Mechanischer optischer Schalter & MEMS optischer Schalter - Wissen

In optischen Glasfaser-Kommunikationssystemen wird Optical Switch (OS) hauptsächlich zur physikalischen Schaltung optischer Signale oder anderer logischer Operationen in optischen Pfaden verwendet und wird häufig als Schlüsselgerät zum Schalten optischer Pfade in der optischen Kreuzverbindungstechnologie verwendet.

Optische Switches verfügen über ein oder mehrere optionale Übertragungs-Windows und können in 2×2,1×N- und M×N-Portkonfigurationen unterteilt werden. Optische Schalter sind weit verbreitet in Glasfaser-Kommunikationssystemen verwendet, und ihre Realisierungstechnologien sind vielfältig. Mechanischer optischer Schalter und MEMS-Optikschalter sind zwei Arten von optischen Schaltern, die derzeit weit verbreitet sind.

Mechanischer optischer Schalter

Mechanische optische Schalter arbeiten durch physikalisch bewegte optische Fasern mittels mechanischer Vorrichtungen, um optische Signale umzuleiten. Mittels eines beweglichen Prismas oder eines Richtungskopplers wird das Eingangslicht auf den gewünschten Ausgangsanschluss gerichtet. Es gibt drei Haupttypen von mechanischen optischen Schaltern: Prismenschaltung, Spiegelschaltung und mobile optische Faserschaltung.

Mechanical optical switch

Optischer Schalter MEMS

Der optische MeMS-Schalter basiert auf dem mikroelektromechanischen System. Es nimmt optische Mikrospiegel oder optische Mikroskop-Array, um die Ausbreitungsrichtung des Lichtstrahls zu ändern, um den Schalter des optischen Pfades zu realisieren. Das Prinzip des optischen MEMS-Schalters ist sehr einfach. Bei der Durchführung des optischen Austauschs kann das Eingangslicht auf verschiedene Ausgangsenden des optischen Schalters geschaltet werden, indem der Winkel des MEMS-Mikrospiegels durch elektrostatische oder magnetische Leistung angetrieben wird, um das Ein- und Ausschalten des optischen Pfades zu realisieren. Sein schematisches Diagramm ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

MEMS optical switch operating principle

Das Prinzip des optischen 2×2-Portschalters auf Basis der MEMS-Technologie ist in der Abbildung dargestellt. Vier optische Wellenleiter werden in vier Richtungen eingestellt, und ein vertikaler MEMS-Mikrospiegel wird in einem 45°-Winkel eingestellt. Wenn der Mikrospiegel nicht am optischen Pfad beteiligt ist, werden die Strahlen von Waveguide 1 und 2 an Wellenleiter 3 bzw. 4 gekoppelt, und die Portverbindungszustände sind 1→3 und 2→4, die der gerade Zustand sind. Wenn der Mikrospiegel in den optischen Pfad eingeführt wird, werden die Lichtstrahlen von Waveguide 1 und 2 vom Mikrospiegel reflektiert und an die Ports 4 bzw. 3 gekoppelt. Die Verbindungszustände der Ports sind 1→4 und 2→3, die Querzustände sind.

MEMS optical switch

Arbeitsprinzip des 2×2 Port MEMS optischen Schalters, linke Figur: gerader Zustand, rechte Figur: Querzustand

Mechanischer optischer Schalter & Vergleich von Vor- und Nachteilen des optischen MEMS-Schalters

Vergleich von Vor- und Nachteilen

Vorteile

Nachteile

Mechanischer optischer Schalter

Geringer Einfügeverlust;

Isolationsgrad ist hoch;

Es ist unabhängig von Wellenlänge und Polarisation;

Der Produktionsprozess und die Technologie sind ausgereift

Die Schaltzeit ist lang;

Großes Volumen ist nicht förderlich für eine große optische Schaltmatrix

Optischer Schalter MEMS

Kleines Volumen, hohe Integration;

Hohe Skalierbarkeit;

Geringer Polarisationsverlust;

Schnelle Schaltgeschwindigkeit

Die hohen Kosten;

Produktionsprozess und technische Anforderungen sind hoch

Mit der rasanten Entwicklung der optischen Kommunikation wird die Rolle der optischen Vernetzung und des optischen Austauschs als optische Netzwerkknoten immer wichtiger, und der Einsatz optischer Schalter wird immer umfangreicher. Der optische Schalter MEMS bietet die Vorteile einer kompakten, schnellen Schaltgeschwindigkeit und einfachen Ausdehnung und hat die Vorteile eines geringen Einsteckverlustes, einer geringen Kreuztabelle; geringe Polarisationsempfindlichkeit, hohes Aussterbeverhältnis und Wellenleiterschalter mit hoher Schaltgeschwindigkeit, geringem Volumen und einfacher großflächiger Integration. Es wird der Haupttrend bei der Entwicklung von optischen Netzschaltern mit großer Kapazität sein.