未来趋势 近年来，随着传输领域波分复用等技术的成熟，光纤的传输容量越来越大，但信息交换与路由选择的速度却远远不能满足通信网络的要求，关开关技术成为光信息网络发展的瓶颈，越来越多地受到学术界、企业界和政府的关注。光开关的应用 在全光网络中，光开关课实现全光层的 路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈 保护等重要功能，是全光通信许多设备中的 关键光器件，其响应速度、串音、插入损耗 等性能直接影响全光通信的质量。 机械式光开关仍为主流 传统的机械式光开关尽管开关时间偏长(15ms)， 体积偏大，但其串音小，重复性好，插入损耗 低，与使用的光波长、偏振态无关，不受系统采 用的数据格式的限制，价格相对便宜，在当前全 光网络组建的初始实验阶段，仍有不可替代的作用。 参考文献 朱京平《光电子技术基础》（第二版） 科学出版社 胡庆 王敏琦 《光纤通信系统与网络》 电子工业出版社 李淳飞 光纤通信光开关原理 哈尔滨工业大学应用物理系CCS红软基地