光开关详解
光开关的工作原理
光开关的工作原理
光开关是一种根据光的强度变化来控制电路开关状态的装置。
它利用光敏元件，如光敏二极管或光敏电阻，来感受光的强度，并将其转化为电信号。
光开关的工作原理可以描述为以下几个步骤：
1. 光源发出光线：光开关通常需要一个光源，如LED灯或激
光器，来产生光线。
这个光源可以是连续的光束或者脉冲光。
2. 光线照射到光敏元件上：光线从光源发出后，经过适当的光路，照射到光敏元件上。
光敏元件通常被安装在光开关的接收端。
3. 感光元件感应光信号：光敏元件对光的强度进行感应，并将其转化为电信号。
光敏元件的电阻或电流值将随着光线的强度变化而变化。
4. 信号处理：光敏元件输出的电信号接入到一个信号处理电路中。
这个电路可以是一个比较器、一个运算放大器、一个逻辑电路等等，用于处理光敏元件输出的电信号。
5. 控制开关状态：信号处理电路将根据光敏元件输出的电信号来控制开关的状态。
当光线强度高于一定阈值时，开关可以是打开状态，或者反之。
总之，光开关利用光敏元件感应光线的强度变化，将其转化为
电信号，并通过信号处理电路来控制开关的状态。
这种工作原理使光开关在很多领域中得到了广泛的应用，例如光电自动控制、照明系统等。
光纤通信系统 5.2光开关
双光束干涉法
Ll0/(2sinq) l0
q
l0
L
缺陷是对光源的相干性要求较高，对制 造环境要求极严，重复性差
相位掩膜法
产生的光纤光栅周期为掩膜光栅周
期的一半，与入射光无关，因此对 光源的相干性要求不高，并且稳定、 易于准直，重复性好，可以简化光 纤光栅的制作系统。 缺点是掩膜制作复杂，每种掩膜通 常只能制造一种光栅。
S
2
K K ( b / 2 )
2
*
2
Rmax tanh ( K L ) tanh ( nL / l B )
典型的光纤光栅的反射谱
1
反 射 率 0
lB
波长（mm）
反射谱线的主峰两侧有一系列的边带，这 些边带会在传输中产生串扰，影响传输质 量。 为了抑制边带谱线，采用一种称之为变迹 的方法，即对折射率进行幅度调制，使耦 合系数随光栅长度变化。常用的变迹函数 有Gauss函数、Hamming函数和 Blackman函数等。通过改变其耦合系数 达到改变反射谱的目的。
均匀性: 表示耦合器输出各端口的功率与功率平 均值最大偏差。偏差越小，则光功率分 配越均匀。
P 10 log
Pout max Pout min
方向性:(隔离度) 表示在输入端主光纤传输方向与任一根 非主光纤非传输方向上的功率比。
S 10 log
Pib Pin
其中，Pin为输入端第i根光纤的输入光功 率，Pib为输入端除第i根光纤之外任何一 根光纤的后向传输光功率。
相移光栅
指两相邻区之间的光栅相位的变化是不 连续的，即折射率分布不连续。 可在反射谱阻带中打开线宽极窄的一个 或多个透射窗口,使得光栅对某一波长或 多个波长有更高得选择度窗口位置、通 过率及线宽可以随相移点、相移量而变 化。
光开关
2
4
1.0
0.8
1
(a)俯视图
薄膜
3
L
加热W
0.6
薄膜
波导
A
B
Si衬底
波导
相 对 输 出 功 率
0.4
0.2
(b)截面图
0
0
0.5
1.0
图2 6 3 热光波导开关
2.3.磁光开关 • 把非旋光材料如玻璃放在强磁场中,当平面偏 振光沿着磁场方向入射到非旋光材料时,光偏振面 将发生右旋转,如下图所示,这种效应就称做法拉第 (Faraday)效应.旋转角θ和磁场强度与材料长度的 乘积成正比例 • θ=ρHL • 式中H为磁场强度.L为材料长度,ρ是维德常数. 如果反射光再一次通过介质,则旋转角增加到2θ.磁 场由包围法拉第介质的稀土磁环产生,起偏器由双 折射材料如方解石担当,法拉第介质可由掺杂的光 纤或者具有大的维德常数的材料构成.
