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光开关矩阵技术及其应用研究

摘要：光开关矩阵是智能光交叉连接设备和可重构光分插复用器核心技术，是构建自动交换光网络的基础。文章介绍了大规模商用的光开关矩阵的关键技术及其进展，详细分析了光开关矩阵在自动交换光网络中的应用。

1 引言

1.1光矩阵开关是如何工作的

一个光矩阵开关含有一组输入光纤和一组输出光纤。每一根输入光纤的光信号通过一个透镜聚焦成一束准直光束, 然后用电子学的方法使该光束对准所选的输出光纤。在输出光纤处, 接收透镜将该光信号聚焦到接收的输出光纤中, 信号切换时间小于50 ms。任何时间的光束数等于有效通信路径数。尽管不同输入光纤的光束会发生互作用, 但在相交光束间不会引起串音。伺服控制机理用于切换过程中所有各个方面的自动控制和监测。伺服控制系统消除了手动系统的校准和光准直过程, 它可连续检查所有光纤的连接, 以检测和消除振动和温度不稳定的影响。此外, 矩阵开关两侧的工作是受伺服控制系统的控制, 反过来又将开关准直信息提供给主处理器。开关指令的输入, 可通过线路终端、Ix 〕S 或Wi nd o w s 的个人计算机软件程序或网络管理程序(如简单的网络管理协议或PH 公司的伽en -v iew ) 实现。

1.2自动交换光网络

自动交换光网络(ASON)是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光技术，即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行[1]。自动交换光网是高速宽带通信网，在干线上采用DWDM 技术扩容，在交叉节点上采用可重构光分插复用器(ROADM)、智能光交叉连接设备（IOXC）来实现。智能光交叉连接设备（IOXC）和可重构光分插复用器（ROADM）可以说是全光联网的核心器件[2,3]，而光开关矩阵恰恰是IOXC和ROADM 的核心技术。

2 光开关矩阵技术

2.1 MEMS 技术

MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)一般称作微机电系统技术。MEMS 光开关矩阵基本原理是通过静电力或电磁力的作用，使可以活动的微镜升降、旋转或移动改变输入光的

传播方向以实现光路通断的功能，使任意输入和输出端口相连接[4,5]。MEMS 光开关矩阵主要是采用三维MEMS 技术。三维MEMS 光开关矩阵是一个三级光反射系统（如图1），每一个光路中有两个活动的微反射镜和一个固定的反射镜组成，活动微镜固定在一个万向支架上,可以沿任意方向偏转。每根输入光纤都有一个对应的活动微镜,同样的每根输出光纤也都有其对应的活动微镜。因此，对于M×N 三维MEMS 光开关矩阵，则具有M+N个活动微反射镜。每根输入光纤射出的光束可以由其对应的活动微镜反射到中间的反射镜，然后再反射到任意一个输出光纤对应的活动微镜，而相应的输出活动微镜可以将光束反射到其对应的输出光纤。对于M×N 三维MEMS 光开关矩阵，每个输入微镜有N 个状态,而输出微镜则具有M 个状态。三维MEMS 光开关矩阵需要微镜数量少，所以容易实现更大的交叉容量，但控制电路复杂。

图1 三维MEMS 光开关矩阵原理示意图

2.2 压电光束导向技术

压电光束导向技术又称为直接光束控制技术是将光纤准直器直接控制在一个机械结构上，然后将其排列成一面准直器阵列。将两面准直器阵列组成相对而列，这样就构成了光开关矩阵。在进行交叉连接时，控制需要连接2 个光纤准直器，使其在同一条直线上，这样光信号就直接从一个准直器传入到另一个准直器里，而不需要经过任何微镜的反射，不会造成光信号的损耗。因此，利用光束直接控制技术制造的光开关在插入损耗和波长相关损耗等指标上都要优于基于MEMS 技术的光开关矩阵。

实现光束直接控制技术的核心是固态驱动技术，即利用固体材料几何外形的改变产生的位移来驱动准直器的移动，改变光束的传输方向。压电陶瓷具有在电压控制下在某一轴向上改变尺寸的功能，并且根据电压的不同改变的尺寸不同，正好可以用来作为固态驱动材料。但是，压电陶瓷外形尺寸改变只有几微米，不足以用来驱动准直器的移动，这就需要设计一个位移放大器来放大压电陶瓷外形改变所产生的位移来驱动准直器的移动。

2.3 自动光耦合技术

自动光耦合技术（Dynamic Optical Coupling）是一种与现有光纤连接技术最接近的一种光开关矩阵技术，它的基本原理是采用高精度步进电机驱动需要相互连接的两个光纤的特制连接头进行物理耦合。两个光纤连接头直接接触连接在一起，光路中不存在微反射镜、微透镜和准直器等光学器件，这样使光信号的损耗降到最低。从光信号传输机理上讲，利用自动光耦合技术设计的光开关矩阵的光学指标相对于其他技术的光开关矩阵是最优秀的。

自动光耦合技术的核心是高精度锁定装置和高精度定位装置。高精度锁定装置使得光路的光学性能可以与高精度的光纤连接器技术相媲美；同时，由于采用锁定装置，使得光连接可以抗击振动和冲击的干扰，而且即使在断电的情况下，也不会影响已有的光路连接。高精

度定位装置能准确地驱动光纤连接头，并使其准确地插入锁定装置，完成光纤耦合。基于自动光耦合技术设计的光开关矩阵分为三层，光纤连接头被分在上下两层，构成主动交换层，由高精度步进电机控制；中间层为光纤锁定层，完成光路的物理耦合。

3 光开关矩阵在ASON 中的应用

3.1 光开关矩阵在IOXC 中的应用

IOXC 设备能在光域实现高速信息的接入、传输、路由交换及障恢复，可以把输入端任一光纤的信号(或各波长信号)可控制地连接输出端任一光纤(或各波长)中去，并且这一过程在光域中进行的。IOXC 设备有效地解决了数字交叉连接(DXC)设备中的“电子瓶颈”问题。IOXC 构成了ASON 的交换平台，是智能光网络的核心，ASON 所需要的动态交换、基础网的智能化等功能都需要IOXC 设备的支持[7]。

