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光开关(Optical Switch,简称OSW)是光纤通信中的一种重要光无源器件。随着通信容量的飞速增长,具有高度生存性的智能光网络成为未来通信网的发展目标。实现智能光网络必须依赖于光开关或光开关矩阵。就目前而言,利用光开关可以实现全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈保护功能。
本文首先介绍了光开关的应用和常见的实现技术。其中主要介绍了MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)光开关,由于其具有低损耗、低串扰、低偏振敏感性、高消光比、高开关速度、小体积、易于大规模集成等优点,因此与未来光网络发展所要求的透明性和可扩展性等趋势相符合。
本文重点研究了一种反射式的MEMS1×4光开关,从光纤输出的光束,经C透镜准直,入射到微反射镜上,微反射镜反射后的光束经过C透镜耦合后回到输出光纤中。随着微反射镜旋转角度的不同实现开关各个通道的接通与关断过程。其设计上的优点是输入光束和输出光束经过的是同一个C透镜,使得光学部分结构紧凑简单,便于成品器件体积的微小化。
在本文的第三章设计和分析了1×4MEMS光开关。由于受微反射镜的旋转角度和感光面积大小的限制,文中对光纤阵列和C透镜的各项参数设计了一种方案,并且利用高斯光学和矩阵光学对其进行了计算,具体分析了反射镜的旋转角度、插入损耗值和串扰的对应关系。
在本文第四章,根据所选择的设计方案,具体制作了这种反射式MEMS1×4光开关样品,并且测试了它的电光曲线和响应时间,最后将测试结果与理论计算值相互比较,实验表明,理论设计和实验结果是一致的。
最后,针对MEMS反射镜面积过小导致插入损耗过大的问题,论文给出了改进的方案。