【導(dǎo)讀】端口之間的光功率之比，一般以分貝為單位，其中,P0指的是發(fā)送到輸入端口的光功率，min）到最大波長(zhǎng)（?是標(biāo)稱工作波長(zhǎng)范圍。5．偏振相關(guān)損耗。光連接器的功能是將兩根光纖連接起來，光連接器可以有多種安裝結(jié)構(gòu)，如FC/PC型、APC型、ST型、SC型等。有間隙）和光纖的傾斜都會(huì)增加插入損耗。面處會(huì)發(fā)生反射。而且若反射光回饋到激光器，會(huì)嚴(yán)重。擾亂激光器諧振腔的正常工作。錯(cuò)位引起的損耗。內(nèi)部損耗又稱為與光纖。性和幾何特性差異導(dǎo)致的損耗。生的相互摩擦?xí)p壞光纖。2°，則耦合損耗不會(huì)超過dB。如果截面與垂直面的夾角小于3°，則。關(guān)，因而使用者不能控制特性的變化。接損耗的影響更大。直徑失配所引起的損耗的示意圖。纖在接點(diǎn)時(shí)的對(duì)準(zhǔn)誤差和接頭的機(jī)械強(qiáng)度?？刂破鞯娘@微鏡之下完成的。頭尾端被熔化，進(jìn)而連接在一起。成分的變化，從而產(chǎn)生不牢固的連接。對(duì)準(zhǔn)的獨(dú)特器件。材料做成的管子。性管中時(shí)，其各自位置與彈性管管軸相關(guān)，推拉式三種結(jié)構(gòu)。這三種結(jié)構(gòu)都包括單通道

　　

【正文】 nnnd??????????????? 其中 ， c 是光速 ， ng 是通道陣列波導(dǎo)的群折射率 。 （ 643） 由方程（ 641）可以得到列陣波導(dǎo)的角色散為 頻率間隔是色散角對(duì)應(yīng)的頻率范圍： 其中 , Lf是平面波導(dǎo)的焦距，即圖中的羅蘭盤圓半徑 。 ?x是輸入 /輸出波導(dǎo)在平面波導(dǎo)端面處的間隔。波長(zhǎng)范圍表示為 0 sfgdnxL L n?? ????（ 644） 11 2 gf f s cmnx d xfL df L n d?? ?? ??????? ? ? ?????? ??（ 645） AWG是一種很有前途的集成光學(xué)器件，在 WDM全光網(wǎng)中具有多種用途。作為WDM器件，它的插損較小，但串?dāng)_不容易達(dá)到最小。 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(fù)用器，這些器件也可用作復(fù)用器。除此之外，人們也用 MZ結(jié)構(gòu)和平面波導(dǎo)構(gòu)成 WDM復(fù)用器件。為降低成本，也常用光波導(dǎo)型或光纖型耦合器作為復(fù)用器。我國(guó)國(guó)標(biāo)規(guī)定的復(fù)用器和解復(fù)用器的相關(guān)參數(shù)應(yīng)滿足表 。 表 復(fù)用器參數(shù)要求 表 WDM系統(tǒng)解復(fù)用器參數(shù)要求 隨著復(fù)用波長(zhǎng)數(shù)的不斷增加，一種稱為波長(zhǎng)交織器的復(fù)用、解復(fù)用器問世。這種器件是一種梳狀濾波器，可以對(duì)信號(hào)的頻譜進(jìn)行梳理和交織，也稱為光數(shù)字波分復(fù)用器 ，如圖 。 圖 波長(zhǎng)交織器 利用這種器件，可以把復(fù)用的多波長(zhǎng)信號(hào)分解成按奇、偶波長(zhǎng)排列的兩組光束，每組光束的波長(zhǎng)間隔為原復(fù)用信號(hào)的二倍，從而使密集的 DWDM 系統(tǒng)可以進(jìn)一步分解為兩組較稀疏的 DWDM 信號(hào)，或者反過來將兩組較稀疏的 DWDM 信號(hào)合成為一組更密集的 DWDM 信號(hào)，即通過交織對(duì)兩組波長(zhǎng)進(jìn)行復(fù)用、解復(fù)用。