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光开关
光传感系统:空分复用的光纤传感系统,节约解调系统,降 低成本。
作为开关的主要技术参数：
插入损耗：输入和输出端口间光功率的减少； 回波损耗：从输入端返回的光功率与输入光功率的比值
隔离度：两个相隔离输出端口光功率的比值
消光比：端口处于导通和非导通状态的插入损耗之差。 开关时间：指开关端口从某一初始转为通或断所需的时 间从在开关上施加或撤去转换能量的时刻起测量。
定义：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或逻 辑操作的器件。 主要功能：目前主要是光交换系统和主备倒换，即利 用光开关技术实现全光层的路由选择、波长选择、光 交叉连接以及自愈保护等功能。1，将某一光纤通道的 光信号切断或开通；2，将某波长光信号由一光纤通道 转换到另一光纤通道去；3，在同一光纤通道中将一种 波长的光信号转换为另一波长的光信号（波长转换器） 多信道光通信系统还需要光插／分复用技术和快速的 网间信息交换技术以及光的交叉连接（ＯＸＣ）技术 都需要超高速大规律集成的光开关矩阵。
光开关的应用范围
光纤测试中的光源控制：１ＸN光开关在光纤测 试技术中主要应用于控制光源的接通和切断。 光网络的自动保护倒换 光网络监控 光纤通信器件测试光交叉连接 光插分复用器 光传感系统 光学测试
保护倒换功能：光 开关通常用于网络 的故障恢复。当光 纤断裂或其他传输 故障发生时，利用 光开关实现信号迂 回路由，从主路由 切换到备用路由上。 这种保护通常只需 要最简单的1×2光 开关。 SNCP: 子网连接保护
( 1 ) 2 1 n 1 ( 2 ) 2 11 n ( 1 ) 21 n 2 3 31 1 ) 41 ( 2 4 n 51 ( 1 ) n 2 5 61 1) ( 2 6 n
光电开关简介ppt课件可修改文字
光幕应用（续） 木材外形截面积检测
光幕应用（续）
光幕可检 测出带材在 卷曲过程中 的偏移，经 控制器和执 行机构使带 材向正确的 方向运动 （纠偏）。
纠偏
光幕应用（续）
光幕用于 自动收费系统的
车辆检测
超限超载车辆经过固定式称重台时， 计算机管理系统自动生成车牌号，轮轴 数.车货总重，车长，车速，车辆通过后 红外线收尾系统自动提示检测完毕.
反射式光电
直射型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。 相应地，接收光电元件的输出信号经40kHz选频交流放大器及专用的解调芯片处理，可以有效地防止太阳光、日光灯的干扰，又可减
断续器 小发射LED的功耗。
反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来 的偏振光。 被测物漫反射型光电开关原理 请写出转速与频率的关系式 光电断续器是较便宜、简单、可靠的光电器件。 它广泛应用于自动控制系统、生产流水线、机电一体化设备、办公设备和家用电器中。 漫反射型光电开关的应用 直射型光电开关的发射器和接收器相对安放，轴线严格对准。 当被检测物体位于发射器和接受器之间时，光线被阻断，接受器接受不到红外线而产生开关信号。 反射型光电开关分为两种情况： 被测物漫反射型（简称散射型）。 反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来
光电断续器外形
两个柱形结构相对而立，每隔数十毫米安装一对发光二极管和光敏接收管，形成光幕，当有物体遮挡住光线时，传感器发出报警信号。 超限超载车辆经过固定式称重台时，计算机管理系统自动生成车牌号，轮轴数. 超限超载车辆经过固定式称重台时，计算机管理系统自动生成车牌号，轮轴数. 遮断式光电开关（计数） 光电开关在流 水线上的应用 一、光电开关的结构和分类 反射镜反射型光电开关集光发射器和光接受器于一体，与反射镜相对安装配合使用。 漫反射型光电开关的应用 光幕可检测出带材在卷曲过程中的偏移，经控制器和执行机构使带材向正确的方向运动（纠偏）。 被测物漫反射型（简称散射型）。 车货总重，车长，车速，车辆通过后红外线收尾系统自动提示检测完毕. 定区域式光电开关有一个非常确定的检测区域，不经过该区域的被测物体不会引起光电开关产生开关信号。 反射镜使用偏光三角棱镜，能将发射器发出的光转变成偏振光反射回去，光接收器表面覆盖一层偏光透镜，只能接受反射镜反射回来 的偏振光。 但在实际制作中，上下两路总存在干扰，很难提高测量精度。 对于漫反射式光电开关发出的光线需要被检测物表面将足够的光线反射回接收器，所以检测距离和被检测物体的表面反射率及粗糙程 度将决定接收器接收到光线强度，被检测物体的表面还应尽量垂直于光电开关的发射光线。 光电断续器可分为直射式（槽式）和反射型两种。 直射式光电开关由相互分离且相对安装的光发射器和光接受器组成。 红外LED的正向压降约为1. 超限超载车辆经过固定式称重台时，计算机管理系统自动生成车牌号，轮轴数. 光电断续器是较便宜、简单、可靠的光电器件。
全光开关原理
全光开关原理一、光的传播光是一种电磁波，具有波粒二象性。
