光通信器件光開關(guān)-資料下載頁
2025-06-18 21:05本頁面
【正文】 緊湊、重量輕, 且擴(kuò)展性較好。 MEMS光開關(guān)特性：低插入損耗。 低串?dāng)_。 與波長、速率、調(diào)制方式無關(guān)。 功耗低。 堅(jiān)固、壽命長。 可集成擴(kuò)展成大規(guī)模光開關(guān)矩陣。 適中的響應(yīng)速度(開關(guān)時間從100ns～10ms)。在光交叉連接及需要支持大容最交換的系統(tǒng)中, 基于MEMS 技術(shù)的解決方案已是主流。 MEMS光開關(guān)分類：MEMS 光開關(guān)可以分為二維和三維光開關(guān)。二維光開關(guān)由一種受靜電控制的二維微小鏡面陣列組成,光束在二維空間傳輸。準(zhǔn)直光束和旋轉(zhuǎn)微鏡構(gòu)成多端口光開關(guān), 對于MN 的光開關(guān)矩陣, 光開關(guān)具有MN個微反射鏡。二維光開關(guān)的微反射鏡具有兩個狀態(tài)0和1(通和斷), 當(dāng)光開關(guān)處于1 態(tài)時, 反射鏡處于由輸入光纖準(zhǔn)直系統(tǒng)出射的光束傳播通道內(nèi), 將光束反射至相應(yīng)的輸出通道并經(jīng)準(zhǔn)直系統(tǒng)進(jìn)入目標(biāo)輸出光纖。當(dāng)光開關(guān)處于0 態(tài)時, 微反射鏡不在光束傳播通道內(nèi), 由輸入通道光纖出射的光束直接進(jìn)入其對面的光纖。三維MEMS 的微鏡固定在一個萬向支架上, 可以沿任意方向偏轉(zhuǎn)。每根輸入光纖都有一個對應(yīng)的MEMS 輸入微鏡, 同樣, 每根輸出光纖也都有其對應(yīng)的MEMS 輸出微鏡[17]。因此, 對于MN 三維MEMS 光開關(guān), 則具有M+N 個MEMS 微反射鏡。由每根輸出光纖出射的光束可以由其對應(yīng)的輸入微鏡反射到任意一個輸出微鏡, 而相應(yīng)的輸出微鏡可以將來自任一輸入微鏡的光束反射到其對應(yīng)的輸出光纖。對于MN 三維MEMS 光開關(guān), 每個輸入微鏡有N 個態(tài), 而輸出微鏡則具有M個狀態(tài)。目前, Iolon 利用MEMS 實(shí)現(xiàn)了光開關(guān)的大量自動化生產(chǎn)。該結(jié)構(gòu)開關(guān)時間小余5ms。Xeros 基于MEMS 微鏡技術(shù), 設(shè)計了能升級到11521152 的光交叉連接設(shè)備, 交換時間小余50ms。隨著全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展, 三維MEMS 陣列可成為大型交叉連接的最佳候選者之一。 基于MEMS技術(shù)的光開關(guān)主要有微反射鏡型光開關(guān)、靜電驅(qū)動型光開關(guān)、自由空間交換型光開關(guān)、無透鏡型光纖光開關(guān)等,光開關(guān)的驅(qū)動方式主要有平行板電容靜電驅(qū)動,梳狀靜電驅(qū)動器驅(qū)動,電致、磁致伸縮驅(qū)動,形變記憶合金驅(qū)動,光功率驅(qū)動和熱驅(qū)動等[4].MOEMS光開關(guān)所用材料大致分為單晶硅、多晶硅、氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等硅基材料,Au、Al等金屬材料,、表面加工工藝和LIGA(Lithographie,Galvanoformung and Abformung,即光刻、電鑄和注塑)工藝.MEMS開關(guān)，在硅片上用微加工技術(shù)做出大量可移動的微型鏡片構(gòu)成的開關(guān)陣列。例如采用硅在絕緣層上（SOI）的硅片生長一層多晶硅，再鍍金制成反射鏡，然后通過化學(xué)刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕方法除去中間的氧化層，保留反射鏡的轉(zhuǎn)動支架。通過靜電力使微鏡發(fā)生轉(zhuǎn)動。圖18是一個MEMS實(shí)例，它采用16個可以轉(zhuǎn)動的微型反射鏡，實(shí)現(xiàn)兩組光纖束間的44光互連。圖18 用16個移動反射鏡光開關(guān)構(gòu)成的兩組44 MEMS開關(guān)陣列機(jī)電光開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單；插入損耗低(2dB)；消光比高(60dB)；隔離度好（45dB）；而且不受偏振和波長的影響。