•光开关可分成机械式和非机械式两大类。 1 机械式光开关依靠光纤或者光学元件的移 动，使光路发生转换，有移动光纤式光开 关,移动套管式光开关和移动透镜(包括反射镜,棱 镜和自聚焦透镜)式光开关。 图(a)表示1XN移动光纤式机械光开关,它用 电磁铁驱动活动臂移动,切换到不同的固 定臂光纤.微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Michanical Systems)构成的微机电开关已成为 DWDM网中大容量光见换技术的主流.
当光在波导A中沿着z传输时，因为波导B与它靠近 光从A泄露进B，假如B中的模式具有正确的相位， 该泄露光波作为B中的传输模式沿着Z就建立起来 在两个波导间能量转移的效率取决于沿Z方向单位 长度的相位差 = A B。在控制端不加电压，转移 距离为L0时， 0，在两个通道上的光信号都会 完全耦合到另个通道上去 防止光信号从一个波导转移到另一个波导的控制电压为 3 d V0 3 2n rL0
光开关工作原理
光开关工作原理
光开关是一种基于光学效应的开关装置，它利用光的特性来控制电路的通断。
光开关通常由光源、光探测器和控制电路组成。
光开关的工作原理如下：
1. 光源发射光线：光开关的光源发射出光线，这些光线可以是可见光、红外线等。
2. 光线传输：发射的光线通过光纤或者空气等媒介传输到目标位置。
光纤是一种能够将光线高效传输的材料，在光开关中得到广泛应用。
3. 光探测：在光线到达目标位置时，光开关中的光探测器开始工作。
光探测器能够感知到光线的存在，并将其转换成电信号。
4. 控制电路：光探测器将光信号转换成电信号后，这些电信号被传送到控制电路。
控制电路根据光信号的变化来判断开关的状态，并做出相应的控制操作。
5. 控制操作：控制电路会根据光信号的强弱或者存在与否来控制开关的通断。
当光信号满足设定条件时，开关闭合，电路通断；反之，开关断开，电路断开。
通过以上工作原理，光开关实现了通过光信号来控制电路通断的功能。
它具有灵敏度高、响应速度快、无机械结构、抗干扰能力强等优点，在许多应用中得到广泛使用。
例如，光开关可
以用于光纤通信系统中的光路选择、光传感器中的信号检测等领域。
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
• 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
光开关介绍
光
开
关
微透镜型
微反射型MEMS光开关
微反射型MEMS光开关通过偏转微反射镜来 改变入射光束的方向，从而实现光开关的目的。
二维微反射镜MEMS光开关阵列
耦合损耗随微反射镜半径的减少而迅速增大， 因此，微反射镜的半径需要大于400um方可得到耦 合损耗小的微反射镜MEMS光开关阵列。
另外，保持微反射镜的平整度是非常重要的。
光开关介绍
内容
前言 一 光开关的概念 二 光开关的性能参数 三 光开关的分类 四 光开关的发展现状及未来趋势
前言
光无源器件是信息光电子技术，特别是光通信设备的重要组 成部分，也是光纤传感和其他光纤应用领域不可缺少的光器件， 起工作原理遵守光线理论和电磁波理论，各项技术指标、计算
公式、测试方法等与纤维光学、集成光学息息相关。
2x2光开关
光开关可用于光纤通信系统，光纤网络系统，
光线测量系统或仪器以及光纤传感系统。
光通信无源器件技术—— 光开关
10121920 伦建超 光电所
二 光开关的特性参数
2.1插入损耗
输入和输出端口之间以分贝数表示的光功率的减少
IL=-10lgPout/P0 P P 式中， 0为进入输入端光功率， out为输出端光功率
插入损耗与开关的状态有关。
2.2 回波损耗（也称为反射损耗或反射率）
从输入端返回的光功率与输入光功率的比值，以分贝表
示
RL=-10lgPr/Po
式中，Po为进入输入端的光功率，Pr为在输入端口接收 到的返回光功率。
回波损耗也与开关的状态有关。
经 典 实 用 光 开 关
2.3 隔离度
