Оптический коммутатор является одним из основных устройств для реализации таких функций, как оптическое перекрестное соединение, оптическое мультиплексирование ввода/вывода, мониторинг сети и защита оптических линий. Он преобразует оптические сигналы из одного оптического канала в другой в определенном диапазоне с одним или несколькими выбираемыми окнами передачи.

Что такое оптический переключатель MEMS

В зависимости от технологии переключения существуют различные типы оптических переключателей, в том числе механические оптические переключатели, термооптические переключатели, акустооптические переключатели, магнитооптические переключатели, жидкокристаллические оптические переключатели, оптические переключатели MEMS и т. д. Традиционные переключатели с электричеством в качестве Базовые технологии постепенно отстают от спроса на высокоскоростную оптическую связь большой емкости, что привело к появлению на рынке полностью оптических коммутаторов. Среди них широко используются оптические переключатели MEMS, отличающиеся компактными размерами, низким энергопотреблением и хорошей расширяемостью.

Принципы работы оптических переключателей MEMS

MEMS (микроэлектромеханическая система) — это микроустройство или система, объединяющая микромашины, микроприводы, схемы обработки сигналов и управления и т. д. Микромеханические структуры изготавливаются методами фотолитографии, ионно-лучевого травления, химического травления, соединение пластин и т. д., в то время как на механической конструкции подготавливаются электроды для электронного управления.

MEMS — это микромоторная система, которой необходимо управлять электроникой после подготовки микромеханической структуры. Типичные движущие механизмы включают электростатическое притяжение, электромагнитную силу, электрострикцию и термопару. Среди всех приводных механизмов МЭМС-устройств широко используется электростатическая гравитационная структура благодаря простоте изготовления, легкому управлению и малому энергопотреблению.

Оптический переключатель MEMS предназначен для гравировки нескольких крошечных линз на кристалле кремния и вращения массива микрозеркал под действием электростатической силы или электромагнитной силы, чтобы изменить направление распространения входного света для реализации функции оптического пути. включить и выключить.
Вообще говоря, оптические переключатели MEMS можно разделить на два типа в зависимости от пространственной структуры, а именно 2D-переключатель и 3D-переключатель.

Оптический переключатель 2D MEMS

Пространственное вращающееся зеркало оптического переключателя 2D MEMS является монолитным на кремниевой подложке с использованием технологии поверхностного микромеханического производства, а коллимационный свет подключается к указанному выходному терминалу посредством управления вращением микрозеркала. Когда микрозеркало горизонтально, луч света может проходить над микрозеркалом. Когда микрозеркало вращается перпендикулярно кремниевой подложке, оно отражает световой луч, падающий на его поверхность, так что световой луч может выходить из соответствующего выходного порта микрозеркала.

Оптический переключатель 3D MEMS

В оптических переключателях 3D MEMS микрозеркало может вращаться под любым углом по двум осям, поэтому оно может изменять выход светового пятна под разными углами. Эти матрицы обычно идут парами: входной свет, попадающий на зеркало первого массива, отражается от зеркала второго массива, а затем отражается на выходной порт.

Структура оптических переключателей MEMS

Оптический коммутатор представляет собой многопортовое оптическое устройство с общей конфигурацией портов, например 2×2, 1×N, N×N. Среди них оптические переключатели N×N также называются переключателями OXC (оптическое перекрестное соединение). Оптический переключатель 1×N MEMS включает в себя микрозеркало MEMS, коллимирующую линзу и многоволоконный пигтейл. МЭМС-микрозеркало обычно монтируется на держатель ТО, а затем коллимирующая линза и основание ТО собираются в сборный узел с помощью крышки ТО. Наконец, многоволоконные пигтейлы выравниваются и крепятся к вышеуказанному узлу при активном вводе в эксплуатацию.

Оптические переключатели MEMS VS. Механические оптические переключатели

Механические оптические переключатели работают за счет физического перемещения оптических волокон с помощью механических устройств для перенаправления оптических сигналов. Перемещая призму или направленный ответвитель, входной свет направляется на необходимый выходной порт. В основном существует три типа механических оптических переключателей: первый предназначен для переключения оптического пути с использованием призменной технологии, второй — для переключения оптического пути с использованием технологии зеркального переключения, а третий — для переключения оптического пути путем перемещения оптического пути. волокно.

Оптический переключатель MEMS основан на микроэлектромеханической системе, в которой используются оптические микрозеркала или оптические микрозеркальные матрицы для изменения направления распространения светового луча для выполнения оптического переключения пути. Принцип работы оптического переключателя MEMS очень прост. Когда осуществляется оптическое переключение, угол МЭМС-микрозеркала перемещается или изменяется под действием электростатической или магнитной силы, а входной свет переключается на разные выходные клеммы оптического переключателя для реализации переключения и включения-выключения оптического переключателя. путь.