IOXC 主要由光交叉连接矩阵、输入接口、输出接口、管理控制单元等组成，如图2 所示。输入、输出接口一般具有对光信号进行放大、适配的功能；光交叉连接矩阵是IOXC 的核心，负责对光信号进行交叉连接；管理控制单元负责控制光交叉连接矩阵完成光交换功能，

并且对输入输出端口信号和光交叉连接矩阵进行监测。

图2 IOXC 功能模块示意图图3 多个光开关矩阵和波分复用解复用器组成的光交叉连接矩阵

对光信号进行交叉连接的技术主要有波分复用技术和空分交换技术。波分复用技术可以地对指定波长的光信号进行处理；空分交换技术可以将光信号交叉链接到任意光路中，并且与光信号的速率、波长和协议等特性无关系。如果将波分复用技术和空分交换技术相结合，可大大提高交叉连接矩阵灵活性。利用波分解复用器、光开关矩阵、波分复用器组成的光交叉连接矩阵如图3 所示。

3.2 光开关矩阵在ROADM 中的应用

OADM (光分插复用器)是WDM 光纤通信网络的重要节点设备。它的基本功能是从光纤中下载光信道中通往本地的信号，同时上载本地用户发往其他节点用户的信号进入光纤信

道，而不影响其他波长信道的传输，并且保持光域的透明性，可以处理任何格式和速率的信号。但是OADM 只能上下固定数目和波长的光信道，并没有真正实现灵活的光层组网，不能满足ASON的动态配置光信道的要求。

可重构光分插复用器ROADM 功能更像对应的SONET/SDH 网元ADM 和DXC。目前较成熟的是第三代ROADM 系统支持类似于SDH 的性能，能够在需要时非常灵活地添加容量，而不需要进行代价高昂的升级，并且不会对当前的服务造成任何的干扰。另外，ROADM 还可提供全自动的光层，其中包括可重新配置的光分插复用、单波长粒度、自动功率和瞬态控制、以及确保业务质量和故障管理的连续实时性能监测。ROADM 可方便地配置、动态地改变波长资源分配，以满足动态可配置的业务需要。

具有波长选择交换功能的ROADM 近年来发展最为迅速，其主要采用自由空间交换技术实现波长选择交换功能。目前，最为成熟的方式是采用分波器+光开关矩阵+合波器的方式实现[8,9]，分波器一般采用隔离度比较好的WDM 解复用器实现，合波器采用WDM 复用器实现。它的最大优点是便于实现对上/下光信道的控制，由于光开关矩阵具有无阻塞交叉功能，可以将任一波长信道下路到任何端口，非常适合应用于上下路端口数量大的光网络节点。如果在系统中加入光转发器，可以上路任意波长的光信路，使光网络更加灵活，如图4 所示。

图 4 由分波器+光开关矩阵+合波器和转发器构成的ROADM

4 结束语

光开关矩阵技术促进了IOXC 和ROADM 进一步向智能化迈进，IOXC 为光网络提供了强大的光交换能力，具有动态配置功能的ROADM 可以从光网络中下载任意波长信道，消除了通信网中光电光转换的电子瓶颈。光开关矩阵技术与智能信息路由协议的结合，不仅实现了网络的分布控制，还可以使网络提供更高速的服务，增加业务类型。基于光开关矩阵技术的IOXC 和ROADM 能与现有光网络无缝融合，促使其向ASON 发展。

光开关的原理及种类

一、前言光纤通信技术的问世和发展给通信业带来了革命性的变革，目前世界大约85％的通信业务经光纤传输，长途干线网和本地中继网也已广泛使用光纤。同时，密集波分复用(DWDM) 技术的发展和成熟为充分应用光纤传输的带宽和容量开拓了广阔的空间，具有高速率、大带宽明显优势的DWDM 光通信网络已经成为目前通信网络发展的趋势。特别是近几年，以IP 为主的Internet 业务呈现爆炸性增长，这种增长趋势不仅改变了IP 网络层与底层传输网络的关系，而且对整个网络的组网方式、节点设计、管理和控制提出了新的要求。一种智能化网络体系结构—自动交换光网络(ASON ：automatic switched optical networks) 成为当今系统研究的热点，它的核心节点由光交叉连接(OXC ：optical cross connect) 设备构成，通过OXC ，可实现动态波长选路和对光网络灵活、有效的管理。光交叉互连(OXC) 技术在日益复杂的DWDM 网中是关键技术之一，而光开关作为切换光路的功能器件，则是OXC 中的关键部分。光开关矩阵是OXC 的核心部分，它可实现动态光路径管理、光网络的故障保护、波长动态分配等功能，对解决目前复杂网络中的波长争用，提高波长重用率，进行网络灵活配置均有重要的意义。光开关不仅是OXC 中的核心器件，它还广泛应用于以下领域。 (1)光网络的保护倒换系统，实际的光缆传输系统中都留有备用光纤，当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度，光开关将主信号自动转至备用光纤系统传输，从而使接收端能接收到正常信号而感觉不到网路已出了故障，其会将网络节点连成环形以进一步改善网络的生存性。 (2)网络性能的实时监控系统，在远端光纤测试点，通过1XN多路光开关把多根光纤接到光时域反射仪上，进行实时网络监控，通过计算机控制光开关倒换顺序和时间，实现对所有光纤的检测，并将检测结果传回网络控制中心，一旦发现某一路出现问题，可在网管中心直接进行处理。 ( 3)光开关还应用在光纤通信器件测试系统以及城域网、接入网的差／分复用和交换设备中。光开关的引入使未来全光网络更具灵活性、智能性、生存性。光开关技术已经成为未来光联网、光交换的关键技术，在通信、自动控制等领域发挥着越来越重要的作用。在众多种类的光开关中，微机械(MEMS) 光开关被认为最有可能成为光开关的主流器件。本文在概述多种光开关原理特点的基础上，重点分析了几种主要的MEMS 光开关，并阐述了各自的结构与性能特点。二、光开关的原理及种类光开关性能参数有多种，如：快切换速度、高隔离度、小插入损耗、对偏振不敏感及可靠性，不同领域对它的要求也各不相同。其种类有保护、切换系统中常用的传统光机械开关，也有这几年飞速发展的新型光开关，如：热光开关、液晶开关、电光开关、声光开关、微光机电系统光开关(MOEMS ，micro optic electro mechanical systems) 、气泡开关等。在超高速光通信领域，还有马赫-曾德尔(Maeh-Zehnder) 干涉型光开关、非线性环路镜(NOLM ，nonlinear optical fiber loop mirror) 光开关等光控开关。 1、机械光开关传统机械光开关的工作原理：通过热、静电等动力，旋转微反射镜，将光直接送到或反射到