在真空中，光的传播速度为光速，而在介质中光的传播速度会小于光速。
光的传播方向与电场和磁场的振动方向相互垂直。
光波的振动方向决定了它的偏振状态，偏振状态会影响光与物质相互作用的方式。
二、光路的控制全光开关是利用光路的控制来实现开关功能的。
通过改变光路的传播方向、强度等参数，可以实现对光信号的切换、路由和合路等功能。
在全光开关中，常用的光路控制方法包括反射、折射、干涉和衍射等。
三、光波的转换全光开关通常利用光学元件对光波进行转换，从而实现开关功能。
常用的光学元件包括反射镜、透镜、光栅、波片和液晶等。
通过这些光学元件，可以实现光波的聚焦、反射、衍射、偏振和调制等功能。
四、干涉与衍射干涉和衍射是全光开关中常用的物理现象。
干涉是指两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，产生加强或减弱的现象。
在全光开关中，可以利用干涉现象实现光的路由和合路等功能。
衍射是指光波在障碍物边缘或孔径上发生散射的现象，可以用来实现光的调制和转换等功能。
五、光的调制与检测在全光开关中，需要对光信号进行调制和解调。
调制是指将低频信号加载到高频载波上，以便于传输和检测。
在全光开关中，常用的调制方式包括强度调制、相位调制和偏振调制等。
检测是指将调制后的光信号转换为电信号，以便于后续处理和应用。
六、光学元件的应用在全光开关中，光学元件的应用非常重要。
常用的光学元件包括反射镜、透镜、光栅、波片和液晶等。
这些光学元件可以实现对光路的控制、光波的转换和调制等功能。
在全光开关的设计和制造过程中，需要考虑光学元件的性能参数、精度和稳定性等方面。
七、开关的逻辑控制全光开关的逻辑控制是指通过一定的逻辑关系和控制算法，实现对光信号的切换和控制。
在全光开关中，通常采用光电效应、热光效应和液晶技术等手段来实现逻辑控制。
通过逻辑控制，可以实现全光开关的自适应和智能化等功能。
八、系统的集成与优化全光开关系统需要经过集成和优化才能实现高性能和高稳定性。
06 光开关
原理——种类1
机械式 光开关种类
移动光纤式 移动套管式 移动透镜型 移动反射镜 型 移动棱镜型 移动自聚焦透镜 型
极化旋转器型 波导型
非机械式
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収生改变完 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。
参数指标——消光比(Extinction Ratio)
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：
ERn,m ILnm IL0 nm
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40～50 dB。
金属薄膜 衬垫 波导芯层 底包层 衬底 衬垫
（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
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：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 折射性质将収生改变，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， ＋U 易于集成。 其结构如图所示。
光开关
• 气泡光开关：气泡光开关利用毛细管效应 实现光开关的功能。
• 半导体光放大器开关：它利用半导体材料 的离子效应使得复合材料的折射率发生变 化，导致光传播方向的变化，实现光开关 的功能。
市场
• 光开关在通信领域的应用非常广泛,具有非 常好的市场前景,对光开关及开关阵列技术 的掌握程度可以作为衡量一个公司今后在 光通信领域里发展潜力的重要指标
光开关综述
一.光开关概述 二.光开关的类型 三.光开关的应用 四．总结
一.光开关概述
• 光开关是一种具有一个或多个传输端口， 可对光传输线路或集成光路中的光信号进 行相互转换或逻辑操作的器件。
• 光开关可以实现光束在时间、空间、波长 上的切换，在光网络中有许多应用场合， 是光通信、光计算机、光信息处理等光信 息系统的关键器件之一。
数字型光开关：当加热器温度加热到一定
温度，开关将保持固定状态，最简单的设 备1×2光开关，成为Y型分支热光开关，如 图四所示。当对Y型的一个臂加热时，它改 变折射率，阻断了光通过此臂。
干涉仪型光开关：干涉型光开关具有结构紧凑
的优点。干涉仪型光开关主要指M-Z干涉仪型。 它包括一个MZI和两个3dB耦合器，两个波导 臂具有相同的长度，在MZI的干涉臂上，镀上 金属薄膜加热器形成相位延时器。
四．总结
• 随着光传送网向超高速、超大容量的方向 发展，网络的生存能力，保护倒换和恢复 问题成为网络的关键问题，而光开关在光 层的保护倒换对业务的保护和恢复起了更 为重要的作用。同时，随着业务需求的急 剧增长，骨干网业务交换容量也急剧增长， 光开关的交换矩阵的大小也要不断提高。 光开关的发展趋势总体说来是向着高可靠、 低损耗、小功耗、小体积以及大规模方向 发展。
