2001年6月Jme200年文章編號(hào):1001- 5868( 2001 )03 - 0149 - 06光開關(guān)技術(shù)進(jìn)展禹培棟,王國忠,陳明華,謝世鐘(清華大學(xué)電子工程系北京10084 )摘要:隨著密集波分復(fù)用技術(shù)的應(yīng)用以及光聯(lián)網(wǎng)的提出光開關(guān)技術(shù)已經(jīng)成為未來光聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之-。光開關(guān)廣泛應(yīng)用于交叉連接設(shè)備、保護(hù)倒換、分插復(fù)用器等各種設(shè)備中。綜述了目前已經(jīng)實(shí)用或正在研究的光開關(guān)及陣列的各種制作技術(shù)包括微光電子機(jī)械技術(shù)、液晶技術(shù)、全息光柵技術(shù)以及氣泡技術(shù)、熱光技術(shù)及聲光技術(shù)等詳細(xì)分析了各種技術(shù)相應(yīng)的發(fā)展?fàn)顩r、技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍并分析了其發(fā)展的趨勢(shì)。關(guān)鍵詞:光開關(guān);光聯(lián)網(wǎng);密集波分復(fù)用;微光電子機(jī)械系統(tǒng)中圖分類號(hào): TN25 ;TN929.11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: ARecent Progress in Optical SwitchingYU Pei-dong , WANG Guo-zhong , CHEN Ming-hua , XIE Shi-zhong( Dept. of Electronic Engineering , Tsinghua University , Beijing 100084 , China )Abstract : With the application of dense wavelength division multiplexing and the advance in opticaltransport network , optical switching has become one of the key techniques for the future. Optical switches canbe applied in optical cross connects and optical add/ drop multiplexing , etc. In this paper ，many kinds ofmanufacture technologies are presented ,including micro-opto-electro- mechanical- system，liquid crystals , holo-grams, liquid gratings , bubbles , and acousto-optics. Different applications and recent progress of variousswitching technologies are discussed.Key words : optical switching ; optical transport network ; DWDM ; MOEMS1引言2光開關(guān)應(yīng)用范圍介紹隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展和密集波分復(fù)用光開關(guān)是全光交換中的關(guān)鍵器件,可實(shí)現(xiàn)在全(DWDM)系統(tǒng)的應(yīng)用,光聯(lián)網(wǎng)(OTN)已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò):光層的路由選擇、波長(zhǎng)選擇、光交叉連接以及自愈保發(fā)展的趨勢(shì),光開關(guān)技術(shù)已經(jīng)成為未來光聯(lián)網(wǎng)的關(guān)護(hù)等功能。目前光開關(guān)主要應(yīng)用包括1-4]:鍵技術(shù)之一。光聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)主要依賴于光開關(guān)、光( 1 )光交叉連接( 0XC) 0XC由光開關(guān)矩陣組濾波器、新一代放大器、密集波分復(fù)用技術(shù)等器件和成主要實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)光路徑管理、光網(wǎng)絡(luò)的故障保護(hù)、技術(shù)的進(jìn)展。