缺點(diǎn)是：開關(guān)時間較長，；開關(guān)結(jié)構(gòu)有移動部分，因而開關(guān)壽命有限和重復(fù)性較差，有的還存在著回跳抖動等問題。圖18的MEMS可達(dá)到如下技術(shù)指標(biāo)（見表1）：表4 MEMS光開關(guān)的技術(shù)指標(biāo)項(xiàng)目插損dB串?dāng)_dB消光比dB偏振靈敏度dB開關(guān)時間ms壽命次開關(guān)尺寸mm測值~6060dB401051010全光開關(guān) 全光開關(guān)：無需經(jīng)過電光轉(zhuǎn)換，用非線性光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)以光控制光的全光開關(guān)。 ：光在非線性介質(zhì)中傳播時，強(qiáng)光改變戒指折射率并對弱光相位進(jìn)行調(diào)制，使其不再沿直線傳播而發(fā)生光斑移動，就此實(shí)現(xiàn)開關(guān)效果。 ：通過改變其中一束入射激光的強(qiáng)度引起原子能級分裂，產(chǎn)生共振現(xiàn)象，從而使得另外幾束不同激光的強(qiáng)度得到增強(qiáng)或抑制，實(shí)現(xiàn)開關(guān)。 四、光開關(guān)應(yīng)用前景分析 20世紀(jì)90年代的初期與中期，光開關(guān)在世界市場的需求量增長緩慢，只有數(shù)十萬件。 90年代后期，隨著全光網(wǎng)絡(luò)的興起和發(fā)展、經(jīng)濟(jì)信息化過程的加快，全球范圍光交換機(jī)及其交換矩陣系統(tǒng)市場需求猛增。今后大容量、高速交換、透明、低損耗的光開關(guān)將在光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中起到更為重要的作用。 光調(diào)制光開關(guān)和波導(dǎo)調(diào)制光開關(guān)的技術(shù)發(fā)展較快,其開關(guān)時間具有幾個ps 到10ps的開發(fā)潛力,可以滿足全光通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高速光交換、光交叉連接的要求。因此,光調(diào)制光開關(guān)和波導(dǎo)調(diào)制光開關(guān)是今后光開關(guān)的發(fā)展方向。但是,光調(diào)制光開關(guān)和波導(dǎo)調(diào)制光開關(guān)串音大的缺點(diǎn)目前尚無技術(shù)突破,還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段,而且價格昂貴,近幾年要達(dá)到實(shí)用化的水平并投入市場不太可能。目前采用較為成熟的MEMS技術(shù)研制開發(fā)光開關(guān)、光開關(guān)列陣,并在此基礎(chǔ)上組建、完善全光交換機(jī)及其交換矩陣系統(tǒng)等全光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備，具有非常大的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價值。參考文獻(xiàn)1. 李玲，黃永清編著，光纖通信基礎(chǔ)，國防工業(yè)出版社，1999年，178頁。2. Goh. T, Himeno. A, , et al. Highextinction ratio and lowloss silicabased 8180。8 strictly nonblocking thermooptic matrix switch, J. Lightwave Tech., 1999, 17 (7): 1192.3. 黃章勇編著，光纖通信用光電子器件和組件，北京郵電大學(xué)出版社，2001年，165頁。4. Fouquet J. E., LEOS Proceedings of the 1998 11th Annual Meeting IEEE Lasers and Electrooptics Society, Part 2, Dec. 1~4, 1998: 169~170.5. Riza N. A., J. of Lightwave Technology, 1999, 17 (9): 1575~1584.
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