• MEMS光开关的驱动方式有静电驱动、电致 伸缩、磁致伸缩、光功率驱动、热驱动等, 切换功能的实现有光路遮挡、光纤移动对
• 半导体光放大器开关：它利用半导体材料 的离子效应使得复合材料的折射率发生变 化，导致光传播方向的变化，实现光开关 的功能。
市场
• 光开关在通信领域的应用非常广泛,具有非 常好的市场前景,对光开关及开关阵列技术 的掌握程度可以作为衡量一个公司今后在 光通信领域里发展潜力的重要指标
光开关综述
一.光开关概述 二.光开关的类型 三.光开关的应用 四．总结
一.光开关概述
• 光开关是一种具有一个或多个传输端口， 可对光传输线路或集成光路中的光信号进 行相互转换或逻辑操作的器件。
• 光开关可以实现光束在时间、空间、波长 上的切换，在光网络中有许多应用场合， 是光通信、光计算机、光信息处理等光信 息系统的关键器件之一。
数字型光开关：当加热器温度加热到一定
温度，开关将保持固定状态，最简单的设 备1×2光开关，成为Y型分支热光开关，如 图四所示。当对Y型的一个臂加热时，它改 变折射率，阻断了光通过此臂。
干涉仪型光开关：干涉型光开关具有结构紧凑
的优点。干涉仪型光开关主要指M-Z干涉仪型。 它包括一个MZI和两个3dB耦合器，两个波导 臂具有相同的长度，在MZI的干涉臂上，镀上 金属薄膜加热器形成相位延时器。
四．总结
• 随着光传送网向超高速、超大容量的方向 发展，网络的生存能力，保护倒换和恢复 问题成为网络的关键问题，而光开关在光 层的保护倒换对业务的保护和恢复起了更 为重要的作用。同时，随着业务需求的急 剧增长，骨干网业务交换容量也急剧增长， 光开关的交换矩阵的大小也要不断提高。 光开关的发展趋势总体说来是向着高可靠、 低损耗、小功耗、小体积以及大规模方向 发展。
• MEMS光开关的驱动方式有静电驱动、电致 伸缩、磁致伸缩、光功率驱动、热驱动等, 切换功能的实现有光路遮挡、光纤移动对
光 开 关
光纤通信原理与技术
1.1 光开关的主要技术参量
光开关的主要技术参量有插入损耗、开关时间、消 光比、串扰、回波损耗、功耗、寿命（开关次数）等。
Pin1
Pout1
Pin2
Pout2
图 4.30 一个 2×2 光开关的示意图
消光比（也可称作开关比）：由于光开关的各种非理想因素，在某一光路 被光开关关断时仍有少量输入光功率从该光路传送到输出处。按照图 4.30
6.微电光机械系统（MEMS）光开关
图4.35 一个8×8的MEMS光开关矩阵示意图
由图可见，此种光开关也是一种空间光开关。其中右 端一排光纤和下方一排光纤分别为输出和输入光纤， 用微透镜将空间光束与光纤偶合。光束的交换是由自 由旋转的反射镜实现的。图中可以看到，该反射镜可 以按箭头所示方向旋转，可以立起，也可以倒下。当 反射镜倒下时，光束不受阻挡，继续直线传输；当反 射镜立起来时光束正好射在反射镜上被反射，光束向 右转弯并耦合到输出光纤中。此种光开关的开关时间 可以做到亚毫秒量级。
串扰：仍按图 4.30 的符号，设 Pin2 0 ，则串扰定义为
CT
ห้องสมุดไป่ตู้
10
log(
P Bar out 2
/ Pin1 )
(4.89)
P Bar out 2
为光开关处于“Bar”状态时，输出端口
2
的输出功率，
该功率是输入端口１串到输出端口２的功率。 插入损耗：假定光开关的各种可能光路的插入损耗都一样 （如果不一样，则需对每一个光路进行定义），则可选择某 一光路进行定义。则插入损耗定义为
L
10
log(
P Bar out1
/
Pin1 )
(4.90)
1.1 光开关的主要技术参量
光开关的主要技术参量有插入损耗、开关时间、消 光比、串扰、回波损耗、功耗、寿命（开关次数）等。
Pin1
Pout1
Pin2
Pout2
图 4.30 一个 2×2 光开关的示意图
消光比（也可称作开关比）：由于光开关的各种非理想因素，在某一光路 被光开关关断时仍有少量输入光功率从该光路传送到输出处。按照图 4.30
6.微电光机械系统（MEMS）光开关
图4.35 一个8×8的MEMS光开关矩阵示意图
由图可见，此种光开关也是一种空间光开关。其中右 端一排光纤和下方一排光纤分别为输出和输入光纤， 用微透镜将空间光束与光纤偶合。光束的交换是由自 由旋转的反射镜实现的。图中可以看到，该反射镜可 以按箭头所示方向旋转，可以立起，也可以倒下。当 反射镜倒下时，光束不受阻挡，继续直线传输；当反 射镜立起来时光束正好射在反射镜上被反射，光束向 右转弯并耦合到输出光纤中。此种光开关的开关时间 可以做到亚毫秒量级。
串扰：仍按图 4.30 的符号，设 Pin2 0 ，则串扰定义为
CT
ห้องสมุดไป่ตู้
10
log(
P Bar out 2
/ Pin1 )
(4.89)
P Bar out 2
为光开关处于“Bar”状态时，输出端口
2
的输出功率，
该功率是输入端口１串到输出端口２的功率。 插入损耗：假定光开关的各种可能光路的插入损耗都一样 （如果不一样，则需对每一个光路进行定义），则可选择某 一光路进行定义。则插入损耗定义为
L