其中DWDM技術(shù)的發(fā)展是推動(dòng)光纖靈活增加新業(yè)務(wù)等。光交叉連接對(duì)開關(guān)的要求主要通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重要因素而光聯(lián)網(wǎng)的提出將使設(shè)有低中國煤化工以及無阻塞運(yùn)作。目備制造商、電信運(yùn)營(yíng)商都面臨巨大的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。前微CNMHG術(shù)已經(jīng)在光交換應(yīng)用中進(jìn)入了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)階段1]由于其對(duì)波長(zhǎng)、數(shù)據(jù)速率和信號(hào)格式都透明在不遠(yuǎn)的將來有希望實(shí)現(xiàn)光層收稿日期2000- 10-31.基金項(xiàng)目國家863計(jì)劃光電子主題項(xiàng)目( 863- 307- 15-3).上的交換;(2)用光開關(guān)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)保護(hù)倒換。當(dāng)光150半導(dǎo)體光電2001年6月纖斷裂或傳輸發(fā)生故障時(shí)就可以通過光開關(guān)改變mso這種二維技術(shù)受光程損耗的限制最大可以實(shí)業(yè)務(wù)的傳輸路徑實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的保護(hù)。通常這種?，F(xiàn)32x32端口不過可以將多個(gè)子系統(tǒng)連接起來形護(hù)倒換只需1 x2端口的光開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn);成更大的交叉矩陣。(3)用1x N光開關(guān)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。在遠(yuǎn)端光一般MEMS光開關(guān)的開關(guān)時(shí)間都在毫秒量級(jí),纖測(cè)試點(diǎn)通過1x N光開關(guān)把多根光纖接到-個(gè)光在與其他技術(shù)比較中處于劣勢(shì)。另外,由于MEMS時(shí)域反射儀( OTDR )上通過光開關(guān)倒換實(shí)現(xiàn)對(duì)所有光開關(guān)是利用微鏡的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能的，光纖的監(jiān)測(cè)。另外,利用光開關(guān)也可以在光纖線路所以任何機(jī)械摩擦、磨損以及外部振動(dòng)都可能使它中插入網(wǎng)絡(luò)分析儀實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在線分析;的可靠性降低。驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)方面,目前靜電和磁感應(yīng)(4)光纖通信器件測(cè)試。光器件、光纜以及子逐漸成為MEMS光開關(guān)的主要選擇。靜電驅(qū)動(dòng)能力系統(tǒng)產(chǎn)品在測(cè)試過程中,可以使用光開關(guān)同時(shí)測(cè)試.較低而磁感應(yīng)驅(qū)動(dòng)還需要解決系統(tǒng)的屏蔽、封裝以多個(gè)器件，從而簡(jiǎn)化測(cè)試提高效率;及可靠性問題。因此靜電驅(qū)動(dòng)方案目前仍是首選,(5)光上下路復(fù)用( OADM)。 光上下路復(fù)用器而且已經(jīng)有很多靜電驅(qū)動(dòng)的開關(guān)產(chǎn)品投入市場(chǎng)。主要應(yīng)用于環(huán)形的城域網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)單個(gè)波長(zhǎng)和多個(gè)波長(zhǎng)從光路上自由上下。用光開關(guān)實(shí)現(xiàn)的OADM可以通過軟件控制動(dòng)態(tài)上下任意波長(zhǎng)，這樣將增加網(wǎng)絡(luò)配置的靈活性。3各 種光開關(guān)技術(shù)特點(diǎn)分析傳統(tǒng)的光開關(guān)技術(shù)主要采用波導(dǎo)和機(jī)械兩種技術(shù)。