两个相隔输出端口以分贝数表示的光功率的比值
单模光纤光开关
单模光纤光开关单模光纤光开关是一种能够控制光信号传输路径的设备，它在光通信、光传感、光计算等领域具有重要应用价值。
本文将从单模光纤光开关的原理、结构、工作方式及应用等方面进行阐述。
一、单模光纤光开关的原理单模光纤光开关是利用光的折射原理来实现对光信号的控制。
它通常由光纤、电极和控制电路等组成。
通过对电极施加电压，使电场强度发生变化，从而改变光纤中的折射率，进而控制光信号的传输路径。
单模光纤光开关一般采用微机电系统（MEMS）技术制造，具有小尺寸、低功耗和高可靠性等优点。
其结构主要包括输入光纤、输出光纤和光开关芯片。
光开关芯片上有若干个微小的电极，通过对这些电极施加电压来控制光信号的传输路径。
三、单模光纤光开关的工作方式在工作时，单模光纤光开关的输入光纤将光信号输入到光开关芯片上，然后通过控制电路控制电极施加电压，从而改变光信号的传输路径。
当电场强度改变时，光纤中的折射率也会发生变化，从而使光信号沿不同的路径传输。
最后，输出光纤将光信号输出到指定的位置。
四、单模光纤光开关的应用1. 光通信：单模光纤光开关可以用于光纤通信系统中的光交换、光保护和光监测等功能，提高光通信系统的可靠性和灵活性。
2. 光传感：单模光纤光开关在光纤传感系统中可以实现对光信号的精确控制，用于光纤传感器的信号采集和处理。
3. 光计算：单模光纤光开关可以用于光计算系统中的光逻辑运算和光路选择等功能，实现大规模并行计算和高速数据处理。
4. 光学成像：单模光纤光开关在光学成像系统中可以用于光路切换和光信号调制，提高成像质量和图像处理速度。
单模光纤光开关是一种具有广泛应用前景的光学设备，它可以实现对光信号传输路径的精确控制，为光通信、光传感、光计算和光学成像等领域的发展提供了重要支持。
随着技术的不断进步和应用需求的增加，相信单模光纤光开关将在未来发展中发挥更加重要的作用。
光开关工作原理
光开关工作原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊光开关这神奇的玩意儿，它的工作原理就像一场奇妙的魔术表演呢！你想想看，光就像一群欢快奔跑的小精灵，而光开关呢，就是那个指挥小精灵们该往哪儿跑的神奇指挥棒。
光开关可以决定让光从这儿通过，或者让它拐个弯跑到别的地方去。
比如说，在我们日常生活里，有时候我们需要光在这个通道里跑，可下一刻呢，我们又想让它跑到另一个通道里去，这时候光开关就派上大用场啦！它能快速又准确地切换光的路径，就像变戏法一样。
光开关的工作原理其实并不复杂，简单来说，就是通过一些巧妙的设计和机制，来控制光的传播方向。
这就好比是一个十字路口，光开关就是那个控制红绿灯的装置。
当绿灯亮时，光就可以畅通无阻地通过；而当红灯亮时，光就得乖乖停下来或者改变方向。
有些光开关是利用机械的方式来工作的，就像一个小小的机关，轻轻一按或者一转，光的道路就改变啦。
还有些光开关是利用电光效应、磁光效应这些高科技手段呢！是不是听起来很厉害？你说这光开关是不是很神奇？它在很多领域都发挥着重要的作用呢。
比如在通信领域，它能让光信号准确无误地传输到我们想要的地方，就像快递员准确地把包裹送到我们手中一样。
没有光开关，那通信可就乱套啦！在数据中心里，光开关就像一个忙碌的调度员，指挥着大量的数据光信号跑来跑去，保证一切都井井有条。
要是没有它，那数据传输不就成了一团乱麻啦？再想想我们家里的网络，如果没有光开关在背后默默地工作，我们怎么能顺畅地看视频、玩游戏呢？总之，光开关虽然小小的，但是它的作用可大着呢！它就像一个默默无闻的英雄，在我们看不见的地方辛勤工作着，为我们的生活带来便利和精彩。
所以啊，可别小看了这小小的光开关哦，它可是有着大大的能量呢！这就是光开关工作原理的神奇之处，你是不是也觉得很有意思呀？。
光开关
光开关是较为重要的光无源器件，在光网络系统中可对光信号进行通断和切换。
光开关在光分/插复用(OADM)、时分复用（TDM）、波分复用（WDM）中有着广泛的应用。
