Optiskie slēdžiir galvenie komponenti optiskajā komutācijā, kam ir viens vai vairāki atlasāmi pārraides porti, kas var pārveidot vai veikt loģiskas darbības ar optiskajiem signāliem optiskās pārraides līnijās. Tiem ir plaši pielietojumi optisko šķiedru tīklu sistēmās.
Optiskos slēdžus var iedalīt divās galvenajās kategorijās: mehāniskos un ne{0}}mehāniskos. Mehāniskie optiskie slēdži balstās uz optisko šķiedru vai optisko komponentu kustību, lai mainītu optisko ceļu; Ne-mehāniski optiskie slēdži paļaujas uz elektro-optisko, akustisko-optisko vai termo-optisko efektu, lai mainītu viļņvada refrakcijas indeksu, tādējādi mainot optisko ceļu. Šo divu veidu optisko slēdžu struktūra un darbības principi ir aprakstīti tālāk.
Mehāniskais optiskais slēdzis
Jauni mehānisko optisko slēdžu veidi ir mikro-elektromehānisko sistēmu (MEMS) optiskie slēdži un metāla plānās{1}}plēves optiskie slēdži.
Mikroelektromehānisko sistēmu (MEMS) optiskie slēdži ir izgatavoti uz pusvadītāju substrāta materiāla, radot virkni mikro-spoguļu, kas spēj viegli kustēties un griezties. Šie mikro-spoguļi ir ļoti mazi, aptuveni 140 μm x 150 μm, un virzošā spēka ietekmē tie pārslēdz ieejas optisko signālu uz dažādām izejas šķiedrām. Mikro-spoguļiem pielietotais dzinējspēks tiek ģenerēts, izmantojot termiskos, magnētiskos vai elektrostatiskos efektus. MEMS optiskā slēdža struktūra ir parādīta attēlā.
Kad mikro-spogulis atrodas 1. orientācijā, ieejas gaisma tiek izvadīta caur izejas viļņvadu 1; kad mikro-spogulis ir 2. orientācijā, ieejas gaisma tiek izvadīta caur izejas viļņvadu 2. Mikro-spoguļa rotāciju kontrolē spriegums (100-200V). Šai ierīcei ir mazs izmērs, augsts izzušanas koeficients (izejas optiskās jaudas attiecība ieslēgtā stāvoklī un izejas optiskā jauda izslēgtā stāvoklī), nejutība pret polarizāciju, zemas izmaksas, mērens pārslēgšanas ātrums un ievietošanas zudums, kas mazāks par 1 dB. Metāla plānslāņa optiskā slēdža struktūra ir parādīta 3-40 attēlā. Šāda veida optiskajos slēdžos viļņvada serdes slānis atrodas zem apakšējā apšuvuma, un virs tā atrodas plāna metāla plēve, starp metāla plāno plēvi un viļņvadu atrodas gaiss. Spriegums, kas tiek pielikts starp metāla plāno plēvi un substrātu, rada elektrostatisko spēku uz metāla plāno plēvi. Šī spēka ietekmē metāla plānā plēve virzās uz leju un saskaras ar viļņvadu, mainot viļņvada refrakcijas indeksu un tādējādi mainot optiskā signāla fāzes nobīdi, kas iet caur viļņvadu. Attēlā 3-40c bez sprieguma zelta plānā plēve ir pacelta, un fāzes nobīde abās rokās ir vienāda, tāpēc optiskais signāls tiek izvadīts no 2. porta; ar pieliktu spriegumu metāla plānā plēve saskaras ar viļņvadu, izraisot π fāzes nobīdi šajā plecā, un optiskais signāls tiek izvadīts no 1. porta.
Ne{0}}mehānisks optiskais slēdzis
Ne{0}}mehāniski optiskie slēdži ir tādi veidi kā šķidro kristālu optiskie slēdži, elektro-optisko efektu optiskie slēdži, termo-optisko efektu optiskie slēdži un pusvadītāju optisko pastiprinātāju slēdži.
