mems光开关器件（光mems技术及其应用）

本文目录一览：

• 1、为什么mems制作光开关还不成功
• 2、光开关的特性参数含义是什么？
• 3、mems光开关和继电器驱动光开关的区别
• 4、光开关的工作原理 光开关应用范围
• 5、光开关的应用与结构和性能特点
• 6、谁知道光开关的工作原理 光通讯行业的 我们叫Switch

为什么mems制作光开关还不成功

mems制作光开关还不成功是因为：.

1、mems制作光开关的二维光纤阵列采用穿插的封装方式，易造成光纤的折断，并且采用包枣罩层直径更小的腐蚀光纤，更易折断。所以还不成功。

2、mems制作光开关的二维光纤阵列的穿插封装形式，易发生光纤的旋转，难以实现阵列光纤的同方向封装，会增加光开关的耦合损耗，所以还不成功。

3、mems制作光开关需匹配二维mems旋转微镜，会增加凳悔闹mems反射镜的制作工艺难度，所以还不成前兆功。

光开关的特性参数含义是什么？

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。

机械式光开关：插入损耗低；隔离度高；不受偏振和波长影响；开关时间长(ms)，重复性较差。

其它光开关：开关时间短(ms)；体积小；插入损耗大；隔离度低。

光开关的特性参数

1.插入损耗(insertion

loss)

2.回波损耗（return

loss）

从输入端返回的光功率与输入光功率的比值。

3.隔离度

两个相隔离的输出端口光功率的比值。

4.

串扰

输入光功率与从非导通端口输出的光功率的比值。

5.消光比

两个端口处于导通和非导通状态的插入损耗之差。

er＝il－il0

6.开关时间

开关端口从某一初状态转为通渗瞎或者断所需的时间。从在开关上施加或撤去能量的时刻算起。

光开关的工作原理：

1.

机械式光开关

移动光纤式光开关

移动反射镜式光开关

以上两种体积大，难实现集成化的开关网络。近年正大力发展一种集成的微机电系统(mems)开关，在硅片上用微加工技术做出大量可移动的微型镜片构成的开关阵列。

用16

个移动反射镜光开关构成的两组4

4mems开关阵列

2

电光开关

电光开关的原理一般是利用材料的电光效应或电吸收效应，在电场作用下改变材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或偏振等使光强突变或光路转变。

电光开关一般利用泡克耳斯(pockels)效应，即折射率n随光场e而变化的电光效应。折射率变化与光场的变化关系为：

而光波传输距离l相应的相位变化为：

定向耦合型光开关

定向耦合器中两耦合波导光功率周期性相互转换

定向耦合器的开关特性

m-z型干涉仪光开关

波导型m-z干涉仪是一种广泛应用的光开关。它由两个3db耦合器级联而成。

工作原理：

在两个光波导臂的电极上分别加上电压v和-v，各产生相应电场e1和e2。因此波导臂所产生的折射率变化为：

对于对称型m-z干涉仪，l1=l2=l，两臂的相位差为：

令df＝p时的电压为半波电压：

两臂的相位差可以表示为：

设①端输入的电场强度为e1,从③、④端输出的信号的电场强度为e3

、e4,利用耦合器的传输方程，可得

③、④端的透过率为：

不加电压时，v=0，t3=0，t4=1；加半波电压vp时，t3=1,

t4=0，实现了开关作用。偏振强度调制型光开关

由电光相位调制器、起偏器p和检偏器q组成

该功率器件的功率转变比为

3

热光开关

热光开关和羡拦电光开关的结构可以是相同的，但是产生开光效应的机理不同。这里的热光效应是指通过电流加热的方法，使介质的温度变化，导致光在介质传输的折射率和相位发生改变的物理效应。这是率随温度的变化可用以下关系式表示：

4

液晶光开关

液晶光开关工作原理

5

磁光效应光开关

6.声光开关

声光效应是指声波通过材料产生机械应变，引起材料的折射率丛派空周期性变化，形成布拉格光栅，衍射一定波长的输入光的现象。利用声致光栅使光偏转做成光开关。

声光开关工作原理

mems光开关和继电器驱动光开关的区别

传统光开关器件，利用继电器，反射镜，机械对准装置等组装在一起。通过电压控制继电... 相垂直的渣历另外两边上分别设置蔽梁谨有无磁性限位边。本发明所述一种无宏基源驱动MEMS光开关采... 以确保反射状态下光开关的性能。