光开关以其高速度、高稳定性、低串扰等优势成为各大通信公司和研究单位的研究重点。
光开关有着广阔的市场前景，是最具发展潜力的光无源器件之一。
一、光开关与全光网络近几年，随着远程通信和计算机通信的飞速发展，特别是Internet/Intranet业务的爆炸式崛起，传统的基于电子领域的传输系统已难以满足日益增加的业务需要。
密集波分复用（DWDM）技术利用单模光纤的低损耗窗口，在一根光纤中同时传输多路波长载波，并采用掺铒光纤放大器（EDFA）来取代传统的光电中继系统。
不但在不增加光纤的基础上使容量成倍增加，还摆脱了由于光电转换过程中“电子瓶颈”所带来的单根光纤传输速率制约。
因而被认为是提高光纤通信容量的一种有效途径，如图1所示。
从图2中我们看到，光交叉连接器（OXC）和光上/下路复用器（OADM）是全光网络的关键。
OADM和OXC可以管理任意波长的信号，从而更充分地利用带宽。
而且，环状网络拓扑结构增强了WDM设备的可靠性以及数据的生存性。
光交叉连接矩阵是OXC的核心，它要求无阻塞、低延迟、宽带和高可靠性，并且要具有单向、双向和广播形式的功能，如图3所示。
而光开关又是光交换和光互连中最基本的器件，它的性能、价格将直接影响到OXC系统的商用化进程。
二、光开关概述目前，在光传送网中各种不同交换原理和实现技术的光开关被广泛地提出。
不同原理和技术的光开关具有不同的特性，适用于不同的场合。
依据不同的光开关原理，光开关可分为：机械光开关、磁光开关、热光开关、电光开关和声光开关。
依据光开关的交换介质来分，光开关可分为：自由空间交换光开关和波导交换光开关。
机械式光开关：机械式光开关发展已比较成熟，可分为移动光纤、移动套管、移动准直器、移动反光镜、移动棱镜和移动耦合器。
光开关工作原理
光开关工作原理
光开关是一种利用光信号控制电路开闭的装置，其工作原理可以大致分为以下几个步骤：
1. 光源：光源发出的光线作为输入信号。
常见的光源有LED （发光二极管）、光电二极管等。
2. 光传输：光线通过光传输介质（如光纤）传输到光开关器件中。
光纤常采用全反射原理使光信号能够在光纤中传输。
3. 光开关器件：光开关器件通常由光探测器和光调制器组成。
- 光探测器：光探测器用于接收并转换入射光信号为电信号，常见的光探测器有光电二极管和光电管等。
光探测器的选择一般会考虑到灵敏度、响应速度和工作波长等因素。
- 光调制器：光调制器用于根据接收到的光信号控制电路的
开闭状态。
常见的光调制器有光电晶体开关（EOM）、光电
晶体晶格调制器等。
光调制器可以通过电压、电流或其他控制信号来调节光的传输状态，从而实现光开关的开闭操作。
4. 控制信号输入：控制信号（一般为电信号）通过控制电路输入光调制器，改变光的传输状态。
控制信号的变化可以使得光开关在接通或断开状态之间转换。
5. 输出信号：开关器件将根据控制信号的输入，调节光的传输状态，最终输出光信号。
输出光信号可以用来驱动其他光学组
件或用于数据传输等。
光开关工作原理的具体实现方式有多种，可以根据实际需求选择合适的光源、光传输介质和光开关器件等，以实现不同的应用。
光开关的用途
光开关的用途光开关是一种新型的电子开关器件，它的工作原理是基于光电效应。
在光开关中，通过控制光的传输与阻隔来实现电路结构的开关。
光开关具有高速、高稳定性、低噪声、低功耗等特点，广泛应用于通信、光电传感、计算机、医疗器械等领域。
本文将在介绍光开关的工作原理基础上，分别阐述其在通信、光电传感、计算机和医疗器械等领域的应用和发展前景。
一、光开关的工作原理光开关是一种基于光电效应的电子开关器件。
通俗地讲，就是通电后能够控制光的开合。
以最常见的工作方式为例，将光源（LED或激光器）、电路控制部件和光敏器件（例如光电二极管或光敏电阻）等器件连接起来，构成一个简单的光开关电路。
电路通电后，电流会经过控制部件（如晶体管），控制部件即使得基极与发射极垂直放置的光源没有电流通过，因此不发光；当电控部件发生改变时，光源开始发出光。
光源发出的光线会经过透镜或光纤等传输媒介，最终达到光敏器件。
