一文读懂全光通信中的光开关技术

光纤通信技术的问世和发展给通信业带来了革命性的变革，目前世界大约85％的通信业务经光纤传输，长途干线网和本地中继网也已广泛使用光纤。特别是近几年，以IP为主的Internet业务呈现爆炸性增长，这种增长趋势不仅改变了IP网络层与底层传输网络的关系，而且对整个网络的组网方式、节点设计、管理和控制提出了新的要求。一种智能化网络体系结构——自动交换光网络成为当今系统研究的热点，它的核心节点由光交叉连接设备构成，通过OXC，可实现动态波长选路和对光网络灵活、有效地管理。OXC技术在日益复杂的DWDM网中是关键技术之一，而光开关作为切换光路的功能器件，则是OXC中的关键部分。

光开关矩阵是OXC的核心部分，它可实现动态光路径管理、光网络的故障保护、波长动态分配等功能，对解决目前复杂网络中的波长争用，提高波长重用率，进行网络灵活配置均有重要的意义。随着光传送网向超高速、超大容量的方向发展，网络的生存能力、网络的保护倒换和恢复问题成为网络关键问题，而光开关在光层的保护倒换对业务的保护和恢复起到了更为重要的作用。1 光开关的应用范围光开关是一种具有一个或多个可选择的传输窗口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。光开关基本的形式是2x2：即入端和出端各有两条光纤，可以完成两种连接状态：平行连接和交叉连接，如图1所示。较大型的空分光交换单元可由基本的2x2光开关以及相应的1x2光开关级联、组合构成。

光开关在光网络中起到十分重要的作用，在波分复用传输系统中，光开关可用于波长适配、再生和时钟提取；在光时分复用系统中，光开关可用于解复用；在全光交换系统中，光开关是光交叉连接的关键器件，也是波长变换的重要器件。根据光开关的输入和输出端口数，可分为1×1、1×2、1xN、2x2、2xN、MxN等多种，它们在不同场合中有不同用途。其应用范围主要有：光网络的保护倒换系统、光纤测试中的光源控制、网络性能的实时监控系统、光器件的测试、构建OXC设备的交换核心、光插／分复用、光学测试、光传感系统等。2 主要光开关类型研究依据不同的光开关原理，光开关的实现方法有很多种，如：传统机械光开关、微机械光开关、热光开关、液晶光开关、电光开关和声光开关等。其中传统机械光开关、微机械光开关、热光开关因其各自的特点在不同场合得到广泛应用。2．1 传统机械光开光

目前应用最为广泛的仍是传统的1x2和2x2机械式光开关。传统机械式光开关可通过移动光纤将光直接耦合到输出端，采用棱镜、反射镜切换光路，将光直接送到或反射到输出端。机械式光开关分主要有3种类型：一是采用棱镜切换光路技术，二是采用反射镜切换技术，三是通过移动光纤切换光路。移动棱镜光开关的基本结构如图2所示。光纤与起准直作用的透镜(准直器)相连，并固定不动，通过移动棱镜改变输入、输出端口间的光路。反射镜型光开关工作原理如图3所示。当反射镜未进入光路时，光开关处于直通状态，光纤1进入的光进入光纤4，光纤2进入的光进入光纤3；当反射镜处于两光线的交点位置时，光开关处于交叉状态，光纤1进入的光进入到光纤3，光纤2进入的光进入光纤4从而实现光路的切换。移动光纤型光开关如图4所示，是固定一端的光纤，移动另一端的光纤与固定光纤的不同端口相耦合，实现光路的切换。这类光开关回波损耗低，且受外界环境温度影响大，并没有形成真正意义上的商用化产品。我国国内商用化光开关主要是移动棱镜和反射镜型的。

机械型光开关的优点是插入损耗低(<1 dB)、隔离度高(>45 dB)与波长和偏振无关，制作技术成熟。缺点在于开关动作时间较长(ms量级)，体积偏大，且不易做成大型的光开关矩阵，有时还存在回跳抖动和重复性差的问题。机械型光开关在最近几年得到广泛应用，但随着光网络规模的不断扩大，这种开关难以适应未来高速、大容量光传送网发展的需求。

光无源器件之光开关

光纤通信系统中，需要一些不用电源的光器件，统称为无源光器件，如光纤连接器、光纤耦合器、光衰减器、光隔离器以及光开关等。无源光器件不需要电源的特点不但给施工维护带来诸多方便，而且可以大大降低网络建设成本，所以光通信器件的无源化代表着光通信器件的发展方向。本文主要介绍各类光衰减器的工作原理与技术指标。

一、工作原理及分类

光开关性能参数有多种，如：快切换速度、高隔离度、小插入损耗、对偏振不敏感及可靠性，不同领域对它的要求也各不相同。其种类有保护、切换系统中常用的传统光机械开关，也有这几年飞速发展的新型光开关，如：热光开关、液晶开关、电光开关、声光开关、微光机电系统光开关(MOEMSmicro optic electro mechanical systems)气泡开关等。在超高速光通信领域，还有马赫曾德尔(Maeh-Zehnder)干涉型光开关、线性环路镜(NOLMnonlinear optical fiber loop mirror)光开关等光控开关。

1.机械光开关MEMS

传统机械光开关的工作原理：通过热、静电等动力，旋转微反射镜，将光直接送到或反射到输出端。特点是开关速度比较慢、性价比好，在很多领域有市场前景，但体积大、不易规模集成的缺点限制了其在未来光通信领域的应用。在此基础上，近几年发展很快的是光开关，它是微机电系统和传统光技术相结合的新型开关，特别是具有光信号的数据格式透明、与偏振无关、差损小、速度快、容易集成的优点图（a）给出了一个MEMS开关的原理，（b）给出了相应的实例。