10
log(
P Bar out1
/
Pin1 )
(4.90)
全光开关.ppt
• 全光化
全光传输（EDFA、WDM）→ 全光交换（OADM、 OXC）
3
密集波分复用（DWDM）光通信系统
传输速率： 40Gb/s — 160Gb/s — 1Tb/s —…
(162.5Gb/s) (1610Gb/s) (10010Gb/s)
4
光通信网络中的 OXC 和 OADM
5
光分插复用器（OADM）
1 k0n1L1
2 k0n1L2
(2.8)
因
C sin2 kz sin2( ) 1
(2.9)
42
解得
E3
1 2
ei1
ei2
E1
(2.10)
E4
i
1 2
e
i1
ei2
E1
(2.11)
20
设
1 2
(2.12)
由(2.10),(2.11)求得3和4端口输出功率为:
P3
P1
sin2
2
P4
E2 aei E4
放大率
M P2 E2 2
(1 r 2 )a2
P1 E1 2 1 2ra cos r 2a2
当 = 0, a =1,
M max
1 r 1 r
(4.2) (4.3) (4.4) (4.5)
(4.6)
36
r aei
arg( 1
raei
)
条件： r a 1 a 应该大于r
18
非平衡M-Z干涉仪
由两个3dB 耦合器组成，两臂长度不同, 导致相位差 = 1- 2 。设信号功率由1端口输入，当 ＝，实现
开关，两输出功率发生突变：4→3。
19
E3
E4
1 i
全光传输（EDFA、WDM）→ 全光交换（OADM、 OXC）
3
密集波分复用（DWDM）光通信系统
传输速率： 40Gb/s — 160Gb/s — 1Tb/s —…
(162.5Gb/s) (1610Gb/s) (10010Gb/s)
4
光通信网络中的 OXC 和 OADM
5
光分插复用器（OADM）
1 k0n1L1
2 k0n1L2
(2.8)
因
C sin2 kz sin2( ) 1
(2.9)
42
解得
E3
1 2
ei1
ei2
E1
(2.10)
E4
i
1 2
e
i1
ei2
E1
(2.11)
20
设
1 2
(2.12)
由(2.10),(2.11)求得3和4端口输出功率为:
P3
P1
sin2
2
P4
E2 aei E4
放大率
M P2 E2 2
(1 r 2 )a2
P1 E1 2 1 2ra cos r 2a2
当 = 0, a =1,
M max
1 r 1 r
(4.2) (4.3) (4.4) (4.5)
(4.6)
36
r aei
arg( 1
raei
)
条件： r a 1 a 应该大于r
18
非平衡M-Z干涉仪
由两个3dB 耦合器组成，两臂长度不同, 导致相位差 = 1- 2 。设信号功率由1端口输入，当 ＝，实现
开关，两输出功率发生突变：4→3。
19
E3
E4
1 i
光电开关原理及应用完美版PPT
关的发射光线。
动作距离与复位距离之间的绝对值。 多数光电开关选的是波长接近可见光的红外线光波型。
光电开关应用的环境也会影响其长期工作可靠性。
(5) 针对现场实际要求,可对灵敏度进行选择,以适应在长期使用中延长光电开关维护周期.
〔3〕 响应频率： 当光电开关工作于最大检测距离状态时，由于光学透镜会被环境中的污物沾住，甚至会被一些强酸性的物质腐蚀，以至其使用参数和
它也是集发射器和接收器于一体的传感 器，光电开关发射器发出的光线经过反 射镜反射回接收器，当被检测物体经过 且完全阻断光线时，光电开关就产生了 检测开关信号。用在包卷输送线，平板 包装线和切纸机上。
〔3〕 对射式光电开关：
它包含了结构上相互别离且光轴相对放置的发 射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接 收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间 且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号， 当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最 可靠的检测装置。用在平板包装线和切纸机上 。
术语解释：
运动方向
光电开关
检测物体
运动方向
光电开关
检测物体 检测物
漫Hale Waihona Puke 射式光电开关 被检测物体动作(接通)
检测距离
回差值
复位(断开)
光电开关
基准轴 被检测物体
动作(接通)
反光镜
复位(断开) 基准轴
检测距离
回差值
接收器
镜反射式
发射器
开关术语示意图
〔1〕红外线传感器属于谩反射型的产品，采用的标准检测物为平面的白色画纸。 〔4〕 槽式光电开关： 用在平板包装线和切纸机上。 它通常采用标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光线时，光
动作距离与复位距离之间的绝对值。 多数光电开关选的是波长接近可见光的红外线光波型。
光电开关应用的环境也会影响其长期工作可靠性。
(5) 针对现场实际要求,可对灵敏度进行选择,以适应在长期使用中延长光电开关维护周期.
