晶体光学器件开关（晶体光源技术）

本文目录一览：

• 1、晶体管作为开关时的工作原理
• 2、Q开关的结构原理
• 3、晶体管开关怎么实现？来图？
• 4、谁知道光开关的工作原理 光通讯行业的 我们叫Switch
• 5、晶体管的开关作用是

晶体管作为开关时的工作原理

原理：

输入级和输出级都采用晶体管的逻辑电路，叫做晶体管－晶体管逻辑电路，书刊和实用中都简称为TTL电路，它属于半导体集成电路的一种，其中用得最普遍的升运是TTL与非门。TTL与非门是将若干个晶体管和电阻元件组成的电路系统集中制造在一块很小的硅片上，封装成一个独立的元件。

开关作用

控制大功率

现在的功率晶体管能控制数百千瓦的功率，使用功率晶体管作为开关有很多优点，主要是；

(1)容易关断，所需要的辅助元器件少，

(2)开关迅速，能在很高的频率下工作，

(3)可得到的器件耐压范围从100V到700V，应有尽有．

几年前，晶体管的开关能力还小于10kW。目前，它已能控制高达数百千瓦的功吵启梁率。这主要归功于物理学家、技术人员和电路设计人员的共同努力，改进了功率晶体管的性能。如

(1)开关晶体管有效芯片面积的增加，

(2)技术上的简化，

(3)晶体管的复合——达林顿，

(4)用于大功率开关的基极驱动技术的进步。、

直接工作在整流380V市电上的晶体管功率开关

晶体管复合旁码(达林顿)和并联都是有效地增加晶体管开关能力的方法。

在这样的大功率电路中，存在的主要问题是布线。很高的开关速度能在很短的连接线上产生相当高的干扰电压。

简单和优化的基极驱动造就的高性能

今日的基极驱动电路不仅驱动功率晶体管，还保护功率晶体管，称之为“非集中保护” (和集中保护对照)。集成驱动电路的功能包括：

(1)开通和关断功率开关；

(2)监控辅助电源电压；

(3)限制最大和最小脉冲宽度；

(4)热保护；

(5)监控开关的饱和压降。

Q开关的结构原理

Q开关的组成：

Q开关元件主要岩让由石英晶体，压电换能器，阻抗匹配元件，射频插头和壳体组成。

Q开关控制激光的原理：

Q开关是激光光学系统中一个重要光学元件，它通过阻断和不阻断光的反射通道来抑制和产生激光脉冲。不给压电换能器施加射频信号时，石英晶体保持其原有的常规折射率，由激光棒发射出来的平行光透过石英晶体，经后反光镜发射再穿过石英晶体，返回激光棒。

一旦给压电换能器施加射频信号，压电换能器立即在石英体内产生超声波。

超声波压迫石英晶体使它的折射率发生变化，透过石英晶体的光线发生折射而偏离后反光镜，使得没有光线返回激光棒。由于激光光线返回激光棒是乎枣灶激发激光的必要条件，所以产生激光的进程停止，因此给压电换能器施加和撤除射频信号，是关掉和释放激光的重岁扮要控制手段

晶体管开关怎么实现？来图？

首先晶体管分为npn管和PNp管。无论是N管还是P管，他们都是通过对斗谈积极的高低电平的注入，来使得集电极和射极的通断从而实现晶体管的开关功能的。一般来说。如果是N管，只需要通过积极的高电平注入即可使空桥碰射极和极电极的之间进行联通。当然如果是P管的话，那么则需要对积极注入低电平来实现，射级和消族集电极的连通控制。

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。

晶体管的开关作用是

晶闸圆扮管（Thyristor）是晶体闸流管的简称，橘绝灶又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅；1957年美国通用电器公司开发出世界上第一款晶闸管产品，并于1958年将其商业化；晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极; 晶闸管具有硅整流器宏贺件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。

定义

晶闸管工作条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示（旧标准中用字母“SCR”表示）。

工作原理

晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。

晶闸管的工作条件：

1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于关断状态。

2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。

3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。

4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。

关键词：晶体光学器件开关 电阻 的连接线 连接线