Šķidro kristālu optiskais slēdzis tiek izgatavots, izveidojot polarizētu gaismas staru atzarojošus viļņvadus uz pusvadītāju materiāla. Viļņvadu krustpunktā noteiktā leņķī ir iegravēta rieva, un rievā tiek ievadīts šķidrais kristāls. Zem rievas ir novietots sildītājs. Kad rieva nav uzkarsēta, gaismas stars iet cauri taisni; karsējot, šķidrajos kristālos veidojas burbuļi, un kopējā iekšējā atstarošanas dēļ gaisma maina virzienu un tiek izvadīta vajadzīgajā viļņvadā.
Elektro-optiskie un termo-optiskie efekti izmanto fenomenu, ka noteiktu materiālu refrakcijas indekss mainās atkarībā no sprieguma un temperatūras, tādējādi ļaujot izveidot optiskās komutācijas ierīces.
Pusvadītāju optiskā pastiprinātāja (SOA) optiskie slēdži nodrošina pārslēgšanas funkcionalitāti, mainot pusvadītāju optiskā pastiprinātāja nobīdes spriegumu.
Galvenie optisko slēdžu parametri ir viļņa garuma diapazons, ievietošanas zudums, optiskās atgriešanas zudums, šķērsruna, optiskā ievades jauda, polarizācijas -atkarīgie zudumi, atkārtojamība, pārslēgšanās ātrums un kalpošanas laiks.
Optiskais filtrs
Optiskie filtri ir viļņa garuma{0}}selektīvas ierīces, kurām ir svarīgi pielietojumi optisko šķiedru sakaru sistēmās, piemēram, trokšņu filtrēšana optiskajos pastiprinātājos, kā aprakstīts iepriekšējā sadaļā. Īpaši WDM optisko šķiedru tīklos, kur katram uztvērējam ir jāizvēlas vajadzīgais kanāls, filtri kļūst par neaizstājamu sastāvdaļu. Filtri ir sadalīti divās galvenajās kategorijās: fiksētie filtri un regulējami filtri. Pirmais ļauj iziet cauri noteikta viļņa garuma signāla gaismai, bet otrais var dinamiski atlasīt viļņu garumus noteiktā optiskā joslas platumā. Optisko filtru funkcijas un klasifikācija ir parādīta attēlā.
Praktiskā optiskā filtra pārraides raksturlielumi ir parādīti attēlā. Fiksēta -viļņa garuma optiskā filtra galvenie parametri ir centrālais viļņa garums λ2 un joslas platums Δλ. Papildus tiem ir arī tādi parametri kā ievietošanas zudums un izolācija.
Optisko šķiedru režģis
Fiber Bragg režģos tiek izmantoti defekti, kas radušies šķiedru ražošanas laikā, izmantojot ultravioletās gaismas apstarošanu, lai radītu periodiskas izmaiņas šķiedras kodola refrakcijas indeksa sadalījumā. Šķiedru Bragg režģa filtrēšanas efekts ir parādīts attēlā; viļņu garumi, kas atbilst Brega režģa nosacījumiem, tiek pilnībā atspoguļoti, savukārt citi viļņu garumi iet cauri, padarot to par visu-šķiedru iecirtumu filtru.
Šķiedru Bragg režģu izgatavošanai ir divas metodes:
(1) Interferences metode:Interferences metode izmanto divu{0}}staru traucējumu principu. Ultravioletās gaismas stars tiek sadalīts divos paralēlos staros, radot traucējumu lauku ārpus optiskās šķiedras. Pielāgojot abu traucējošo sviru garumus, iegūto traucējumu šķautņu periodu var panākt, lai tas atbilstu Bragg šķiedras režģa izgatavošanas prasībām.
(2) Fāzes maskas metode:Fāzes maskas metode izmanto iepriekš-sagatavotu masku. Kad ultravioletā gaisma iziet cauri fāzes maskai, rodas traucējumi, radot traucējumu lauku optiskās šķiedras cilindriskajā virsmā, tādējādi ierakstot režģi šķiedrā.