波導(dǎo)開關(guān)的開關(guān)速度在微秒到亞毫秒量級(jí)且圖1二維MEMS 8x8光開關(guān)體積非常小、易于集成為大規(guī)模的矩陣開關(guān)陣列但Fig.1 Structure of 2-D MEMS optical switches其插損、隔離度、消光比、偏振敏感性等指標(biāo)都較差;光機(jī)械開關(guān)雖然有比較低的插入損耗和串音效果,MEMS技術(shù)利用類似IC的工藝成批加工生產(chǎn),以及成本較低、設(shè)計(jì)配置簡(jiǎn)單,但其設(shè)備龐大、可擴(kuò)從而降低成本這與其他類型開關(guān)相比很具有競(jìng)爭(zhēng)展性一般,不適用于大規(guī)模的開關(guān)矩陣及0XC應(yīng)力;另外由于它與光信號(hào)的格式、波長(zhǎng)、協(xié)議、調(diào)制方用。目前原有技術(shù)得到了進(jìn)-步的發(fā)展同時(shí)也涌式、偏振、傳輸方向等均無關(guān),而且在損耗、擴(kuò)展性方現(xiàn)了很多新技術(shù),主要包括微光電子機(jī)械開關(guān)、噴面都要優(yōu)于其他類型的光開關(guān),與未來光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展墨氣泡光開關(guān)、液晶光開關(guān)、全息光柵開關(guān)等。所要求的透明性和可擴(kuò)展等趨勢(shì)相符合?；谶@些一般考察光開關(guān)主要有以下參數(shù):開關(guān)速度、優(yōu)點(diǎn)利用MEMS技術(shù)制作的光開關(guān)及陣列有可能開關(guān)矩陣規(guī)模、損耗、串?dāng)_、偏振敏感性、可靠性以及成為核心光交換器件中的主流?？蓴U(kuò)展性等?；诓煌膽?yīng)用各種技術(shù)的發(fā)展也由于二維方案的端口受限,又出現(xiàn)了如圖2所不盡相同。下 面將對(duì)這幾種主要技術(shù)以及相應(yīng)的應(yīng)示的三維解決方案,它突破了二維方案的端口限制。在N個(gè)輸入光纖和N個(gè)輸出光纖之間使用了2x N用進(jìn)行分析比較。個(gè)微鏡每個(gè)微鏡都有N個(gè)可能的位置,從而實(shí)現(xiàn)3.1微電子機(jī)械光開關(guān)MEMS技術(shù)已經(jīng)在很多工業(yè)領(lǐng)域得到很廣泛的Nx N開關(guān)陣列。但其驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,成本也應(yīng)用而在光通信領(lǐng)域基于MEMS的光開關(guān)解決方隨之增加。案也正在受到業(yè)界的推崇?；贛EMS/MOEMS的盡管MEMS技術(shù)在開關(guān)速度、可靠性方面仍有光開關(guān)12]基本原理就是通過靜電或其他控制力缺陷,但仍得到了眾多公司的推崇技術(shù)也在蓬勃發(fā)使可以活動(dòng)的微鏡發(fā)生機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng),以改變輸入光的展。美國Xros公司利用兩個(gè)相對(duì)放置的各有1..52 1中國煤化工52 x1..152的大型交傳播方向從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。如圖1所示為OMM公司的8x8光開關(guān)。在中叉連TCHc NMH電交叉連接器提高了間芯片上集成了微鏡陣列，以斜線表示通過施加靜約兩個(gè)效重級(jí)。Nortel 公可仕2000年初以32.5億電力可控制其旋轉(zhuǎn)。圖中有5個(gè)微鏡處于反射狀美元將其收購。美國Lucent公司推出了Wave StarLamda Router全光波長(zhǎng)路由系統(tǒng)其光交叉連接系統(tǒng)態(tài)用于實(shí)現(xiàn)不同路徑的切換其中所有的信號(hào)傳播可實(shí)現(xiàn)256 x256的交叉連接,可節(jié)約25%的運(yùn)行費(fèi)都是雙向的其插損小于4.. dB開關(guān)時(shí)間小于10..用和99%的能耗。第22卷第3期禹培棟等:光開關(guān)技術(shù)進(jìn)展151目前該類光開關(guān)的主要提供商有OMM ,ucent ,優(yōu)勢(shì)因此具有較大的吸引力。Nortel ,IMM Cronos ,Memscap Calient等公司。輸人光纖SOA陣列芯片輸出光纖PLC平臺(tái)波導(dǎo)圖2三維MEMS光開關(guān)示意圖圖4混合集成對(duì)稱 Mz型開關(guān)Fig.2 Sketch of 3-D MEMS optial switchesFig.4 Configuration of hybid- inegated synmetrie MzZ swich3.2馬赫 曾德干涉儀型開關(guān)另外還可以使用多模干涉耦合器( MMI)替換上馬赫曾德干涉儀型MZI開關(guān)的基本原理與工述開關(guān)中的3..dB耦合器。