Optické spínačejsou klíčové komponenty v optickém přepínání, které mají jeden nebo více volitelných přenosových portů, které mohou převádět nebo provádět logické operace s optickými signály v optických přenosových linkách. Mají široké uplatnění v systémech optických sítí.
Optické spínače lze rozdělit do dvou hlavních kategorií: mechanické a ne-mechanické. Mechanické optické spínače se spoléhají na pohyb optických vláken nebo optických komponent pro změnu optické dráhy; ne-mechanické optické spínače spoléhají na elektro-optické, akustické{4}}optické nebo termo{5}}optické efekty, které mění index lomu vlnovodu, a tím mění optickou dráhu. Struktura a pracovní principy těchto dvou typů optických přepínačů jsou popsány níže.
Mechanický optický spínač
Nové typy mechanických optických spínačů zahrnují mikro-elektromechanické systémové (MEMS) optické spínače a kovové tenké-optické spínače.
Optické spínače Microelectromechanical Systems (MEMS) jsou vyrobeny na polovodičovém substrátovém materiálu a vytvářejí pole mikro-zrcadel schopných nepatrného pohybu a rotace. Tato mikro-zrcadla jsou velmi malá, přibližně 140 μm x 150 μm, a vlivem hnací síly přepínají vstupní optický signál na různá výstupní vlákna. Hnací síla aplikovaná na mikro-zrcátka je generována pomocí tepelných, magnetických nebo elektrostatických efektů. Struktura MEMS optického přepínače je znázorněna na obrázku.
Když je mikro -zrcátko v orientaci 1, vstupní světlo vychází výstupním vlnovodem 1; když je mikro-zrcadlo v orientaci 2, vstupní světlo vychází výstupním vlnovodem 2. Otáčení mikro-zrcátka je řízeno napětím (100-200V). Toto zařízení se vyznačuje malými rozměry, vysokým poměrem zhášení (poměr výstupního optického výkonu v zapnutém-stavu k výstupnímu optickému výkonu ve vypnutém-stavu), necitlivostí na polarizaci, nízkou cenou, střední rychlostí přepínání a vložným útlumem menším než 1 dB. Struktura kovového tenkovrstvého optického spínače je znázorněna na obrázku 3-40. U tohoto typu optického spínače je vrstva jádra vlnovodu pod spodním pláštěm a tenký kovový film je nad ním, přičemž mezi kovovým tenkým filmem a vlnovodem je vzduch. Napětí aplikované mezi tenkou kovovou vrstvu a substrát generuje elektrostatickou sílu na tenkou kovovou vrstvu. Pod touto silou se kovový tenký film pohybuje dolů a kontaktuje vlnovod, mění index lomu vlnovodu a tím mění fázový posun optického signálu procházejícího vlnovodem. Na obrázku 3-40c je bez napětí zlatý tenký film zvednutý a fázový posun v obou ramenech je stejný, takže optický signál je vyveden z portu 2; s aplikovaným napětím se tenký kovový film dotkne vlnovodu, což způsobí fázový posun π v tomto rameni a optický signál je vyveden z portu 1.
Ne-mechanický optický spínač
Mezi -mechanické optické spínače patří typy, jako jsou optické spínače s tekutými krystaly, elektro-optické spínače s optickým efektem, termo-optické spínače s optickým efektem a spínače polovodičových optických zesilovačů.
Optický spínač z tekutých krystalů je vyroben vytvořením rozvětvených vlnovodů polarizovaného světelného paprsku na polovodičovém materiálu. V průsečíku vlnovodů se pod specifickým úhlem vyleptá drážka a do drážky se vstříkne tekutý krystal. Pod drážkou je umístěn ohřívač. Když se drážka nezahřívá, světelný paprsek prochází přímo skrz; při zahřívání se uvnitř tekutého krystalu vytvářejí bubliny a díky úplnému vnitřnímu odrazu světlo mění směr a je vyvedeno do požadovaného vlnovodu.
Elektro-optické a termo{1}}optické efekty využívají jevu, že index lomu určitých materiálů se mění s napětím a teplotou, a umožňují tak vytvoření optických spínacích zařízení.
Optické spínače polovodičového optického zesilovače (SOA) dosahují spínací funkce změnou předpětí polovodičového optického zesilovače.
Mezi hlavní parametry optických přepínačů patří rozsah vlnových délek, vložný útlum, optický vratný útlum, přeslech, optický příkon, polarizační-závislý útlum, opakovatelnost, rychlost přepínání a životnost.
Optický filtr
Optické filtry jsou zařízení selektivní pro vlnovou délku-, která mají důležité aplikace v komunikačních systémech s optickými vlákny, jako je filtrování šumu v optických zesilovačích, jak je uvedeno v předchozí části. Zejména ve WDM optických sítích, kde si každý přijímač musí vybrat požadovaný kanál, se filtry stávají nepostradatelnou součástí. Filtry jsou rozděleny do dvou hlavních kategorií: pevné filtry a laditelné filtry. První umožňuje průchod signálního světla specifické vlnové délky, zatímco druhý může dynamicky volit vlnové délky v rámci určité optické šířky pásma. Funkce a klasifikace optických filtrů jsou znázorněny na obrázku.
Propustné charakteristiky praktického optického filtru jsou znázorněny na obrázku. Hlavní parametry optického filtru s pevnou -vlnovou délkou jsou střední vlnová délka λ2 a šířka pásma Δλ. Kromě nich existují také parametry, jako je vložný útlum a izolace.
Mřížka z optických vláken
Vláknové Braggovy mřížky využívají defekty vzniklé během výroby vlákna, přičemž využívají ozařování ultrafialovým světlem k vytvoření periodických změn v distribuci indexu lomu jádra vlákna. Filtrační efekt vláknité Braggovy mřížky je znázorněn na obrázku; vlnové délky splňující podmínku Braggovy mřížky jsou zcela odraženy, zatímco ostatní vlnové délky procházejí skrz, takže se jedná o celovláknový vrubový filtr.
Existují dva způsoby výroby vláknitých Braggových mřížek:
(1) Metoda rušení:Metoda interference využívá princip dvou-interference. Paprsek ultrafialového světla je rozdělen do dvou rovnoběžných paprsků, čímž vzniká interferenční pole mimo optické vlákno. Úpravou délek dvou interferenčních ramen může být perioda výsledných interferenčních proužků přizpůsobena požadavkům na výrobu vláknité Braggovy mřížky.
(2) Metoda fázové masky:Metoda fázové masky používá před-vyrobenou masku. Při průchodu ultrafialového světla fázovou maskou dochází k interferenci, která vytváří interferenční pole na válcovém povrchu optického vlákna, čímž se mřížka zapisuje do vlákna.
