微机电系统光开关可分为移动光纤式光开关、移动套管式光开关和移动透镜(包括反射镜、棱镜和自聚焦透镜)式光开关。图3-19a表示1×N移动光纤式光开关,它用电磁铁驱动活动臂移动,切换到不同的固定臂光纤。图3-19b表示1×2移动反射镜式光开关。光开关有1×1、1×N和M×N等几种。
微机电系统(MEMS)光开关已成为DWDM(密集型光波复用)网中大容量光交换技术的主流,它是一种在半导体衬底材料上,用传统的半导体工艺制造出可以前倾后仰、上下移动或旋转的微反射镜阵列,在驱动力的作用下,对输入光信号可切换到不同输出光纤的微机电系统。通常微反射镜的尺寸为140μm×150μm,驱动力可以利用热力效应、磁力效应和静电效应产生。这种器件的特点是体积小、消光比大、对偏振不敏感、成本低,其开关速度适中,插入损耗小于1dB。
图3-19 机械式光开关
a)1×N移动光纤式光开关 b)1×2移动反射镜式光开关 c)1×N多通道光开关
图3-20 可升降微反射镜式光开关
a)平行连接状态 b)交叉连接状态(www.xing528.com)
图3-20表示一种可上下移动微反射镜的MEMS光开关,它有一个用镍制成的微反射镜(高80μm×宽120μm×厚30μm),装在用镍制成的悬臂(长2mm×宽100μm×厚2μm)末端。当悬臂升起来时,入射光可以直通过去,开关处于平行连接状态,如图3-20a所示;当悬臂放下时,入射光被反射出去,开关处于交叉连接状态,如图3-20b所示。平行连接状态转变到交叉连接状态是靠静电力将悬臂吸引到衬底上实现的,静电力由加在悬臂和衬底间的电压(30~40V)产生。衬底上有一个宽约50μm的沟渠,以便让悬臂上的微反射镜插入。
图3-21为可旋转微反射镜式光开关,当反射镜取向1时,输入光从输出波导1输出;当反射镜取向2时,输入光从输出波导2输出。微反射镜的旋转由控制电压完成,通常为100~200V。图3-22为可立卧微反射镜式光开关,当反射镜立起时,输入光从输出光纤1输出;当反射镜卧倒时,输入光从输出波导2输出,这类器件的插入损耗小于1dB,消光比大于60dB,切换功率为2mW,其开关速度约10ms,比波导开关慢。
图3-21 可旋转微反射镜式光开关
图3-22 可立卧微反射镜式光开关
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