光开关定义分类

1.光开关是按一定要求将一个光通道的光信号转换到另一个光通道的器件。 2.光开关可使光路之间进行直接交换, 是光网络中完成全光交换的核心器件,在全光网络中, 光开关可实现在全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈保护等重要功能。 3.其中光交叉连接设备(OXC) 和光分插复用设备(OADM) 可以说是全光网的核心。而光开关和光开关阵列恰恰是OXC 和OADM的核心技术。 4.全光网络中应用的光开关应具有快的响应速度、低的插入损耗、低通道串音、对偏振不敏感、可集成性和可扩展性、低成本、低功耗、热稳定性好等特性。今后光开关发展的方向：光调制光开关和波导调制光开关的技术发展较快,其开关时间具有几个ps 到10ps的开发潜力,可以满足全光通信网络实现高速光交换、光交叉连接的要求。因此,光调制光开关和波导调制光开关是今后光开关的发展方向。但是,光调制光开关和波导调制光开关串音大的缺点目前尚无技术突破,还处于实验室研究阶段,而且价格昂贵,近几年要达到实用化的水平并投入市场不太可能。目前采用较为成熟的MEMS技术研制开发光开关、光开关列阵,并在此基础上组建、完善全光交换机及其交换矩阵系统等全光网络节点设备，具有非常大的现实应用价值。目前,MEMS技术还存在一些问题:一是迫切需要用于微电子机械系统设计的先进的模拟工具和模型建立工具(大多数微电子机械设备都是用功能差的不能准确预测执行情况的分析工具来建立的,这种方式效率低下,费时费力),只有运用合适的开发工具,并配以连通高性能工作站以及本地的和远程的超级计算机网络才能从根本上改变这种局面;其次,微电子机械系统的包装面临独特的挑战,因为微电子机械装置形状差异大,并且部分装置还要求放置于特定的环境中,所以几乎每开发一套微电子机械系统就需要为其设计一个专用的包装。容许设计者从已有的标准包中挑选出新的微电子机械设备的包装也不失为一个较好的办法。（应用光学2005）常见的光开关： 1.MEMS光开关：而MEMS光开关是基于半导体微细加工技术构筑在半导体基片上的微镜阵列, 即将电、机械和光集成为一块芯片, 能透明地传送不同速率、不同协议的业务。目前已成为一种最流行的光开关制作技术。其基本原理通过静电力或电磁力的作用, 使可以活动的微镜产生升降、旋转或移动, 从而改变输入光的传播方向以实现光路通断的功能, 使任一输入和输出端口相连接, 且1 个输出端口在同一时间只能和1个输入端口相连接。与现有的基于光波导技术的光开关相比, MEMS 光开关具有低串音、低插损的优点成为全光网络中的关键光器件。 MEMS光开关优点：与现有的基于光波导技术的光开关相比, MEMS 光开关具有低串音、低插损的优点成为全光网络中的关键光器件。同时它既有机械光开关和波导光开关的优点, 又克服了光机械开关难以集成和扩展性差等缺点, 它结构紧凑、重量轻, 且扩展性较好。 MEMS光开关特性：低插入损耗; 低串扰; 与波长、速率、调制方式无关; 功耗低; 坚固、寿命长; 可集成扩展成大规模光开关矩阵; 适中的响应速度(开关时间从100ns～10ms)。在光交叉连接及需要支持大容最交换的系统中, 基于MEMS 技术的解决方案已是主流。 MEMS光开关分类：MEMS 光开关可以分为二维和三维光开关。二维光开关由一种受静电控制的二维微小镜面阵列组成,光束在二维空间传输。准直光束和旋转微镜构成多端口光开关, 对于M×N 的光开关矩阵, 光开关具有M×N个微反射镜。二维光开关的微反射镜具有两个状态0和1(通和断), 当光开关处于1 态时, 反射镜处于由输入光纤准直系统出射的光束传播通道内, 将光束反射至相应的输出通道并经准直系统进入目标输出光纤;当光开关处于0 态时, 微反射镜不在光束传播通道内, 由输入通道光纤出射的光束直接进入其对面的光纤。三维MEMS 的微镜固定在一个万向支架上, 可以沿任意方向偏转。每根输入光纤都有一个对应的MEMS 输入微镜, 同样, 每根输出光纤也都有其对应的MEMS 输出微镜[17]。因此, 对于M×N 三维MEMS 光开关, 则具有M+N 个MEMS 微反射镜。由每根输出光纤出射的光束可以由其对应的输入微镜反射到任意一个输出微镜, 而相应的输出微镜可以将来自任一输入微镜的光束反射到其对应的输出光纤。对于M×N 三维MEMS 光开关, 每个输入微镜有N 个态, 而输出微镜则具有M个状态。目前, Iolon 利用MEMS 实现了光开关的大量自动化生产。该结构开关时间小余5ms。Xeros 基于MEMS 微镜技术, 设计了能升级到1152×1152 的光

光开关的工作原理

光开关,光开关得分类,光开关得工作原理就是什么？ 2010年03月２0日 17:３0 作者:佚名用户评论(0）关键字：光开关（7）光开关,光开关得分类，光开关得工作原理就是什么? 光开关就是一种具有一个或多个可选择得传输窗口,可对光传输线路或集成光路中得光信号进行相互转换或逻辑操作得器件。机械式光开关：插入损耗低；隔离度高;不受偏振与波长影响;开关时间长（ｍs），重复性较差。其它光开关：开关时间短(mｓ）;体积小；插入损耗大;隔离度低。光开关得特性参数 1、插入损耗（Insｅrtion lｏss）２、回波损耗（Return loss) 从输入端返回得光功率与输入光功率得比值。 3、隔离度两个相隔离得输出端口光功率得比值. 4、串扰输入光功率与从非导通端口输出得光功率得比值。

5、消光比两个端口处于导通与非导通状态得插入损耗之差。 ER=ＩＬ-IＬ0 6、开关时间开关端口从某一初状态转为通或者断所需得时间.从在开关上施加或撤去能量得时刻算起。光开关得工作原理: 1、机械式光开关移动光纤式光开关移动反射镜式光开关