纤亿通产品-纤亿通

2.电光开关

电光效应光开关多由光电晶体材料（如LiNbO3或其他半导体材料）波导材料制成，两条波导通路连接成干涉结构，外加电压可改变波导材料的折射率，从而控制两臂的相位差，利用干涉效应实现了光的通断。它的特点是速度快，但与偏振有关，成本较高。工作原理如图所示。

纤亿通产品-纤亿通

3.热光开关

热光开关，2×2的热光开关是一个MZI干涉仪。通过改变其中一个臂的折射率（受温度的影响）使两臂上光信号之间的相差有所改变，从而使光信号在输入/出两输出端之间通断。MZI可以在硅或聚合物基片上集成，但开关速度和串扰性能不太好。其结构如图所示。

纤亿通产品-纤亿通

4.SOA光开关

SOA光开关利用半导体光放大器，通过改变SOA的偏置电压就可实现开关功能，当偏置减少时，没有粒子数反转，因而吸收光信号，当偏置增加时，放大输入信号，因而当SOA处于吸收和放大态时，通断消光比很大，同时易于集成，开关速度快，但偏振敏感。如图所示给出了一个SOA开关阵列。

纤亿通产品-纤亿通

二、技术指标

光开关是光交换的关键器件，它在光网络中有许多应用场合。光开关的开关速度或称开关时间是一个重要的性能指标，不同的应用场合对开关时间的要求是不一样的，如光通道的设置开关时间为1～10ms，保护倒换的开关时间为1～10μs，分组交换的开关时间为1ns，外调制器的开关时间为10ps量级，除了开关时间外还有一些参数来衡量光开关的性能。

（1）通断消光比。是指光开关处于通（开）状态时输出的光功率和处于断（关）状态时的输出光功率之比。通断消光比越大光开关性能越好，这对外调制器尤为重要，机械开关的通断消光比较大约40～50dB。

（2）插入损耗（简称插损）是指由于光开关的使用导致光路上的能量损耗，常以dB表示，越小越好，当开关处于不同的输入/输出连接状态时，插入损耗有可能不一致即插入损耗的一致性差，这对于实际的应用是不希望的。

（3）串扰，是指某输出端口的功率除了来自希望的输入端口外还有来自不希望的输入端口的功率，二者光功率之比称为串扰。

（4）偏振依赖损耗。由于偏振引起的光功率的损耗。

表中给出了主要的几种光开关的技术参数比较。

纤亿通波分复用器,光模块,光放大器,隔离器,光保护—纤亿通官网拥有专业销售团队及研发团队，是一家国家认可的高新技术企业，专利、商标、软件著作权等企业荣誉共20余项。主营产品涵盖光通信有源及无源产品，包含5G基站产品、OTN设备、光模块（1.25G/10G/25G/40G/100G/200G）、波分复用器、光开关、传输综合平台、光纤放大器、线路保护设备、色散补偿器、光纤收发器等。

官网：波分复用器,光模块,光放大器,隔离器,光保护—纤亿通官网

相关文章：5G网络主力光模块 25G SFP28光模块

一块小小光模块是如何被生产出来的

千兆光模块与交换机搭配使用指南

波分复用器和光模块是如何连接使用？

什么是25/40/100/400 Gb/s光模块？

小器件，作用大！光纤环形器在光纤传输中的应用

光纤1根变40，光纤扩容您不在烦恼！！！

光纤到户解决方案 100G SOA光放大器

相关问答

光电效应中开关作用?

光电开关的定义:此种产品以光源为介质、应用光电效应,当光源受物体遮蔽或发生反射、辐射和遮光导致受光量变化来检测对象的有无、大小和明暗,而向产生接点和无...

什么是PoE供电器?

PoE供电器(PoEinjector)也被称为中跨设备、电源注入器或是PoE适配器,主要通过网线将非PoE交换机和PoE受电设备(PD)相连进行工作。该设备一般适用于需要安装...

光通信原理说光传输是靠光的通断来表示0和1,进而传输数字...

[最佳回答]完全两个概念,光速是光的传输速度,光通信里面的传输速率是指一秒钟内可以传输“0”/“1”信号的数量.实现光的“0”/“1”信号是通过激光器的阀门开...

双开关com接口什么意思?

双开关COM接口是一种计算机硬件接口,用于连接计算机与外部设备之间的通信。COM接口是串行通信接口的一种,双开关表示该接口具有两个开关,可以实现双向通信。CO...

DIP开关是什么?

你好:一、DIP开关是广泛应用于计算机主板的超频、无线通讯、广播电视等设备的调频对码及自动化设备的计算机软件编程和数控设备、仪器仪表(无线遥控、时间继电...

ups开关介绍?

设备上的开关按钮,用于控制UPS的启动和关闭。通过按下开关按钮,可以将UPS从待机状态切换到工作状态,使其提供电力保护功能。在U...UPS开关是指UPS(不间断电...

什么是投射电管?

投射电管指的是产生或放大高频功率的静电控制电子管,有时也称振荡管。用于音频或开关电路中的发射管称调制管。发射管是无线电广播、通信、电视发射设备和工业...

什么是节点光端机?

节点光端机又称总线型光端机,其准确的定义是采用单/双纤链路式组网形式的图像传输系统,也被称为链路式光端机。采用的技术是电信中常用的时分复用技术(TDM)和分...

什么是zigbee开关?

ZigBee是一种无线通讯技术,使用这种技术的开关既是ZigBee开关。ZigBee的由来:ZigBee这种无线技术使用的是IEEE802.15.4协议,根据这个协议规定的技术是一种近...

什么是DALI总线协议?

DALI(DigitalAddressableLightingInterface)总线协议是一种用于控制照明系统的数字通信协议。它由DALI联盟(DALIAlliance)制定并推广,用于连接...