光开关的工作原理 光开关应用范围

开关我们大家都很熟悉，每天抬头不见低头见在各个角落里，只是不知道大家是否对光开关很熟悉呢，今天就让我们给大家普及一下光开关的知识吧！

什么是光开关

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，探测器和保护乙太网的转换。在光纤测试系统，用于光纤，光纤设备测试和网路测试，光纤传感多点监测系统。

光开关是一种具有一个或多个可选的传输埠的光学器件，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。光开关从制造工艺来分类，可分成机械式，微光机电MEMS系统方式开关和其搜好他方式开关。前两种光开关是目前最成熟，市场应用最多的产品，最后一类可细分为液晶式光开关、电光式光开关、热光式光开关、声光式光开关。

光开关的工作原理

1、机械式光开关移动光纤式光开关移动反射镜式光开关以上两种体积大，难实现集成化的开关网路。近年正大力发展一种集成的微机电系统（MEMS）开关，在矽片闹缺上用微加工技术做出大量可移动的微型镜片构成的开关阵列。用16个移动反射镜光开关构成的两组44MEMS开关阵列

2、电光开关电光开关的原理一般是利用材料的电光效应或电吸收效应，在电场作用下改变材料的折射率和光的相位，再利用光世弯铅的干涉或偏振等使光强突变或光路转变。电光开关一般利用泡克耳斯（Pockels）效应，即折射率n随光场E而变化的电光效应。折射率变化与光场的变化关系为：而光波传输距离L相应的相位变化为：定向耦合型光开关定向耦合器中两耦合波导光功率周期性相互转换定向耦合器的开关特性M－Z型干涉仪光开关波导型M－Z干涉仪是一种广泛应用的光开关。它由两个3dB耦合器级联而成。

光开关应用范围

光开关（OpticalSwitch，OS）是一种具有一个或多个可选择的传输视窗，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，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。

光开关在光网路中起到十分重要的作用，

在波分复用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）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（OpticalTimeDivisionMultiplex，OTDM）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（OpticalCross－connect，OXC）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埠数，可分为1×1、1×2、1×N、2×2、2×N、M×N等多种，它们在不同场合中有不同用途。其应用范围主要有：光网路的保护倒换系统，光纤测试中的光源控制、网路性能的即时监控系统、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。

关于光开关的相关介绍今天就到这里了，希望以上的内容可以说明到大家！

光开关的应用与结构和性能特点

可以说，没有开关就没有通信网络。从第一代电信网络开始，即电话交换系统就采用了大量的开关形成交换单元完成用户间的电路交换。今天，以DWDM为基础的全光网络已称为新一代电信网络研究的热点和发展方向，不同波长的光信号在网络中要实现路由选择必然要使用光开关，光开关时完成交换的核心器件，在目前广泛使用的光网络中具有不可替代的作用。下面我们一起来说说关于光开关的相关知识。

光开关涉及的领域：

1.光网络的保护倒换系统，实际的光缆传输系统中都留有备用光纤，

当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度，光开关将主信号自动转至备用光纤系统传输，从而使接收端能接收到正常信号而感觉不到网路已出了故障，其会将网络节点连成环形以进一步改善网络的生存性。

2.网络性能的实时监控系统，在远端光纤测试点，通过1×N多路光开关把多根光纤接到光时域反射仪上，进行实时网络监控，通过计算机控制光开关倒换顺序和时间，实现对所有光纤的检测，并将检测结果传回网络控制中心，一旦发现某一路出现问题，可在网管中心直接进行处理。

3.光开关还应用在光纤通信器件测试系统以及城域网、接入网的差／分复用和交换设备中。光开关的引入使未来全光网络更具灵活性、智能性、生存性。

光开关技术已经成为未来光联网、光交换的关键技术，在通信、自动控制等领域发挥着越来越重要的作用。

简单介绍几种光开关结构与性能特点：

1.机械式光开关

传统的机械式光开关插入损耗较低（45db)，不受偏振和波长的影响。

多路输入输出光束的机械光开关中的关键单元是具有光路二度对称的复合反射镜。复合反射镜是由几何形状尺寸和光学性能完全形同的两块镜子粘合在一起构成，以粘合面为对称平面，具有二度镜面对称性。对单个复合反射镜的往返运动的控制，可同时改变两路输入输出光路的相互连接状态，实现光路的平行或交叉连接，形成2X2光开关。采用多个复合反射镜和合理的光路布局，可实现更多光路之间的相互连接状态，形成多路输入输出光束无阻塞交换，同时大幅度减少光开关矩阵中的光学元件和相应驱动器数量，具有频带宽广、结构紧凑、体积小的特点。

