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2013-08-08 16:17 |
光開關(guān)的技術(shù)現(xiàn)狀和展望
光開關(guān)是光通訊的關(guān)鍵部件，是近年來(lái)通訊領(lǐng)域的研究熱門。文章從光開關(guān)的實(shí)現(xiàn)方式等方面先容了光開關(guān)的研究與生產(chǎn)現(xiàn)狀，重點(diǎn)先容了MEMS光開關(guān)的研究與應(yīng)用，對(duì)光開關(guān)發(fā)展趨勢(shì)作了分析。 4L,&a+)
1、 引言 YsO`1D
光開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)光束在時(shí)間、空間、波長(zhǎng)上的切換，在光網(wǎng)絡(luò)中有很多應(yīng)用場(chǎng)合，是光通訊、光計(jì)算機(jī)、光信息處理等光信息系統(tǒng)的關(guān)鍵器件之一。 廣義上來(lái)說(shuō)，光開關(guān)可以分為兩個(gè)類型：干涉儀型和非干涉儀型。干涉儀型依靠于光路之中的相位關(guān)系，通過(guò)普克爾(Pockels)效應(yīng)或熱效應(yīng)一般就可以達(dá)到相位控制。這類器件對(duì)環(huán)境非常敏感，尤其是對(duì)環(huán)境溫度。它們對(duì)控制信號(hào)有循環(huán)響應(yīng)，這些控制信號(hào)通常需要對(duì)光輸出進(jìn)行監(jiān)視，亦即反饋，以維持所要求的狀態(tài)。方向耦合器就是典型的干涉儀型開關(guān)。非干涉儀型可用多種多樣的方式制成，它們對(duì)偏振、波長(zhǎng)、溫度和其他影響的敏感性低于干涉儀型器件，要控制這些影響很困難。對(duì)于非干涉儀型開關(guān)，開關(guān)功能的動(dòng)態(tài)范圍(或開關(guān)比)可以非常高，而另一方面，在干涉儀型開關(guān)中的動(dòng)態(tài)范圍，則依靠于干涉束的光功率的精確平衡，而且通常精度較低并較難保持。 lWf( !=0m
2、 技術(shù)現(xiàn)狀 (ijO|%?
這里討論的光開關(guān)現(xiàn)狀，主要集中于已經(jīng)取得的技術(shù)與應(yīng)用或貿(mào)易上有�？唇邮艿募夹g(shù)與應(yīng)用。應(yīng)用決定了要求，所以就從已經(jīng)取得貿(mào)易成就的應(yīng)用或近期有看實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用，來(lái)開始評(píng)述光開關(guān)。近年來(lái)，除了改進(jìn)傳統(tǒng)類型光開關(guān)之外，光開關(guān)的研究與開發(fā)也采用了新的技術(shù)、新的機(jī)理和新的材料，光開關(guān)的規(guī)模越來(lái)越大(已達(dá)到上千乘上千的端口數(shù))，切換速度不斷進(jìn)步(如LiNbO3波導(dǎo)電光效應(yīng)的光開關(guān)已達(dá)到納秒量級(jí))，集成化程度越來(lái)越高。 f9n4/(C y
2.1 非干涉儀型開關(guān) 7FP"]\x
非干涉儀型開關(guān)可用較大變化的方式做出，通常不要求反饋來(lái)確定狀態(tài)，光機(jī)型或某些熱開關(guān)就屬于這種類型。 )% !X,
2．1．1 微機(jī)械開關(guān) y>R qA *J
