Công tắc quanglà các thành phần chính trong chuyển mạch quang, sở hữu một hoặc nhiều cổng truyền dẫn có thể lựa chọn, có thể chuyển đổi hoặc thực hiện các thao tác logic trên tín hiệu quang trong đường truyền quang. Chúng có ứng dụng rộng rãi trong hệ thống mạng cáp quang.
Công tắc quang có thể được chia thành hai loại chính: cơ khí và phi cơ khí. Công tắc quang cơ học dựa vào chuyển động của sợi quang hoặc các thành phần quang để thay đổi đường quang; các công tắc quang không{2}}cơ học dựa vào các hiệu ứng quang điện-, âm thanh-hoặc nhiệt-để thay đổi chỉ số khúc xạ của ống dẫn sóng, từ đó làm thay đổi đường quang. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của hai loại công tắc quang này được mô tả dưới đây.
Công tắc quang cơ học
Các loại công tắc quang cơ học mới bao gồm công tắc quang của hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) và công tắc quang màng mỏng kim loại-.
Công tắc quang của Hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) được chế tạo trên vật liệu nền bán dẫn, tạo ra một dãy gương vi mô-có khả năng chuyển động và xoay theo từng phút. Những chiếc gương vi mô- này rất nhỏ, khoảng 140 μm x 150 μm và dưới tác động của một lực truyền động, chúng chuyển tín hiệu quang đầu vào sang các sợi đầu ra khác nhau. Lực truyền động tác dụng lên gương vi-được tạo ra bằng các hiệu ứng nhiệt, từ hoặc tĩnh điện. Cấu trúc của một công tắc quang MEMS được thể hiện trong hình.
Khi gương vi-ở hướng 1, ánh sáng đầu vào được phát ra qua ống dẫn sóng đầu ra 1; khi gương vi-ở hướng 2, ánh sáng đầu vào được phát ra thông qua ống dẫn sóng đầu ra 2. Vòng quay của gương vi-được điều khiển bằng điện áp (100-200V). Thiết bị này có kích thước nhỏ, tỷ lệ tắt cao (tỷ lệ công suất quang đầu ra ở trạng thái bật{10}}với công suất quang đầu ra ở trạng thái tắt{13}}), không nhạy cảm với sự phân cực, chi phí thấp, tốc độ chuyển đổi vừa phải và suy hao chèn dưới 1 dB. Cấu trúc của một công tắc quang màng mỏng kim loại được thể hiện trong Hình 3-40. Trong loại công tắc quang này, lớp lõi ống dẫn sóng nằm bên dưới lớp vỏ phía dưới và một màng mỏng kim loại ở phía trên nó, có không khí giữa màng mỏng kim loại và ống dẫn sóng. Một điện áp đặt giữa màng mỏng kim loại và chất nền sẽ tạo ra lực tĩnh điện lên màng mỏng kim loại. Dưới lực này, màng mỏng kim loại di chuyển xuống dưới và tiếp xúc với ống dẫn sóng, làm thay đổi chiết suất của ống dẫn sóng và do đó làm thay đổi độ lệch pha của tín hiệu quang truyền qua ống dẫn sóng. Trong hình 3-40c, khi không có điện áp, màng mỏng vàng được nâng lên và độ lệch pha ở cả hai nhánh là như nhau nên tín hiệu quang được phát ra từ cổng 2; khi có điện áp đặt vào, màng mỏng kim loại tiếp xúc với ống dẫn sóng, gây ra sự dịch pha π trong nhánh đó và tín hiệu quang được phát ra từ cổng 1.
Công tắc quang học phi cơ học
Công tắc quang phi cơ học bao gồm các loại như công tắc quang tinh thể lỏng, công tắc quang hiệu ứng quang điện,{2}}công tắc quang hiệu ứng nhiệt và công tắc khuếch đại quang bán dẫn.
