Agilent公司目前已 经制造出32×32和32×16端口光开关子系统,并且可以把这些子系统连接起来组成更大的交换阵列。其开关响应时间小于10ms,可以用于光纤保护倒 换。并且,这种开关对偏振相关损耗和偏振模色散都不敏感;由于器件本身没有可活动部件,因此可靠性很好,可以满足电信应用中时间可靠性要求;同时这种光开 关可以大批量生产。目前供应商有Agilent公司。
液晶(Liquid crystal)光开关是根据其偏振特性来完成交换的。典型的液晶器件包括无源和有源部分,它实现光交换主要由以下步骤来进行：首先把输入光分为两路偏振 光,然后把光输入液晶内,液晶根据是否加电压来改变光的偏振状态：由于电光效应,在液晶上加电压将改变非常光的折射率,从而改变光的偏振状态;最后光射到 无源光器件上,根据光的偏振方向把光输出到预定的输出端口。
液晶光开关理论上的网络重构性可能比较好,但是目前最大端口数为80,因此 液晶被认为更适合用于较小的交换系统中。由于在液晶中光被分成偏振方向不同的两束光,最后把它们合起来,如果两束光的传播路径稍有不同,便会产生插损(对 1×2开关1dB,1×8开关2.5dB）,目前消光比为40～50dB。开关速度方面,可以通过加热液晶来提高速度,但不可避免地使设备功耗增加。另 外,更多的商家开始研究基于液晶的可调光衰减器;由于与偏振相关,也可用于制作偏振模色散(PMD)补偿器。
目前供应商包括Corning、Chorum、Kent Optronics等公司。
热 光技术(Thermal-Optics)主要用来制造小的光开关：如1×2、2×2等,但通过在一块芯片上集成1×2光开关也可以组成较大的交换系统,如 64×64端口。现在主要有两种类型的热光开关,数字光开关(DOS)和干涉式光开关。干涉式光开关结构紧凑,但由于对光波长敏感,需要进行温度控制。数 字光开关性能更稳定,只要加热到一定温度,光开关就保持同样的状态。最简单的器件是1×2开关,叫做Y型分路器。对Y型的一个分支加热时,材料的折射率就 会发生改变,将阻止光沿着这个分支传输。数字光开关可以用硅和高分子聚合物制作;后者功耗小,但插损大。
干涉式光开关主要利用Mach Zehnder干涉原理,也就是利用光的相位特性,光的相位变化与传输距离相关。首先输入光被分成两路,在两根光波导里分别传输,最后合在一起。其中一根 波导被加热来改变波导的折射率,从而改变光传输距离,使得一束光到达时与另一束光不同相,利用干涉原理使合成光束减弱甚至关断。
热光开关阵列还可以和阵列波导光栅(AWG)集成在一起组成光分插复用器。AKZO NOBEL公司早在1991年就已经推出了聚合物数字光开关,目前聚合物热光开关已经进入规模生产。
目前供应商包括NTT Electronics、JDSU、Corning、Alcatel、AKZO NOBEL等公司。
通 过全息(Holograms)反射在晶体内部生成布拉格光栅,当加电时,布拉格光栅把光反射到输出端口,反之,光就直接通过晶体。利用这种技术可以很容易 地组成上千端口的光交换系统。并且它的开关速度非常快,只需几个ns就可以把一个波长交换到另一个波长。由于没有可移动器件,可靠性比较好。根据 Trellis Photonics公司,240×240端口的交换系统的插损低于4dB,端到端的重复性也比较好,但是它的功耗比较大,并且需要高电压供电。
这种技术可以跟三维MEMS技术竞争,但它更适合单个波长的交换。纳秒量级的交换速度可以用于未来的基于报文交换的光路由器中。
目前供应商有Trellis Photonics等公司。
液体光栅(Liquid Gratings)技术是液晶技术和全息技术的综合。液晶微滴置于高分子层面上,然后沉积在硅波导上面。当没有施加电压时,光栅就把一个特定波长的光反射到输出端口,而加上电压时,光栅消失即晶体是全透明的,光信号将直接通过光波导。
根据Digilens公司,这种光开关的响应时间为100ms,插损小于1dB。由于没有移动部分,可靠性比较好。另外功率消耗比较低,典型值为50mW。
目前供应商主要有Digilens.公司。
利用声光效应(Acousto-Optics)制作的光开关,目前最大端口为256×256,由于没有机械的运动部分,所以可靠性好;对1×2开关,插损为2.5dB,开关速度为525ns;但缺点是成本太高,不利于实际应用。
目前供应商有Gooch and Housego、Light Management、Brimcom.等。
随着光联网概念的提出,光开关技术已经成为未来光联网的关键技术。本文综述了目前光开关及其阵列的各种技术研究进展情况,并分析比较了各种技术在制作光开关方面的特点。