MMI 耦合器利用多模波作于截止?fàn)顟B(tài)的電光調(diào)制器的相同。如圖3所示,導(dǎo)中的自映像效應(yīng),即在傳播方向上周期性出現(xiàn)輸它由兩個(gè)3..dB耦合器和兩個(gè)波導(dǎo)臂組成,即在鈮入場(chǎng)的映像。由于其結(jié)構(gòu)緊湊、制作容差大功率損.酸鋰襯底上制作-對(duì)平行光波導(dǎo) 波導(dǎo)兩側(cè)和中間耗低將其代替?zhèn)鹘y(tǒng)的3.dB耦合器而應(yīng)用于MZI均為表面電極波導(dǎo)兩端再分別連接一個(gè)3..BY型光開關(guān)也受到關(guān)注。圖5是貝爾實(shí)驗(yàn)室2001年型分束器。通過注入電流改變波導(dǎo)臂的折射率，從1月報(bào)道的基于1x4 MMI-MZ的4x4光開關(guān)4] ,由而使光程相應(yīng)變化以達(dá)到相干增強(qiáng)或相消實(shí)現(xiàn)開于其使用I個(gè)MMI-MZ代替3個(gè)1x2的開關(guān),從而關(guān)目的。它的優(yōu)點(diǎn)是非機(jī)械性、速度快,在微秒量使得結(jié)構(gòu)更加緊湊損耗也隨之降低,插入損耗為級(jí)但缺點(diǎn)也非常明顯,它的消光比僅接近20- dB。2.8. . dB串?dāng)_為35.2 dBo利用這種結(jié)構(gòu)也很容易擴(kuò)展為8x8 ,16x 16的開關(guān)矩陣。5x(b)' 2(0).1x4 MMI-MZ4x1- 1x44*1-LiNbO,襯底圖3馬赫~曾德干涉儀型開關(guān)Fig.3 Structure of MZI switch .圖54x4 MI-MZ非阻塞開關(guān)結(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)速度和更低的插入損耗最Fig.5 4x4 non-blocking switch architecture近又出現(xiàn)了利用半導(dǎo)體光放大器的非線性作用制作的混合集成對(duì)稱馬赫曾德型全光開關(guān)結(jié)構(gòu)31。如.3.3熱光效應(yīng)光開關(guān)圖4所示,它將SOA作為非線性波導(dǎo)臂集成在硅熱光效應(yīng)光開關(guān)原理就是利用熱光效應(yīng)56]實(shí)基平面光電路( PLC)上,并在制作上實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)?，F(xiàn)對(duì)光場(chǎng)的調(diào)制,而實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。-般可制造小通過對(duì)干涉儀的兩臂施加超短控制光脈沖(寬度為型光開關(guān)如1x2,但通過在-塊晶片上集成若干2.ps頻率為10-.GHz )利用SOA的非線性實(shí)現(xiàn)個(gè)1x2光開關(guān)也可以組成較大的陣列如64 x64。接近矩形的開關(guān)窗口而且開關(guān)速度不再受限于載現(xiàn)在中國煤化工長(zhǎng)開關(guān):數(shù)字光開關(guān)流子壽命最快能達(dá)到皮秒量級(jí)。這種結(jié)構(gòu)相比于(DOSMYHCNMHG涉式光開關(guān)結(jié)構(gòu)緊使用平行條狀無源光波導(dǎo)的器件,有更低的群速度湊但由于對(duì)光波長(zhǎng)敏感需要進(jìn)行溫度控制。而數(shù)色散和吸收損耗,從而能實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)速度和更字光開關(guān)性能穩(wěn)定只要加熱到一定溫度光開關(guān)就低的插損。但它的消光比僅為18--dB。它的優(yōu)點(diǎn)能保持開或者斷的狀態(tài)。體現(xiàn)在可以大規(guī)模集成另外開關(guān)速度方面也頗具圖6所示為1x2熱光開關(guān),即γ型分路器在152半導(dǎo)體光電2001年6月硅基底上生成矩形波導(dǎo)并在波導(dǎo)分支表面沉積Ti光分為兩路偏振光然后把光輸入液晶內(nèi)液晶根據(jù)或者Cr以形成微加熱器。當(dāng)對(duì)Y型的一個(gè)分支加是否加電壓來改變光的偏振狀態(tài),最后光射到無源熱時(shí)相應(yīng)的波導(dǎo)折射率就會(huì)發(fā)生改變，從而阻止光器件上。當(dāng)施加電壓時(shí)液晶分子將平行于外加電沿著這個(gè)分支傳輸。數(shù)字光開關(guān)可以用硅和高分子場(chǎng)此時(shí)光被阻斷,而沒有外加電壓時(shí)光可以透過,聚合物制作后者功耗小,但插損大。