梳妝濾波器一般是利用高階光學(xué)干涉途徑實(shí)現(xiàn)，可以利用麥克尓遜干涉原理、 FP干涉原理、 MZ干涉原理等制成，可以是光纖型的，也可以是晶體型的。 聲光可調(diào)諧濾波器 (AOTF) AOTF是一個(gè)通用器件，可以同時(shí)選擇幾個(gè)波長(zhǎng)，是目前已知的惟一的可調(diào)諧的濾波器，可以用作 WDM合波器、波長(zhǎng)路由器等。 1. AOTF的結(jié)構(gòu) 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(jié)構(gòu) 。 它由一個(gè)波導(dǎo) 、 偏振器和聲音換能器構(gòu)成 。 波導(dǎo)由雙折射材料制成 ， 只允許最低次模 TE和 TM模在其中傳播 。 偏振器放置在波導(dǎo)的輸出端，只讓 TM模的光波通過。聲音換能器將電能轉(zhuǎn)換成聲波在波導(dǎo)中傳輸， 如果輸入光波的波長(zhǎng)為?1 ?2… ?N，由于聲波在波導(dǎo)中傳播引起的介質(zhì)折射率的周期性變化，其作用相當(dāng)于形成了光柵，當(dāng)光波的波長(zhǎng)滿足布拉格（ Bragg）條件時(shí)，則 TE模的能量會(huì)轉(zhuǎn)移到 TM模，因而能通過偏振器輸出，其余的被拒絕。 聲光可調(diào)諧濾波器 (AOTF)的一種結(jié)構(gòu) 布拉格條件為 1TM TEnn???? ? nTE、 nTM分別為 TE、 TM模的折射率 ，?為光柵周期 。 對(duì)于 LiNbO3晶體 ， nTE、nTM模折射率的差為 ?n=， 因而布拉格方程為 ?=Λ(?n) 因 ?n=，選擇中心波長(zhǎng) ?= μm， 則由布拉格方程知， ?=22 μm，聲波在LiNbO3中的速度約為 km/s，則相應(yīng)的電驅(qū)動(dòng) RF頻率為 170 MHz。由于 RF的頻率是很容易調(diào)諧的，因而 AOTF對(duì)波長(zhǎng)的選擇也是很容易實(shí)現(xiàn)的。 上面討論的 AOTF是假設(shè)所有輸入的光能集中在 TE模，因而是與偏振有關(guān)的器件。實(shí)際上， AOTF可以是與偏振無關(guān)的器件，即其輸入的光能量不一定非由 TE模來攜帶。下圖給出了一個(gè)與偏振無關(guān)的AOTF的原理框圖。輸入的光能量（由 TE模和 TM模攜帶）經(jīng)輸入偏振器分解為 TE模和 TM模，然后各自通過波導(dǎo)與聲波相互作用，最后經(jīng)輸出偏振器合成輸出。 與偏振無關(guān)的 AOTF的原理框圖 2. AOTF的原理 AOTF的工作原理如下：兩個(gè)構(gòu)成馬赫 曾德 爾結(jié)構(gòu)的鈦 (Ti) 波導(dǎo)被鏤 蝕在LiNbO3雙折射半導(dǎo)體中 。 進(jìn)入的光被輸入偏振器分成 TE波和 TM波 。 作為例子 ， TE波沿上圖的上臂移動(dòng) ， 而 TM波沿下臂傳播 。 一個(gè)轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生表面聲波 （ SAW） 。這個(gè) SAW在 LiNbO3中引起變形 ， 從而產(chǎn)生LiNbO3折射率周期性波動(dòng) ， 這些波動(dòng)作為動(dòng)態(tài)布拉格光柵工作 。 由于光柵相互作用，滿足諧振（相位匹配）條件波長(zhǎng)的 TE模光能被轉(zhuǎn)到在上臂的 TM模， TM模光能被轉(zhuǎn)到在下臂的 TE模。 輸出偏振器組合 TE模和 TM模。波長(zhǎng)不滿足諧振條件的信道將不被改變地通過這個(gè)結(jié)構(gòu)。 