【正文】 該結構的光開關插入損耗一般為 34dB，消光比為 20dB 左右。為確保任何時刻微鏡都處于正確的位置，其控制電路需要十分復雜的驅動方法，控制精度有時要達到百萬分之一度，因此，制造工藝較為困難，較二維的復雜得多。 典型的 MEMS 分為二維結構和三維結構。圖 的開關結構：移動光纖、移動棱鏡和轉動反射鏡。通斷消光比越大，光開關性能越好，這對外調制器尤為重要。 光 開 關 光開關是構成光網絡中光交叉連接（ OXC）和光分插復用（ OADM）設備的核心器件，也是光網絡實現(xiàn)保護倒換的必需器件，其主要性能除了插入損耗、隔離度、開關速度和偏振敏感性等外，還有消光比和阻塞性質。 一個轉換器產生表面聲波 （ SAW） 。由于 RF的頻率是很容易調諧的，因而 AOTF對波長的選擇也是很容易實現(xiàn)的。 聲光可調諧濾波器 (AOTF) AOTF是一個通用器件，可以同時選擇幾個波長，是目前已知的惟一的可調諧的濾波器，可以用作 WDM合波器、波長路由器等。 干涉膜濾波器型、光柵型和 AWG型是目前 8路、 16路和 32路的 WDM系統(tǒng)中常用的解復用器，這些器件也可用作復用器。 傳輸過程中 ， 波前形變很小 。當多波長信號被激發(fā)進某一輸入波導時，此信號將在第一個平面波導中發(fā)生衍射而耦合進陣列波導。這時，干涉濾光片對不同極化方向的光透射率是不同的，偏角越大，差別也越大，極化效應越明顯，導致復用器件對偏振敏感，性能下降。對上式求導，我們可以得到 k = 1時光柵的角色散本領。 目前， WDM復用系統(tǒng)中常用的復用、解復用器主要有光柵型、干涉型、光纖方向耦合器型和光濾波器型等。因此，要得到性能好的光柵，總槽數(shù) N 應盡量多，光柵常數(shù) d 應盡量小，并盡量選用高的衍射級數(shù)。因此，我們可以通過適當?shù)脑O計盡可能使大部分的光功率進入某一衍射級，而避免功率的發(fā)散和損耗。當光束入射到兩個介質的分界面時，會在兩個界面之間反復地發(fā)生反射和折射，反射波和透射波都是無窮多束光波的線性疊加，疊加的結果與相鄰波束的相位差有關。是入射端面上入射光的斜率； Ln為節(jié)距，表示入射光線的周期。這兩束光被另一個偏振分束器合到一起從端口 2輸出。 圖 光環(huán)行器示意圖 光環(huán)行器可以有不同的結構，可以使用不同的器件構成，但其最基本的原理是利用法拉第電磁旋轉效應實現(xiàn)光的單向傳輸。 的旋轉正好與第一個偏振濾光片的偏振方向垂直而沒有輸出，從而構成光的單向傳輸器件。這意味著光片真面對餓旋轉方向由磁場方向決定，而不是由光傳輸方向決定。 圖 雙折射棱鏡型偏振分束 當一束光入射到圖 棱鏡的外表面上時，由于雙折射而分成尋常光和異常光，當入射角為布儒斯特角，則異常光全透射過去，尋常光從兩個棱鏡的分界面上反射回來，從而起到偏振分束的作用。 平衡二極管器件檢測本地激光器的頻率與接收的光信號的頻率 ， 當兩個頻率完全相同時 ， 二極管平衡電路處于靜止狀態(tài) 。 非線性環(huán)路鏡可以用于不同的系統(tǒng)中，實現(xiàn)不同的目的。 圖 MZ濾波器的結構和透射譜 ? 非線性環(huán)路鏡 非線性環(huán)路鏡（ NonLinear Optical Loop Mirror， NOLM）是一個可以具有多種用途的快速開關器件，在消除脈沖序列的背景噪聲、光時分復用（ OTDM）系統(tǒng)和光邏輯器件的研究中有廣泛的應用。 用啁啾光纖光柵作為色散補償器的優(yōu)點是器件的體積小，補償效率高，其缺點是補償帶寬較窄，目前人們正在研制寬帶啁啾光纖光柵以適應 WDM 系統(tǒng)的需要。若 FBG 的反射波長是 ?1 ，輸入信號中波長為 ?1的光信號被 FBG 反射回來，從環(huán)形器的 3端口輸出，而其他 3個波長的信號透射過去，從 FBG 的輸出端輸出，從而實現(xiàn)從多波長信號中選擇某波長下路。 采用這種方法能產生大量同一特性的光柵 ， 其穩(wěn)定性好 ， 應用較普遍 ， 如圖 （ b） 所示 。