Interruptors òpticsSón components clau en la commutació òptica, que posseeixen un o més ports de transmissió seleccionables que poden convertir o realitzar operacions lògiques en senyals òptics en línies de transmissió òptiques. Tenen aplicacions molt esteses en sistemes de xarxa de fibra òptica.
Els interruptors òptics es poden dividir en dues categories principals: mecànics i no-mecànics. Els interruptors òptics mecànics es basen en el moviment de fibres òptiques o components òptics per canviar el camí òptic; Els interruptors òptics no -mecànics es basen en efectes electro-, acústics-òptics o termo-per canviar l'índex de refracció de la guia d'ones, alterant així el camí òptic. A continuació es descriuen l'estructura i els principis de funcionament d'aquests dos tipus d'interruptors òptics.
Interruptor òptic mecànic
Els nous tipus d'interruptors òptics mecànics inclouen els interruptors òptics de micro-sistema electromecànic (MEMS) i els interruptors òptics de-pel·lícula fina metàl·lica.
Els interruptors òptics dels sistemes microelectromecànics (MEMS) es fabriquen sobre un material de substrat semiconductor, creant una sèrie de micro-miralls capaços de moure's i girar minúsculs. Aquests micro-miralls són molt petits, d'aproximadament 140 μm x 150 μm, i sota la influència d'una força motriu, canvien el senyal òptic d'entrada a diferents fibres de sortida. La força motriu aplicada als micro-miralls es genera mitjançant efectes tèrmics, magnètics o electrostàtics. L'estructura d'un interruptor òptic MEMS es mostra a la figura.
Quan el micro-mirall està en l'orientació 1, la llum d'entrada surt a través de la guia d'ones de sortida 1; quan el micro-mirall està en l'orientació 2, la llum d'entrada surt a través de la guia d'ones de sortida 2. La rotació del micro-mirall està controlada per una tensió (100-200 V). Aquest dispositiu té una mida petita, una alta relació d'extinció (la relació entre la potència òptica de sortida a l'estat-encès i la potència òptica de sortida a l'estat apagat-), insensibilitat a la polarització, baix cost, velocitat de commutació moderada i pèrdua d'inserció inferior a 1 dB. L'estructura d'un interruptor òptic de pel·lícula fina metàl·lica es mostra a la figura 3-40. En aquest tipus d'interruptor òptic, la capa central de la guia d'ona es troba per sota del revestiment inferior i una pel·lícula fina metàl·lica hi ha a sobre, amb aire entre la pel·lícula fina metàl·lica i la guia d'ona. Un voltatge aplicat entre la pel·lícula fina metàl·lica i el substrat genera una força electrostàtica sobre la pel·lícula fina metàl·lica. Sota aquesta força, la pel·lícula fina metàl·lica es mou cap avall i entra en contacte amb la guia d'ones, canviant l'índex de refracció de la guia d'ones i alterant així el canvi de fase del senyal òptic que passa per la guia d'ones. A la figura 3-40c, sense tensió, la pel·lícula fina daurada s'aixeca i el canvi de fase als dos braços és el mateix, de manera que el senyal òptic surt des del port 2; amb tensió aplicada, la pel·lícula fina metàl·lica entra en contacte amb la guia d'ones, provocant un canvi de fase π en aquest braç, i el senyal òptic surt des del port 1.
Interruptor òptic no-mecànic
Els interruptors òptics no-mecànics inclouen tipus com ara interruptors òptics de cristall líquid, interruptors òptics d'efecte electro-òptic, interruptors òptics d'efecte termo-òptic i interruptors d'amplificador òptic de semiconductors.
Es fabrica un interruptor òptic de cristall líquid creant guies d'ones de ramificació de feix de llum polaritzat sobre un material semiconductor. S'ha gravat una ranura amb un angle específic a la intersecció de les guies d'ones i s'injecta cristall líquid a la ranura. Un escalfador es col·loca sota la ranura. Quan la ranura no s'escalfa, el feix de llum passa directament; quan s'escalfa, es generen bombolles dins del cristall líquid i, a causa de la reflexió interna total, la llum canvia de direcció i surt a la guia d'ones desitjada.
Els efectes electro-i termo-òptics utilitzen el fenomen que l'índex de refracció de determinats materials canvia amb la tensió i la temperatura, permetent així la creació de dispositius de commutació òptica.
Els interruptors òptics de l'amplificador òptic de semiconductors (SOA) aconsegueixen la funcionalitat de commutació canviant la tensió de polarització de l'amplificador òptic de semiconductors.
Els paràmetres principals dels interruptors òptics inclouen el rang de longitud d'ona, la pèrdua d'inserció, la pèrdua de retorn òptic, la diafonia, la potència d'entrada òptica, la pèrdua depenent de la polarització-, la repetibilitat, la velocitat de commutació i la vida útil.
Filtre òptic
Els filtres òptics són dispositius selectius de longitud d'ona-que tenen aplicacions importants en sistemes de comunicació de fibra òptica, com ara filtrar el soroll en amplificadors òptics, tal com s'ha comentat a la secció anterior. Especialment a les xarxes de fibra òptica WDM, on cada receptor ha de seleccionar el canal requerit, els filtres esdevenen un component indispensable. Els filtres es divideixen en dues categories principals: filtres fixos i filtres ajustables. El primer permet que passi una llum de senyal d'una longitud d'ona específica, mentre que el segon pot seleccionar dinàmicament longituds d'ona dins d'un cert ample de banda òptica. A la figura es mostren les funcions i classificació dels filtres òptics.
A la figura es mostren les característiques de transmissió d'un filtre òptic pràctic. Els paràmetres principals d'un filtre òptic de-longitud d'ona fixa són la longitud d'ona central λ2 i l'amplada de banda Δλ. A més d'aquests, també hi ha paràmetres com la pèrdua d'inserció i l'aïllament.
Reixa de fibra òptica
Les reixetes de fibra Bragg utilitzen defectes introduïts durant la fabricació de fibres, utilitzant irradiació de llum ultraviolada per crear una variació periòdica en la distribució de l'índex de refracció del nucli de la fibra. L'efecte de filtratge d'una reixa de Bragg de fibra es mostra a la figura; les longituds d'ona que compleixen la condició de la reixa de Bragg es reflecteixen totalment, mentre que altres longituds d'ona passen, el que el converteix en un filtre de-osca de fibra.
Hi ha dos mètodes per fabricar reixes de Bragg de fibra:
(1) Mètode d'interferència:El mètode d'interferència utilitza el principi d'interferència de dos-feixos. Un feix de llum ultraviolada es divideix en dos feixos paral·lels, creant un camp d'interferència fora de la fibra òptica. Ajustant la longitud dels dos braços d'interferència, es pot fer que el període de les franges d'interferència resultants compleixi els requisits per fabricar la reixa de Bragg de fibra.
(2) Mètode de màscara de fase:El mètode de màscara de fase utilitza una màscara pre-fabricada. Quan la llum ultraviolada travessa la màscara de fase, es produeix una interferència, creant un camp d'interferència a la superfície cilíndrica de la fibra òptica, escrivint així la reixa a la fibra.