〔3〕 响应频率： 当光电开关工作于最大检测距离状态时，由于光学透镜会被环境中的污物沾住，甚至会被一些强酸性的物质腐蚀，以至其使用参数和
它也是集发射器和接收器于一体的传感 器，光电开关发射器发出的光线经过反 射镜反射回接收器，当被检测物体经过 且完全阻断光线时，光电开关就产生了 检测开关信号。用在包卷输送线，平板 包装线和切纸机上。
〔3〕 对射式光电开关：
它包含了结构上相互别离且光轴相对放置的发 射器和接收器，发射器发出的光线直接进入接 收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间 且阻断光线时，光电开关就产生了开关信号， 当检测物体为不透明时，对射式光电开关是最 可靠的检测装置。用在平板包装线和切纸机上 。
术语解释：
运动方向
光电开关
检测物体
运动方向
光电开关
检测物体 检测物
漫Hale Waihona Puke 射式光电开关 被检测物体动作(接通)
检测距离
回差值
复位(断开)
光电开关
基准轴 被检测物体
动作(接通)
反光镜
复位(断开) 基准轴
检测距离
回差值
接收器
镜反射式
发射器
开关术语示意图
〔1〕红外线传感器属于谩反射型的产品，采用的标准检测物为平面的白色画纸。 〔4〕 槽式光电开关： 用在平板包装线和切纸机上。 它通常采用标准的U字型结构，其发射器和接收器分别位于U型槽的两边，并形成一光轴，当被检测物体经过U型槽且阻断光线时，光
光开关基础知识培训
最大允许光功率（MAOP）：指能从任意通道传输的、可使器件正常工作 而不导致器件或器件的元件永久性传输的最大光功率
Page ▪ 21
产品光路
1×1
Page ▪ 22
1×2
Page ▪ 23
管脚定义说明举例（1×2光开关）：
型号 1×2 锁定 非锁
状态 光 路
A P1-P2 B P1-P3 A P1-P2 B P1-P3
工作原理
反射型
当反射镜置入光路时，光束被反射 进一光路，该光路称为反射通道， 反射镜退出光路时光束耦合进另一 光路，称这一光路为直通通道
透射型
当棱镜置入光路时，光束经过棱镜的折 射，出射光束相对入射光束产生一个错 位，光束耦合进一个光路，该通道称为 透射通道；棱镜退出光路时光束直接耦 合进另一通道，该通道称为直通通道
非锁定式：加电驱动后，保持在一种通光状态，如需保持该状态，需 长期加电。无电驱动或断电后恢复另一种通断状态
Page ▪ 16
特性参数
光纤类型：SM9/125
MM50/125
MM62.5/125
工作电压：实质就是驱动继电器切换工作状态的控制电压，有3V和5V两种 开关类型：实质就是继电器的控制方式，有锁定和非锁定两种
184×78×66-DB25 (N≤45)
184×156×66-DB25 (N≤88)
184×220×66-DB25 (N≤128)
140×77.5×32-DB15-C (N≤16) 140×77.5×64-DB15-C (N≤32)
135×95×32-DB9-CF (M≤3，N≤16)
Page ▪ 39
Pin 1
-V+ -V+
电驱动
状态监测
Page ▪ 21
产品光路
1×1
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1×2
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管脚定义说明举例（1×2光开关）：
型号 1×2 锁定 非锁
状态 光 路
A P1-P2 B P1-P3 A P1-P2 B P1-P3
工作原理
反射型
当反射镜置入光路时，光束被反射 进一光路，该光路称为反射通道， 反射镜退出光路时光束耦合进另一 光路，称这一光路为直通通道
透射型
当棱镜置入光路时，光束经过棱镜的折 射，出射光束相对入射光束产生一个错 位，光束耦合进一个光路，该通道称为 透射通道；棱镜退出光路时光束直接耦 合进另一通道，该通道称为直通通道
非锁定式：加电驱动后，保持在一种通光状态，如需保持该状态，需 长期加电。无电驱动或断电后恢复另一种通断状态
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特性参数
光纤类型：SM9/125
MM50/125
MM62.5/125
工作电压：实质就是驱动继电器切换工作状态的控制电压，有3V和5V两种 开关类型：实质就是继电器的控制方式，有锁定和非锁定两种
184×78×66-DB25 (N≤45)
184×156×66-DB25 (N≤88)
184×220×66-DB25 (N≤128)
140×77.5×32-DB15-C (N≤16) 140×77.5×64-DB15-C (N≤32)
135×95×32-DB9-CF (M≤3，N≤16)
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Pin 1
-V+ -V+
电驱动
状态监测
第2章 全光通信网-光开关(2)
低电压处于关断(OFF)状态时，SOA对入射光不透明， 即光信号在SOA内部被吸收；高电压泵浦处于导通 (ON) 状态时，允许入射光线穿过SOA,并同时可获得增益。
SOA开关是一种有源器件，泵浦增益补偿了开关损耗，在实 现无插损的同时可以提供大约12dB（数据由Alcatel提供）的 典型增益。SOA开关还具有消光比高 （大于50dB）、偏振 不敏感（小于1dB）、开关速度快（小于1ns）、易于集成等 特点，在未来的光联网应用中（尤其是构造高速分组光网络） 代表了一类颇具潜力的光交换技术。
作 业
1、简述MZI型热光开关(见图2-9)的工作原理.
