光開關就是一種具有一個或多個可選擇得傳輸窗口，可對光傳輸線路或集成電路中得光信號進行相互轉換或邏輯操作得器件。

光開關的分類

• 機械式光開關：插入損耗低；隔離度高；不受偏振與波長影響；開關時間長（ms），重復性較差。

• 其它光開關：開關時間短(ms)；體積小；插入損耗大；隔離度低。

光開關的特性參數(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：兩個端口處于導通與非導通狀態(tài)得插入損耗之差。

6. 開關時間：開關端口從某一初狀態(tài)轉為通或者斷所需得時間。從在開關上施加或撤去能量得時刻算起。

光開關的工作原理

1、機械式光開關

• 移動光纖式光開關
   

圖1：磁鐵、固定光纖、活動光纖示意圖

• 移動反射鏡式光開關
       

圖2：反射鏡、光纖、旋轉軸示意圖

以上兩種體積大，難實現(xiàn)集成化得開關網(wǎng)絡。近年來正大力發(fā)展一種集成得微機電系統(tǒng)(MEMS)開關，在硅片上用微加工技術做出大量可移動得微型鏡片構成得開關陣列。

圖3：反射鏡光開關構成的兩組 4×4 MEMS 開關陣列

2、電光開關

電光開關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。

電光開關一般利用泡克耳斯(Pockels)效應，即折射率n隨光場 E而變化得電光效應。折射率變化與光場得變化關系為：

而光波傳輸距L相應得相位變化為：

定向耦合型光開關

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

定向耦合器得開關特性

M-Z型干涉儀光開關

波導型M-Z干涉儀就是一種廣泛應用得光開關。它由兩個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E₁與 E₂。因此波導臂所產(chǎn)生得折射率變化為：

對于對稱型 M-Z 干涉儀，L₁=L₂=L 兩臂得相位差為：

令 Δ?=π時得電壓為半波電壓 V_π ；
兩臂的相位差可以表示為：

設①端輸入得電場強度為E₁，從③、④端輸出得信號得電場強度為 、 E₃、E₄，利用耦合器傳輸方程，可得③、④端得透過率為：

不加電壓時V=0，T₃=0，T₄=1；加半波電壓   時T₃=1，T4=0實現(xiàn)了開關作用。

偏振強度調制型光開關

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關結構圖

該功率器件得功率轉變比為：

3、熱光開關

熱光開關與電光開關得結構可以就是相同得，但就是產(chǎn)生開光效應得機理不同。這里得熱光效應就是指通過電流加熱得方法，使介質溫度變化，導致光在介質傳輸?shù)谜凵渎逝c相位發(fā)生改變物理效應。折射率隨溫度變化可用以下關系式表示：

圖7：熱光開關結構示意圖，標注1、3、4端口

4、液晶光開關

圖8：液晶光開關工作原理圖

5、磁光效應光開關

圖9：YVO4、YIG、?波片、雙折射晶體組成的結構圖

6、聲光開關

聲光效應是指聲波通過材料產(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，衍射一定波長得輸入光得現(xiàn)象。利用聲致光柵使光偏轉做成光開關。

圖10：聲光開關工作原理圖，標注入射光、聲波、衍射光、Z軸、L、熱能器等

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