利用摻鍺石英光纖受到 240 nm 附近紫外光照射時纖芯折射率會增大這一現(xiàn)象，將光纖沿中心軸線切開，從光纖切面照射呈空間周期性變化的紫外光，纖芯部位就會出現(xiàn)周期性折射率變化，這就形成了光柵（ FG），其結構如圖 所示。 圖 多端口耦合器 ? 偏振控制器 ? 1． 可轉動光纖線圈型偏振控制器 最簡單常用的光纖偏振控制器是可轉動光纖線圈型，其結構如圖 （ a） 所示。對于正在討論的耦合器，依賴于其類型，典型附加損耗在 ～ dB 之間變化。假設從端口 1輸入 ?1和 ?2的信號光，由于耦合系數(shù)與光波長有關，而 ?1和 ?2的波長間隔又較大，適當?shù)脑O計耦合情況可以實現(xiàn)對?1波長，滿足 , 1 , 2 , 3 ,z m m????對于 ?2波長，滿足 （ 68） 則此耦合器將對波長有選擇作用，波長為 ?1的光信號全部直通過去從端口 2輸出，波長為 ?2的光信號全部耦合到另一光纖中，從端口 3輸出，起到波分解復用的作用。用研磨拋光法制造耦合器時，先將去除包層的裸光纖埋入帶有特定弧形槽的石英玻璃中，在進行光學研磨、拋光，去除一部分包層，然后將兩根經過研磨的光線拼接在一起（見圖 （ a）），利用被研磨部分的光場相互耦合，從而構成光耦合器。 3） 可重復性 （ 耐用性 ） 連接器是作為臨時連接使用的 ， 應在多次插拔之后仍保持它們的特性 。一般的連接器平均損耗大約為 dB，這個數(shù)值可以在 ～ 1 dB之間浮動。而且，一些光處理元件，諸如分束器和光開關等，也能很容易地插入到光纖端面間的擴展光束中。 套圈連接器對機械結構的要求包括小孔直徑尺寸以及小孔相對于套圈外表面的位置 。 這種對稱特征讓兩根待連接光纖的軸自動準確地對齊。這種方法的連接損耗在很大程度上取決于光纖的尺寸（外尺寸和纖芯直徑）變化和偏心度（纖芯相對于光纖中心的位置）。 光纖熔接是通過加熱的方法使已制備好的光纖端面連接在一起 ， 如圖 。圖 （ a）、（ b）、（ c）給出了由纖芯直徑、 數(shù)值孔徑和模場直徑失配所引起的損耗的示意圖。截面不平整。 (d) 截面不平整 軸向位移即兩根光纖連接處有軸向錯位。為了減少光的反射，可以采用斜面結構。 ? 5． 偏振相關損耗 （ PDL） 偏振相關損耗指的是對于所有的偏振態(tài)，由于偏振態(tài)的變化造成的插入損耗的最大變化值。 ? 6． 隔離度 在無源器件中，隔離度表示的是由應該被阻斷的光路中輸出的光功率與輸入光功率之比，通常用 dB表示： （ 64） b l o c k 0l o g ( / )I S p p?? 光纖和波導型無源光器件 ? 光連接器和光耦合器 ? 1． 光連接器 光連接器的功能是將兩根光纖連接起來，與高溫熔融連接兩根光纖不同，這是一種可以拆裝式連接。如圖 。其耦合損耗在零點幾分貝到幾個分貝之間，若錯位距離小于光纖直徑的 5%，則損耗一般可以忽略不計。光纖連接的兩個截面必須經過高精度拋光和正面粘合。 圖 (a) D2Ｄ 1。 這種方法首先將光纖端面對齊 ， 并且對接在一起 ， 該過程是在一個槽狀光纖固定器里 、 在帶有微型控制器的顯微鏡之下完成的 。 圖 V型槽機械連接 圖 。尺寸范圍較寬的光纖都能夠插入彈性管中。 圖 系統(tǒng)中的兩種常用對接類型的對準設計，它們分別采用直套筒和錐形（雙錐形）套筒結構。 連接器的主要特性如下： 1） 插入損耗 連接器的一個最重要的性能參數(shù)是插入損耗 。最大損耗大約為 dB，變化范圍在 ～ dB之間。 所以可重復性是連接器的一個重要特性 。耦合強度與研磨的深度有關，若研磨沒有觸及到纖芯，屬于弱耦合，主要靠纖芯和包層界面 上的消逝波發(fā)生耦合；若研磨進入纖芯中，纖芯中的光場將發(fā)生強耦合。 由于熔融拉錐型耦合器中錐形變化緩慢，反射光可以忽略，所以也稱為方向耦合器。（注：公式 ()中分母的 P1 是輸入端，分子的 P1 是輸出端。