سوئیچ های نوریاجزای کلیدی در سوئیچینگ نوری هستند که دارای یک یا چند درگاه انتقال قابل انتخاب هستند که می توانند عملیات منطقی سیگنال های نوری در خطوط انتقال نوری را تبدیل یا انجام دهند. آنها کاربردهای گسترده ای در سیستم های شبکه فیبر نوری دارند.
سوئیچ های نوری را می توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: مکانیکی و غیر مکانیکی. سوئیچ های نوری مکانیکی به حرکت فیبرهای نوری یا اجزای نوری برای تغییر مسیر نوری متکی هستند. سوئیچهای نوری غیرمکانیکی برای تغییر ضریب شکست موجبر به اثرات الکترو-نوری، آکوستو{4}نوری یا حرارتی{5}}تکیه میکنند و در نتیجه مسیر نوری را تغییر میدهند. ساختار و اصول کار این دو نوع کلید نوری در زیر توضیح داده شده است.
سوئیچ نوری مکانیکی
انواع جدید سوئیچ های نوری مکانیکی شامل سوئیچ های نوری میکرو{0}}سیستم الکترومکانیکی (MEMS) و سوئیچ های نوری نازک{1}}فلزی است.
سوئیچهای نوری سیستمهای میکروالکترومکانیکی (MEMS) بر روی یک ماده زیرلایه نیمهرسانا ساخته میشوند و مجموعهای از آینههای ریز را ایجاد میکنند که قادر به حرکت و چرخش دقیق هستند. این آینههای میکرو بسیار کوچک، تقریباً 140 میکرومتر در 150 میکرومتر هستند و تحت تأثیر نیروی محرکه، سیگنال نوری ورودی را به فیبرهای خروجی مختلف تغییر میدهند. نیروی محرکه اعمال شده روی آینه های میکرو با استفاده از اثرات حرارتی، مغناطیسی یا الکترواستاتیکی ایجاد می شود. ساختار یک سوئیچ نوری MEMS در شکل نشان داده شده است.
هنگامی که آینه میکرو{0}}در جهت 1 باشد، نور ورودی از طریق موجبر خروجی 1 خارج می شود. هنگامی که آینه میکرو در جهت 2 باشد، نور ورودی از طریق موجبر خروجی 2 خارج می شود. چرخش آینه میکرو با یک ولتاژ (100-200 ولت) کنترل می شود. این دستگاه دارای اندازه کوچک، نسبت خاموشی بالا (نسبت توان نوری خروجی در حالت روشن به توان اپتیکال خروجی در حالت خاموش)، عدم حساسیت به قطبش، هزینه کم، سرعت سوئیچ متوسط و تلفات درج کمتر از 1 دسی بل است. ساختار یک کلید نوری لایه نازک فلزی در شکل 3-40 نشان داده شده است. در این نوع سوئیچ نوری، لایه هسته موجبر در زیر روکش پایینی قرار دارد و یک لایه نازک فلزی در بالای آن قرار دارد که هوا بین لایه نازک فلزی و موجبر وجود دارد. ولتاژ اعمال شده بین لایه نازک فلزی و زیرلایه باعث ایجاد نیروی الکترواستاتیکی بر روی لایه نازک فلز می شود. تحت این نیرو، لایه نازک فلزی به سمت پایین حرکت می کند و با موجبر تماس می گیرد و ضریب شکست موجبر را تغییر می دهد و در نتیجه تغییر فاز سیگنال نوری عبوری از موجبر را تغییر می دهد. در شکل 3-40c، بدون ولتاژ، لایه نازک طلایی برداشته می شود، و تغییر فاز در هر دو بازو یکسان است، بنابراین سیگنال نوری از پورت 2 خروجی می شود. با اعمال ولتاژ، لایه نازک فلزی با موجبر تماس می گیرد و باعث تغییر فاز π در آن بازو می شود و سیگنال نوری از پورت 1 خارج می شود.
سوئیچ نوری غیرمکانیکی-
سوئیچهای نوری غیرمکانیکی شامل انواعی مانند سوئیچهای نوری کریستال مایع، سوئیچهای نوری با جلوه الکترو{{1}، سوئیچهای نوری اثر حرارتی-و کلیدهای تقویتکننده نوری نیمهرسانا هستند.