Một công tắc quang tinh thể lỏng được chế tạo bằng cách tạo ra các ống dẫn sóng phân nhánh chùm ánh sáng phân cực trên vật liệu bán dẫn. Một rãnh được khắc ở một góc cụ thể tại giao điểm của các ống dẫn sóng và tinh thể lỏng được bơm vào rãnh. Một lò sưởi được đặt bên dưới rãnh. Khi rãnh không được làm nóng, chùm ánh sáng truyền thẳng qua; khi bị nung nóng, bong bóng được tạo ra bên trong tinh thể lỏng và do phản xạ toàn phần bên trong, ánh sáng sẽ thay đổi hướng và đi vào ống dẫn sóng mong muốn.
Hiệu ứng quang điện{0}}và nhiệt{1}}sử dụng hiện tượng chiết suất của một số vật liệu nhất định thay đổi theo điện áp và nhiệt độ, từ đó cho phép tạo ra các thiết bị chuyển mạch quang học.
Công tắc quang của bộ khuếch đại quang bán dẫn (SOA) đạt được chức năng chuyển mạch bằng cách thay đổi điện áp phân cực của bộ khuếch đại quang bán dẫn.
Các thông số chính của công tắc quang bao gồm phạm vi bước sóng, suy hao chèn, suy hao phản hồi quang, nhiễu xuyên âm, công suất đầu vào quang, suy hao phụ thuộc{0}}phân cực, độ lặp lại, tốc độ chuyển mạch và tuổi thọ.
Bộ lọc quang học
Bộ lọc quang là thiết bị chọn lọc bước sóng-có ứng dụng quan trọng trong hệ thống truyền thông sợi quang, chẳng hạn như lọc nhiễu trong bộ khuếch đại quang như đã thảo luận trong phần trước. Đặc biệt trong mạng cáp quang WDM, nơi mỗi máy thu phải chọn kênh cần thiết, các bộ lọc trở thành thành phần không thể thiếu. Bộ lọc được chia thành hai loại chính: bộ lọc cố định và bộ lọc có thể điều chỉnh. Cái trước cho phép ánh sáng tín hiệu có bước sóng cụ thể đi qua, trong khi cái trước có thể tự động chọn các bước sóng trong một băng thông quang nhất định. Chức năng và phân loại của bộ lọc quang học được thể hiện trong hình.
Các đặc tính truyền của bộ lọc quang thực tế được thể hiện trong hình. Các thông số chính của bộ lọc quang có bước sóng-cố định là bước sóng trung tâm λ2 và băng thông Δλ. Ngoài những điều này, còn có các tham số như mất chèn và cách ly.
Lưới sợi quang
Cách tử sợi Bragg tận dụng các khuyết tật phát sinh trong quá trình sản xuất sợi, sử dụng bức xạ tia cực tím để tạo ra sự biến đổi định kỳ trong phân bố chiết suất của lõi sợi. Hiệu ứng lọc của cách tử Bragg sợi được thể hiện trong hình; các bước sóng thỏa mãn điều kiện cách tử Bragg bị phản xạ hoàn toàn, trong khi các bước sóng khác đi qua, khiến nó trở thành một bộ lọc khía toàn sợi quang.
Có hai phương pháp chế tạo lưới Bragg sợi:
(1) Phương pháp can thiệp:Phương pháp giao thoa sử dụng nguyên lý giao thoa hai{0}}chùm tia. Một chùm tia cực tím bị tách thành hai chùm tia song song, tạo ra trường giao thoa bên ngoài sợi quang. Bằng cách điều chỉnh độ dài của hai nhánh giao thoa, chu kỳ của các vân giao thoa thu được có thể được thực hiện để đáp ứng các yêu cầu chế tạo cách tử Bragg sợi.
(2) Phương pháp mặt nạ pha:Phương pháp mặt nạ pha sử dụng mặt nạ được chế tạo sẵn. Khi ánh sáng cực tím đi qua mặt nạ pha, hiện tượng giao thoa xảy ra, tạo ra trường giao thoa trên bề mặt hình trụ của sợi quang, do đó ghi cách tử vào sợi quang.