在光线照射下，光敏器件的导电性质会有所改变，电路便会开关，从而实现对信号的控制。
二、光开关在通信领域中的应用1. 光纤通信随着互联网技术的发展，传统的铜缆线路已经无法满足快速、高清、大容量数字信息传输的需求。
光开关在光纤通信中具有重要意义。
光开关是将光信号转换成电信号的核心组成部分之一，用于控制信号的发送和接收。
由于光开关具有高速、高稳定性、低噪声、低功耗等特点，在光纤通信的传输过程中具有重要作用，能够实现数字信息高速传输。
2. 光波导技术光开关在光波导技术中也有广泛的应用。
光波导技术是一种采用光的全反射原理在非晶态材料中制作出来的光导器件。
通过在光波导上集成光开关器件，可以实现光路切换、光电转换、光信号处理等多种功能的实现。
在光电子学、光通信、光计算、光传感等领域均有重要应用。
光电传感领域与安防技术、健康医疗等领域有着密不可分的联系。
在安防系统中，光开关具有感应灯、安全光幕、激光雷达等功能；在健康医疗领域中，光开关则有着血液分析、遗传检测、光学成像等多种应用。
光开关基础知识培训
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产品光路
1×1
Page ▪ 22
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
光开关的原理及种类
光开关的原理及种类光开关是一种使用光信号控制电路开闭的器件，其工作原理基于光学效应。
光开关通常由光源、光探测器和控制电路组成。
当光源发出光线并照射到光探测器上时，光探测器会将光信号转换为电信号，并通过控制电路控制相关电路的开闭。
1.光电效应：当物质受到光照射时，光子会激发物质中的电子，使其跃迁到导电带或从导电带跃迁到价带，从而改变物质的导电性质。
光开关利用这一原理，通过光探测器接收光信号并转换为电信号，从而实现控制电路的开闭。
2.光电二极管效应：光开关中常使用光电二极管作为光探测器，光电二极管具有光电导性能，当光照射到光电二极管上时，会改变其电阻或电流，从而实现控制电路的开闭。
3.红外线传感：基于物体对红外线的吸收和反射特性，通过使用红外线传感器来实现控制电路的开闭。
当红外线照射到传感器上时，传感器将信号转化为电信号，从而实现控制电路的开闭。
4.光电导效应：利用光照使导电材料的电导率发生变化，从而实现控制电路的开闭。
光照可以提高或降低导电材料的电导率，从而改变电路的导通和断开状态。
根据光源类型和工作原理，光开关主要有以下几种种类：1.光电耦合器开关：光电耦合器开关是一种将输入电路和输出电路进行电气隔离的器件。
其工作原理是通过输入端的光信号激发光电耦合器内部的光探测器产生电信号，进而控制输出电路的开闭。
2.光电晶体管：光电晶体管是一种以光电效应为基础的光开关。
光电晶体管由半导体材料制成，其输入和输出电路之间是电气隔离的。
通过控制输入端的光信号，可以实现光电晶体管的开闭。
3.光开关阵列：光开关阵列是一种使用光源和光探测器组成的矩阵结构，可以同时控制多个开关的状态。
光开关阵列广泛用于光纤通信系统和光网络中，可以实现灵活的光路连接和光信号的分配。
4.光纤开关：光纤开关是一种通过控制光纤的光传输路径来实现开闭的器件。
光纤开关通常采用机械或电磁原理，通过调节光纤的位置或弯曲程度来控制光信号的传输路径，从而实现光纤通信系统中不同光信号的切换和连接。
光开关
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。
光端机中的光开关技术及其应用
光端机中的光开关技术及其应用光通信技术作为一种高速、大容量的数据传输方式，已经在电信、互联网、无线通信等领域广泛应用。
光端机作为光通信系统中的重要组成部分，承担着光信号的传输与调度任务。
光开关技术是光端机中的重要技术之一，它可以实现光信号的灵活切换和调度，从而提高光通信系统的性能和可靠性。
本文将从光开关技术的原理、分类及应用等方面进行探讨。
一、光开关技术的原理光开关技术是指通过控制光信号在不同光路之间进行切换，实现信号的转接和分发。
