光开关主要有哪些类型

光开关是光网络中的关键器件，主要作用是在光网络节点处实现光信号的通断，或者信号在不同链路之间的切换。光开关的输入端为1个或多个端口，输出端为2个或多个端口。

光开关按工作原理可分为机械式和非机械式两大类。机械式光开关依靠光纤或光学元件的移动，使光路断开或关闭。而非机械式光开关则是依靠磁光效应、电光效应来改变波导折射率使光路发生改变，完成开关功能。依据不同的原理，目前技术比较成熟应用广泛的光开关有：机械光开关、MEMS光开关、磁光开关等。

机械式光开关包括继电器式（图1）和马达式（图2）光开关，其插入损耗较低、隔离度高、不受偏振和波长的影响。但开关时间较长，为毫秒量级，体积较大，难以集成大规模的光开关矩阵。

1 继电器式机械光开关

继电器式光开关主要采用非球面透镜、棱镜和反射镜组成光学部分，用通信级微型继电器驱动镜片作光路切换。继电器式光开关采用小型化的金属封装，此种封装可直接应用于PCB 板上，并可通过读取管脚电接触状态来获知实际开关状态。继电器式光开关，在光学、机械、电学方面都有优异性能，且使用方便，可广泛应用于多种场合。

图1 继电器式机械光开关

2 马达式机械光开关

 马达式光开关通过步进马达带动一根光纤进行微步转动, 分别与呈扇形分布的N 个光纤对中准直，以实现光路的耦合和切换。由于光纤的模场直径很小，只有几个微米，数值孔径也很小，要实现两根光纤在转动中的对中准直，有较大难度。为满足马达式光开关单元实用化要求,在进行光学系统设计时, 采用光纤准直器扩束光路,以确保其的性能指标。

图2 马达式机械光开关

3 MEMS光开关

MEMS （Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）是以微电子、微机械、微光学及材料科学为基础，可批量制作集微型机构、微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路以及接口、通信和电源等于一体的微型光学器件或系统。MEMS 光开关（图3）较其他机械式光开关具有明显的优势：开关时间在ms 量级；体积小、集成度高；MEMS 光开关是在硅晶上刻出若干微小的镜片，通过静电力或电磁力的作用，使微镜阵列产生转动，从而改变输入光的传播方向以实现光路通断的功能。MEMS 光开关切换光路是通过外部控制信息以及相应的高低电平控制内部微镜片抬升与否来完成（图4）。

图3 MEMS 光开关

图4 MEMS 光开关工作原理

4 磁光开关

磁光开关（Magneto-optical switch），是利用了法拉第旋光效应的一种高速光开关。1845 年英国物理学家法拉第发现没有旋光效应的火石玻璃（PbO）在强磁场环境下会出现旋光效应，将这种现象称为法拉第旋光效应。图5显示了法拉第旋光效应的工作原理，当线偏振光通过磁光晶体时，若外加磁场的方向与线偏振光的传输方向相同，则线偏振光的偏振面发生旋转。

磁光开关（图6）通过改变外加磁场来旋转入射光的偏振面，从而达到光路切换的目的。因此，磁光开关具有us级高速切换速度、体积小、稳定性强、可靠性高和偏振敏感性低等特点。相较于机械式光开关和MEMS光开关，磁光开关内部无机械部件，具有更高的可靠性和更快的开关速度， 相对于其他非机械式光开关，磁光开关具有驱动电压低，插损小等优势。磁光开关是一种极具竞争力的光开关。

图5 磁光开关工作原理

图6 磁光开关

一飞通讯（E-PHOTICS），成立于2004年，20年专注光开关等光通信器件研发、生产和销售的国家高新技术企业，主要产品包括高速磁光开关、电光开关、MEMS光开关、马达光开关、机械光开关、矩阵光开关、光开关模块等全系列光开关产品、光衰减器、光纤跳线和光纤熔接保护管等，立志于成为光通信器件行业领先供应商，不断为光纤通信、数据中心、仪器仪表、风电军工等行业和科研院校等客户提供优质、可靠和有竞争力的产品和解决方案。