Optiset kytkimetovat avainkomponentteja optisessa kytkennässä, ja niissä on yksi tai useampi valittavissa oleva siirtoportti, joka voi muuntaa tai suorittaa loogisia toimintoja optisille signaaleille optisissa siirtolinjoissa. Niillä on laajat sovellukset valokuituverkkojärjestelmissä.
Optiset kytkimet voidaan jakaa kahteen pääluokkaan: mekaanisiin ja ei-{0}}mekaanisiin. Mekaaniset optiset kytkimet luottavat optisten kuitujen tai optisten komponenttien liikkeeseen muuttaakseen optista polkua; ei--mekaaniset optiset kytkimet luottavat sähkö-optisiin, akusto-optisiin tai termo-optisiin vaikutuksiin aaltoputken taitekertoimen muuttamiseen, mikä muuttaa optista polkua. Näiden kahden tyyppisten optisten kytkimien rakenne ja toimintaperiaatteet kuvataan alla.
Mekaaninen optinen kytkin
Uudentyyppisiä mekaanisia optisia kytkimiä ovat mikro{0}}elektromekaanisen järjestelmän (MEMS) optiset kytkimet ja metalliohut{1}}kalvooptiset kytkimet.
Microelectromechanical Systems (MEMS) -optiset kytkimet on valmistettu puolijohdesubstraattimateriaalille, mikä luo joukon mikro{0}}peilejä, jotka pystyvät liikkumaan ja pyörimään hetkellisesti. Nämä mikro-peilit ovat hyvin pieniä, noin 140 μm x 150 μm, ja ne siirtävät käyttövoiman vaikutuksesta optisen tulosignaalin eri lähtökuituihin. Mikro-peileihin kohdistuva käyttövoima syntyy lämpö-, magneetti- tai sähköstaattisten vaikutusten avulla. MEMS-optisen kytkimen rakenne on esitetty kuvassa.
Kun mikro-peili on suunnassa 1, tulovalo lähetetään ulostuloaaltoputken 1 kautta; kun mikro-peili on asennossa 2, tulovalo lähtee ulostuloaaltoputken 2 kautta. Mikro-peilin pyörimistä ohjataan jännitteellä (100-200 V). Tässä laitteessa on pieni koko, korkea sammutussuhde (optisen lähtötehon suhde päällä{10}}tilassa pois{13}}lähdön optiseen tehoon), herkkyys polarisaatiolle, alhainen hinta, kohtalainen kytkentänopeus ja kytkentähäviö alle 1 dB. Metallisen ohutkalvooptisen kytkimen rakenne on esitetty kuvassa 3-40. Tämän tyyppisessä optisessa kytkimessä aaltoputken ydinkerros on pohjaverhouksen alapuolella ja metalliohutkalvo on sen yläpuolella, ja metalliohutkalvon ja aaltoputken välissä on ilmaa. Metalliohutkalvon ja alustan väliin kohdistettu jännite synnyttää sähköstaattisen voiman metalliohutkalvoon. Tämän voiman vaikutuksesta metalliohutkalvo liikkuu alaspäin ja koskettaa aaltoputkea muuttaen aaltoputken taitekerrointa ja siten aaltoputken läpi kulkevan optisen signaalin vaihesiirtoa. Kuvassa 3-40c kultainen ohutkalvo nostetaan ilman jännitettä ja molempien varsien vaihesiirto on sama, joten optinen signaali lähetetään portista 2; kun jännitettä käytetään, metalliohutkalvo koskettaa aaltoputkea aiheuttaen π-vaihesiirron kyseisessä varressa, ja optinen signaali lähetetään portista 1.
Ei-{0}}mekaaninen optinen kytkin
Ei--mekaanisia optisia kytkimiä ovat esimerkiksi nestekideoptiset kytkimet, sähkö-optiset tehostekytkimet, lämpö-optiset tehokytkimet ja puolijohdeoptiset vahvistinkytkimet.