3. AOTF的通帶 布拉格條件決定了被選擇的波長(zhǎng) ， 濾波的通帶寬度是由聲光相互作用的長(zhǎng)度決定的 ， 相互作用的長(zhǎng)度越長(zhǎng) ， 濾波器的通帶越窄 ， 這可由 AOTF的功率轉(zhuǎn)換透過率函數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系得到證明 。 功率轉(zhuǎn)換函數(shù) T(?)由下式給出 : 222si n ( / 2) 1 2( / )()1 2( / )T?????? ? ? ????? ? ?這里， ?? = ?? 0, ?0為滿足布拉格條件的波長(zhǎng)， ?= ? 21/L?n是衡量濾波器通帶大小的物理量 , 其曲線如下圖所示。 聲光可調(diào)諧濾波器的功率轉(zhuǎn)換與波長(zhǎng)的關(guān)系曲線 Ｌ 為聲光相互作用長(zhǎng)度，可以證明， T(?)的半峰值全寬（ FWHM）即濾波器的通帶B≈?，雖然 Ｌ 越長(zhǎng)帶寬越窄，但另一方面， L 越長(zhǎng)，調(diào)諧速度越慢，因?yàn)樗陕暡ㄔ?AOTF中的傳播時(shí)間決定，相互作用長(zhǎng)度越長(zhǎng)，時(shí)間越長(zhǎng)。 光 開 關(guān) 光開關(guān)是構(gòu)成光網(wǎng)絡(luò)中光交叉連接（ OXC）和光分插復(fù)用（ OADM）設(shè)備的核心器件，也是光網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)保護(hù)倒換的必需器件，其主要性能除了插入損耗、隔離度、開關(guān)速度和偏振敏感性等外，還有消光比和阻塞性質(zhì)。消光比是指開關(guān) on 和 off 時(shí)輸出功率之比（常用 dB 表示），阻塞性質(zhì)是指任一輸入端的信號(hào)能否在任意時(shí)刻接通到任意輸出端的性質(zhì)。 嚴(yán)格無阻塞特性指不需要任何算法，光開光的任一輸入端能在任意時(shí)刻接通到任意輸出端。大型或級(jí)聯(lián)光開光一般要求具有嚴(yán)格無阻塞特性。 隨著光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，各種光開關(guān)相繼出現(xiàn)，光開關(guān)可分為自由空間型和波導(dǎo)型，每一類又可以采用不同的物理效應(yīng)（如電光效應(yīng)、熱光效應(yīng)、電 機(jī)械效應(yīng)等）、不同的材料（ LiNbO硅基、聚合物、液晶等）和不同的工藝來實(shí)現(xiàn)。 光開關(guān)的性能參數(shù) （ 1）開關(guān)速度 光開關(guān)的開關(guān)速度或稱開關(guān)時(shí)間是一個(gè)重要的性能指標(biāo)。不同的應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)開關(guān)時(shí)間的要求是不一樣的，如光通道的設(shè)置開關(guān)時(shí)間為 110 ms，保護(hù)倒換的開關(guān)時(shí)問為 110 ?s，分組交換的開關(guān)時(shí)間為 1ns，外調(diào)制器的開關(guān)時(shí)間為 l0 ps 量級(jí)。 （ 2）通斷消光比 通斷消光比是指光開關(guān)處于通（開）狀態(tài)時(shí)輸出的光功率和處于斷（關(guān)）狀態(tài)時(shí)的輸出光功率之比。通斷消光比越大，光開關(guān)性能越好，這對(duì)外調(diào)制器尤為重要。機(jī)械開關(guān)的通斷消光比大約為 4050 dB。 （ 3）插入損耗（簡(jiǎn)稱插損） 插損是指由于光開關(guān)的使用而導(dǎo)致的光路上的能量損耗，常以 dB 表示。