光开关的应用及原理
2021-09-22 11:18 armoredoptic
光开关是一种光路转换器件。在光纤传输系统，光开关用于多重监视器，LAN，多光源，探测器和保护以太网的转换。在光纤测试系统，用于光纤，光纤设备测试和网络测试，光纤传感多点监测系统。
微电子机械系统光开关
近几年发展很快的是微电子机械光开关，它是半导体微细加工技术与微光学和微机械技术相结合，产生的一个新型微机-电-光一体化的的新型开关，是大容量交换光网络开关发展的主流方向。
MEMS(Micro Electro-Mechanical System)光开关是在硅晶上刻出若干微小的镜片,通过静电力或电磁力的作用，使可以活动的微镜产生升降、旋转或移动，从而改变输入光的传播方向以实现光路通断的功能。MEMS光开关较其他光开关具有明显优势：开关时间一般在ms数量级；使用了IC制造技术，体积小、集成度高；工作方式与光信号的格式、协议、波长、传输方向、偏振方向、调制方式均无关，可以处理任意波长的光信号；同时具备了机械式光开关的低插损、低串扰、低偏振敏感性、高消光比和波导开关的高开关速度、小体积、易于大规模集成的优点。
按功能实现方法，可将MEMS光开关分为光路遮挡型、移动光纤对接型和微镜反射型。 微镜反射型MEMS光开关方便集成和控制，易于组成光开关阵列，是MEMS光开关研究的重点，可分为二维MEMS光开关和三维MEMS光开关，并已提出一维MEMS光开关的概念。 所谓2D是指活动微镜和光纤位于同一平面上，且活动微镜在任一给定时刻要么处于开态，要么处于关态。在这种方式中，活动微镜阵列与N根输入光纤和M根输出光纤相连。对一个N×N光开关矩阵而言!所需的活动微镜数为N²。因此，这种方式也称为N²结构方案。
应用场合
光纤环路、自动测量、光纤网络远程监控、光路切换、系统监测、实验室研发、动态配置分插复用、光路监控系统、光环路保护切换试验、光纤传感系统、光器件测试与研究
一 1×1、1×2、2×2机械式光开关的应用方案
1、1×1光开关具有使光路通断的功能，通常用于光路中阻断光传输的作用.
2、1×2光开关具有保护倒换功能，通常用于网络的故障恢复。当光纤断裂或其他传输故障发生时，利用光开关实现信号迂回路由，从主路由切换到备用路由上。
3、2×2光开关是光开关系列中最常用的一种，广泛应用于FDDI、光节点旁路、回路测试传感系统等方面，还可以与其他类型的光开关组合起来使用，使开关系统更完善，更灵活。具体实例，如图二所示(图二是2×2光开关应用的典型例子，图中光开关的2路和4路处于旁路状态，即子环或者工作站不与主光纤环路接通，光开的关1路和3路是插入状态, 即子环或者工作站与主光纤环路接通)。
2×2光开关的另一个用法是构建OADM设备核心。OADM是光网络关键设备之一，通常用于城域网和骨干网。实现OADM光信号上下路的具体方式很多，但大多数情况下都应用了光开关，主要是2×2光开关，来实现对密集波分复用光网络中光信号的上下路功能。由于光开关的使用，使OADM能动态配置业务，增强了OADM节点的灵活性，同时，使得OADM节点能支持保护倒换，当网络出现故障时，节点将故障业务切换到备用路由中，增强了网络的生存能力和网络的保护和恢复能力。
二 M×N 机械式光开光的应用方案
1、网络监视功能：当需要监视网络时，只需在远端监测点将多纤经光开关连接到网络监视仪器上(如OTDR)，当光路需要监测时，利用光开关对每一条光纤进行循环切换，让光源对每一条光纤进行测试，就可以实现网络在线监测。光开关在光缆监测项目中主要起到的是跳测的作用，使用简单的1×N光开关可以将多纤联系起来。
2、光器件的测试：可以将多个待测光器件通过光纤连接，通过1×N光开关，可以通过监测光开关的每个通道信号来测试器件。
3、构建OXC设备的交换核心：OXC主要应用于骨干网，对不同子网的业务进行汇聚和交换。因此，需要对不同端口的业务进行交换，同时，光开关的使用使OXC具有动态配置交换业务功能和支持保护倒换功能，在光层支持波长路由的配置和动态选路。由于OXC主要用于高速大容量密集波分复用光骨干网上，要求光开关具有透明性、高速、大容量和多粒度交换的特点。
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