光开关技术的实现可以基于多种原理，例如电光效应、热光效应、机械式开关、波导式开关等。
以电光效应为例，它是指在特定的电场作用下，通过调控光学材料的折射率变化来实现光信号的切换。
电光效应是目前应用最广泛的光开关技术之一，具有快速响应、低插入损耗和低串扰等优点。
二、光开关技术的分类根据光开关的结构和工作原理，可以将光开关技术分为多个类型，其中常见的有电光开关、热光开关、机械式开关、波导式开关等。
1. 电光开关：电光开关是利用电场的作用改变光学材料折射率的方式来实现光信号的切换。
电光开关具有快速响应、低插入损耗和低串扰等优点，广泛应用于光通信系统中。
2. 热光开关：热光开关是利用热效应改变光学材料的折射率来实现光信号的切换。
热光开关具有响应速度快、功耗低的特点，适用于需要快速切换和低功耗的应用场景。
3. 机械式开关：机械式开关是通过机械结构的运动来实现光信号的切换。
机械式开关有较大的插入损耗和机械耐久性等问题，但其结构简单、成本低廉，适用于一些低要求的应用。
4. 波导式开关：波导式开关是通过调节光信号在波导中的传播路径来实现信号的切换。
波导式开关具有尺寸小巧、插入损耗低的优点，广泛应用于集成光学芯片和光纤通信系统中。
三、光开关技术的应用光开关技术以其灵活性、高速性和可靠性被广泛应用于光通信、光传感、光计算等领域。
1. 光通信：光开关技术在光通信中的应用最为广泛。
光开关可以实现光信号在不同通道之间的切换和调度，提高光通信网络的带宽利用率和传输效率。
光开关分类
光开关分类一、引言光开关是一种用于控制光信号传输的关键设备，广泛应用于光纤通信、光电子器件等领域。
光开关的分类对于研究和应用具有重要意义。
本文将深入探讨光开关的分类方法以及各类光开关的特点和应用。
二、光开关的分类方法2.1 按照工作原理分类光开关根据其工作原理可以分为以下几类： 1. 电光开关：通过外加电场来控制光信号的传输。
常见的电光开关有PN结光开关、Mach-Zehnder干涉仪光开关等。
2. 热光开关：通过热效应来控制光信号的传输。
常见的热光开关有热光波导开关、热光晶体开关等。
3. 机械光开关：通过机械结构来控制光信号的传输。
常见的机械光开关有微型机械光开关、MEMS光开关等。
4. 光学开关：通过光学效应来控制光信号的传输。
常见的光学开关有波导光开关、光学开关阵列等。
2.2 按照工作方式分类光开关根据其工作方式可以分为以下几类： 1. 全光开关：光信号在光开关中全程保持光传输状态，无需光电转换。
全光开关具有低损耗、高速传输等优点，适用于光通信等领域。
2. 光电光开关：光信号需要在光开关中进行光电转换才能实现控制。
光电光开关具有较高的控制精度和灵活性，适用于光电子器件等领域。
2.3 按照结构分类光开关根据其结构可以分为以下几类： 1. 波导光开关：利用波导结构来控制光信号的传输。
波导光开关具有较小的尺寸和较高的集成度，适用于集成光学器件等领域。
2. 光纤光开关：利用光纤来控制光信号的传输。
光纤光开关具有较好的光损耗特性和较高的稳定性，适用于光通信等领域。
3. 自由空间光开关：利用自由空间传输光信号并进行控制。
自由空间光开关具有较大的传输距离和较高的自由度，适用于光电子器件等领域。
三、各类光开关的特点和应用3.1 电光开关电光开关是利用外加电场对光信号进行调控的一类光开关。
其特点包括： - 高速响应：电光开关的调控速度快，适用于高速光通信等领域。
- 低功耗：电光开关的能耗较低，适用于低功耗设备和系统。
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• MEMS
4.1.2
MEMS技术
微机电系统技术是基于半导体微细加工技 术而成长起来的平面制作工艺技术； 利用这种技术可以制作微小而活动的机械 系统。
MEMS与微光学结合便构成了MOEMS。
4.1.3 MOEMS优点
微型化； 高的交换速度； 小的插入损耗； 提供光功能器件和波导或光纤所需的亚微 米级定位精度； 与IC工艺相容，可大规模生产，成本低。