双MZ型热光开关
数字式光开关
原理：加热时下面的波导折射率减小，从而阻止光沿 着该分支传输（即处于“关”的状态）
薄膜加热器 i 输出1 输入 c 输出2 j
Y分支器型热光开关一般功耗比较大(200mW左右)， 插损约3 - 4dB消光比约20dB。
数字光开关的原理和结构都很简单，最基本的1x2热光开 关由在硅基底上制作的Y形分支矩形波导构成。在波导分 支表面沉积金属钛或铬形成微加热器。当对Y形的一个分 支加热时，相应波导的折射率会发生改变，从而阻止光沿 该分支的传输。数字光开关的性能稳定，在于只要加热到 一定温度，光开关就保持同样的状态。它通常用硅或高分 子聚合物制备，聚合物的导热率较低而热光系数高，因此 需要的功耗小，但插人损耗较大，一般为 4dB
液晶光开关通过电场控制液晶分子的方向实 现开关功能。其典型工作原理如图
2.9
半导体光放大器开关
半导体光放大器开关利用半导体光放大器 （Semiconductor Optical Amplifier，简写为 SOA）的放大特性，实现特定波长的交换。 半导体光放大器（SOA）是采用通信用激光 器相类似的工艺制作而成的一种行波放大器， 当偏置电流低于振荡阈值时，激光二极管就 能对输入相干光实现光放大作用。
光开关
的实现方法有多种，如：传统机械光开关、微机械光开关、热光开关、液晶光 开关、电光开关和声光开关等。其中传统机械光开关、微机械光开关、热光开关因其各自的特点在不同场合得到 广泛应用。
目前应用最为广泛的仍是传统的1×2和2×2机械式光开关。传统机械式光开关可通过移动光纤将光直接耦合 到输出端，采用棱镜、反射镜切换光路，将光直接送到或反射到输出端。
光开关
光路转换器件
目录
01 简介
03 的应用范围
02 背景 04 主要类型研究
目录
05 微电子机械系统
07 应用场合
06 分类
光开关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 行物理切换或逻辑操作.
简介
光开关
光开关是一种光路转换器件。在光纤传输系统，光开关用于多重监视器，LAN，多光源，探测器和保护以太 的转换。在光纤测试系统，用于光纤，光纤设备测试和络测试，光纤传感多点监测系统。
微电子机械系统
近几年发展很快的是微电子机械光开关，它是半导体微细加工技术与微光学和微机械技术相结合，产生的一 个新型微机-电-光一体化的的新型开关，是大容量交换光络开关发展的主流方向。
MEMS(Micro Electro-Mechanical System)光开关是在硅晶上刻出若干微小的镜片,通过静电力或电磁力的 作用，使可以活动的微镜产生升降、旋转或移动，从而改变输入光的传播方向以实现光路通断的功能。MEMS光开 关较其他光开关具有明显优势：开关时间一般在ms数量级；使用了IC制造技术，体积小、集成度高；工作方式与 光信号的格式、协议、波长、传输方向、偏振方向、调制方式均无关，可以处理任意波长的光信号；同时具备了 机械式光开关的低插损、低串扰、低偏振敏感性、高消光比和波导开关的高开关速度、小体积、易于大规模集成 的优点。
目前应用最为广泛的仍是传统的1×2和2×2机械式光开关。传统机械式光开关可通过移动光纤将光直接耦合 到输出端，采用棱镜、反射镜切换光路，将光直接送到或反射到输出端。
光开关
光路转换器件
目录
01 简介
03 的应用范围
02 背景 04 主要类型研究
目录
05 微电子机械系统
07 应用场合
06 分类
光开关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 行物理切换或逻辑操作.
