Optiske brytereer nøkkelkomponenter i optisk svitsjing, og har en eller flere valgbare overføringsporter som kan konvertere eller utføre logiske operasjoner på optiske signaler i optiske overføringslinjer. De har utbredt bruk i fiberoptiske nettverkssystemer.
Optiske brytere kan deles inn i to hovedkategorier: mekaniske og ikke-mekaniske. Mekaniske optiske brytere er avhengige av bevegelsen av optiske fibre eller optiske komponenter for å endre den optiske banen; ikke-mekaniske optiske brytere er avhengige av elektro-optiske, akusto-optiske eller termo-optiske effekter for å endre brytningsindeksen til bølgelederen, og dermed endre den optiske banen. Strukturen og arbeidsprinsippene til disse to typene optiske brytere er beskrevet nedenfor.
Mekanisk optisk bryter
Nye typer mekaniske optiske brytere inkluderer optiske brytere for mikro-elektromekaniske system (MEMS) og optiske-metallbrytere av tynnfilm.
Microelectromechanical Systems (MEMS) optiske brytere er produsert på et halvledersubstratmateriale, og skaper en rekke mikro-speil som er i stand til små bevegelser og rotasjoner. Disse mikro-speilene er veldig små, omtrent 140 μm x 150 μm, og under påvirkning av en drivkraft bytter de det optiske inngangssignalet til forskjellige utgangsfibre. Drivkraften som påføres mikro-speilene genereres ved hjelp av termiske, magnetiske eller elektrostatiske effekter. Strukturen til en MEMS optisk bryter er vist i figuren.
Når mikro-speilet er i orientering 1, sendes inngangslyset ut gjennom utgangsbølgeleder 1; når mikro-speilet er i orientering 2, sendes inngangslyset ut gjennom utgangsbølgeleder 2. Rotasjonen av mikro-speilet styres av en spenning (100-200V). Denne enheten har en liten størrelse, et høyt utkoblingsforhold (forholdet mellom optisk utgangseffekt i på{10}}tilstand og den optiske utgangseffekten i av-tilstand), ufølsomhet for polarisering, lav pris, moderat byttehastighet og innsettingstap mindre enn 1 dB. Strukturen til en tynn-film optisk bryter av metall er vist i figur 3-40. I denne typen optiske brytere er bølgelederkjernelaget under bunnkledningen, og en tynn metallfilm er over den, med luft mellom den tynne metallfilmen og bølgelederen. En spenning påført mellom den tynne metallfilmen og substratet genererer en elektrostatisk kraft på den tynne metallfilmen. Under denne kraften beveger den tynne metallfilmen seg nedover og kommer i kontakt med bølgelederen, og endrer brytningsindeksen til bølgelederen og endrer dermed faseforskyvningen til det optiske signalet som passerer gjennom bølgelederen. I figur 3-40c, uten spenning, løftes den tynne gullfilmen, og faseforskyvningen i begge armer er den samme, slik at det optiske signalet sendes ut fra port 2; med spenning påført, kommer den tynne metallfilmen i kontakt med bølgelederen, og forårsaker et π-faseskift i den armen, og det optiske signalet sendes ut fra port 1.
Ikke-mekanisk optisk bryter
Ikke-mekaniske optiske brytere inkluderer typer som optiske brytere med flytende krystall, optiske brytere med elektro-optisk effekt, optiske brytere med termo-optisk effekt og optiske halvlederforsterkerbrytere.
En optisk flytende krystallbryter er fremstilt ved å lage polariserte lysstråleforgrenende bølgeledere på et halvledermateriale. Et spor er etset i en bestemt vinkel ved skjæringspunktet mellom bølgelederne, og flytende krystall sprøytes inn i sporet. En varmeovn er plassert under sporet. Når sporet ikke er oppvarmet, går lysstrålen rett gjennom; ved oppvarming genereres det bobler inne i flytende krystall, og på grunn av total intern refleksjon endrer lyset retning og sendes ut i ønsket bølgeleder.
Elektro-optiske og termo-optiske effekter utnytter fenomenet at brytningsindeksen til visse materialer endres med spenning og temperatur, og muliggjør dermed opprettelsen av optiske svitsjeenheter.
Halvleder optisk forsterker (SOA) optiske brytere oppnår svitsjfunksjonalitet ved å endre forspenningen til den optiske halvlederforsterkeren.
Hovedparametrene til optiske brytere inkluderer bølgelengdeområde, innsettingstap, optisk returtap, krysstale, optisk inngangseffekt, polarisasjonsavhengig tap, repeterbarhet, byttehastighet og levetid.
Optisk filter
Optiske filtre er bølgelengdeselektive-enheter som har viktige applikasjoner i fiberoptiske kommunikasjonssystemer, for eksempel filtrering av støy i optiske forsterkere som diskutert i forrige del. Spesielt i WDM fiberoptiske nettverk, hvor hver mottaker må velge ønsket kanal, blir filtre en uunnværlig komponent. Filtre er delt inn i to hovedkategorier: faste filtre og justerbare filtre. Førstnevnte lar et signallys med en bestemt bølgelengde passere gjennom, mens sistnevnte dynamisk kan velge bølgelengder innenfor en viss optisk båndbredde. Funksjonene og klassifiseringen av optiske filtre er vist i figuren.
Overføringsegenskapene til et praktisk optisk filter er vist i figuren. Hovedparametrene til et optisk filter med fast-bølgelengde er senterbølgelengden λ2 og båndbredden Δλ. I tillegg til disse er det også parametere som innsettingstap og isolasjon.
Fiberoptisk gitter
Fiber Bragg-rister bruker defekter som er introdusert under fiberproduksjon, ved å bruke ultrafiolett lysbestråling for å skape en periodisk variasjon i brytningsindeksfordelingen til fiberkjernen. Filtreringseffekten til et fiber Bragg-gitter er vist i figuren; bølgelengder som tilfredsstiller Bragg-gitterbetingelsene blir fullstendig reflektert, mens andre bølgelengder passerer gjennom, noe som gjør det til et helt-fiberhakkfilter.
Det er to metoder for å lage fiber Bragg-rister:
(1) Interferensmetode:Interferensmetoden bruker prinsippet om to-stråleinterferens. En stråle av ultrafiolett lys deles i to parallelle stråler, og skaper et interferensfelt utenfor den optiske fiberen. Ved å justere lengdene på de to interferensarmene, kan perioden til de resulterende interferenskantene gjøres for å møte kravene for fremstilling av fiber Bragg-risten.
(2) Fasemaskemetode:Fasemaskemetoden bruker en pre-prefabrikkert maske. Når ultrafiolett lys passerer gjennom fasemasken, oppstår interferens som skaper et interferensfelt på den sylindriske overflaten av den optiske fiberen, og skriver dermed gitteret inn i fiberen.