2.微电子机械光开关（MEMS）

MEMS光开关是一种自由空间微型光开关，

是目前全世界都十分关注的一项新技术，MEMS主要是利用移动光纤或利用微镜反射原理进行光交换的光开关。MEMS是由半导体材料，如Si等组成的微机械结构。MEMS光开关结构紧凑、重量轻、易于扩展，此种光开关同时具有机械光开关和波导光开关的优点，又盯橡茄克服了它们的缺点。MEMS光开关的驱动方式主要有静电驱动、电致伸缩、磁致伸缩、形变记忆合金、光功率驱动、热驱动和光子开关等。其原理是微反射镜和上电极连接在一起，在没有电压输入时，上电极的位置不动，微反射镜处在光通路上，从入射光纤发出的光被微反射镜反射，改变方向后进入到镜面同一侧的出射光纤中，这是开关的反射状态。当上电极和下电极之间有电压输入时， 静电力的作用下，上电极带动微反射镜移开光通路，入射光沿直线传播进入前方的出射光纤，这是开关的直通状态。作为一种全光开关，由如则于具有可移动的反射表面或反射镜、可通过施加电或热变化方法改变其反射角，光波长对准反射面按指令让光子通过，或把光信号分流到另一个端口。

3.波导型光开关

波导型光开关是近年来发展起来的一种光开关，它采用波导结构。波导型光开关同样利用电光、声光、热光、磁光效应来进行控制。最一般的介质波导是平板波导结构，它由衬底、薄膜层和覆盖层组成。平面波导型开关主凯察要有两种，热光型和全内反射型。热光型开关，是利用Si波导的热感应折射率变化原理制作的，

其M-Z干设计是由两个3db定向耦合器和两个波导臂组成，臂上还有一个用作热光移相器的薄膜加热器。其工作原理是未受热时这种单元结构处于分叉态，当对热光移相器加热时，开关为条形状，完成开关功能。全内反射型开关的原理是利用在交叉波导中制作的槽里内反射，实现大型的广播电路开关。

4.液晶光开关

液晶光开关是根据其偏振特性来完成交换的，其工作状态时基于对偏振的控制，工作时，一路偏振光被反射。而另一路可以通过。

5.热光效应开关

热光技术主要用来制作小的光开关。现在主要有两种类型的热光开关，数字型光开关和干涉型光开关。干涉型光开关具有结构紧凑的优点，缺点是对波长敏感，因此，通常需要进行温度控制。它们都是在介质材料上先做上波导结构，通过改变波导折射率实现光的开关动作。

6.声光开关

在声光开关结构中，控制信号采用声波，主要作用是用来控制光线的偏转。声光开关的交换速度从500ns到10us。由于在声光开关中没有课移动的部分，因此，1x2声光开关的可靠性比较高。

7.磁光开关

磁光开关的原理是利用法拉第旋光效应，通过外加磁场的变化来改变磁光晶体对入射偏振光偏振面的作用，从而达到切换光路的作用。相对于传统的机械式光开关，慈光开关具有开关速度快、稳定性高等优势，而相对于其他的非机械式光开关，它又具有驱动电压低、串扰小等优点，因此，磁光开关将是一种具有竞争力的光开关。

以上就是我对光开关相关知识的详细介绍，希望对你有帮助，想了解更多相关知识可以到资讯看看。

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因此，通常需要进行温度控制。它们都是在介质材料上先做上波导结构，通过改变波导折射率实现光的开关动作。

6.声光开关

在声光开关结构中，控制信号采用声波，主要作用是用来控制光线的偏转。声光开关的交换速度从500ns到10us。由于在声光开关中没有课移动的部分，因此，1x2声光开关的可靠性比较高。

7.磁光开关

磁光开关的原理是利用法拉第旋光效应，通过外加磁场的变化来改变磁光晶体对入射偏振光偏振面的作用，从而达到切换光路的作用。相对于传统的机械式光开关，慈光开关具有开关速度快、稳定性高等优势，而相对于其他的非机械式光开关，它又具有驱动电压低、串扰小等优点，因此，磁光开关将是一种具有竞争力的光开关。

