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光開關的應用及原理

發布時間:2018-10-19

簡介:

                        光開關是一種光路轉換器件。在光纖傳輸係統,光開關用於多重監視器,LAN,多光源,探測器和保護以太網的轉換。在光纖測試係統,用於光纖,光纖設備測試和網絡測試,光纖傳感多點監測係統。


微電子機械係統光開關


近幾年發展很快的是微電子機械光開關,它是半導體微細加工技術與微光學和微機械技術相結合,產生的一個新型微機-電-光一體化的的新型開關,是大容量交換光網絡開關發展的主流方向。
MEMS(Micro Electro-Mechanical System)光開關是在矽晶上刻出若幹微小的鏡片,通過靜電力或電磁力的作用,使可以活動的微鏡產生升降、旋轉或移動,從而改變輸入光的傳播方向以實現光路通斷的功能。MEMS光開關較其他光開關具有明顯優勢:開關時間一般在ms數量級;使用了IC製造技術,體積小、集成度高;工作方式與光信號的格式、協議、波長、傳輸方向、偏振方向、調製方式均無關,可以處理任意波長的光信號;同時具備了機械式光開關的低插損、低串擾、低偏振敏感性、高消光比和波導開關的高開關速度、小體積、易於大規模集成的優點。
按功能實現方法,可將MEMS光開關分為光路遮擋型、移動光纖對接型和微鏡反射型。 微鏡反射型MEMS光開關方便集成和控製,易於組成光開關陣列,是MEMS光開關研究的重點,可分為二維MEMS光開關和三維MEMS光開關,並已提出一維MEMS光開關的概念。 所謂2D是指活動微鏡和光纖位於同一平麵上,且活動微鏡在任一給定時刻要麽處於開態,要麽處於關態。在這種方式中,活動微鏡陣列與N根輸入光纖和M根輸出光纖相連。對一個N×N光開關矩陣而言!所需的活動微鏡數為N²。因此!這種方式也稱為N²結構方案


應用場合

光纖環路、自動測量、光纖網絡遠程監控、光路切換、係統監測、實驗室研發、動態配置分插複用、光路監控係統、光環路保護切換試驗、光纖傳感係統、光器件測試與研究

一 1×1、1×2、2×2機械式光開關的應用方案
1、1×1光開關具有使光路通斷的功能,通常用於光路中阻斷光傳輸的作用.
2、1×2光開關具有保護倒換功能,通常用於網絡的故障恢複。當光纖斷裂或其他傳輸故障發生時,利用光開關實現信號迂回路由,從主路由切換到備用路由上。具體實例,如圖一所示:
圖一 1×2光開關保護倒換功能示例圖
3、2×2光開關是光開關係列中最常用的一種,廣泛應用於FDDI、光節點旁路、回路測試傳感係統等方麵,還可以與其他類型的光開關組合起來使用,使開關係統更完善,更靈活。具體實例,如圖二所示(圖二是2×2光開關應用的典型例子,圖中光開關的2路和4路處於旁路狀態,即子環或者工作站不與主光纖環路接通,光開的關1路和3路是插入狀態, 即子環或者工作站與主光纖環路接通)。
圖二 2×2關開關在光網絡中的應用實例
2×2光開關的另一個用法是構建OADM設備核心。OADM是光網絡關鍵設備之一,通常用於城域網和骨幹網。實現OADM光信號上下路的具體方式很多,但大多數情況下都應用了光開關,主要是2×2光開關,來實現對密集波分複用光網絡中光信號的上下路功能。由於光開關的使用,使OADM能動態配置業務,增強了OADM節點的靈活性,同時,使得OADM節點能支持保護倒換,當網絡出現故障時,節點將故障業務切換到備用路由中,增強了網絡的生存能力和網絡的保護和恢複能力。具體實例,如圖三所示:
圖三 2×2關開關在光網絡中的應用實例
二 M×N 機械式光開光的應用方案
1、網絡監視功能:當需要監視網絡時,隻需在遠端監測點將多纖經光開關連接到網絡監視儀器上(如OTDR),當光路需要監測時,利用光開關對每一條光纖進行循環切換,讓光源對每一條光纖進行測試,就可以實現網絡在線監測。光開關在光纜監測項目中主要起到的是跳測的作用,使用簡單的1×N光開關可以將多纖聯係起來。具體實例,如圖四所示:
圖四 1×N光開關在網絡監視係統中的使用
2、光器件的測試:可以將多個待測光器件通過光纖連接,通過1×N光開關,可以通過監測光開關的每個通道信號來測試器件。具體實例,如圖五所示:
圖五 1×N光開關在器件測試係統中的使用
3、構建OXC設備的交換核心:OXC主要應用於骨幹網,對不同子網的業務進行匯聚和交換。因此,需要對不同端口的業務進行交換,同時,光開關的使用使OXC具有動態配置交換業務功能和支持保護倒換功能,在光層支持波長路由的配置和動態選路。由於OXC主要用於高速大容量密集波分複用光骨幹網上,要求光開關具有透明性、高速、大容量和多粒度交換的特點。具體實例,如圖六所示:
圖六 M×N光開關在OXC中的使用



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