以上两种体积大,难实现集成化得开关网络.近年正大力发展一种集成得微机电系统(MEMS）开关,在硅片上用微加工技术做出大量可移动得微型镜片构成得开关阵列. 用16 个移动反射镜光开关构成得两组４ 4MＥMS开关阵列 2 电光开关电光开关得原理一般就是利用材料得电光效应或电吸收效应,在电场作用下改变材料得折射率与光得相位，再利用光得干涉或偏振等使光强突变或光路转变。电光开关一般利用泡克耳斯(Ｐockels）效应，即折射率n随光场E而变化得电光效应。折射率变化与光场得变化关系为: 而光波传输距离L相应得相位变化为：定向耦合型光开关

光开关的工作原理

光开关,光开关的分类,光开关的工作原理是什么? 2010 年03 月20 日 17:30 www.elecfans.co 作者：佚名用户评论（0）关键字：光开关(7) 光开关,光开关的分类,光开关的工作原理是什么? 光开关是一种具有一个或多个可选择的传输窗口，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。机械式光开关：插入损耗低；隔离度高；不受偏振和波长影响；开关时间长(ms)，重复性较差。其它光开关：开关时间短(ms)；体积小；插入损耗大；隔离度低。光开关的特性参数 1.插入损耗(Insertion loss) 2.回波损耗（Return loss）从输入端返回的光功率与输入光功率的比值。

3.隔离度两个相隔离的输出端口光功率的比值。 4. 串扰输入光功率与从非导通端口输出的光功率的比值。 5.消光比两个端口处于导通和非导通状态的插入损耗之差。 ER＝IL－IL0 6.开关时间开关端口从某一初状态转为通或者断所需的时间。从在开关上施加或撤去能量的时刻算起。光开关的工作原理： 1. 机械式光开关

移动光纤式光开关移动反射镜式光开关以上两种体积大，难实现集成化的开关网络。近年正大力发展一种集成的微机电系统(MEMS)开关，在硅片上用微加工技术做出大量可移动的微型镜片构成的开关阵列。用16 个移动反射镜光开关构成的两组4 4MEMS开关阵列 2 电光开关

电光开关的原理一般是利用材料的电光效应或电吸收效应，在电场作用下改变材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或偏振等使光强突变或光路转变。电光开关一般利用泡克耳斯(Pockels) 效应，即折射率 n随光场E而变化的电光效应。折射率变化与光场的变化关系为：而光波传输距离L相应的相位变化为：定向耦合型光开关定向耦合器中两耦合波导光功率周期性相互转换

sw1x8光开关资料

FAST FIBER OPTIC 1x8 SWITCH OVERVIEW The sercalo fiber optic switch is a very fast opto-mechanical switch based on the MEMS technology. The component makes an optical connection between an optical port and either one of 8 input or output lines. The highly reliable switching mechanism use integrated micromirrors and features below 1 ms switching time and only 1.4 dB insertion loss. The switch is powered by a 5 V supply voltage. A 5 V TTL or CMOS drive signal is used to control the switching state. The switching mechanism offers the reliability of a solid state device; it neither wears out nor degrades over time. Even after billions of cycles the switching quality stays constant. The miniature package withstands rugged environments and is well suited for direct mounting on printed circuit boards.FEATURES ? reliable ? 1.2 dB insertion loss ? 1 ms response time ? 60 dB crosstalk ? miniature size ? non-latching APPLICATIONS ? Optical Reconfiguration ? Instrumentation ? Provisioning ORDERING INFORMATION SW1x8-9N-12-16 sercalo

光开关

光开关是较为重要的光无源器件，在光网络系统中可对光信号进行通断和切换。光开关在光分/插复用(OADM)、时分复用（TDM）、波分复用（WDM）中有着广泛的应用。光开关以其高速度、高稳定性、低串扰等优势成为各大通信公司和研究单位的研究重点。光开关有着广阔的市场前景，是最具发展潜力的光无源器件之一。一、光开关与全光网络近几年，随着远程通信和计算机通信的飞速发展，特别是Internet/Intranet业务的爆炸式崛起，传统的基于电子领域的传输系统已难以满足日益增加的业务需要。密集波分复用（DWDM）技术利用单模光纤的低损耗窗口，在一根光纤中同时传输多路波长载波，并采用掺铒光纤放大器（EDFA）来取代传统的光电中继系统。不但在不增加光纤的基础上使容量成倍增加，还摆脱了由于光电转换过程中“电子瓶颈”所带来的单根光纤传输速率制约。因而被认为是提高光纤通信容量的一种有效途径，如图1所示。从图2中我们看到，光交叉连接器（OXC）和光上/下路复用器（OADM）是全光网络的关键。OADM和OXC可以管理任意波长的信号，从而更充分地利用带宽。而且，环状网络拓扑结构增强了WDM设备的可靠性以及数据的生存性。光交叉连接矩阵是OXC的核心，它要求无阻塞、低延迟、宽带和高可靠性，并且要具有单向、双向和广播形式的功能，如图3所示。而光开关又是光交换和光互连中最基本的器件，它的性能、价格将直接影响到OXC系统的商用化进程。二、光开关概述目前，在光传送网中各种不同交换原理和实现技术的光开关被广泛地提出。不同原理和技术的光开关具有不同的特性，适用于不同的场合。依据不同的光开关原理，光开关可分为：机械光开关、磁光开关、热光开关、电光开关和声光开关。依据光开关的交换介质来分，光开关可分为：自由空间交换光开关和波导交换光开关。机械式光开关：机械式光开关发展已比较成熟，可分为移动光纤、移动套管、移动准直器、移动反光镜、移动棱镜和移动耦合器。传统的机械式光开关插入损耗较低（≤2dB）；隔离度高（>45dB）；不受偏振和波长的影响。其缺陷在于开关时间较长，一般为毫秒量级，有时还存在回跳抖动和重复性较差的问题。另外其体积较大，不易做成大型的光开关矩阵。机械式光开关，已经做成产品，在国内市场上主要有康顺公司生产的1×2，1×4，2×2机械式光开关，国外的主要有E-TEK,JDS,Dicon,Lightech,Oplink等公司的产品。微电子机械光开关（MEMS）：MEMS是由半导体材料，如Si等，构成的微机械结构。它将电、机械和光集成为一块芯片，能透明地传送不同速率、不同协议的业务。MEMS已广泛应用在工业领域。MEMS器件的结构很像IC的结构，它的基本原理就是通过静电的作用使可以活动的微镜面发生转动。从而改变输入光的传播方向。MEMS既有机械光开关的低损耗、低串扰、低偏振敏感性和高消光比的优点，又有波导开关