微機(jī)械開關(guān)技術(shù)是多學(xué)科交叉的新興領(lǐng)域，融合了微電子與精密機(jī)械加工技術(shù)，包含微傳感器、微執(zhí)行器及信號(hào)處理、控制電路等，利用三維加工技術(shù)制造微米或納米標(biāo)準(zhǔn)的零件、部件或集光機(jī)電于一體，完成一定功能的復(fù)雜微細(xì)系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)“片上系統(tǒng)”的發(fā)展方向。對(duì)于光纖系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，微機(jī)械開關(guān)技術(shù)已經(jīng)成為探討開關(guān)組件未來(lái)發(fā)展的一個(gè)極有�？吹倪M(jìn)門途徑。已經(jīng)報(bào)道過(guò)的很多微機(jī)械光開關(guān)有兩個(gè)基本途徑：或者通過(guò)微機(jī)械器件把光線運(yùn)載到與微機(jī)械器件相連的波導(dǎo)或光纖上，或者用微機(jī)械元件來(lái)引導(dǎo)在自由空間傳播的光束。微機(jī)械光開關(guān)現(xiàn)在處于研究或發(fā)展階段，某些類型的商品供給大概不會(huì)太遠(yuǎn)了。 kQ)2DCb dn
使用準(zhǔn)直光束和N×N交叉點(diǎn)上的微機(jī)械，可移動(dòng)鏡面，非常直接地實(shí)現(xiàn)N×N交叉點(diǎn)開關(guān)矩陣。鏡面通常位于襯底上，在光束以外，但是可翻轉(zhuǎn)，來(lái)截獲光束并使它改變方向。最近這樣的開關(guān)已經(jīng)采用微機(jī)械制造工藝實(shí)現(xiàn)了，如圖1所示[1]。其表現(xiàn)出的開關(guān)時(shí)間在100μs以內(nèi)。這樣的開關(guān)并不限于把一組光束耦合到需要傳播的角度上的另外一組光束，例如該器件可切換按60°間隔安排的三束光線，也可以使用前后側(cè)兩方面的鏡面來(lái)偏轉(zhuǎn)光束。在所有的情況中，單一器件作用就如同N／2(1×2)或N／2(2×2)等開關(guān)，其中N為被耦合的光束組的數(shù)目。同時(shí)這種構(gòu)造導(dǎo)致了阻塞開關(guān)，而將這類開關(guān)裝配到多級(jí)無(wú)阻塞開關(guān)中的方法已經(jīng)被找到[2]。 L;KLmxy#
微機(jī)械開關(guān)還可用于以上所描述的光束制導(dǎo)開關(guān)類似的方式，利用自由空間傳播。這類開關(guān)應(yīng)建立在微鏡面的平面矩陣的基礎(chǔ)上，如德克薩斯儀器公司出品的執(zhí)行1×N開關(guān)功能的開關(guān)。微機(jī)械鏡面通常并排放在襯底上，但是可被傾斜在平面以外，以把進(jìn)射光束反射到多路輸出的一個(gè)位置。各種各樣的波導(dǎo)和基于光纖的微機(jī)械開關(guān)已經(jīng)制成�；诠饫w的微機(jī)械器件使用微機(jī)械宋產(chǎn)生移動(dòng)光纖的驅(qū)動(dòng)器。這些要求用比純集成光器件所需要的更復(fù)雜的裝配，但是反映光纖特性的光學(xué)性質(zhì)通常是很好的。已經(jīng)報(bào)道過(guò)使用兩個(gè)V形槽陣列橫向地變換硅微臺(tái)面的1×N光纖開關(guān)[3]。 tfe'].uT
盡管率先將MEMS光開關(guān)商用化的OMM公司在2003年3月因最后獲得資金的�？椿脺缍鴷簳r(shí)封閉，2002年Onix倒閉，IMMI轉(zhuǎn)向以及2001年Xros被Nortel收購(gòu)， 目前仍有不少的機(jī)構(gòu)(包括Dicon、Luncent、Jdsu、Nortel等)在進(jìn)行MEMS光開關(guān)的應(yīng)用開發(fā)。2001年7月OMM公司的二維MEMS光開關(guān)通過(guò)Telcordia(GR-1073-Core)可靠性測(cè)試，工作3800萬(wàn)次無(wú)一失效，消除了人們對(duì)MEMS技術(shù)可靠性的疑慮。 #e9XU:9 @g
2．1．2 光機(jī)型開關(guān) #KtV
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