Optiske kontakterer nøglekomponenter i optisk switching, som har en eller flere valgbare transmissionsporte, der kan konvertere eller udføre logiske operationer på optiske signaler i optiske transmissionslinjer. De har udbredte anvendelser i fiberoptiske netværkssystemer.
Optiske kontakter kan opdeles i to hovedkategorier: mekaniske og ikke-mekaniske. Mekaniske optiske kontakter er afhængige af bevægelsen af optiske fibre eller optiske komponenter for at ændre den optiske vej; ikke-mekaniske optiske omskiftere er afhængige af elektro-optiske, akusto-optiske eller termo-optiske effekter for at ændre brydningsindekset for bølgelederen og derved ændre den optiske vej. Strukturen og arbejdsprincipperne for disse to typer optiske omskiftere er beskrevet nedenfor.
Mekanisk optisk kontakt
Nye typer af mekaniske optiske kontakter omfatter optiske kontakter for mikro-elektromekaniske system (MEMS) og optiske afbrydere med tynd-metal.
Microelectromechanical Systems (MEMS) optiske switche er fremstillet på et halvledersubstratmateriale, hvilket skaber en række mikro-spejle, der er i stand til minimal bevægelse og rotation. Disse mikro-spejle er meget små, cirka 140 μm x 150 μm, og under påvirkning af en drivkraft skifter de det optiske inputsignal til forskellige outputfibre. Den drivkraft, der påføres mikro-spejlene, genereres ved hjælp af termiske, magnetiske eller elektrostatiske effekter. Strukturen af en MEMS optisk switch er vist i figuren.
Når mikro-spejlet er i orientering 1, udsendes inputlyset gennem outputbølgeleder 1; når mikro-spejlet er i orientering 2, udsendes inputlyset gennem output-bølgeleder 2. Rotationen af mikro-spejlet styres af en spænding (100-200V). Denne enhed har en lille størrelse, et højt ekstinktionsforhold (forholdet mellem optisk udgangseffekt i tændt-tilstand og den optiske udgangseffekt i slukket-tilstand), ufølsomhed over for polarisering, lav pris, moderat omskiftningshastighed og indsættelsestab på mindre end 1 dB. Strukturen af en metal tyndfilm optisk switch er vist i figur 3-40. I denne type optisk switch er bølgelederkernelaget under bundbeklædningen, og en tynd metalfilm er over den, med luft mellem metaltyndfilmen og bølgelederen. En spænding påført mellem den tynde metalfilm og substratet genererer en elektrostatisk kraft på den tynde metalfilm. Under denne kraft bevæger den tynde metalfilm sig nedad og kommer i kontakt med bølgelederen, hvilket ændrer bølgelederens brydningsindeks og ændrer således faseforskydningen af det optiske signal, der passerer gennem bølgelederen. I figur 3-40c, uden spænding, løftes den tynde guldfilm, og faseforskydningen i begge arme er den samme, så det optiske signal udsendes fra port 2; med påført spænding kommer den tynde metalfilm i kontakt med bølgelederen, hvilket forårsager et π-faseskift i den arm, og det optiske signal udsendes fra port 1.
Ikke-mekanisk optisk kontakt
Ikke-mekaniske optiske kontakter omfatter typer såsom optiske flydende krystalkontakter, optiske kontakter med elektro-optisk effekt, optiske kontakter med termo-optisk effekt og optiske halvlederforstærkerkontakter.
En flydende krystal optisk switch er fremstillet ved at skabe polariserede lysstråleforgrenende bølgeledere på et halvledermateriale. En rille ætses i en bestemt vinkel ved skæringspunktet mellem bølgelederne, og flydende krystal sprøjtes ind i rillen. En varmelegeme er placeret under rillen. Når rillen ikke er opvarmet, går lysstrålen lige igennem; ved opvarmning dannes der bobler i den flydende krystal, og på grund af total intern refleksion ændrer lyset retning og udsendes til den ønskede bølgeleder.
Elektro-optiske og termo-optiske effekter udnytter det fænomen, at brydningsindekset for visse materialer ændres med spænding og temperatur, hvilket muliggør oprettelsen af optiske omskiftningsenheder.
Halvleder optisk forstærker (SOA) optiske switche opnår switching funktionalitet ved at ændre forspændingen af halvleder optiske forstærker.
De vigtigste parametre for optiske switches omfatter bølgelængdeområde, indsættelsestab, optisk returtab, krydstale, optisk inputeffekt, polarisations-afhængigt tab, repeterbarhed, omskiftningshastighed og levetid.
Optisk filter
Optiske filtre er bølgelængde--selektive enheder, der har vigtige anvendelser i fiberoptiske kommunikationssystemer, såsom filtrering af støj i optiske forstærkere, som diskuteret i det foregående afsnit. Især i WDM fiberoptiske netværk, hvor hver modtager skal vælge den ønskede kanal, bliver filtre en uundværlig komponent. Filtre er opdelt i to hovedkategorier: faste filtre og justerbare filtre. Førstnævnte tillader et signallys med en bestemt bølgelængde at passere igennem, mens sidstnævnte dynamisk kan vælge bølgelængder inden for en bestemt optisk båndbredde. Funktionerne og klassificeringen af optiske filtre er vist i figuren.
Transmissionsegenskaberne for et praktisk optisk filter er vist i figuren. Hovedparametrene for et optisk filter med fast-bølgelængde er centerbølgelængden λ2 og båndbredden Δλ. Ud over disse er der også parametre som insertionstab og isolation.
Fiberoptisk gitter
Fiber Bragg-gitre anvender defekter, der er introduceret under fiberfremstilling, ved hjælp af ultraviolet lysbestråling til at skabe en periodisk variation i brydningsindeksfordelingen af fiberkernen. Filtreringseffekten af et fiber Bragg-gitter er vist på figuren; bølgelængder, der opfylder Bragg-gitterbetingelserne, reflekteres totalt, mens andre bølgelængder passerer igennem, hvilket gør det til et helt-fibernotch-filter.
Der er to metoder til fremstilling af fiber Bragg-riste:
(1) Interferensmetode:Interferensmetoden bruger princippet om to-stråleinterferens. En stråle af ultraviolet lys opdeles i to parallelle stråler, hvilket skaber et interferensfelt uden for den optiske fiber. Ved at justere længderne af de to interferensarme kan perioden af de resulterende interferensfrynser bringes til at opfylde kravene til fremstilling af fiber Bragg-gitteret.
(2) Fasemaskemetode:Fasemaskemetoden bruger en præ-fremstillet maske. Når ultraviolet lys passerer gennem fasemasken, opstår der interferens, hvilket skaber et interferensfelt på den optiske fibers cylindriske overflade, hvorved gitteret skrives ind i fiberen.
