MEMS光开关控制原理解析
1 引言MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）是指将微型机械、微型执行器、信号处理和控制电路等集于一体的可批量制作的微型器件或系统。而MOEMS是Micro-Opto-Electro- Mechanical System的缩写，意为微光机电系统，把微光学应用到微机电系统中，这是MEMS在光通信中的重要应用。微光电机械芯片通常是指包含一个以上微机械元件的光系统或光电子系统，其应用将遍及光通信、光显示、数据存储、自适应光学及光学传感等多个方面。
随着光通信的快速发展，作为光网络节点的光互连与光交换的地位越来越重要。光交换器件是以光为核心实现光的通断和交叉连接的系统部件，不存在光电转换。MEMS光开关具备了低损耗和高稳定的优点，且与传输的数据速率和信号协议无关。实用化的MEMS光开关原理十分简单，其结构实质上是一个二维微镜片阵列，当进行光交换时，通过移动或改变镜片角度，把光直接送到或反射到光开关的不同输出端。MEMS光开关是利用机械开关的原理，但又能像波导开关那样，集成在单片硅基底上，因此兼有机械光开关和波导光开关的优点，同时克服了它们所固有的缺点。MEMS光开关响应速度和可靠性大大提高，插入损耗和串音低，偏振和波长相关损耗也非常低，对不同环境的适应能力良好，功率和控制电压较低，并具有闭锁功能。
2 MEMS光开关控制原理2.1 MEMS光开关简介
典型的MEMS光开关器件可分为二维和三维结构。二维MEMS的空间旋转镜通过表面微机械制造技术单片集成在硅基底上，准直光通过微镜的适当旋转被接到适当的输出端。微铰链把微镜铰接在硅基底上，微镜两边有两个推杆，推杆一端连接微镜铰接点，另一端连接可平移梳妆电极。转换状态通过调节梳妆电极使微镜发生转动，当微镜为水平时，可使光束从该微镜上面通过，当微镜旋转到与硅基底垂直时，它将反射入射到它表面的光束，从而使该光束从该微镜对应的输出端口输出。三维MEMS的镜面能向任何方向偏转，这些阵列通常是成对出现，输入光线到达第一个阵列镜面上被反射到第二个阵列的镜面上，然后光线被反射到输出端口。
集成电路专业学年论文 论文题目：MEMS光开关的研究及市场分析学院：电子工程学院 年级：2008级 专业：集成电路设计与集成系统 姓名：刘欣 学号：20083410 指导教师：窦雁巍 2011年7月8日
摘要 光开关是光通信网络的重要功能器件,MEMS光开关是最具发展前景的光开关之一。在简介不同种类光开关原理特点的基础上，详细分析了当前主要的MEMS光开关的分类、结构、工艺与性能特点，并给出了研究与发展情况和采用MEMS体硅工艺制作的三种结构的微机械光开关。它们的工作原理都基于硅数字微镜技术。这三种光开关采用了静电力驱动，具有较低的驱动电压。在硅基上制作了光纤自对准耦合槽，并对光开关的开关特性进行了计算机模拟与分析，并进行结果分析。 关键词 微机械；光开关；开关阵列；微镜；硅-玻璃键合；光纤通信
Abstract Optical switch is an important functional device in optical fibre communication networks, MEMS optical switch is one of the most promiseful optical switches. This paper introduces basic principles and characters of several kinds of optical switches, and illustrates the classification, structures, fabrication methods and functional characters of current MEMS optical switch in details. And recent development and progress on this research area are presented and three kinds of MEMS optical switches with different mechanical structures are produced by the bulk-micromachining processes. Their principles of operation are all based on silicon