您好,欢迎访问三七文档
光开关学习剪辑张植俊magogo@163.com目录原理种类参数指标工艺原理首页原理——概述光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口,可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换成逻辑操作的器件。端口连接光器件中允许输入或输出的光纤或光纤连接器。光开关可在各种应用系统中起开关切换作用。从工作原理可分为机械式和非机械式两类。从端口数量可分为1x1,1x2,1xN,2x2,4x4,NxM等。机械式光开关种类移动光纤式非机械式移动透镜型移动套管式移动自聚焦透镜型移动反射镜型移动棱镜型极化旋转器型波导型原理——种类1机械式光开关是通过光纤和光学元件的移动或旋转,使光路断开或关闭,开关时间在毫秒量级(较长),还会有回跳抖动和重复性差等问题。非机械式光开关一般是通过电光效应、热光效应、液晶、磁光效应以及声光效应等改变波导折射率使光路发生改变完成开关功能,具有开关时间短,体积小,便于集成的优点,但插入损耗大,隔离度低。原理——种类2光开关如按其工作时的介质划分,可分为自由空间光开关波长光开关种类首页6/3/2020Page8MOM(miniatureopto-mechanical)switch是基于微光机技术的光开关。MOM光開關是由一對固定的雙光纖準直器和可動的反射鏡所組成,而反射鏡的移動是靠一鎖住型的繼電器產生的磁感應力所控制。當反射鏡擋在光路徑時,光訊號被反射回同一光纖準直器的另一根光纖,當反射鏡離開光路徑時,光訊號繼續行進至相對的光纖準直器。种类——机械式:MOM开关6/3/2020Page9光开关(Switch)DavidMelanson,CentralengineeringFTALens透镜WedgePrism斜棱镜Mirror反射镜光轴SideView侧视TopView俯视MOM光开关连通光路示意图WedgeUp:在电脉冲信号带动Relay上悬臂ARM从而带动棱镜弹落,光路经棱镜折射可以传到棱镜光纤输出口。种类——机械式:MOM开关6/3/2020Page10CommonMirrorChannelWedgeChannelDummyFiber(Nocore)XAxisYAxis光轴EmittingFiber(Inputfiber)MirrorPathImage(wedgeup)WedgePathImage(wedgedown)种类——机械式:MOM开关种类——机械式:MEMS光开关微光机电光开关MEMS(MicroOpto-ElectroMechanicalSystems)在半导体衬底材料上制造出可以作微小移动和旋转的微反射镜(140μm×150μm)阵列。微反射镜在驱动力的作用下,将输入光信号切换到不同的输出光纤中。驱动力可利用热力效应、磁力效应或静电效应产生。机械开关是指开关的功能通过机械的方法实现,如通过将镜片移出或置入光路就可实现光信号的通断。这种开关由于采用了机械传动机构和反射镜,因而体积大,开关速度慢。但近来由于微电机械系统即MEMS的出现,使得机械开关备受人们的重视。种类——机械式:MEMS光开关取向2取向1出射光波导1控制信号波导2出射光入射光微反射镜MEMS光开关结构当微反射镜为取向1时,输入光经输出波导1输出;当微反射镜为取向2时,输入光经输出波导2输出。微反射镜的旋转由控制电压(100~200V)完成。MEMS光开关的优点是体积小,消光比大(60dB),隔离度好(45dB)对偏振不敏感,成本低,开关速度适中(0.1ms~1ms),插入损耗小于2dB。微机械反射镜开关MMS(a)MEMS开关的原理;(b)实例微机控制电机反射镜光束输出光纤输入光纤准直透镜输出上下运动输出输入输入控制电压反射镜衬底(a)(b)种类——机械式:MEMS光开关种类——机械式:金属薄膜光开关金属薄膜光开关的结构如图所示。波导芯层下面是底包层,上面则是金属薄膜,金属薄膜与波导之间为空气。通过施加在金属薄膜与衬底之间的电压使金属薄膜获得静电力,在它的作用下,金属薄膜向下移动与波导接触在一起,使波导的折射率发生改变,从而改变了通过波导光信号的相移。底包层衬底空气金属薄膜衬垫波导芯层衬垫底包层衬底金属薄膜(a)未加电压时(b)加电压时金属薄膜光开关结构种类——机械式:金属薄膜光开关入射光波导3dB耦合金属薄膜43123dB耦合金属薄膜MZ型光开关金属薄膜MZ型光开关结构示意图。如果不加电压,金属薄膜跷起,MZ干涉仪两个臂的相移相同,此时光信号从端口2输出;如果加电压,金属薄膜与波导接触,引起该臂的相移,光信号从端口1输出。种类——非机械式非机械式光开关的类型:液晶光开关电光效应光开关热光效应光开关声光开关等种类——非机械式:液晶开关液晶光开关内包含液晶片、偏振光束分离器(PBS)或光束调相器。当无外加电压时,液晶使偏振光的偏振角发生旋转,当旋转角恰好等于90度,可从检偏器通过,即ON状态。当施加电压时,液晶分子将平行于外加电场,双折射效应消失,入射光从液晶出射时依然保持垂直偏振状态,被检偏器阻挡,即OFF状态。种类——非机械式:电光开关电光效应光开关是基于电光效应的光开关。如果对晶体施加适当的外电场,则晶体的双折射性质将发生改变,从而使通过晶体的光波产生相位延迟或偏振态的改变。