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谁知道光开关的工作原理 光通讯行业的 我们叫Switch

光开关是较为重要的光无源器件，在光网络系统中可对光信号进行通断和切换。光开关在光分/插复用(OADM)、时分复用（TDM）、波分复用（WDM）中有着广泛的应用。光开关以其高速度、高稳定性、低串扰等优势成为各大通信公司和研究单位的研究重点。光开关有着广阔的市场前景，是最具发展潜力的光无源器件之一。

一、光开关与全光网络

近几年，随着远程通信和计算机通信的飞速发展，特别是Internet/Intranet业务的爆炸式崛起，传统的基于电子领域的传输系统已难以满足日益增加的业务需要。密集波分复用（DWDM）技术利用单模光纤的低损耗窗口，在一根光纤中同时传输多路波长载波，并采用掺铒光纤放大器（EDFA）来取代传统的光电中继系统。不但在不增加光纤的基础上使容量成倍增加，还摆脱了由于光电转换过程中“电子瓶颈”所带来的单根光纤传输速率制约。因而被认为是提高光纤通信容量的一种有效途径，如图1所示。

从图2中我们看到，光交叉连接器（OXC）和光上/下路复用器（OADM）是全光网络的关键。OADM和OXC可以管理任意波长的信号，从而更充分地利用带宽。而且，环状网络拓扑结构增强了WDM设备的可靠性以及数据的生存性。

光交叉连接矩阵是OXC的核心，它要求无阻塞、低延迟、宽带和高可靠性，并且要具有单向、双向慎粗和广播形式的功能，如图3所示。而光开关又是光交换和光互连中最基本的器件，它的性能、价格将直接影响到OXC系统的商用化进程。

二、光开关概述

目前，在光传送网中各种不同交换原理和实宽此镇现技术的光开关被广泛地提出。不同原理和技术的光开关具有不同的特性，适用于不同的场合。依据不同的光开关原理，光开关可分为：机械光开关、磁光开关、热光开关、电光开关和声光开关。依据光开关的交换介质来分，光开关可分为：自由空间交换光开关和波导交换光开关。

机械式光开关：机械式光开关发展已比较成熟，可分为移动光纤、移动套管、移动准直器、移动反光镜、移动棱镜和移动耦合器。传统的机械式光开关插入损耗较低（≤2dB）；隔离度高（45dB）；不受偏振和波长的影响。其缺陷在于开关时间较长，一般为毫秒量级，有时还存在回跳抖动和重复性较差的问题。另外其体积较大，不易做成大型的光开关矩阵。机械式光开关，已经做成产品，在国内市场上主要有康顺公司生产的1×2，1×4，2×2机械式光开关，国外的主要有E-TEK,JDS,Dicon,Lightech,Oplink等公司的产品。

微电子机械光开关（MEMS）：MEMS是由半导体材料，如Si等，构成的微机械结构。它将电、机械和光集成为一块芯片，能透明地传送不同速率、不同协议的业务。MEMS已广泛应用在工业领域。MEMS器件的结构很像IC的结构，它的基本原理就是通过静电的作用使可以活动的微镜面发生转动。从而改变输入光的传播方向。MEMS既有机械光开关的低损耗、低串扰、低偏振敏感性和高消光比的优点，又有波导开关的高开关速度、小体积、易于大规模集成等优点。基于MEMS光开关交换技术的解决方案已广泛应用于骨干网或大型交换网。

液晶光开关：液晶光开关的工作状态基于对偏振的控制：一路偏振光被反射，而另一路可以通过。典型的液晶器件将包括无源和有源两部分。无源部分，如分路器将入射光分为两路偏振光。根据是否使用电压，有源部分或者改变入射光的偏振态或者不加改变。由于电光效应，在液晶上施加电压将改变非常光的折射率，从而改变非常光的偏振状态，本来平行光经过在液晶中的传输会变成垂直光。液晶的电光系数很高，是铌酸锂的几百万倍，使液晶成为最有效的光电材料。电控液晶光开关的交换速度可达亚微秒级，未来将可以达到纳秒级。