插損越小越好。當(dāng)開關(guān)處于不同的輸入 /輸出連接狀態(tài)時(shí)，插入損耗有可能不一致，即插入損耗的一致性差，這對(duì)于實(shí)際的應(yīng)用是不希望的。 （ 4）串?dāng)_ 串?dāng)_是指某輸出端口的功率除了有來自希望的輸入端口外．還有來自不希望的輸入端口的功率，二者的光功率之比稱為串?dāng)_。 （ 5）偏振依賴損耗 偏振依賴損耗是指由于偏振引起的光功率的損耗。 ? 機(jī)械光開關(guān) 根據(jù)工作原理的區(qū)別，機(jī)械光開關(guān)可以分為移動(dòng)光纖、移動(dòng)套管、移動(dòng)準(zhǔn)直器、移動(dòng)反光鏡、移動(dòng)棱鏡和移動(dòng)耦合器等多種類型。圖 的開關(guān)結(jié)構(gòu)：移動(dòng)光纖、移動(dòng)棱鏡和轉(zhuǎn)動(dòng)反射鏡。 圖 三種機(jī)械光開關(guān)的結(jié)構(gòu) 機(jī)械型光開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是插入損耗低（小于1dB）， 隔離度高（大于 45dB），與波長(zhǎng)和偏振無光，制作技術(shù)成熟。其缺點(diǎn)是開關(guān)動(dòng)作時(shí)間較長(zhǎng)（毫秒量級(jí)），體積偏大，不易做成大型的光開關(guān)矩陣，有時(shí)還存在重復(fù)性差的問題。機(jī)械型光開關(guān)在最近幾年已得到廣泛的應(yīng)用，但隨著光網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這種開光難以適應(yīng)未來高速、大容量光傳送網(wǎng)發(fā)展的需求。 ? 微機(jī)械光開關(guān) 微機(jī)械（ MicroElectroMechanicalSystem,MEMS）光開關(guān)是指由半導(dǎo)體材料（如 Si）構(gòu)成的微機(jī)械電控結(jié)構(gòu)。它在一塊芯片上將電、機(jī)械和光合成一體，透明傳送不同速率、不同協(xié)議的業(yè)務(wù)，是一種有廣泛的應(yīng)用前景的光開關(guān)。 MEMS器件基本原理是通過靜電的作用使可以活動(dòng)的微鏡面發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，從而改變輸入光的傳播方向。 MEMS有低損耗、低串?dāng)_、低偏振敏感性、高消光比、體積小、易于大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)。 典型的 MEMS 分為二維結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)。基于鏡面的二維 MEMS 器件是一種受靜電控制的二維微鏡面陣列組成，安裝在機(jī)械底座上，準(zhǔn)直光束和旋轉(zhuǎn)微鏡構(gòu)成多端口光開關(guān)矩陣，其原理如圖 。微鏡兩邊有兩個(gè)推桿，推桿一端連接微鏡鉸接點(diǎn)，另一端連接平移盤鉸接點(diǎn)。轉(zhuǎn)換狀態(tài)通過靜電控制使微鏡發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)微鏡為水平時(shí)，可使光束通過該微鏡，當(dāng)微鏡旋轉(zhuǎn)到與硅基底垂直時(shí)，它將反射入射到它表面的光束，從而使光束從該微鏡對(duì)應(yīng)的輸出端口輸出。 