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

光開(kāi)關(guān)的分類(lèi)

• 機械式光開(kāi)關(guān)：插入損耗低；隔離度高；不受偏振與波長(cháng)影響；開(kāi)關(guān)時(shí)間長(cháng)（ms），重復性較差。

• 其它光開(kāi)關(guān)：開(kāi)關(guān)時(shí)間短(ms)；體積??；插入損耗大；隔離度低。

光開(kāi)關(guān)的特性參數

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. 串擾：輸入光功率與從非導通端口輸出得光功率得比值。

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

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

光開(kāi)關(guān)的工作原理

1、機械式光開(kāi)關(guān)

• 移動(dòng)光纖式光開(kāi)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(kāi)關(guān)
       

圖2：反射鏡、光纖、旋轉軸示意圖

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

圖3：反射鏡光開(kāi)關(guān)構成的兩組 4×4 MEMS 開(kāi)關(guān)陣列

2、電光開(kāi)關(guān)

電光開(kāi)關(guān)得原理一般就是利用材料得電光效應或電吸收效應，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突變或光路轉變。

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

而光波傳輸距L相應得相位變化為：

定向耦合型光開(kāi)關(guān)

圖4：定向耦合器中兩耦合波導光功率周期性相互轉換示意圖

定向耦合器得開(kāi)關(guān)特性

M-Z型干涉儀光開(kāi)關(guān)

波導型M-Z干涉儀就是一種廣泛應用得光開(kāi)關(guān)。它由兩個(gè)3dB耦合器級聯(lián)而成。

圖5：M-Z干涉儀結構示意圖

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

對于對稱(chēng)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①端輸入得電場(chǎng)強度為E₁，從③、④端輸出得信號得電場(chǎng)強度為 、 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)現了開(kāi)關(guān)作用。

偏振強度調制型光開(kāi)關(guān)

由電光相位調制器、起偏器 P 與檢偏器 Q 組成。

圖6：偏振強度調制型光開(kāi)關(guān)結構圖

該功率器件得功率轉變比為：

3、熱光開(kāi)關(guān)

熱光開(kāi)關(guān)與電光開(kāi)關(guān)得結構可以就是相同得，但就是產(chǎn)生開(kāi)光效應得機理不同。這里得熱光效應就是指通過(guò)電流加熱得方法，使介質(zhì)溫度變化，導致光在介質(zhì)傳輸得折射率與相位發(fā)生改變物理效應。折射率隨溫度變化可用以下關(guān)系式表示：

圖7：熱光開(kāi)關(guān)結構示意圖，標注1、3、4端口

4、液晶光開(kāi)關(guān)

圖8：液晶光開(kāi)關(guān)工作原理圖

5、磁光效應光開(kāi)關(guān)

圖9：YVO4、YIG、?波片、雙折射晶體組成的結構圖

6、聲光開(kāi)關(guān)

聲光效應是指聲波通過(guò)材料產(chǎn)生機械應變，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(cháng)得輸入光得現象。利用聲致光柵使光偏轉做成光開(kāi)關(guān)。

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

選擇合適的光開(kāi)關(guān)是一項需要綜合考量技術(shù)、性能、成本和供應商實(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，詳細對比關(guān)鍵參數，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(zhuān)業(yè)的合作伙伴。

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