是一种具有一个或多个可选的传输端口的光学器件,其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进光开关行物理切换或逻辑操作。

1.光开关工作原理

工作原理: 在两个光波导臂的电极上分别加载正负电压,产生相应电场,实现了开关作用。保偏型光开关 由电光相位调制器、起偏器P和检偏器Q组成 该功率器件的功率转变。磁光效应光开关是利用法拉弟磁光效应的开关。

2.光开关应用

光开关(Optical Switch,OS)是一种具有一个或多个可选择的传输窗口,可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。光开关基本的形式是2X2即入端和出端各有两条光纤,可以完成两种连接状态,平行连接和交叉连接,较大型的空分光交换单元可由基本的2X2光开关以及相应的1X2光开关级联、组合构成。
       光开关在光网络中起到十分重要的作用,在波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)传输系统中,光开关可用于波长适配、再生和时钟提取,在光时分复用(Optical Time Division Multiplex,OTDM)系统中,光开关可用于解复用;在全光交换系统中,光开关是光交叉连接(Optical Cross-connect,OXC)的关键器件,也是波长变换的重要器件。根据光开关的输入和输出端口数,可分为1×1、1×2、1×N、2×2、2×N、M×N等多种,它们在不同场合中有不同用途。其应用范围主要有:光网络的保护倒换系统,光纤测试中的光源控制、网络性能的实时监控系统、光器件的测试、构建OXC设备的交换核心,光插/分复用、光学测试、光传感系统等。

3.光开关分类

光开关分类  光开关可分为机械式和非机械式两大类。  机械式光开关靠光纤或光学元件移动,使光路发生改变,其优点是插入损耗较低,隔离度高,不受偏振和波长的影响。缺点是开关时间较长(一般为ms数量级),重复性较差。  非机械式光开关依靠电光效应、磁光效应、声光效应以及热光效应来改变波导折射率,使光路发生改变,它是近年来非常热门的研究课题。这类开关的优点是开关时间短,便于光集成或光电集成。不足之处是插入损耗大,隔离度低。  从端口数量上来分,光开关可分为1×l(即通断开关)、1×2、l×N(目前已有N等于100)、2x2,4x4、NxN(或M等光开关。随着光通信和光信息处理技术的发展,对于NxN矩阵光开关的需求越来越强烈,只有实现了N*N矩阵光开关,才能实现快速有效的直接光交换,这对0TN是非常关键的。

4.光开关的主要性能参数

光开关的主要性能参数
交换矩阵的大小:光开关交换矩阵的大小反映了光开关的交换能力。光开关处于网络不同位置,对其交换矩阵大小要求也不同。随着通信业务需求的急剧增长,光开关的交换能力也需要大大提高,如在骨干网上要有超过1000×1000的交换容量。对于大交换容量的光开关,可以通过较多的小光开关叠加而成。
交换速度:交换速度是衡量光开关性能的重要指标。交换速度有两个重要的量级,当从一个端口到另一个端口的交换时间达到几个ms时,对因故障而重新选择路由的时间已经够了。如对SDH/SONET来说,因故障而重新选路时,50ms的交换时间几乎可以使上层感觉不到。当交换时间到达ns量级时,可以支持光互联网的分组交换。这对于实现光互联网是十分重要的。
损耗:当光信号通过光开关时,将伴随着能量损耗。依据功率预算设计网络时,光开关及其级联对网络性能的影响很大。损耗和干扰将影响到功率预算。光开关损耗产生的原因主要有两个:光纤和光开关端口耦合时的损耗和光开关自身材料对光信号产生的损耗。一般来说,自由空间交换的光开关的损耗低于波导交换的光开关。如液晶光开关和MEMS光开关的损耗较低,大约1~2db。而铌酸锂和固体光开关的损耗较大,大约4db左右。损耗特性影响到了光开关的级联,限制了光开关的扩容能力。
交换粒度:不同的光网络业务需求,对交换的需求和光域内使用的交换粒度也有所不同。交换粒度可分为三类:波长交换、波长组交换和光纤交换。交换粒度反映了光开关交换业务的灵活性。这对于考虑网络的各种业务需求、网络保护和恢复具有重要意义。
无阻塞特性:无阻塞特性是指光开关的任一输入端能在任意时刻将光波输出到任意输出端的特性。大型或级联光开关的阻塞特性更为明显。光开关要求具有严格无阻塞特性。


光开关工作原理及分类

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