digital micro mirrors technology. The electrostatic actuators with low driving voltage are used in the three kinds of optical switch. The grooves used for optical fibers being self-aligned coupling are made on silicon substrate for device. Computer simulation and analysis of on-off characteristic show that the second and the third optical switches have switching time. Key words MEMS; optical switch; switch array; micro mirror; silicon-on-glass bonding; ptical fiber communication
一、前言 光纤通信技术的问世和发展给通信业带来了革命性的变革，目前世界大约85％的通信业务经光纤传输，长途干线网和本地中继网也已广泛使用光纤。同时，密集波分复用(DWDM) 技术的发展和成熟为充分应用光纤传输的带宽和容量开拓了广阔的空间，具有高速率、大带宽明显优势的DWDM 光通信网络已经成为目前通信网络发展的趋势。特别是近几年，以IP 为主的Internet 业务呈现爆炸性增长，这种增长趋势不仅改变了IP 网络层与底层传输网络的关系，而且对整个网络的组网方式、节点设计、管理和控制提出了新的要求。一种智能化网络体系结构—自动交换光网络(ASON ：automatic switched optical networks) 成为当今系统研究的热点，它的核心节点由光交叉连接(OXC ：optical cross connect) 设备构成，通过OXC ，可实现动态波长选路和对光网络灵活、有效的管理。光交叉互连(OXC) 技术在日益复杂的DWDM 网中是关键技术之一，而光开关作为切换光路的功能器件，则是OXC 中的关键部分。光开关矩阵是OXC 的核心部分，它可实现动态光路径管理、光网络的故障保护、波长动态分配等功能，对解决目前复杂网络中的波长争用，提高波长重用率，进行网络灵活配置均有重要的意义。 光开关不仅是OXC 中的核心器件，它还广泛应用于以下领域。 (1)光网络的保护倒换系统，实际的光缆传输系统中都留有备用光纤，当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度，光开关将主信号自动转至备用光纤系统传输，从而使接收端能接收到正常信号而感觉不到网路已出了故障，其会将网络节点连成环形以进一步改善网络的生存性。 (2)网络性能的实时监控系统，在远端光纤测试点，通过1XN多路光开关把多根 光纤接到光时域反射仪上，进行实时网络监控，通过计算机控制光开关倒换顺序和时间，实现对所有光纤的检测，并将检测结果传回网络控制中心，一旦发现某一路出现问题，可在网管中心直接进行处理。 ( 3)光开关还应用在光纤通信器件测试系统以及城域网、接入网的差／分复用和交 换设备中。光开关的引入使未来全光网络更具灵活性、智能性、生存性。光开关技术已经成为未来光联网、光交换的关键技术，在通信、自动控制等领域发挥着越来越重要的作用。 在众多种类的光开关中，微机械(MEMS) 光开关被认为最有可能成为光开关的主流器件。本文在概述多种光开关原理特点的基础上，重点分析了几种主要的MEMS 光开关，并阐述了各自的结构与性能特点。 二、光开关的原理及种类 光开关性能参数有多种，如：快切换速度、高隔离度、小插入损耗、对偏振不敏感及可靠性，不同领域对它的要求也各不相同。其种类有保护、切换系统中常用的传统光机械开关，也有这几年飞速发展的新型光开关，如：热光开关、液晶开关、电光开关、声光开关、微光机电系统光开关(MOEMS ，micro optic electro mechanical systems) 、 气泡开关等。在超高速光通信领域，还有马赫-曾德尔(Maeh-Zehnder) 干涉型光开关、非线性环路镜(NOLM ，nonlinear optical fiber loop mirror) 光开关等光控开关。 1、机械光开关 传统机械光开关的工作原理：通过热、静电等动力，旋转微反射镜，将光直接送到或反射到