而另-種熱光從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)的兩個(gè)狀態(tài)。開關(guān)一干 涉式光開關(guān)利用MZ干涉原理,在兩個(gè)如圖8所示在兩平板之間均勻排列著向列相波導(dǎo)臂上鍍金屬薄膜加熱器而形成相位延時(shí)器通液晶當(dāng)沒有外加電壓時(shí),如圖中( a )所示向列相液.過控制加熱器實(shí)現(xiàn)干涉的相長(zhǎng)或相消,達(dá)到開關(guān)目晶的指向大致平行于平板表面液晶分子與互相垂的。由于硅的導(dǎo)熱率較高，這種干涉式結(jié)構(gòu)開關(guān)主直的偏振片A,P的夾角均為45°此時(shí)光透過率最要是利用硅材料制作。大當(dāng)施加外場(chǎng)E時(shí)液晶分子長(zhǎng)軸最終平行于外場(chǎng)液晶將不會(huì)影響入射光的偏振特性,此時(shí)光的透薄膜加熱器過率接近于零,即圖8( a)( b )為開關(guān)的兩個(gè)狀態(tài);c兄，當(dāng)撤掉外場(chǎng)時(shí),由于表面作用和液晶的彈性作用分輸入占2子的排列會(huì)從(b)恢復(fù)到(a),最終實(shí)現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。實(shí)際中也可以利用其他液晶材料如鐵電液圖6 1x2熱光開關(guān)晶。使用雙穩(wěn)態(tài)鐵電液晶,器件的功耗相比于Fig.6 Sketch of 1 x 2 thermal- optic switchMEMS技術(shù)將更低。熱光開關(guān)的缺點(diǎn)是控制響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)即開關(guān)E速度受到限制在毫秒量級(jí)。目前對(duì)波導(dǎo)材料的研究更多的由硅轉(zhuǎn)向了有機(jī)聚合物。聚合物的導(dǎo)熱率較低,但熱光系數(shù)高插損一般為3~4.. dB消光比P為20..dB.44熱光開關(guān)陣列可以和陣列波導(dǎo)光柵( AWG )集斷(ab)成在-起組成光分插復(fù)用器并采用聚合物來實(shí)現(xiàn)。因?yàn)锳WG對(duì)溫度敏感,而聚合物可把熱量保持在圖8光開關(guān)示意圖光開關(guān)部分。AKZO NOBEL公司早在1991年就已Fig.8 Sketch of liquid crystal switch經(jīng)推出了聚合物DOS,如圖7所示。目前聚合物熱液晶光開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)在于其理論上網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)性光開關(guān)已經(jīng)進(jìn)入規(guī)模生產(chǎn)。目前該類開關(guān)的研究開發(fā)商主要有NTT Elec-可能比較好,但是目前最大端口數(shù)為80,因此液晶tronics ,JDSU ,Corning ,Alcatel和AKZO NOBEL等公被認(rèn)為更適用于較小的交換系統(tǒng)中。由于在液晶中光被分成偏振方向不同的兩束光最后把它們合起司。來如果兩束光的傳播路徑稍有不同便會(huì)產(chǎn)生插損輸人口輸出1.(對(duì)1x2開關(guān)為1..dB ,1x8開關(guān)為2.5..dB),目前輸人2輸出2消光比為40~ 50..dB。開關(guān)速度方面,可以通過加熱液晶來提高速度,但這不可避免地使設(shè)備功耗增輸人3輸出3加。另外更多的商家開始研究基于液晶的可調(diào)光輸人4輸出4衰減器;由于與偏振相關(guān)，也可用于制作偏振模色散補(bǔ)償器。圖74x4 數(shù)字光開關(guān)南懂花千究開發(fā)商有Corning,Fig.7 Schematic of digital optical switches中國煤化工Choru3.5-WYHCNMHG3.4 液晶光開關(guān)Agilent公司結(jié)合噴墨打印和硅平面光波導(dǎo)兩種大部分液晶光開關(guān)7是根據(jù)施加外部電場(chǎng)控制技術(shù)，開發(fā)出一種二維光交叉連接系統(tǒng),如圖9所液晶分子方向而實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能的。典型的液晶器件示。該設(shè)備由許多交叉的硅波導(dǎo)和位于每個(gè)交叉點(diǎn)包括無源和有源部分。其工作原理為:首先把輸入第22卷第3期禹培棟等:光開關(guān)技術(shù)進(jìn)展153的刻痕組成刻痕里填充--種折射率匹配的液體用以允許缺省條件下的無交換傳輸。