光开关的原理及种类

?一、前言光纤通信技术的问世和发展给通信业带来了革命性的变革，目前世界大约85％的通信业务经光纤传输，长途干线网和本地中继网也已广泛使用光纤。同时，密集波分复用(DWDM)技术的发展和成熟为充分应用光纤传输的带宽和容量开拓了广阔的空间，具有高速率、大带宽明显优势的DWDM光通信网络已经成为目前通信网络发展的趋势。特别是近几年，以IP为主的Internet业务呈现爆炸性增长，这种增长趋势不仅改变了IP网络层与底层传输网络的关系，而且对整个网络的组网方式、节点设计、管理和控制提出了新的要求。一种智能化网络体系结构—自动交换光网络(ASON：automatic switched optical networks)成为当今系统研究的热点，它的核心节点由光交叉连接(OXC：optical cross connect)设备构成，通过OXC，可实现动态波长选路和对光网络灵活、有效的管理。光交叉互连(OXC)技术在日益复杂的DWDM网中是关键技术之一，而光开关作为切换光路的功能器件，则是OXC中的关键部分。光开关矩阵是OXC的核心部分，它可实现动态光路径管理、光网络的故障保护、波长动态分配等功能，对解决目前复杂网络中的波长争用，提高波长重用率，进行网络灵活配置均有重要的意义。光开关不仅是OXC中的核心器件，它还广泛应用于以下领域。（1）光网络的保护倒换系统，实际的光缆传输系统中都留有备用光纤，当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度，光开关将主信号自动转至备用光纤系统传输，从而使接收端能接收到正常信号而感觉不到网路已出了故障，其会将网络节点连成环形以进一步改善网络的生存性。（2）网络性能的实时监控系统，在远端光纤测试点，通过1×N多路光开关把多根光纤接到光时域反射仪上，进行实时网络监控，通过计算机控制光开关倒换顺序和时间，实现对所有光纤的检测，并将检测结果传回网络控制中心，一旦发现某一路出现问题，可在网管中心直接进行处理。（3）光开关还应用在光纤通信器件测试系统以及城域网、接入网的差／分复用和交换设备中。光开关的引入使未来全光网络更具灵活性、智能性、生存性。光开关技术已经成为未来光联网、光交换的关键技术，在通信、自动控制等领域发挥着越来越重要的作用。在众多种类的光开关中，微机械(MEMS)光开关被认为最有可能成为光开关的主流器件。本文在概述多种光开关原理特点的基础上，重点分析了几种主要的MEMS光开关，并阐述了各自的结构与性能特点。二、光开关的原理及种类光开关性能参数有多种，如：快切换速度、高隔离度、小插入损耗、对偏振不敏感及可靠性，不同领域对它的要求也各不相同。其种类有保护、切换系统中常用的传统光机械开关，也有这几年飞速发展的新型光开关，如：热光开关、液晶开关、电光开关、声光开关、微光机电系统光开关(MOEMS，micro optic electro mechanical systems)、气泡开关等。在超高速光通信领域，还有马赫-曾德尔(Maeh-Zehnder)干涉型光开关、非线性环路镜(NOLM，nonlinear optical fiber loop mirror)光开关等光控开关。

光开关主流技术

光开关主流技术北京锦坤科技有限公司w https://www.wendangku.net/doc/8f519074.html, 陈希明，周平( 重庆邮电学院光电工程学院, 重庆400065) 摘要：光开关是光网络中完成全光交换的核心器件，它的研究日益成为全光通信领域关注的焦点。文章重点介绍了光开关在全光网络中的应用、MEMS 光开关和热光开关的基本工作原理及两种光开关技术的进展，并就其他光开关作了简要介绍。关键词：全光网络；光开关；光通信.中图分类号: TN929.11 文献标志码: A 1 前言全光网络是指上、下载的业务信号及交换过程均以光波的形式进行, 没有任何的光电及电光转换, 全部过程都在光域范围内完成[1, 2]。光开关是按一定要求将一个光通道的光信号转换到另一个光通道的器件。光开关可使光路之间进行直接交换, 是光网络中完成全光交换的核心器件, 随着全光网络市场的扩大, 光开关的研究日益成为全光通信领域关注的焦点。在全光网络中, 光开关可实现在全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈保护等重要功能,因此光开关是全光通信许多设备中的关键光器件, 其响应速度、串音、插入损耗等性能将直接影响全光通信的质量[3- 6]。其中光交叉连接设备(OXC) 和光分插复用设备(OADM) 可以说是全光网的核心[7]。而光开关和光开关阵列恰恰是OXC 和OADM的核心技术。研制全光的交叉连接OXC 和分插复用OADM设备, 成为建设大容量通信干线网络十分重要的一环。全光网络中应用的光开关应具有快的响应速度、低的插入损耗、低通道串音、对偏振不敏感、可集成性和可扩展性、低成本、低功耗、热稳定性好等特性[6- 8]。 2 光开关在全光网络中的应用当前业已成熟的、且已实现商品化的微电子机械光开关和热光开关, 集中了机械式光开关和波导光开关的优点, 同时又克服了它们固有的缺点。此类光开关主要采用硅微加工技术将开关集成在单片硅基底上并能构成大规模矩阵阵列。另外, 此类开关批量生产时成本较低, 在开关损耗、串扰、消光比、开关尺寸等性能方面优势明显, 是光开关的较佳选择。 2.1 微电子机械系统(MEMS - micro - electro - mechanical-sys tems ) MEMS 是通过微制造技术将微型机械元件、微型传感器、微型执行器和信号处理及控制电路等在普通硅基底上集成。我国的MEMS 研究始于1989 年, 经过十几年的发展, 在多种微型传感器、微执行器和若干微系统样机等方面已有一定的基础和技术储备, 开发出了若干小批量、多品种、高质量的MEMS 器件和系统, 目前已广泛应用于工业领域[9]。而MEMS 光开关是基于半导体微细加工技术构筑在半导体基片上的微镜阵列, 即将电、机械和光集成为一块芯片, 能透明地传送不同速率、不同协议的业务。目前已成为一种最流行的光开关制作技术。其基本原理通过静电力或电磁力的作用, 使可以活动的微镜产生升降、旋转或移动, 从而改变输入光的传播方向以实现光路通断的功能, 使任一输入和输出端口相连接, 且1 个输出端口在同一时间只能和1 个输入端口相连接。与现有的基于光波导技术的光开关相比, MEMS 光开关具有低串音、低插损的优点成为全光网络中的关键光器件。同时它既有机械光开关和波导光开关的优点, 又克服了光机械开关难以集成和扩展性差等缺点[10- 13], 它结构紧凑、重量轻, 且扩展性较好。MEMS 光开关的特性可概括为[14- 16]: 低插入损耗; 低串扰; 与波长、速率、调制方式无关; 功耗低; 坚固、寿命长; 可集成扩展成大规模光开关矩阵; 适中的响应速度(开关时间从100ns～10ms)。在光交叉连接及需要支持大容最交换的系统中, 基于MEMS 技术的解决方案已是主流。MEMS 光开关可以分为二维和三维光开关。二维