1.光开关是按一定要求将一个光通道的光信号转换到另一个光通道的器件。 2.光开关可使光路之间进行直接交换, 是光网络中完成全光交换的核心器件,在全光网络中, 光开关可实现在全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈保护等重要功能。 3.其中光交叉连接设备(OXC) 和光分插复用设备(OADM) 可以说是全光网的核心。而光开关和光开关阵列恰恰是OXC 和OADM的核心技术。 4.全光网络中应用的光开关应具有快的响应速度、低的插入损耗、低通道串音、对偏振不敏感、可集成性和可扩展性、低成本、低功耗、热稳定性好等特性。 今后光开关发展的方向：光调制光开关和波导调制光开关的技术发展较快,其开关时间具有几个ps 到10ps的开发潜力,可以满足全光通信网络实现高速光交换、光交叉连接的要求。因此,光调制光开关和波导调制光开关是今后光开关的发展方向。但是,光调制光开关和波导调制光开关串音大的缺点目前尚无技术突破,还处于实验室研究阶段,而且价格昂贵,近几年要达到实用化的水平并投入市场不太可能。目前采用较为成熟的MEMS技术研制开发光开关、光开关列阵,并在此基础上组建、完善全光交换机及其交换矩阵系统等全光网络节点设备，具有非常大的现实应用价值。 目前,MEMS技术还存在一些问题:一是迫切需要用于微电子机械系统设计的先进的模拟工具和模型建立工具(大多数微电子机械设备都是用功能差的不能准确预测执行情况的分析工具来建立的,这种方式效率低下,费时费力),只有运用合适的开发工具,并配以连通高性能工作站以及本地的和远程的超级计算机网络才能从根本上改变这种局面;其次,微电子机械系统的包装面临独特的挑战,因为微电子机械装置形状差异大,并且部分装置还要求放置于特定的环境中,所以几乎每开发一套微电子机械系统就需要为其设计一个专用的包装。容许设计者从已有的标准包中挑选出新的微电子机械设备的包装也不失为一个较好的办法。（应用光学2005） 常见的光开关： 1.MEMS光开关：而MEMS光开关是基于半导体微细加工技术构筑在半导体基片上的微镜阵列, 即将电、机械和光集成为一块芯片, 能透明地传送不同速率、不同协议的业务。目前已成为一种最流行的光开关制作技术。其基本原理通过静电力或电磁力的作用, 使可以活动的微镜产生升降、旋转或移动, 从而改变输入光的传播方向以实现光路通断的功能, 使任一输入和输出端口相连接, 且1 个输出端口在同一时间只能和1个输入端口相连接。与现有的基于光波导技术的光开关相比, MEMS 光开关具有低串音、低插损的优点成为全光网络中的关键光器件。 MEMS光开关优点：与现有的基于光波导技术的光开关相比, MEMS 光开关具有低串音、低插损的优点成为全光网络中的关键光器件。同时它既有机械光开关和波导光开关的优点, 又克服了光机械开关难以集成和扩展性差等缺点, 它结构紧凑、重量轻, 且扩展性较好。 MEMS光开关特性：低插入损耗; 低串扰; 与波长、速率、调制方式无关; 功耗低; 坚固、寿命长; 可集成扩展成大规模光开关矩阵; 适中的响应速度(开关时间从100ns～10ms)。在光交叉连接及需要支持大容最交换的系统中, 基于MEMS 技术的解决方案已是主流。 MEMS光开关分类：MEMS 光开关可以分为二维和三维光开关。二维光开关由一种受静电控制的二维微小镜面阵列组成,光束在二维空间传输。准直光束和旋转微镜构成多端口光开关, 对于M×N 的光开关矩阵, 光开关具有M×N个微反射镜。二维光开关的微反射镜具有两个状态0和1(通和断), 当光开关处于1 态时, 反射镜处于由输入光纤准直系统出射的光束传播通道内, 将光束反射至相应的输出通道并经准直系统进入目标输出光纤;当光开关处于0 态时, 微反射镜不在光束传播通道内, 由输入通道光纤出射的光束直接进入其对面的光纤。三维MEMS 的微镜固定在一个万向支架上, 可以沿任意方向偏转。每根输入光纤都有一个对应的MEMS 输入微镜, 同样, 每根输出光纤也都有其对应的MEMS 输出微镜[17]。因此, 对于M×N 三维MEMS 光开关, 则具有M+N 个MEMS 微反射镜。由每根输出光纤出射的光束可以由其对应的输入微镜反射到任意一个输出微镜, 而相应的输出微镜可以将来自任一输入微镜的光束反射到其对应的输出光纤。对于M×N 三维MEMS 光开关, 每个输入微镜有N 个态, 而输出微镜则具有M个状态。目前, Iolon 利用MEMS 实现了光开关的大量自动化生产。该结构开关时间小余5ms。Xeros 基于MEMS 微镜技术, 设计了能升级到1152×1152 的光