圖 自由空間 MEMS光開關(guān)原理圖（二維） 二維 MEMS 需要 N2 個(gè)微鏡來完成 N?N 個(gè)自由空間的光交叉連接，其控制電路較簡(jiǎn)單，由 TTL 驅(qū)動(dòng)器和電壓變換器來提供微鏡所需的電壓。它很容易從開發(fā)階段向大規(guī)模的生產(chǎn)，開關(guān)矩陣的規(guī)?？梢栽试S擴(kuò)展到數(shù)百個(gè)端口。 圖 MEMS 光開關(guān)的結(jié)構(gòu)。三維結(jié)構(gòu)主要靠?jī)蓚€(gè)微鏡陣列完成兩個(gè)光纖陣列的光波空間連接，每個(gè)微鏡能向任何方向轉(zhuǎn)動(dòng)，都有多個(gè)可能的位置，輸入光線到達(dá)第一個(gè)陣列鏡面上后，被反射到第二個(gè)陣列的預(yù)制鏡面上，然后再被反射到輸出端口。為確保任何時(shí)刻微鏡都處于正確的位置，其控制電路需要十分復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)方法，控制精度有時(shí)要達(dá)到百萬分之一度，因此，制造工藝較為困難，較二維的復(fù)雜得多。由于 MEMS 光開關(guān)是靠鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)交換功能，所以任何機(jī)械摩擦、磨損或震動(dòng)都可能損傷光開關(guān)。 圖 三維 MEMS光開關(guān) 在 2020年的 OFC 會(huì)議上，朗訊公司報(bào)道他們研制的 1296?1296 端口的 MEMS 光交叉連接節(jié)點(diǎn)，其單纖端口傳送容量為 ，總吞吐容量達(dá)到 ，具有嚴(yán)格無阻塞特性，插入損耗為 ，串?dāng)_（最壞情況）為 38dB，這使光開關(guān)的交換總?cè)萘窟_(dá)到新的量級(jí)。盡管由于需求不足和開發(fā)投資巨大，MEMS 的研發(fā)受通信和信息的低迷而遇到很大困難，但它將對(duì)未來光交換的發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。 ? 熱光開關(guān) 熱光開關(guān)也是一種易制作成端口數(shù)較多的光開關(guān)，基本結(jié)構(gòu)有兩種：一種是 Y型分路器結(jié)構(gòu)，另一種是 Much－Zahnder（ MZI）干涉儀型結(jié)構(gòu)。熱光開關(guān)可以用硅基材料制作，也可以用聚合物材料制作。 Y 型分路器結(jié)構(gòu)如圖 ， 圖 Y 型分支熱光開關(guān)結(jié)構(gòu) 它采用光刻法或濕式化學(xué)刻蝕法在硅基底或聚合物基底上生成 Y 型波導(dǎo) ，波導(dǎo)旁有多個(gè)微型薄膜加熱器，薄膜是由 Ti 或 Cr 在波導(dǎo)分支表面沉積而成。當(dāng)電功率被加載到其中一個(gè)分支上的加熱器時(shí)，加熱器下面的波導(dǎo)溫度升高，折射率減小，從而阻止光沿著該分支傳輸，同時(shí)光功率轉(zhuǎn)向另一側(cè)分支。該結(jié)構(gòu)的光開關(guān)插入損耗一般為 34dB，消光比為 20dB 左右。 圖 MZI型熱光開關(guān) MZI干涉儀型熱光開關(guān)的主導(dǎo)思想是利用光相位特性。結(jié)構(gòu)如圖 。MZI 波導(dǎo)一般生成在硅基底上，兩個(gè)波導(dǎo)壁具有相同的長(zhǎng)度，其上渡有金屬薄膜加熱器形成相位延遲器。如圖中所示，信號(hào)光由 1端口輸入，若薄膜加熱器處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí) MZI 產(chǎn)生的相位差為 0，當(dāng)光波經(jīng)過 3dB 耦合器時(shí)，沿耦