非机械式光开关又分为： 体光学器件组成的光开关 以波导为基础的光开关
2.光开关的类型2
从目前看，可以把所有光开关归为以下几 大类：
– 机械式光开关； – 液晶式光开关； – 电光式光开关； – 热光式光开关； – 声光式光开关。 我们重点讲述第一种
3对光开关及光开关阵列的要求：
小的串音；
大的消光比； 低的插入损耗；
最具成效的光开关
“微光机电系统光开关”
“金属膜与无源波导相结合的光开关”
4.1.1 微光机电系统光开关
Micro-Opto-Electro-Mechanical System ————MOEMS 微光机电系统光开关——是微机电系统 （MEMS）技术与传统光技术相结合的新 型机械式光开关。
什么是MEMS？
4.1.4 MOEMS分类
根据被驱动的部件不同，MOEMS可分两类
基于传统的机械式光开关 移动其他部件的光开关
对二者进行比较
4.1.5 基于传统的机械式光开关
移动光纤式：
套管
方空玻璃套筒
光 纤2
光纤1
光纤3 玻璃套筒 光纤2
光纤1
光纤3
4.1.6 移动其他部件的光开关1
棱镜
移动棱镜式：
自聚焦透镜
4.1.6 移动其他部件的光开关2
• 移动反射镜、透射镜式
4.1.7基于微镜MOEMS光开关的设计
组成： 活动微镜、驱动执行器、输入/出光纤
MOEMS有两种基本结构方式： 1.二维（2D）数字逼近方式； 2.三维（3D）模拟逼近方式。
二维（2D）
三维（3D）
4.1.8 产品例举1
小的驱动电压；
无极化依赖性； 与光纤有高的耦合效率； 紧凑的器件尺寸； 开关速度和频率带宽可设定。
4 几种类型光开关简介
4.1 机械式光开关 4.2 电光式光开关 4.3 热光式光开关 ……
4.1 机械式光开关
机械式光开关是目前光通信系统最传统、 技术最成熟的光开关。 一种实用化的机械式多模光纤光开关的插 入损耗已达到小于1dB，开关时间小于1ms
你
和
我
注：作业在11月16日交。
2、磁光、电光效应式光开关
3、集成光学光开关
• 集成光波导光开关（电光、热光）
M-Z型光开关
用DWDM+光开关可构成OADM、OXC等光交换系统
1 输入光纤 1234 2
1 2 3 4 输出光纤 1234
DEM 3
4
MUX
TX
本节点信息
光 开 关
0. 序
光开关和光开关阵列是光纤通信系统重要 的光器件，随着网络转向全光平台，光域 优化、路由、保护和自愈的网络功能已成 为关键，这一切都离不开……
光
开 关
光开关的几个参数
（1）插入损耗 ai=10Lg(Pin/Pout) (2) 通断消光比 开关处于接通状态的输出光功率和处于断开 状态的输出光功率之比。
电磁驱动光纤移动的光开关
4.1.8 产品例举2
NTT公司电磁驱动型光纤开关
4.1.8 产品例举3
采用MOEMS技术移动微反射镜的光开关
光开关
复合光交换
光开关或耦合器
T1
6t
4t 2t
T4 T3 T2 T1
T3 T4
T2
T1 T2 T3 T4
作 业
1、英文翻译 2、 利用光开关设计 一个简单的光交换阵列， 完成下列交换. 我 和 你
1×2光开关 光端机
1.光开关概念
概念： 光开关是一种光路控制器，起转换光路的作用
如：使用1×2光开关转换光路示意图
光端机
1×2光开关
1×2光开关 光端机
2.光开关的类型1
（1）机械式光开关——利用驱动机构带动活动的 光纤（或微反射镜）使之 根据指令信号要求与所需 光纤（或光波导）连接
（2）非机械式光开关——工作原理视不同器件而 各不相同
RX
动态交叉连接
1 1 2 3 4
光开关 1 2 3 4
1
2 2
1 2 3 4
3 3 4 4
1 2 3 4
(dB)
a=10Lg(P通/P断)
光开关 光开关的几个参数
(3)寿命 允许转换光路的次数
（4）转换速度
光通道的设置开关：1~10ms 保护倒换：1~10us
分组交换：1ns 外调制：10ps
1.光开关概念
概念： 光开关是一种光路控制器，起转换光路的作用
如：使用1×2光开关转换光路示意图
光端机
1×2光开关