یک سوئیچ نوری کریستال مایع با ایجاد موجبرهای انشعاب پرتو نور پلاریزه روی یک ماده نیمه هادی ساخته می شود. یک شیار در یک زاویه خاص در محل تلاقی موجبرها حک می شود و کریستال مایع به داخل شیار تزریق می شود. یک بخاری در زیر شیار قرار داده شده است. هنگامی که شیار گرم نمی شود، پرتو نور مستقیماً از آن عبور می کند. هنگامی که گرم می شود، حباب هایی در کریستال مایع ایجاد می شود و به دلیل انعکاس کلی داخلی، نور تغییر جهت داده و به موجبر مورد نظر خروجی می شود.
اثرات الکترو{0}نوری و حرارتی{1}}نوری از این پدیده استفاده میکنند که ضریب شکست مواد خاص با ولتاژ و دما تغییر میکند و در نتیجه امکان ایجاد دستگاههای سوئیچینگ نوری را فراهم میکند.
سوئیچ های نوری تقویت کننده نوری نیمه هادی (SOA) با تغییر ولتاژ بایاس تقویت کننده نوری نیمه هادی به عملکرد سوئیچینگ دست می یابند.
پارامترهای اصلی سوئیچ های نوری شامل محدوده طول موج، تلفات درج، افت برگشت نوری، تداخل، توان ورودی نوری، افت وابسته{0}} قطبی شدن، تکرارپذیری، سرعت سوئیچینگ و طول عمر می باشد.
فیلتر نوری
فیلترهای نوری دستگاههای انتخابی{0}}طول موجی هستند که کاربردهای مهمی در سیستمهای ارتباطی فیبر نوری دارند، مانند فیلتر کردن نویز در تقویتکنندههای نوری همانطور که در بخش قبل توضیح داده شد. به خصوص در شبکه های فیبر نوری WDM که هر گیرنده باید کانال مورد نیاز را انتخاب کند، فیلترها به یک جزء ضروری تبدیل می شوند. فیلترها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند: فیلترهای ثابت و فیلترهای قابل تنظیم. اولی به نور سیگنالی با طول موج خاص اجازه عبور می دهد، در حالی که دومی می تواند به صورت پویا طول موج ها را در یک پهنای باند نوری مشخص انتخاب کند. عملکرد و طبقه بندی فیلترهای نوری در شکل نشان داده شده است.
مشخصات انتقال یک فیلتر نوری کاربردی در شکل نشان داده شده است. پارامترهای اصلی یک فیلتر نوری با طول موج ثابت، طول موج مرکزی λ2 و پهنای باند Δλ هستند. علاوه بر اینها، پارامترهایی مانند کاهش درج و ایزوله نیز وجود دارد.
توری فیبر نوری
گریتینگ های فیبر براگ از عیوب ایجاد شده در طول تولید الیاف، با استفاده از تابش نور فرابنفش برای ایجاد یک تغییر دوره ای در توزیع ضریب شکست هسته فیبر استفاده می کنند. اثر فیلتر گریتینگ فیبر براگ در شکل نشان داده شده است. طول موجهایی که شرایط توری براگ را برآورده میکنند کاملاً منعکس میشوند، در حالی که سایر طولموجها از آن عبور میکنند و آن را به یک فیلتر شکاف فیبر{1} تبدیل میکنند.
دو روش برای ساخت توری براگ الیافی وجود دارد:
(1) روش تداخل:روش تداخل از اصل تداخل دو{0}پرتو استفاده می کند. یک پرتو نور فرابنفش به دو پرتو موازی تقسیم میشود و یک میدان تداخلی در خارج از فیبر نوری ایجاد میکند. با تنظیم طول دو بازوی تداخلی، می توان دوره حاشیه های تداخل ایجاد شده را به گونه ای ایجاد کرد که الزامات ساخت گریتینگ فیبر براگ را برآورده کند.
(2) روش ماسک فاز:روش ماسک فاز از یک ماسک از پیش ساخته شده-استفاده میکند. هنگامی که نور ماوراء بنفش از ماسک فاز عبور می کند، تداخل رخ می دهد و یک میدان تداخلی در سطح استوانه ای فیبر نوری ایجاد می کند و بنابراین توری را در فیبر می نویسد.