Nestekideoptinen kytkin valmistetaan luomalla polarisoituja valonsäteen haaroittavia aaltoputkia puolijohdemateriaaliin. Ura syövytetään tietyssä kulmassa aaltojohtojen leikkauskohdassa, ja nestekide ruiskutetaan uraan. Lämmitin on sijoitettu uran alle. Kun uraa ei lämmitetä, valonsäde kulkee suoraan läpi; kuumennettaessa nestekiden sisällä syntyy kuplia, ja sisäisen kokonaisheijastuksen vuoksi valo muuttaa suuntaa ja lähetetään haluttuun aaltoputkeen.
Elektro-optiset ja termo-optiset efektit hyödyntävät ilmiötä, että tiettyjen materiaalien taitekerroin muuttuu jännitteen ja lämpötilan mukaan, mikä mahdollistaa optisten kytkinlaitteiden luomisen.
Semiconductor Optical Amplifier (SOA) -optiset kytkimet saavuttavat kytkentätoiminnon muuttamalla puolijohdeoptisen vahvistimen bias-jännitettä.
Optisten kytkimien pääparametreja ovat aallonpituusalue, lisäyshäviö, optinen paluuhäviö, ylikuuluminen, optinen syöttöteho, polarisaatiosta -riippuva häviö, toistettavuus, kytkentänopeus ja käyttöikä.
Optinen suodatin
Optiset suodattimet ovat aallonpituus{0}}valikoivia laitteita, joilla on tärkeitä sovelluksia kuituoptisissa viestintäjärjestelmissä, kuten suodatuskohina optisissa vahvistimissa, kuten edellisessä osiossa käsiteltiin. Varsinkin WDM-kuituverkoissa, joissa jokaisen vastaanottimen on valittava haluamansa kanava, suodattimista tulee välttämätön komponentti. Suodattimet jaetaan kahteen pääluokkaan: kiinteät suodattimet ja viritettävät suodattimet. Edellinen sallii tietyn aallonpituuden signaalivalon kulkemisen läpi, kun taas jälkimmäinen voi valita dynaamisesti aallonpituuksia tietyn optisen kaistanleveyden sisällä. Optisten suodattimien toiminnot ja luokittelu on esitetty kuvassa.
Käytännöllisen optisen suodattimen siirto-ominaisuudet on esitetty kuvassa. Kiinteän{1}}aallonpituuden optisen suodattimen pääparametrit ovat keskiaallonpituus λ2 ja kaistanleveys Δλ. Näiden lisäksi on myös parametreja, kuten lisäyshäviö ja eristys.
Kuituoptinen ritilä
Fiber Bragg -ritilät hyödyntävät kuidun valmistuksen aikana havaittuja vikoja käyttämällä ultraviolettivalosäteilyä luomaan jaksoittaisen vaihtelun kuidun ytimen taitekerroinjakaumaan. Kuitu-Bragg-hilan suodatusvaikutus on esitetty kuvassa; Bragg-hilan ehdot täyttävät aallonpituudet heijastuvat täysin, kun taas muut aallonpituudet kulkevat läpi, mikä tekee siitä kaikki-kuitulovisuodattimen.
Kuitu-Bragg-ritilöiden valmistamiseksi on kaksi tapaa:
(1) Häiriömenetelmä:Häiriömenetelmässä käytetään kahden -säteen häiriön periaatetta. Ultraviolettisäde jaetaan kahdeksi rinnakkaiseksi säteeksi, jolloin syntyy interferenssikenttä optisen kuidun ulkopuolelle. Säätämällä kahden interferenssivarren pituuksia saadaan tuloksena olevien häiriöhautojen jakso vastaamaan Bragg-kuituhilan valmistuksen vaatimuksia.
(2) Vaihemaskimenetelmä:Vaihemaskimenetelmässä käytetään -esivalmistettua maskia. Kun ultraviolettivalo kulkee vaihemaskin läpi, syntyy interferenssiä, joka muodostaa häiriökentän optisen kuidun lieriömäiselle pinnalle ja kirjoittaa siten hilan kuituun.