调光开关电路原理图

上篇写到什么是调光开关，后来很多人就问我“调光开关如何接线?”在这里小编亲自写了一下调光开关的电路原理图，希望能对大家有用。调光开关电路原理图当两个电极间的电压“正常”并且门上几乎没有电压时，三端双向可控硅开关就会成为一个打开的开关——它不会导电。这是因为来自N型材料的电子沿着P型材料的边缘进入空穴，产生一个耗尽区，即一处几乎没有自由电子和空穴的区域。如果您给门提供足够强劲的电压，它就会破坏耗尽区，使电子能够通过三端双向可控硅开关移动。确切的次序随着电流的方向（也就是处于交流电周期的那个部分）而改变。我们可以这样理解：因为电流在流动，所以上接头是阴极而下接头则为阳极。这样的电路安排使门上增加的电压将与上接头承载相同的电荷。因此我们可以得出类似于以下的结论：当门在“充电”时，门和下接头间的电压差变得足够大，使得电子在它们之间开始移动。从N型材料（e 区）移出的电子破坏了e区和d区之间的耗尽区。接着电压差把更多的自由电子带到d区，破坏了d区和c区之间的耗尽区。来自c 区的电子会朝着下接头移动，在d区的空穴之间跳动。这也给c区带来了更多的空穴，使电子可以从c区和b区之间的耗尽区移出来。这里的电压很强，足以把电子从a区带到b区的空穴中，破坏最后一个耗尽区。随着耗尽区的消失，电子可以在上接头和下接头间自由移动，三端双向可控硅开关此时开始导电！（注意：除了三端双向可控硅开关之外，一些调光开关还包含一个类似的半导体装置，称为两端交流开关。这些电路的工作原理都基本相同。）为了让三端双向可控硅开关开始传导两个电极间的电流，门上需要有一个升压器。这个必需的电压水平不会改变，但是您可以调节从门开始“充电”到达到这一电压所需要的时间。此时就需要可变电阻器和触发电容发挥作用。

光开关的原理及种类

?一、前言? 光纤通信技术的问世和发展给通信业带来了革命性的变革，目前世界大约85％的通信业务经光纤传输，长途干线网和本地中继网也已广泛使用光纤。同时，密集波分复用(DWDM)技术的发展和成熟为充分应用光纤传输的带宽和容量开拓了广阔的空间，具有高速率、大带宽明显优势的DWDM光通信网络已经成为目前通信网络发展的趋势。特别是近几年，以IP为主的Internet业务呈现爆炸性增长，这种增长趋势不仅改变了IP网络层与底层传输网络的关系，而且对整个网络的组网方式、节点设计、管理和控制提出了新的要求。一种智能化网络体系结构—自动交换光网络(ASON：automaticswitchedopticalnetworks)成为当今系统研究的热点，它的核心节点由光交叉连接(OXC：opticalcrossconnect)设备构成，通过OXC，可实现动态波长选路和对光网络灵活、有效的管理。光交叉互连(OXC)技术在日益复杂的DWDM网中是关键技术之一，而光开关作为切换光路的功能器件，则是OXC中的关键部分。光开关矩阵是OXC的核心部分，它可实现动态光路径管理、光网络的故障保护、波长动态分配等功能，对解决目前复杂网络中的波长争用，提高波长重用率，进行网络灵活配置均有重要的意义。? 光开关不仅是OXC中的核心器件，它还广泛应用于以下领域。? （1）光网络的保护倒换系统，实际的光缆传输系统中都留有备用光纤，当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度，光开关将主信号自动转至备用光纤系统传输，从而使接收端能接收到正常信号而感觉不到网路已出了故障，其会将网络节点连成环形以进一步改善网络的生存性。（2）网络性能的实时监控系统，在远端光纤测试点，通过1×N多路光开关把多根光纤接到光时域反射仪上，进行实时网络监控，通过计算机控制光开关倒