简介
光开关
光开关是一种光路转换器件。在光纤传输系统，光开关用于多重监视器，LAN，多光源，探测器和保护以太 的转换。在光纤测试系统，用于光纤，光纤设备测试和络测试，光纤传感多点监测系统。
微电子机械系统
近几年发展很快的是微电子机械光开关，它是半导体微细加工技术与微光学和微机械技术相结合，产生的一 个新型微机-电-光一体化的的新型开关，是大容量交换光络开关发展的主流方向。
MEMS(Micro Electro-Mechanical System)光开关是在硅晶上刻出若干微小的镜片,通过静电力或电磁力的 作用，使可以活动的微镜产生升降、旋转或移动，从而改变输入光的传播方向以实现光路通断的功能。MEMS光开 关较其他光开关具有明显优势：开关时间一般在ms数量级；使用了IC制造技术，体积小、集成度高；工作方式与 光信号的格式、协议、波长、传输方向、偏振方向、调制方式均无关，可以处理任意波长的光信号；同时具备了 机械式光开关的低插损、低串扰、低偏振敏感性、高消光比和波导开关的高开关速度、小体积、易于大规模集成 的优点。
第五章 光开关
光开关光开关是光纤通信中光交换系统的基本元件，并广泛应用于光路监控系统和光纤传感系统。
光纤通信器件包括光传输器件和光交换器件两大类。
波分复用光传输器件经过近几年的努力，已日趋成熟，已有一批可供使用的产品。
特别是波分复用器、波分复用光源和波分复用光放大器的巨大进步，使光传输由0-E-0转变成0-0-0，使光纤通信向全光化迈进了一大步。
但是光交换器件，包括光交叉连接器（OXC）和光分插复用器（OADM），及其基础器件——光开关，基本上还是光电混合的。
光开关已有一定的产品问世，但还不太成熟，有待进一步完善。
光开关在光通信中的作用有三类：其一是将某一光纤通道的光信号切断或开通；其二是将某波长光信号由一光纤通道转换到另一光纤通道去；其三是在同一光纤通道中将一种波长的光信号转换为另一波长的光信号（波长转换器）。
光开关的特性参数主要有插入损耗、回波损耗、隔离度、串扰、工作波长、消光比、开关时间等。
有些参数与其它器件的定义相同，有的则是光开关特有的。
1．微机电开关这是靠微型电磁铁或压电器件驱动光纤或反射光的光学元件发生机械移动，使光信号改变光纤通道的光开关。
其原理如图1和图2所示。
图1移动光纤式光开关图2 移动反射镜式光开关以上这两种器件体积较大，很难实现组成集成化的开关网络。
近年来正大力发展一种集成化的微机电系统（MEMS）开关，在硅片上用微加工技术做出大量可移动的微型镜片构成的开关阵列。
例如采用硅在绝缘层上（SOI）的硅片生长一层多晶硅，再镀金制成反射镜，然后通过化学刻蚀或反应离子刻蚀方法除去中间的氧化层，保留反射镜的转动支架。
通过静电力使微镜发生转动。
图3是一个MEMS实例，它采用16个可以转动的微型反射镜，实现两组光纤束间的4×4光互连。
图3 用16个移动反射镜光开关构成的两组4×4 MEMS开关阵列机电光开关的优点是：结构简单；插入损耗低(<2dB)；消光比高(>60dB)；隔离度好（>45dB）；而且不受偏振和波长的影响。
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1 k0n1L1
2 k0n1L2
(2.8)
因
C sin2 kz sin2( ) 1
(2.9)
42
解得
E3
1 2
ei1
ei2
E1
(2.10)
E4
i
1 2
e
i1
ei2
E1
(2.11)
20
设
1 2
(2.12)
由(2.10),(2.11)求得3和4端口输出功率为:
P3
P1
sin2
2
P4
E4 itE1 rE2
(3.2)
E2 e Lei E4 aei E4
(3.3)
—环中单圈相移, —吸收系数，a —单圈损耗率
(162.5Gb/s) (1610Gb/s) (10010Gb/s)
4
光通信网络中的 OXC 和 OADM
5
光分插复用器（OADM）
— Optical Add-Drop Multiplexer
6
光交叉连接器（OXC）
— Optical Crass-Connect
7
两类光开关
电控光开关
— 加电场产生电光、热光、磁光、声光、 旋光、微电机械等效应产生的开关。
18
非平衡M-Z干涉仪
由两个3dB 耦合器组成，两臂长度不同, 导致相位差 = 1- 2 。设信号功率由1端口输入，当 ＝，实现
开关，两输出功率发生突变：4→3。
19
E3
E4
1 i
C C
i C ei1
1 C 0
0 1C
ei2
i
C
i 1
C C
E1 0
其中
杂志：光纤通信产品（03年第1期）；物理实验（特邀） 光纤新闻网（），下载3000次
9
例：M－Z干涉仪电光开关
DC1和DC2为3dB耦合器。从①端输入光信号， 加半波电压 V=V，输出从④至③ 。
10
非线性全光开关
1. 非线性相移
光克尔效应：
n
n0
n2
P1
cos2
2
(2.13)
当 信号从4端口输出;当, 信号从3端口输出。 因此, 实现光开关需要有 相位差.
