光开关

光开关特性测量

一. 实验目的

1．了解光开关的工作原理和内部结构。

2．学习光开关的使用方法。

二. 实验原理

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或逻辑操作的器件。端口是指连接于光器件中允许光输入或输出的光纤或光纤连接器。光开关可用于光纤通信系统、光纤网络系统、光纤测量系统或仪器以及光纤传感系统，起到开关切换作用。

根据其工作原理，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。它的优点是：插入损耗较低，一般不大于2dB；隔离度高，一般大于45dB；不受偏振和波长的影响。不足之处是：开关时间较长一般为毫秒数量级，有的还存在回跳抖动和重复性较差的问题。机械式光开关又可细分为移动光纤，移动反光镜，移动耦合器等种类。非机械式光开关则依靠电光效应、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。这类开关的优点是：开关时间短，达到毫微妙数量级甚至更低；体积小，便于集成。不足之处是插入损耗大，隔离度低。

本实验所用的光开关属于机械式中的移动反射镜2X2类型。其外形如图4.1所示，结构示意图如图4.2所示。

图4.1 光开关的外形图

（a ） （b ）

图4.2 光开关的结构示意图

这种光开关有四个输出端口，还有控制光路转换用的连接电源的正、负两个电极。在这种移动反射镜型光开关中，输入输出端口的光纤都是固定的，球面镜置于受外电场控制的旋转器上。它依靠旋转球面反射镜，使输入光与不同的输出端口接通。当光开关不接DC5V 电压时，球面镜的位置如图4.2（a ）中所示。此时，端口1与2、3与4接通。当光开关接上DC5V 电压时，球面镜旋转90º，此时，端口1与3、2与4接通。因此，通过此光开关可以达到光路切换的目的。

三. 实验设备

1. A V38124A 1.55μm 单模调制光源

2. A V38121A 1.31μm 单模调制光源

3. A V2498 光纤多用表

4. 2X2光开关

5. 一条2kM 的光纤链路和一条10kM 的光纤链路

6. 光时域反射计（OTDR ）

7. 直流稳压稳流电源

四. 实验步骤

1.按图4.3将各设备连接起来。2kM 的光纤链路和10kM 的光纤链路分别通过光纤 活动连接器与光开关的端口1、4连接起来。光开关的端口2也通过光纤活动连接器接入OTDR 的光输出端。

球面镜

光纤

1

2

3 4

10km光纤链路2km光纤链路

图4.3 光开关与OTDR组合测试图

3．光开关工作电压电流的调整。光开关的工作电压为DC4.6V～6.0V，工作电流为DC36mA～48mA。

光开关的两电极先不接上稳压电源，调节稳压电源的输出电压：首先将稳流调节旋钮旋钮顺时针调到最大，然后打开稳压源的电源开关，调节电压调节旋钮，使输出直流电压到约5V左右。再反时针将稳流调节旋钮调到最小，光开关的正、负电极分别与直流稳压电源的正、负极相接，并顺时针调节稳流调节旋钮到约40mA左右。

注意：供给电压、电流不能超过光开关要求的工作电压、电流范围。否则会损坏光开关。

4．光开关的直流电源先不接通，打开OTDR的电源。调整OTDR的有关测量参数，然后打开“START/STOP”键，OTDR发出激光，在OTDR屏幕上可看见10kM光纤链路的测量曲线。这说明光开关的端口1、2是连通的，并且可以双向传输光信号。（为什么？）

5．关闭“START/STOP”键，OTDR停止发出激光，接通光开关的直流电源，调整OTDR的有关测量参数，然后打开“START/STOP”键，OTDR发出激光，在OTDR屏幕上可看见2kM光纤链路的测量曲线。这说明光开关的端口4、2是连通的，并且可以双向传输光信号。

6．将OTDR接到光开关的端口3，重复步骤（3）、（4）。类似可以证明光开关不接电源时，端口4、3接通；接上电源后，端口4、2通。

因此，实验证明：光开关不接DC5V电源时，端口1和2、4和3相通；接

上DC5V电源后，端口1和3，4和2相通。

再测试光开关各通道对1.55μm LD光源和1.31μm LD光源的插入损耗，请将下面的测试数据填入表4-1中。

7．用光纤多用表分别测出1.55μm LD光源和1.31μm LD光源的输出光功率P0。

8．按图4.3将1.31μm LD光源、1.55μm LD光源、光开关、光纤多用表和直流

稳压稳流电源连接起来。1.31μm LD光源接光开关的端口1， 1.55μm LD光源接光开关的端口4。光开关先不接通DC5V电源，此时端口1和2、4和3相通，用光纤多用表在端口2和端口4分别测出输出光功率P1-2、P4-3，从而测出光开关端口1-2对1.31μm LD光源、光开关端口4-3对1.55μm LD光源的插入损耗A1-2、A4-3。

9．光开关接上DC5V电源，此时端口1和3、4和2相通，类似用光纤多用表在端口2和端口4分别测出光开关端口1-3对1.31μm LD光源、光开关端口4-2对1.55μm LD光源的插入损耗A1-3、A1-4。

10．断开光开关的DC5V电源，交换1.31μm LD光源、1.55μm LD光源的位置，即1.55μm LD光源接光开关的端口1， 1.31μm LD光源接光开关的端口4，用类似方法测出光开关端口1-2、1-3对1.55μm LD光源、光开关端口4-2、4-3对1.31μm LD 光源的插入损耗。

五. 实验报告

1．测试光开关各通道的插入损耗时的相关结果填入表4-1中。

2. 为什么用OTDR测出光纤链路的特性曲线，就说明这两个端口可以双向传输光信

号？

3.如果要将一路光信号分时传输给两个不同的目标，或者一个探测器要分时检测两

路光信号，应该将它们如何连接？

4.对测试结果进行分析。

图4.3 光开关插入损耗测试图