***** Google.Поиск по сайту:


Лекции по Оптическим линиям связи и пассивным компонентам ВОСП   

13. Оптические кросс-коммутаторы

13.3 Электрооптические коммутаторы

Электрооптический коммутатор – оптический коммутационный прибор, в котором оптическая коммутация осуществляется за счет электрооптического эффекта в его элементах. Принцип работы этих коммутаторов основан на отклонении луча в результате изменения показателя преломления в монокристаллах под действием электрического поля. Общая схема такого коммутатора показана на рисунке 13.3.

 

Рисунок 13.3 – Схема электрооптического коммутатора

Излучение, введенное в одно волокно, проникает в другое за счет перекрытия реактивных полей двух волокон. Погонный коэффициент связи К зависит от параметров волокна, длины волны l и шириной зазора q между волокнами. Коммутатор характеризуется разностью постоянных распространения двух волокон

,                         (13.3.1)

где: n1 и n2 – эффективные показатели преломления сердцевин первого и второго волокон соответственно;

L – длина участка соприкосновения волокон.

Прикладывая электрическое напряжение к электродам, расположенным по бокам или сверху и снизу волокон, образующих так называемую ячейку Поккельса, можно регулировать фазовую расстройку за счет линейного электрооптического эффекта. Мощность, передаваемая в другое волокно, определяется эффективностью передачи [24]

.                 (13.3.2)

В случае полностью симметричной конструкции на основе двух одинаковых волокон в отсутствии напряжения (d=0) мы имеем h=sin2kL. Полная передача мощности происходит при kL=(2n+1)p/2, где n – целое число, и минимальная длина при этом будет определяться выражением L=p/2k. Принимая во внимание свойства линейности, однородности и симметрии конструкции, получим, что при условиях (d=0 и L=p/2k), полная (кроссовая) передача мощности будет иметь место для обоих сигналов, входящих в каждое волокно, при условии, что сигналы должны быть одной и той же длины волны, а именно той, для которой рассчитывался коэффициент передачи k, и, соответственно, длина участка взаимодействия L. Следует отметить, что при d¹0 полная передача мощности невозможна ни при каких значениях kL.

Параллельное прохождение (h=0) можно обеспечить за счет подачи электрического потенциала, вводя фазовую расстройку .

В отсутствии напряжения эффективность среды между волокнами коммутатора составляет 100% (оптические сигналы полностью кроссируются – входят в одно волокно, выходят из другого), а при подаче необходимого напряжения эффективность связи уменьшается до 0.

Другая реализация электрооптического коммутатора 2х2, состоящая из двух последовательных Х-разветвителей, представлена на рисунке 13.4.

Рисунок 13.4 – Двухплечевой оптический разветвитель-коммутатор

Оптические сигналы после прохождения по разным плечам интерферируют во втором разветвителе. Путем изменения напряжения на электродах, охватывающих одно из плеч, можно регулировать разность фаз между приходящими во второй разветвитель сигналами и тем самым влиять на характер интерференции.

При создании коммутаторов для многомодовых волокон серьезной проблемой является снижение оптических потерь при согласовании с многомодовыми волоконными световодами и одновременно напряжений управляющих сигналов. Для эффективного согласования необходимо, чтобы толщина пластины электрооптического материала примерно равнялась диаметру сердцевины волоконного световода (50-80 мкм). Электроды специальной формы создают в пластине индуцированные электрическим полем области в виде призм или полосковых световодов, определяющие направление распространения оптического луча. Для пластин толщиной 50-80 мкм необходимы управляющие напряжения 400-700 В. Коммутаторы этого типа имеют высокие скорости переключения 10-7-10-8 с, но наряду с высокими управляющими напряжениями значительны перекрестные помехи (10 дБ).

Одномодовые электрооптические коммутаторы разработаны на основе планарных и полосковых световодов. В коммутаторах на планарном световоде ввод и вывод оптического излучения осуществляется с помощью коллимирующих, фокусирующих элементов в сочетании с призмами, элементами периодического типа и т.д. Электроды, нанесенные на поверхность планарного световода, составляют встречно-штыревой преобразователь. Под действием приложенного напряжения возникают чередующиеся области со значениями показателя преломления (n+Dn) и (n-Dn), в результате чего и происходит отклонение распространяющегося луча. Эти коммутаторы обеспечивают высокие скорости переключения (108-109 Гц), в них применяются низкие управляющие напряжения (5-10 В), но высок уровень перекрестной помехи (~10дБ). Оптические потери в электрооптическом планарном световоде могут быть снижены до 1 дБ, однако обеспечить эффективное согласование одномодового планарного световода с волокном не удается.

Рассмотренные выше электрооптические коммутаторы являются чувствительными к поляризации световых волн. В оптических интегральных системах для обработки информации это не представляет особой трудности, так как в оптических волокнах всегда можно задать необходимую поляризацию световых волн. При использовании таких коммутаторов в волоконно-оптических сетях необходимо учитывать чувствительность коммутатора к поляризации излучения. Радикальным решением этой проблемы является разработка оптических коммутаторов, в которых электрическое поле одинаковым образом воздействует на моды  ортогональных поляризаций. Выбором специальной системы электродов либо соответствующей ориентации монокристаллической подложки ниобата лития, можно создать коммутатор, нечувствительный к поляризации.




***** Яндекс.Поиск по сайту:



© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.