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光開關的介紹與使用 筱曉上海光子

更新時間：2022-12-16點擊次數：944
光開關是一種具有一個或多個可選的傳輸端口的光學器件，其作用是對光傳輸線路或集成光路中的光信號進行物理切換或邏輯操作。根據不同的原理，可以分類為機械式光開關、電光開關、MEMS光開關、磁光開關、SOA式開關等，不過最終呈現的形式都是一樣的，控制一條光路的開啟和關閉。



機械式光開關是比較容易理解的一種系統，通過物體的機械運動實現對光路的開啟或關閉。但由于機械運動不可避免的磨損，決定了這種模式的設備壽命不長，容易損壞，同時機械運動的頻率上限也十分有限，一般在kHz量級。

MEMS是一個獨立的智能系統，可大批量生產，其系統尺寸在幾毫米乃至更小，其內部結構一般在微米甚至納米量級。MEMS技術的目標是通過系統的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統。MEMS光開關通過在硅晶上刻出微小的鏡片，并且可以用電磁力控制微鏡陣列轉動，從而控制光的傳輸方向，并結合光耦合實現光的開關。

電光開關是基于電光調制原理設計的：利用某些電光晶體，如鈮酸鋰晶體(LiNb03)、砷化鎵晶體(GaAs)和鉭酸鋰晶體(LiTa03)的電光效應，當把電壓加到電光晶體上時，電光晶體的折射率將發生變化，從而作用到通過該晶體的光波特性的變化，實現對光信號的相位、幅度、強度以及偏振狀態的調制。

利用電光效應制作的光開關，正是利用電光效應和干涉儀，將相位變化轉換為強度變化，同時通過精密控制電壓值，使得通過激光的強度正好在急大值和極小值兩個位置。它的使用壽命遠大于機械式光開關，調制頻率可以達到GHz，調制速率在ns級別。我們的電光開關測試系統圖如下：




  • 將光開關模塊上電，散熱系統開始工作；
  • 將1064nm激光從光開關的輸入端接入，此時可以觀測到正向輸出端不通光，反向輸出端通光；
  • 光開關模塊中有一SMA輸入端口，為開關調制信號的輸入端，識別TTL電平。輸入低電平時，光從反向端口輸出，輸入高電平時，光從正向端口輸出。將其與信號源連接，輸入脈沖信號，以視頻中的信號為例：頻率2MHz、高電平1.6V（輸出阻抗50歐）、低電平0V、脈寬100ns；
  • 在正向輸出端連接PD采集脈沖光信號，與信號源的信號比較。反向輸出端則會得到反相結果；



正向輸出信號圖






反向輸出信號圖





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