這種結構是一在底板上垂直安裝一排（一般 3或 4個）圓盤，盤可以轉動，半徑比光纖芯徑大得多，約為 750mm，圓盤的圓周上有槽，光線可以纏繞在盤上。 圖 光纖光柵的結構 目前制作光柵的光源主要有 193 nm/248 nm 中紫外光， 334 nm 近紫外光及 μm CO2 激光。 圖 （ 如圖（ a） 所示 ） 或掩膜法 （ 如圖 （ b） 所示 ）寫入 ， 反射光滿足布拉格條件 。理論分析可知，光纖光柵的長度越長，對光譜的選擇性越好， 3dB 帶寬越窄。 ? 3長周期光纖光柵 如果注入光柵 FG 的光向纖芯外輻射出去，并耦合至包層，被光纖涂覆樹脂吸收而迅速消耗掉，且不存在反射，則稱具有這種功能的光柵為長周期（幾十至幾百微米）光柵 (LPG)。 NOLM的典型結構如圖 。圖 NOLM可以作為一個光邏輯與門，在光時分復用（ OTDM）系統(tǒng)中實現(xiàn)解復用的功能。 否則 ， 這種靜止狀態(tài)將被破壞 ， 使得二極管平衡電路有不平衡電流輸出 ， 該電流被放大后送濾波器濾除高頻分量 ， 濾波后的低頻直流分量去控制本地激光器的輸出頻率 ， 直至二者的頻率完全相同 ， 然后電路處于平衡狀態(tài) 。 偏振分束器有多種不同的結構，但大多數(shù)的偏振分束器的工作原理都與材料的雙折射有關。 圖 和原理的示意圖，這種結構主要有兩個偏振濾光片和一個法拉第旋轉器構成，兩個偏振濾光片的偏振方向相差 45186。 這種結構的 一個缺點是對輸入光的偏振敏感，輸入光的偏振方向必須與輸入端濾光片的偏振一致才能獲得最大的耦合效率，否則將增加插入損耗。圖 3端口光環(huán)行器的結構以及端口 1到端口 2的光路圖，它的各個組成部分的功能如下： （ 1）偏振分束器：將輸入光分解成偏振正交的兩束光； （ 2）法拉第旋轉器：偏振面產生 45186。 輸入到端口 2的光經歷類似的過程，但由于法拉第旋轉器的不可逆性質，兩束正交的偏振光在經過 ??8平板和旋轉器后保持原來的偏振方向，被偏振分束器合成后導向端口 3，而不是端口 1。 00( ) c o s s i nrr z r z z?????39。如圖 （ a）所示。圖 （ b）所示的閃爍光柵是最常用的平面光柵，因為它能在一定的波長范圍內將很高比例的光功率集中在第一級衍射光束中。 2 c o skDd ??Nk?? 波分復用、解復用器件 波分復用（ WDM）器件是波分復用系統(tǒng)的重要組成部分，是關系波分復用系統(tǒng)性能的關鍵部件。本節(jié)著重介紹光柵型、干涉膜濾波器型和陣列波導光柵型三種在密集波分復用系統(tǒng)中常用的復用、解復用器件。 光柵型解復用器是一種并行器件，它可以同時分開多路不同波長的信號，使各路的插入損耗都一樣，具有解復用路數(shù)多，分辨率較高等優(yōu)點，目前被廣泛應用于DWDM系統(tǒng)中。當光纖安裝在 GRIN透鏡的軸上時，準直后的光束垂直于濾光片，這樣就可以避免極化效應發(fā)生，所以圖 于波分復用器件。 陣列波導由很多長度依次遞增的波導路徑構成，光經過不同的波導路徑到達第二個平面耦合波導時，產生不同的相位延遲，在第二個耦合波導中相干疊加。陣列波導是由一系列不等長度的通道波導構成的 ， 相鄰兩波導的長度差為常數(shù) ?L，這種結構產生的波長相關相移使陣列波導呈現(xiàn)衍射光柵的特性 ， 其光柵方程為 nsd sin?i+nc?L+nsd sin?0=m? （ 641） 其中： ns、 nc 是平面波導和通道陣列波導的有效折射率； ?i 和 ?j 是輸入 /輸出平面波導中的衍射角； d 是陣列波導的間距； m 是光柵衍射級； ? 是光波長； i、 j 是輸入 /輸出波導的序號 。除此之外，人們也用 MZ結構和平面波導構成 WDM復用器件。 1. AOTF的結構 AOTF是基于聲 （ 波 ） 與光相互作用原理制成的光器件 ， 下圖給出了它的一種結構 。 上面討論的 AOTF是假設所有輸入的光能集中在 TE模，因而是與偏振有關的器件。這個 SAW在 LiNbO3中引起變形 ， 從而產生LiNbO3折射率周期性波動 ， 這些波動作為