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微电磁光开关工作原理及应用范围

时间:2020-04-04 21:47

1. 课题背景、作用及意义

光纤通信技术的诞生和发展对通信行业带来革命性影响。以IP为主的Internet业务改变了IP网络层与底层传输网络的关系,进而产生出了一种智能化网络体系结构——自动交换光网络(Automatic Switched Optical NetworksASON)成为当今系统研究的热点,它的核心节点由光交叉连接(Optical Cross-connect,OXC)设备构成,通过OXC,可实现动态波长选路和对光网络灵活、有效地管理。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。

一、光开关的理论及应用范围

光开关在光网络中起到十分重要的作用,在波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)传输系统中,光开关可用于波长适配、再生和时钟提取,在光时分复用(Optical Time Division Multiplex,OTDM)系统中,光开关可用于解复用;在全光交换系统中,光开关是光交叉连接(Optical Cross-connectOXC)的关键器件,也是波长变换的重要器件。通过光开关,可以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。

其应用范围主要有:光网络的保护倒换系统,光纤测试中的光源控制、网络性能的实时监控系统、光器件的测试、

构建OXC设备的交换核心,光插/分复用、光学测试、光传感系统等。

光开关是一个具有一个活多的可选择的传输窗口,可对光传输线路或者集成光路中的光信号进行转换或者逻辑操作。光开关的基本形式是入端和出端各有两条光纤,即2x2光开关。较大型的空分光交换单元可由基本的2X2光开关以及相应的1X2光开关级联、组合构成。

依据光开关的原理可以将光开关分为:传统机械光开关、微机械光开关、热光开关、液晶光开关、电光开关和声光开关等。目前应用范围最广的是传统的1x22x2机械式开关。它通过移动光纤将光直接耦合到输出端,采用棱镜、反射镜切换光路,将光直接送到或者反射到输出端。

然而,机械型光开关动作时间较长,体积较大,在制作大型光开关矩阵是不容易,因此难以适应未来高速、大容量光传送网的发展。

 

二、全光通信网背景下的微电磁光开关

全光通信网是建立在密集波分复用。基础上的高速宽带通信网。它在主干线上采用技术进行扩容,在交叉节点上采用光交叉连接器、光分插复用器实现交换和路由,并在用户终端通过光纤接入技术实现光纤到户。近几年发展很快的是微电子机械光开关,它是半导体微细加工技术与微光学和微机械技术相结合,产生的一个新型微机-电-光一体化的的新型开关,是大容量交换光网络开关发展的主流方向。在此背景下,微电子机械光开关近几年迅速发展了起来。

随着微机电系统(Microelectromechanicalsystem,MEMS)技术的迅速发展,人们将微机械构造和电路集成到硅片上,制成微米级乃至纳米级器件,从而也产生了新兴的,MEMS光开关.MEMS光开关将光机械结构、微致动器和微光元件集成在同一基底上,因而结构紧凑、重量轻,且在设计灵活性、兼容性、扩展性上均具有优势,与未来光网络发展趋势相符合.与传统的光机械开关相比,MEMS光开关既继承了光机械开关的优点,又克服了其集成困难和扩展性差等缺点,是目前最具发展前景,最能适应DWDM 全光通信网要求的光开关技术,也是颇具竞争力的光器件实现技术之一,而MEMS光开关的集成和产业化将是未来其重要发展方向。