這種氣泡開關(guān)的工作原理就是,當(dāng)有入射光照入并需要交換時(shí), - 個(gè)熱敏硅片會(huì)在液體中產(chǎn)生一個(gè)小泡,小泡將光從入射波導(dǎo)中的光信號(hào)全反射至輸出波導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)所需要的兩個(gè)狀態(tài)。目前Agilent公司已經(jīng)制造出32x32光開關(guān)子系統(tǒng)其損耗為4.5..dB并且可以把這些子系統(tǒng)連接起來組成更大的交換矩陣。其開關(guān)響應(yīng)時(shí)間小于10 ms ,可以用于光纖保護(hù)倒換。圖10全息光柵開關(guān)Fig. 10 Structure of holographic switchesDigilens公司在此基礎(chǔ)上提出了液體光柵技術(shù),即把液晶微滴置于高分子層面上然后沉積在硅波導(dǎo).上面并形成液體光柵。當(dāng)沒有施加電壓時(shí)光柵就把一個(gè)特定波長(zhǎng)的光反射到輸出端口,而加上電壓時(shí)光柵消失即晶體是全透明的光信號(hào)將直接通過光波導(dǎo)。它與全息光柵開關(guān)的區(qū)別就在于液體光圖9氣泡開關(guān)柵可以通過施加電壓來產(chǎn)生或者消除。Fig. 9 Structure of bubble switches液體光柵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是速度快和插入損耗小。根據(jù)Digilens公司報(bào)道，這種光開關(guān)的響應(yīng)時(shí)間為這種開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)偏振相關(guān)損耗和偏振模100..us插入損耗小于1..dB。由于沒有移動(dòng)部分,色散都不敏感。由于器件本身沒有可活動(dòng)部件,因可靠性比較好。另外器件的功率消耗比較低典型此可靠性很好,可以滿足電信應(yīng)用中時(shí)間可靠性要值為50-.mW。液體光柵技術(shù)的缺點(diǎn)是僅能實(shí)現(xiàn)單求。同時(shí)這種光開關(guān)可以大批量生產(chǎn)。另外這種波長(zhǎng)的切換，無法實(shí)現(xiàn)MEMS技術(shù)的光纖到光纖的光開關(guān)可以應(yīng)用在光分插復(fù)用設(shè)備中實(shí)現(xiàn)任意一切換。根光纖或單波長(zhǎng)的上下路,也可以用于光交叉連接聲光開關(guān)設(shè)備中。由于子系統(tǒng)中任意-根波導(dǎo)可以連接到另聲光開關(guān)就是利用聲光效應(yīng)制作的光開關(guān)10] ,外一根波導(dǎo)上所以由其組成的網(wǎng)絡(luò)具有很好的重其基本原理是利用聲波來反射光類似聲光可調(diào)諧構(gòu)性。濾波器通過在鈮酸鋰材料中引入射頻聲波形成波目前這類開關(guān)的提供商有Agilent公司。長(zhǎng)選擇性布拉格光柵輸入光波在沿內(nèi)部有聲波的3.6全息光柵開關(guān)波導(dǎo)傳輸時(shí)其偏振在波長(zhǎng)與聲波布喇格光柵匹配全息光柵開關(guān)工作原理實(shí)際上就是依靠布喇格時(shí)將發(fā)生變化從而利用偏振分束器就可以實(shí)現(xiàn)波光柵實(shí)現(xiàn)對(duì)光的選擇性反射。如圖10所示通過全長(zhǎng)選擇并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。息的形式在晶體內(nèi)部生成布喇格光柵9]當(dāng)加電時(shí)，圖11所示為聲光開關(guān)的基本組成單元:聲光布喇格光柵把光反射到輸出端口反之光就直接通TE/TM轉(zhuǎn)換器11]通過聲波和光波的相互作用實(shí)現(xiàn)過晶體。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以很容易地組成上千TE/TM的轉(zhuǎn)換。該器件的消光比主要由TE模和端口的光交換系統(tǒng)并且它的開關(guān)速度非常快為納TM模的轉(zhuǎn)換效率決定-般都小于20..dB。目前秒量級(jí)。由于沒有可移動(dòng)器件,可靠性比較好器件光波導(dǎo)的損耗較低,但功率消耗比較大。Trellis Photonics公司報(bào)道了240 x 240端口的交換系統(tǒng)的插損低于4..中國煤化工TM,TEdB端到端的重復(fù)性也比較好,但是它的功耗比較MHCNMHG大并且需要高電壓供電。