21
设： L1>>L2， L=L1, 表示 L1=L
两臂间相位差
1－2
2
nL
2 nL
光克尔效应
n
n0
n2
P1 A
(2.14) (2.15)
两臂间非线性相移
2 Ln2 A
P1
(2.16)
光功率诱导非线性相移的度量－对功率求导：
22
d() 2 Ln2 dP1 P1 A
(2.17)
当非线性相移增量达到 ＝, 光开关功率为：
P1
A
2Ln2
总光开关功率
PA
2P1
A
Ln2
对普通光纤,用以下数据 :
(2.18) (2.19)
n2=310-20m2/W , =1.55m, L=10m, A=510-11m2 得到 开关功率： PA=233W， P1~100W
• 高速率
时分复用（2.5—10Gb/s）→ 波分复用（10—>1Tb/s）
• 集成化
混合器件→ 光纤器件→ 集成器件→ 纳米器件
• 全光化
全光传输（EDFA、WDM）→ 全光交换（OADM、 OXC）
3
密集波分复用（DWDM）光通信系统
传输速率： 40Gb/s — 160Gb/s — 1Tb/s —…
23
（三）环腔耦合M-Z干涉仪光开 关
24
环腔耦合M-Z干涉仪
自1 输D入C自—泵光浦耦入合射器光，，器环件腔可积以累是非光线纤性的相也位可移以达是到集成，波光导开的关：43
开关功率 mW 量级； 开关时间 ns 量级
25
耦合器与环腔耦合, 各电场间关系如下:
E3 rE1 itE2
(3.1)
I A
A－平均截面积
I n ＝ 开关
2
Ln
2
Ln2
I A
自相位调制 （SPM）— 信号光自泵浦 交叉相位调制（XPM）— 控制光泵浦
11
2. 非线性吸收
二相色性,双光子吸收,饱和、反饱和吸收
3. 非线性折射
自聚焦，自散焦
4. 非线性反射
非线性界面全内反射－透射
5. 非线性旋光
液晶、手性介质中的非线性旋光
6. 非线性变频
倍频、四波混频、……频率转换。
12
（二）非平衡M-Z干涉仪光开 关
13
对称光耦合器
场振幅耦合方程：
dEI (z) dz
i EII
(z)
dEII (z) dz
i
EI
(z)
(2.1)
14
稳态解:
EI
(z)
EI
(0)
cos
z
iEII
(0)
sin
z
··············(
EII (z) EII (0) cos z iEI (0) sin 2z.2)
改写为
EI (z)
EII
(
z)
cos kz isin kz
isin kz EI (0)
cos kz
EII
(0)
耦合系数
C sin2 kz
(2.3)
耦合器矩阵
1 C i C
i C 1 C
(2.4)
15
设: EI (0) = E1 , EII (0) = E2 , EI (z) = E3 , EII (z) = E4，
第十章 非线性全光开关
（一）引 言
• 光开关在光通信与信息技术中的作用 • 两类光开关：电控开关与光控开关
1
信息技术中的光开关
• 光计算
—— 巨型计算机内光互连 —— 计算机芯片内光互联 —— 光逻辑芯片
• 光通信
—— 光通信交换系统 —— 光通信监护系统
• 光传感
—— 光传感互连网络
2
光纤通信发展趋势
17
设P1=|E1|2 ，P2=|E2|2＝0，P3=|E3|2，P4=|E4|2 ，
输入－输出功率关系
P3 P1 cos2 z
耦合器长度
P4 P1 sin2 z ·7·)······L·=··L··0·/··2··，···是···(2.
3-dB耦合器，
kz .
4
长度L=L0时，
z
’2 P4=P1,P3=0.
(2.2) 改写为:
E3 rE1 itE2 E4 itE1 rE2
(2.5)
r——耦合器反射率，r＝coskz，r2 = cos2kz = 1-C t—— 耦合器透射率，t＝sinkz，t2＝sin2kz＝C
r 与 t 关系：
r2 t2 1
(2.6)
16
直通臂——没有相移， = 0； 交叉臂——有相移 ， = / 2 .
开关速度慢(ms-ns)。
光控 现以光控制光的全光开关。 开关速度快(ns-ps)。
8
电控光开关
器件 热光 微电 旋光 磁光 声光 电光 类型 效应 机械 液晶 效应 效应 效应
开关 时间
2ms
1ms
100s
30s
10n s
1ns
“光纤通信光开关原理” 李淳飞