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光開關(guān)的介紹與使用 筱曉上海光子

更新時(shí)間：2022-12-16      點(diǎn)擊次數(shù)：817
光開關(guān)是一種具有一個(gè)或多個(gè)可選的傳輸端口的光學(xué)器件，其作用是對(duì)光傳輸線路或集成光路中的光信號(hào)進(jìn)行物理切換或邏輯操作。根據(jù)不同的原理，可以分類為機(jī)械式光開關(guān)、電光開關(guān)、MEMS光開關(guān)、磁光開關(guān)、SOA式開關(guān)等，不過最終呈現(xiàn)的形式都是一樣的，控制一條光路的開啟和關(guān)閉。



機(jī)械式光開關(guān)是比較容易理解的一種系統(tǒng)，通過物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)光路的開啟或關(guān)閉。但由于機(jī)械運(yùn)動(dòng)不可避免的磨損，決定了這種模式的設(shè)備壽命不長，容易損壞，同時(shí)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的頻率上限也十分有限，一般在kHz量級(jí)。

MEMS是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)，可大批量生產(chǎn)，其系統(tǒng)尺寸在幾毫米乃至更小，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般在微米甚至納米量級(jí)。MEMS技術(shù)的目標(biāo)是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)。MEMS光開關(guān)通過在硅晶上刻出微小的鏡片，并且可以用電磁力控制微鏡陣列轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制光的傳輸方向，并結(jié)合光耦合實(shí)現(xiàn)光的開關(guān)。

電光開關(guān)是基于電光調(diào)制原理設(shè)計(jì)的：利用某些電光晶體，如鈮酸鋰晶體(LiNb03)、砷化鎵晶體(GaAs)和鉭酸鋰晶體(LiTa03)的電光效應(yīng)，當(dāng)把電壓加到電光晶體上時(shí)，電光晶體的折射率將發(fā)生變化，從而作用到通過該晶體的光波特性的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的相位、幅度、強(qiáng)度以及偏振狀態(tài)的調(diào)制。

利用電光效應(yīng)制作的光開關(guān)，正是利用電光效應(yīng)和干涉儀，將相位變化轉(zhuǎn)換為強(qiáng)度變化，同時(shí)通過精密控制電壓值，使得通過激光的強(qiáng)度正好在急大值和極小值兩個(gè)位置。它的使用壽命遠(yuǎn)大于機(jī)械式光開關(guān)，調(diào)制頻率可以達(dá)到GHz，調(diào)制速率在ns級(jí)別。我們的電光開關(guān)測試系統(tǒng)圖如下：




  • 將光開關(guān)模塊上電，散熱系統(tǒng)開始工作；
  • 將1064nm激光從光開關(guān)的輸入端接入，此時(shí)可以觀測到正向輸出端不通光，反向輸出端通光；
  • 光開關(guān)模塊中有一SMA輸入端口，為開關(guān)調(diào)制信號(hào)的輸入端，識(shí)別TTL電平。輸入低電平時(shí)，光從反向端口輸出，輸入高電平時(shí)，光從正向端口輸出。將其與信號(hào)源連接，輸入脈沖信號(hào)，以視頻中的信號(hào)為例：頻率2MHz、高電平1.6V（輸出阻抗50歐）、低電平0V、脈寬100ns；
  • 在正向輸出端連接PD采集脈沖光信號(hào)，與信號(hào)源的信號(hào)比較。反向輸出端則會(huì)得到反相結(jié)果；



正向輸出信號(hào)圖






反向輸出信號(hào)圖





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