电光效应示意图种类——非机械式:电光开关2×2的电光开关也可以利用耦合器实现,但它不是通过改变光纤的长度而是通过改变耦合区材料的折射率来实现的。常用的一种材料是铌酸锂(LiNbO3)。电光开关的开关速度快,易于集成。其结构如图所示。输入1+U输入2输出1输出2电极种类——非机械式:热光开关热光开关是基于声光效应的光开关。热光效应是指通过电流加热的方法使介质的温度发生变化,导致介质折射率的变化从而使光波相位发生改变的物理效应。种类——非机械式:热光开关2×2的热光开关是一个MZI干涉仪。它是通过改变其中一个臂的折射率(受温度的影响)使两臂上光信号之间的相差有所改变,从而使光信号在输入/输出端之间实现通断的。MZI可以在硅或聚合物基片上集成,但其开关速度和串扰性能不太好。其结构如图所示。输入输出种类——非机械式:声光开关声光开关是基于声光效应的光开关。声光效应是指声波通过声光材料时,使其产生内部应力场或表面形变分布应变,通过光弹性效应,引起材料折射率周期性变化,形成布拉格光栅,衍射一定波长输入光的现象。声光开关没有机械移动部分,消除了拥塞、破损等很多问题,但是损耗随波长变化较大,同时驱动电路也比较昂贵。种类——非机械式:SOA光开关利用半导体光放大器,通过改变SOA的偏置电压就可实现开关功能。当偏置减少时,没有粒子数反转,因而吸收光信号;当偏置增加时,放大输入信号,因而当SOA处于吸收和放大态时,通断消光比很大,同时易于集成。图为SOA光开关原理图。输出控制电压半导体光放大器输入输入输出输入输出控制电压参数指标首页参数指标——概述光开关是光交换的关键器件,它在光网络中有许多应用场合。光开关的开关速度或称开关时间是一个重要的性能指标。不同的应用场合对开关时间的要求是不一样的,如保护倒换的开关时间为1~10μs,分组交换的开关时间为1ns,外调制器的开关时间为10ps量级。除了开关时间外,还有下面一些参数用来衡量光开关的性能。参数指标——插入损耗010lgiiPILP插入损耗与开关的状态有关。插入损耗(InsertionLoss)插入损耗是指某一输出端口与输入端口光功率的比值,以分贝来表示的数学表达式为:参数指标——开关时间(SwitchingTime)开关时间又称为切换时间,是指从控制信号启动到光信号切换(开启为最大功率的90%或关闭为最大光功率的10%)所需的最短时间。开关时间从在开关上施加或撤去转换能量的时刻开始算起。对于机械式光开关,切换时间一般在6~10ms左右,而上升时间和下降时间通常在2ms左右。参数指标——消光比(ExtinctionRatio)0,nmnmnmERILIL消光比是指输入输出两个端口处于导通(开启)和非导通(关闭)状态的插入损耗之差,它的数学表达式为:消光比。消光比是指光开关处于通(开)状态时输出的光功率和处于断(关)状态时的输出光功率之比。消光比越大,光开关性能越好,这对外调制器尤为重要。机械开关的消光比大约为40~50dB。参数指标——隔离度(Isolation),10lginnmimPIP隔离度是指两个相隔离输出端口光功率的比值,以分贝来表示的数学表达式为:参数指标——串扰(crosstalk)212110lgPCP串扰是指串入相邻端口的输出光功率与光开关接通端口的输出光功率的比值,以分贝表示的数学表达式为:参数——示例光波分复用器件技术指标(仅指单模光纤WDM器件)复用中心波长:信道通道带宽:±20nm,指允许的中心波长范围的变化。插入损耗:指器件输入端和对应的输出端光功率的减小值。隔离度:指器件输出端口的光进入非指定输出端口光能量大小。光回波损耗:指光信号从指定端口输入时,由于器件引起反向回传的光能量。偏振相光损耗:指光信号以不同的偏振状态输入时,(如线偏振、圆偏振、椭圆偏振),对应输出端口插入损耗最大变化量。温度稳定性:指器件插入损耗随温度的变化。最大光功率:指器件允许通过的最大光功率。工作温度:指器件正常工作时,允许的温度变化。储存温度:指器件存放、运输的温度范围。工艺首页酒精擦拭镜子两端面酒精擦拭镜座侧缝间接合部点487环氧胶MirrorHoldingPreparation镜座准备1检查反射镜反射角度MirrorAngleTest镜子角度检查2MirrorHoldingInstall镜座安装3Block检查清洗RelayArmSoldering继电器臂焊接4Epoxy487胶治具固化30分钟RelayArmSoldering继电器焊接4焊接组装继电器与外封装件105度烤箱10分钟烘烤Kitting料件配套5FiberAlignment光纤校准(LW)6LW焊接密封FTA、外套管、密封下壳过程中调节FTA位置得到最小功率损耗WedgeAlignment楔形片校准UV胶粘结Wedge到臂UV胶粘结臂到Arm接下页调节Wedge位置得最小Loss7用烙铁拉断Wedge臂工艺——MOM工艺氮气交流焊接密封盖上下需对准ACWeldingOfMOMSMOMS密封盖焊接1接上页补焊右图示十字部位密封盖上下需对准LaserHammering激光敲打自动测试程序FinalTest生产线最终测试Packing包装FinalQCInspectionQC终测工艺——MOM工艺
本文标题:06-光开关
链接地址:https://www.777doc.com/doc-5701399 .html