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光开关的介绍与使用 - 筱晓上海光子

更新时间：2022-07-26点击次数：3145

光开关是一种具有一个或多个可选的传输端口的光学器件，其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行物理切换或逻辑操作。根据不同的原理，可以分类为机械式光开关、电光开关、MEMS光开关、磁光开关、SOA式开关等，不过最终呈现的形式都是一样的，控制一条光路的开启和关闭。




机械式光开关是比较容易理解的一种系统，通过物体的机械运动实现对光路的开启或关闭。但由于机械运动不可避免的磨损，决定了这种模式的设备寿命不长，容易损坏，同时机械运动的频率上限也十分有限，一般在kHz量级。

MEMS是一个独立的智能系统，可大批量生产，其系统尺寸在几毫米乃至更小，其内部结构一般在微米甚至纳米量级。MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。MEMS光开关通过在硅晶上刻出微小的镜片，并且可以用电磁力控制微镜阵列转动，从而控制光的传输方向，并结合光耦合实现光的开关。

电光开关是基于电光调制原理设计的：利用某些电光晶体，如铌酸锂晶体(LiNb03)、砷化镓晶体(GaAs)和钽酸锂晶体(LiTa03)的电光效应，当把电压加到电光晶体上时，电光晶体的折射率将发生变化，从而作用到通过该晶体的光波特性的变化，实现对光信号的相位、幅度、强度以及偏振状态的调制。

利用电光效应制作的光开关，正是利用电光效应和干涉仪，将相位变化转换为强度变化，同时通过精密控制电压值，使得通过激光的强度正好在极大值和极小值两个位置。它的使用寿命远大于机械式光开关，调制频率可以达到GHz，调制速率在ns级别。我们的电光开关测试系统图如下：





  • 将光开关模块上电，散热系统开始工作；
  • 将1064nm激光从光开关的输入端接入，此时可以观测到正向输出端不通光，反向输出端通光；
  • 光开关模块中有一SMA输入端口，为开关调制信号的输入端，识别TTL电平。输入低电平时，光从反向端口输出，输入高电平时，光从正向端口输出。将其与信号源连接，输入脉冲信号，以视频中的信号为例：频率2MHz、高电平1.6V（输出阻抗50欧）、低电平0V、脉宽100ns；
  • 在正向输出端连接PD采集脉冲光信号，与信号源的信号比较。反向输出端则会得到反相结果；



正向输出信号图







反向输出信号图





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