光开关技术在光纤网络中的应用

光开关技术在光纤网络中的应用光开关，通过路由选择，波长选择，自愈保全以及光交叉连接等这些功能，在在全光交换中是一个关键的器件，现在市场上光开关的技术固态波导和机械式，其中机械式的光开关工艺相对简单，应用也比较广，光开关作为一个器件主要的参考参数有开关速度，阵列大小，损耗，可靠性以及可拓展性同时应用也是相当广泛，目前，主要应用包括光交叉连接(OXC)，用1×N光开关实现网络监控，光纤通信器件测试，光分插复用器(OADM)： 1，用光开关实现网络的自动保护倒换。当光纤断裂或传输发生故障时，就可以通过光开关改变业务的传输路径，实现对业务的保护。通常这种保护倒换只需 1×2端口的光开关就可以实现。 2，光交叉连接(OXC)。OXC由光开关阵列组成，主要实现动态的光路径管理、光网络的故障保护、灵活增加新业务等。光交叉连接对开关的要求主要有低插损、低串扰、低开关时间以及无阻塞运作。目前微机电系统技术已经在光交换应用中进入实验阶段，由于其对波长、数据速率和信号格式都透明，在不远的将来有希望实现光层上的交换。 3，用1×N光开关实现网络监控。在远端光纤测试点通过1×N光开关把多根光纤接到一个光时域反射仪(OTDR)上，通过光开关倒换实现对所有光纤的监测。或者插入网络分析仪实现网络在线分析。 4，光纤通信器件测试。光器件、光缆以及子系统产品在测试过程中，可以使用光开关同时测试多个器件，从而简化测试，提高效率。 5，光分插复用器(OADM)。主要应用于环形的城域网中，实现单个波长和多个波长从光路自由上下。用光开关实现的OADM可以通过软件控制动态上下任意波长，这样将增加网络配置的灵活性。其中，重点介绍实现自动保护倒换的应用，典型的应有1:1，1+1和1-1保护三种方式光线路自动切换保护系统（OLP）是一个独立于通信传输系统、完全建立在光缆物理链路上的自动监测保护系统。当工作线路光纤损耗增大导致通信质量下降或工作线路光纤发生阻断时，系统能够实时自动地将光通信传输系统从工作光纤切换至备用光纤，实现光缆线路的同步切换保护，从而大大提高光缆线路的可用性，增强通信系统的可靠性，保证服务质量。如图所示是1+1保护应用的示意图这种1+1保护方式典型应用 ?应用于光纤线路富余量大的光纤线路的在线监测和保护，双发选收 ?基于1X2的光选路器选择通信更多关于OLP保护的方式下期发出，或随时联系我了解更多 1+1保护图.jpg(0 Bytes, 下载次数: 2)

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

光开关主要性能指标及各类光开关比较

光开关主要性能指标及各类光开关比较【内容摘要】：前面已经讲到光开关是光交换的关键器件，其主要任务是切换光路，是全光网中全光交换的核心器件。本文讲述如何评价光开关质量优劣的主要性能参数并对现有光开关作一定的比较，希望帮助读者对光开关有一个更好的理解。【关键字】：光开关性能参数质量比较【正文】：一、光开关的主要性能参数 1、开关时间：开关时间是光开关的主要指标。不同的应用场合,对光开关的开关时间要求不同。如下图是实现一些特定功能对光开关的时间需求： 2、损耗：光信号通过光开关时，将伴随着能量损耗。依据功率预算设计网络时，光开关及其级联损耗对网络性能的影响很大。损耗和干扰将影响到功率预算。光开关损耗产生的原因主要有两个：光纤和光开关端口耦合时的损耗和光开关自身材料对光信号产生的损耗。在这里主要强调插入损耗。插入损耗：光信号通过连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。其中Pin 为进入开关的光功率，Pout 为出开关的光功率。一个好的光开关要求有较低的插入损耗。 10lg (dB)out in P IL P =-

3、光路回波损耗：反射损耗，光纤连接处，后向反射光相对输入光的比率的分贝数：其中Pt 表示回射波的功率，Pl 表示入射波的功率。光路回波损耗是源于光开关与电缆链路中由于阻抗不匹配而产生反射的而造成的损耗。 4、交换矩阵的大小：光开关交换矩阵的大小反映了光开关的交换能力。光开关处于网络不同位置，对其交换矩阵大小要求也不同。对于大交换容量的光开关，可以通过较多的小光开关叠加而成。 HP/Agilent Bubble 开关阵列 5、交换速度：交换速度是衡量光开关性能的重要指标。交换速度有两个重要的量级，当从一个端口到另一个端口的交换时间达到几个ms 时，对因故障而重新选择路由的时间已经够了。如SDH/SONET 来说，因故障而重新选路时，50ms 的交换时间几乎可以使上层感觉不到。当交换时间到达ns 量级时，可以支持光互联网的分组交换。这对于实现光互联网是十分重要的。 6、升级能力：基于不同原理和技术的光开关，其升级能力也不同。一些技术允许运营商根据需要随时增加光开关的容量。很多开关结构可容易地升级为8×8或32×32，但却不能升级到成百或上千的端口，因此只能用于构建OADM 或城域网的OXC ，而不适用于骨干网上。 7、可靠性：光开关要求具有良好的稳定性和可靠性。在某些极端情况下，光开关可能需要完成几千几万次的频繁动作。有些情况（如保护倒换），光开关倒换 10lg (dB)R in P RL P =-

光开关的原理及种类(终审稿)

光开关的原理及种类文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

（1）光网络的保护倒换系统，实际的光缆传输系统中都留有备用光纤，当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度，光开关将主信号自动转至备用光纤系统传输，从而使接收端能接收到正常信号而感觉不到网路已出了故障，其会将网络节点连成环形以进一步改善网络的生存性。（2）网络性能的实时监控系统，在远端光纤测试点，通过1×N 多路光开关把多根光纤接到光时域反射仪上，进行实时网络监控，通过计算机控制光开关倒换顺序和时间，实现对所有光纤的检测，并将检测结果传回网络控制中心，一旦发现某一路出现问题，可在网管中心直接进行处理。（3）光还应用在光纤通信器件测试系统以及城域网、接入网的差／分复用和交换设备中。光开关的引入使未来全光网络更具灵活性、智能性、生存性。光开关技术已经成为未来光联网、光交换的关键技术，在通信、自动控制等领域发挥着越来越重要的作用。在众多种类的光开关中，微机械(MEMS)光开关被认为最有可能成为光开关的主流器件。本文在概述多种光开关原理特点的基础上，重点分析了几种主要的MEMS光开关，并阐述了各自的结构与性能特点。二、光开关的原理及种类?