热光效应开关：热光技术一般用于制作小型光开关。典型的如1×1、1×2、2×2等，更大的光开关可由1×2光开关元件在同一晶片上集成。热光开关主要有两种基本类型：数字型光开关（DOS：Digital optical switches）和干涉型光开关(Interferometric switches)。干涉型光开关具有结构紧凑的优点，缺点是对波长敏感。因此，通常需要进行温度控制。它们都是在介质材料，如玻璃或硅基片上，先做上波导结构，然后，在波导上蒸镀金属薄膜加热器，金属薄膜通电发热，导致其下面的波导的折射率发扒拿生变化，从而实现光的开关动作。

声光开关：在这种开关中，声波用来控制光线的偏转。交换速度从500ns到10us。由于没有移动部分，可靠性较高。1×2光开关损耗低于2.5db。LMGR公司声称其光纤线性声光开关没有机械部分，使用电和计算机控制声光偏转装置，能在几个微秒内将输入信号送到输出端，转向器可以任意转向。Brimrose公司也开发了自己的声光开关，其1×2光开关的交换速度是525ns，相对损耗为2.5db。

波导型光开关：波导型光开关是最近发展的光开关，采用波导结构。它同样利用电光、声光、热光、磁光效应。最一般的介质波导是平板波导结构，它由衬底、薄膜层和覆盖层组成。衬底、薄膜层以及覆盖层底折射率分别为ns、nf、n c ，光在薄膜层中传播的条件，必须满足nf ns n c。由于其体积小，可用于大规模的OXC中。

磁光开关：磁光开关原理是利用法拉第旋光效应，通过外加磁场的改变来改变磁光晶体对入射偏振光偏振面的作用，从而达到切换光路的效果。相对于传统的机械式光开关，它具有开关速度快，稳定性高等优势，而相对于其他的非机械式光开关，它又具有驱动电压低、串扰小等优势，可以预见在不久的将来，磁光开关将是一种极具竞争力的光开关。

三、国内外的研究情况

目前国内各光学器件生产厂家都还没有磁光开关的成品上市，国外有很多公司已经研制出或者正处于研发阶段，目前在这方面处于领先地位的外国公司有：Primanex、agiltron等。

下面简单介绍一下这两个公司磁光开关的性能指标

Primanex公司2×2磁光开关的性能参数见下表：

1、光学特性参数：

2、电学特性参数：

表2 Primanex公司2×2磁光开关成品机电学能参数

3、设备外观布局：

图4 Primanex公司2×2磁光开关成品结构布局

Agiltron公司1×2磁光开关性能参数见下表

1、 光学特性参数：

2、电学特性参数：

四、光开关在通信市场的潜力

世界市场光开关的需求量在九十年代初、中期增长缓慢，只有数十万件。但在九十年代后期，随着全光网络的兴起、发展，经济信息化过程的加快，特别是全球范围光交换机及其交换矩阵系统市场需求猛增，系统设备销售2006年将增长至32亿美元，对光开关的需求也将会急剧上升。根据日本光通信行业的预测，九十年代末世界光开关年需求量近百万件。近期外刊报道，北美九十年代末光开关的需求量为数十万件。据统计，世界光开关年销售增长率已达到13%。光开关在国内光无源器件市场所占份额较小，随着全光通信网络系统的开发、应用，国内市场需求量将会大幅度增长。对于国内厂商而言，是难得的机遇，更是巨大的挑战。下图为专业机构对光开关市场所作的预测。

图5. 北美2000～2004年光开关市场预测

图6. 2000~2004年光开关容量需求

五.结束语

可以看出，随着DWDM系统市场的增长，光开关等无源器件市场也将迅速发展。而且更重要的是，光开关相对于光隔离器、环形器等器件而言，它的产品还不是很成熟，国外著名的器件生产商如 JDS Uniphase、Oplink也还处在研发阶段，如果我们从现阶段就开始介入这方面的研究和产品开发，将可确保中国通信行业在光通信器件方面处在比较有利的位置，便于其的发展。

随着光通讯的迅猛发展，全光网络离我们越来越近。这也使得应用于光网络中的各种光无源器件越来越受到重视。光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口，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。它可用于光纤通讯系统、光纤网络系统，光纤测量系统或仪器以及光纤传感系统，起到开关切换作用，对于光纤通讯网络具有重要的科学意义和实用价值。

关键词：开关器件 mems光开关器件 继电器 开关和继电器