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各種原理的光開(kāi)關(guān)對(duì)比 從工作原理角度方面劃分，光開(kāi)關(guān)可分為機(jī)械式和非機(jī)械式兩大類(lèi)，機(jī)械式光開(kāi)關(guān)靠光纖或光學(xué)元件移動(dòng)，使光路改變；非機(jī)械式光開(kāi)關(guān)則依靠電光效應(yīng)、磁光效應(yīng)、聲光效應(yīng)以及熱光效應(yīng)來(lái)改變波導(dǎo)折射率，使光路發(fā)生改變，完成開(kāi)關(guān)功能[1-5]。從目前的主流技術(shù)看，性價(jià)比高的低端口1×2，2×2機(jī)械式光開(kāi)關(guān)是用戶的最佳選擇，即使N×N（N>2）陣列開(kāi)關(guān)也可以通過(guò)1×2，2×2開(kāi)關(guān)組裝而成。在眾多機(jī)械式光開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)工藝中，基于微型反射鏡、棱鏡的光開(kāi)關(guān)目前市場(chǎng)的主流產(chǎn)品，同時(shí)這兩種光開(kāi)關(guān)也是研制其它任意工藝的開(kāi)關(guān)或者模塊的基礎(chǔ)，具有較好的機(jī)械性能和光學(xué)性能。本文主要討論基于反射鏡的反射型光開(kāi)關(guān)和棱鏡的透射型光開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)。 光開(kāi)關(guān)的光束耦合過(guò)程及其影響因素 光開(kāi)關(guān)通過(guò)改變光路的折射率或者通過(guò)介質(zhì)界面對(duì)光束的作用，實(shí)現(xiàn)光路改變，因此有必要首先對(duì)光路耦合過(guò)程進(jìn)行討論。光路中光束用基模高斯光束來(lái)近似，因此可用高斯光束的特征參數(shù)（束腰半徑、共焦參數(shù)）來(lái)描述光束的耦合特征。 對(duì)不同的機(jī)械式光開(kāi)關(guān)，表現(xiàn)形式還有所不同。對(duì)1×2反射型開(kāi)關(guān)而言，當(dāng)反射鏡置入光路時(shí)，光束被反射進(jìn)一光路，該光路稱(chēng)為反射通道，反射鏡退出光路時(shí)光束耦合進(jìn)另一光路，稱(chēng)這一光路為直通道。直通道的光學(xué)性能不受反射鏡的影響，指標(biāo)一般不會(huì)改變，只有反射通道光束耦合較復(fù)雜.對(duì)1×2透射型開(kāi)關(guān)而言，主要是利用棱鏡的透射實(shí)現(xiàn)光束的光路改變，當(dāng)棱鏡置入光路時(shí)，光束經(jīng)過(guò)棱鏡的折射，出射光束相對(duì)入射光束產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)位，光束耦合進(jìn)一個(gè)光路，該通道稱(chēng)為透射通道；棱鏡退出光路時(shí)光束直接耦合進(jìn)另一通道，該通道稱(chēng)為直通道。 透射型開(kāi)關(guān)與反射型開(kāi)關(guān)性能比較 在工藝實(shí)現(xiàn)方面，這兩種開(kāi)關(guān)有著各自不同的特征。反射型開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)難度較大，因?yàn)橛绊戱詈闲实囊蛩厥墙嵌?導(dǎo)致這一角度變化的關(guān)鍵因素包括反射鏡的面形及表面垂直度、裝配過(guò)程中的一致性、機(jī)械運(yùn)行部分的運(yùn)動(dòng)一致性等。透射型光開(kāi)關(guān)的重復(fù)性比反射型光開(kāi)關(guān)好，試驗(yàn)結(jié)果也證明這點(diǎn)。另外棱鏡的運(yùn)動(dòng)范圍較大導(dǎo)致其驅(qū)動(dòng)裝置的體積難以做小，使得開(kāi)關(guān)的體積較大，這是其缺點(diǎn)之一。 綿陽(yáng)超光通信研制的1x2、2x2機(jī)械式反射型光開(kāi)關(guān)采用反射切換技術(shù)和磁保持技術(shù)相結(jié)合，具有很好的重復(fù)性，磁保持技術(shù)還可減小電功耗。這類(lèi)開(kāi)關(guān)還具有較小的溫度相關(guān)性，波長(zhǎng)無(wú)關(guān)性、和偏振無(wú)關(guān)性，使得這類(lèi)開(kāi)關(guān)性能穩(wěn)定，同時(shí)精巧的設(shè)計(jì)，小巧的體積，便于組裝成陣列開(kāi)關(guān)模塊。利用這種工藝設(shè)計(jì)，其光學(xué)性能和機(jī)械性能可以達(dá)到如下的指標(biāo)要求：插損<0.6dB，串?dāng)_>70dB, 回?fù)p>55dB,開(kāi)關(guān)速度5~10ms, 重復(fù)性<±0.05dB@1000次, 開(kāi)關(guān)次數(shù)>1，000，000次，并且可同時(shí)工作于1310和1550窗口。影響反射型光開(kāi)關(guān)性能的因素通過(guò)我們的工藝技術(shù)已經(jīng)解決，器件的重復(fù)性達(dá)到20000次小于0.1dB，并且插損相當(dāng)穩(wěn)，1,000,000次小于0.3dB 。透射型開(kāi)關(guān)的插損、重復(fù)性等參數(shù)也可以達(dá)到以上指標(biāo)。 商用化光開(kāi)關(guān)必須經(jīng)過(guò)Telcordia GR-1073-CORE、 Telcordia GR-1221-CORE、Telcordia GR-1209-CORE規(guī)定的一系列試驗(yàn)和測(cè)試，這些標(biāo)準(zhǔn)中的測(cè)試包括高溫存儲(chǔ)，低溫存儲(chǔ)、濕熱試驗(yàn)、振動(dòng)試驗(yàn)等【6-8】，同時(shí)針對(duì)不同應(yīng)用環(huán)境的光開(kāi)關(guān)各項(xiàng)要求也不同，這要求我們?cè)诠に噷?shí)現(xiàn)過(guò)程中必須嚴(yán)格按照這些標(biāo)準(zhǔn)的要求不斷優(yōu)化、完善，結(jié)合不同的工藝，克服各種影響因素，提高光開(kāi)關(guān)的各項(xiàng)指標(biāo)。 機(jī)械式開(kāi)關(guān)雖然原理簡(jiǎn)單，但是其實(shí)現(xiàn)工藝也各自不同，并且不同的工藝存在不同的影響因素，如何消除和彌補(bǔ)這些影響因素是工藝實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。本文通過(guò)對(duì)兩種機(jī)械式開(kāi)關(guān)的特征進(jìn)行比較，分析它們各自的影響因素，使我們能更好的研制性能穩(wěn)定的光器件，更好的為光網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 |