光纤网络中的光开关技术与应用

光纤网络中的光开关技术与应用随着光纤通信技术的发展和密集波分复用系统的应用，光联网已经成为网络发展的趋势。光联网络技术的实现主要依赖于光开关、光滤波器、光放大器、密集波分复用(DWDM)技术等器件和技术的进展。密集波分复用技术的发展是推动全光通信发展的重要因素，而光联网的提出将使设备制造商、电信运营商都面临巨大的机遇与挑战。光开关是全光交换中的关键器件，可实现在全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈保护等功能。目前光开关主要应用包括：光交叉连接(OXC)。OXC由光开关阵列组成，主要实现动态的光路径管理、光网络的故障保护、灵活增加新业务等。光交叉连接对开关的要求主要有低插损、低串扰、低开关时间以及无阻塞运作。目前微机电系统技术已经在光交换应用中进入实验阶段，由于其对波长、数据速率和信号格式都透明，在不远的将来有希望实现光层上的交换。用光开关实现网络的自动保护倒换。当光纤断裂或传输发生故障时，就可以通过光开关改变业务的传输路径，实现对业务的保护。通常这种保护倒换只需1×2端口的光开关就可以实现。用1×N光开关实现网络监控。在远端光纤测试点通过1×N光开关把多根光纤接到一个光时域反射仪(OTDR)上，通过光开关倒换实现对所有光纤的监测。或者插入网络分析仪实现网络在线分析。光纤通信器件测试。光器件、光缆以及子系统产品在测试过程中，可以使用光开关同时测试多个器件，从而简化测试，提高效率。光分插复用器(OADM)。主要应用于环形的城域网中，实现单个波长和多个波长从光路自由上下。用光开关实现的OADM可以通过软件控制动态上下任意波长，这样将增加网络配置的灵活性。传统的光开关技术主要采用固态波导和光机械两种技术：固态波导开关由于有较高的串音、损耗和功耗，只能在有限的开关阵列中应用，不适合向大规模的开关阵列中扩展;机械开关虽然有比较低的插入损耗和串音，但其设备庞大、可扩展性一般，也不适用于大规模的开关阵列。目前已经涌现了很多新技术，主要包括微机电光开关、喷墨气泡光开关、液晶光开关、热光效应开关、声光效应开关、全息开关、液晶光栅开关等。一般主要用以下参数考察光开关：开关速度、阵列大小、损耗、可靠性以及可扩展性等。基于不同的应用，各种技术的发展也不尽相同。下面对几种主要技术及其应用进行分析：基于微机电系统(MEMS)的光开关，由于其与光信号的格式、波长、协议、调制方式、偏振、传输方向等均无关，而且在损耗、扩展性上都要优于其它类型，与未来光网络发展所要求的透明性和可扩展等趋势相符合，有可能成为核心光交换器件中的主流。其原理就是通过静电或其他控制力使可以活动的微镜发生转动，从而改变输入光的传播方向。由于MEMS技术可以利用类似IC的工艺成批加工生产，尽管制造过程比较复杂，但是可以批量生产，因此降低了单个的成本。目前二维子系统最大容量是32×32端口，多个子系统可以连接起来形成大的交叉阵列，最大可以达到512×512端口。由于是机械运动，MEMS光开关的开关时间都在ms 量级。MEMS光开关的插损比较大，主要包括透镜的耦合损耗、高斯光传播损耗以及镜

光开关的技术现状和展望

光开关的技术现状和展望中国自动化网发表时间:2006-4-27 10:19:01 1、引言光开关可以实现光束在时间、空间、波长上的切换，在光网络中有许多应用场合，是光通信、光计算机、光信息处理等光信息系统的关键器件之一。广义上来说，光开关可以分为两个类型：干涉仪型和非干涉仪型。干涉仪型依赖于光路之中的相位关系，通过普克尔(Pockels)效应或热效应一般就可以达到相位控制。这类器件对环境非常敏感，尤其是对环境温度。它们对控制信号有循环响应，这些控制信号通常需要对光输出进行监视，亦即反馈，以维持所要求的状态。方向耦合器就是典型的干涉仪型开关。非干涉仪型可用多种多样的方式制成，它们对偏振、波长、温度和其他影响的敏感性低于干涉仪型器件，要控制这些影响很困难。对于非干涉仪型开关，开关功能的动态范围(或开关比)可以非常高，而另一方面，在干涉仪型开关中的动态范围，则依赖于干涉束的光功率的精确平衡，而且通常精度较低并较难保持。 2、技术现状这里讨论的光开关现状，主要集中于已经取得的技术与应用或商业上有希望接受的技术与应用。应用决定了要求，所以就从已经取得商业成就的应用或近期有望实现的应用，来开始评述光开关。近年来，除了改进传统类型光开关之外，光开关的研究与开发也采用了新的技术、新的机理和新的材料，光开关的规模越来越大(已达到上千乘上千的端口数)，切换速度不断提高(如LiNbO3波导电光效应的光开关已达到纳秒量级)，集成化程度越来越高。 2.1 非干涉仪型开关非干涉仪型开关可用较大变化的方式做出，通常不要求反馈来确定状态，光机型或某些热开关就属于这种类型。 2．1．1 微机械开关微机械开关技术是多学科交叉的新兴领域，融合了微电子与精密机械加工技术，包含微传感器、微执行器及信号处理、控制电路等，利用三维加工技术制造微米或纳米尺度的零件、部件或集光机电于一体，完成一定功能的复杂微细系统，是实现“片上系统”的发展方向。对于光纤系统来说，微机械开关技术已经成为探讨开关组件未来发展的一个极有希望的入门途径。已经报道过的很多微机械光开关有两个基本途径：或者通过微机械器件把光线运载到与微机械器件相连的波导或光纤上，或者用微机械元件来引导在自由空间传播的光束。微机械光开关现在处于研究或发展阶段，某些类型的商品供应大概不会太远了。使用准直光束和N×N交叉点上的微机械，可移动镜面，非常直接地实现N×N交叉点开关矩阵。镜面通常位于衬底上，在光束以外，但是可翻转，来截获光束并使它改变方向。最近这样的开关已经采用微机械制造工艺实现了，如图1所示[1]。其表现出的开关时间在100μs以内。这样的开关并不限于把一组光束耦合到需要传播的角度上的另外一组光束，例如该器件可切换按60°间隔安排的三束光线，也可以使用前后侧两方面的镜面来偏转光束。在所有的情况中，单一器件作用就如同N／2(1×2)或N／2(2×2)等开关，其中N为被耦合的光束组的数量。同时这种构造导致了阻塞开关，而将这类开关装配到多级无阻塞开关中的方法已经被找到[2]。微机械开关还可用于以上所描述的光束制导开关类似的方式，利用自由空间传播。这类开关应建立在微镜面的平面矩阵的基础上，如德克萨斯仪器公司出品的执行1×N开关功能的开关。微机械镜面通常并排放在衬底上，但是可被倾斜在平面以外，以把入射光束反射到多路输出的一个位置。各种各样的波导和基于光纤的微机械开关已经制成。基于光纤的微机械器件使用微机械宋产生移动光纤的驱动器。这些要求用比纯集成光器件所需要的更复

光开关矩阵技术及其应用研究

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