這種技術(shù)可以跟三維換能器聲波導(dǎo)MEMS技術(shù)競(jìng)爭(zhēng),納秒量級(jí)的交換速度使其可以用于未來的光路由器中。圖11聲光TE/TM轉(zhuǎn)換器Fig.1l Integrated acousto- optic TE/TM converter154半導(dǎo)體光電2001年6月其最大端口為256 x 256 ,由于沒有機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部分，enhanced polymer digital optial switch based on a W-shape所以可靠性好。對(duì)1x2開關(guān)根據(jù)Brimcom公司報(bào)[J] IEEE Photon. Tech. Lett. ,2000,12 1):40-41.道其插損可以做到2.5.dB ,開關(guān)速度比較快為[6] GohT,Yasu M , Httori K ,et al. Lowlos and high extinc-525.. ns缺點(diǎn)是成本較高。tion- ratio silica- based strictly nonblocking 16 x 16 thermoopticmatrix switch[ J ] IEEE Photon. Tech. Lett. ，1998, 10 .目前研究開發(fā)商有Gooch and Housegp PLC ,Light(6):810- 812.Management Group ,Brimcom Ine .等公司。[7] Riza N A. Reconfigurable wavelength add-drop fitering based4結(jié)語on a Banyan network topology and frelectric liquid crystalfiber-optie switche[ J]. J. of Lightwave Technol. ,1999 ,17隨著光聯(lián)網(wǎng)概念的提出光開關(guān)技術(shù)已經(jīng)成為(9):1-.575- 1.. 584.未來光聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文綜述了目前已經(jīng)[8] Fouquet J E. Compact , scalable Cross connect switch usingtotal internal rflction due to thermally-generated bubbles實(shí)用或正在研究的光開關(guān)及其陣列的各種技術(shù)研究[C] LEOS Proceedings of the 1998 11th Annual Meeting進(jìn)展,包括MOEMS技術(shù)、液晶技術(shù)、MZI技術(shù)、全息IEEE Lasers and Electro-optics Society , Part 2( of 2) Dec.光柵技術(shù)以及氣泡技術(shù)、熱光技術(shù)、聲光技術(shù)等分1-4 ,1998 : 169- 170.析比較了各種技術(shù)在制作開關(guān)方面的特點(diǎn),包括速[9] Agranat , Aharon J. Electroholographic wavelengh seletive度、可靠性、功耗、可擴(kuò)展性等。由于光開關(guān)在網(wǎng)絡(luò)crossconnec[ C ]. LEOS Summer Topical Meeting Proceed-組成和網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)方面的應(yīng)用,市場(chǎng)前景十分光ings of the 1999 IEEE/LEOS Summer Topical Meeting on明，而新技術(shù)的出現(xiàn)尤其是MEMS技術(shù)將極大地Nanostructures and Quantum Dots, Jul 26- Jul 27 , 1999 :推動(dòng)光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展。1I61 - I162.6[ 10] Dai , Enguang. High speed integrated acousto-optice switch參考文獻(xiàn):with high extinction ratid C] Optical Fiber CommunicationConference , Mar7- Mar 10 , 2000: 139- 141.[1] Femandez M , Kruglic E. 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