红外线光控开关电路图及工作原理一、特点 该装置采用锁相环单音检测电路ＬＭ５６７构成自发射自接收的闭环控制形式。就是说，把ＬＭ５６７产生的方波电信号调制在红外线光信号上并发射出去，红外线光敏二极管接收该信号，并把其变为电信号，经放大，又被该ＬＭ５６７自身检测。这样，ＬＭ５６７自身的振荡频率与要接收的信号频率永远相同，即使由于某种原因使ＬＭ５６７的振荡频率发生了变化。在一定的频带宽度内，由于ＬＭ５６７只对与自身振荡频率非常接近的信号产生响应，而对其他频率的干扰信号不响应，所以，该装置具有可靠性高、抗干扰性强、安装调试简单的特点。该装置可应用于自动门、自动水龙头、防盗报警、危险区域误入报警、警戒区域侵入报警等控制。 二、工作原理 电路原理图见图１。红外线光敏二极管ＰＨ检测到由红外线发射二极管ＬＥ发出的红外线光信号，并将其转换成电信号。该信号经由ＩＣ１Ａ构成有源高通滤波器，滤除外界低频干扰信号；再经ＩＣ１Ｂ、ＩＣ１Ｃ两级固定增益放大器的放大、以及ＩＣ１Ｄ可调增益限幅放大器的放大，进入锁相环单音检测电路 ＩＣ２的第③脚。ＩＣ２检测到与自身振荡频率相同的信号后，其第⑧脚输出低电平，使继电器ＤＬ吸合，触点Ｓ１、Ｓ２接通，控制其他设备。ＩＣ２第⑧脚的最大吸入电流为１００ｍＡ。ＩＣ２第⑤脚输出的方波信号，经Ｃ８、Ｒ１６组成的微分电路和Ｎ１、Ｎ２驱动电路，使红外线发射二极管发出该频率调制的红外线光信号。微分电路使正方波信号变为低占空比的方波信号。用低占空比方波调制红外线发射管，可提高红外线发射管的工作效率，即其峰值电流很大，而平均工作电流却很小。这样，有利于红外线光敏二极管的接收。电阻Ｒ１２、Ｒ１３和电解电容Ｅ３是集成电路ＩＣ１的中点电位偏置电路，使ＩＣ１工作于单电源方式。该装置有两种工作方式。一种是：红外线发射二极管和红外线光敏二极管都在同一侧，构成反射检测方式，见图２。另一种是：红外线发射二极管在一侧，而红外线光敏二极管在另一侧，构成对射式检测方式，见图３。一般情况下，反射式控制距离可达两米，对射式控制距离可达五米。控制距离的远近可由调节电位器Ｗ来控制，Ｗ的阻值越大，ＩＣ１Ｄ放大器的增益越大，控制距离越远。反之，控制距离越近。如果给红外线发射二极管或光敏二极管一方加上光学透镜，可增加控制距离；给双方都加上光学透镜，更可增加控制距离。红外线发射二极管的外面要套上长度为５０ｍｍ左右的金属管，以防止其散射光干扰红外接收管。 电解电容Ｅ５的容量越大，抗干扰性越好，但响应的时间也越长，一般Ｅ５的选取范围是１０μＦ～１００μＦ。由于该装置工作在闭环状态，所以对ＩＣ２工作频率的稳定度要求不严格，并且可在很宽的范围内设定频率值，范围可达５ｋＨｚ～４０ｋＨｚ，频率由电
MEMS光开关控制原理解析 1 引言MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）是指将微型机械、微型执行器、信号处理和控制电路等集于一体的可批量制作的微型器件或系统。而MOEMS是Micro-Opto-Electro- Mechanical System的缩写，意为微光机电系统，把微光学应用到微机电系统中，这是MEMS在光通信中的重要应用。微光电机械芯片通常是指包含一个以上微机械元件的光系统或光电子系统，其应用将遍及光通信、光显示、数据存储、自适应光学及光学传感等多个方面。 随着光通信的快速发展，作为光网络节点的光互连与光交换的地位越来越重要。光交换器件是以光为核心实现光的通断和交叉连接的系统部件，不存在光电转换。MEMS光开关具备了低损耗和高稳定的优点，且与传输的数据速率和信号协议无关。实用化的MEMS光开关原理十分简单，其结构实质上是一个二维微镜片阵列，当进行光交换时，通过移动或改变镜片角度，把光直接送到或反射到光开关的不同输出端。MEMS光开关是利用机械开关的原理，但又能像波导开关那样，集成在单片硅基底上，因此兼有机械光开关和波导光开关的优点，同时克服了它们所固有的缺点。MEMS光开关响应速度和可靠性大大提高，插入损耗和串音低，偏振和波长相关损耗也非常低，对不同环境的适应能力良好，功率和控制电压较低，并具有闭锁功能。 2 MEMS光开关控制原理2.1 MEMS光开关简介 典型的MEMS光开关器件可分为二维和三维结构。二维MEMS的空间旋转镜通过表面微机械制造技术单片集成在硅基底上，准直光通过微镜的适当旋转被接到适当的输出端。微铰链把微镜铰接在硅基底上，微镜两边有两个推杆，推杆一端连接微镜铰接点，另一端连接可平移梳妆电极。转换状态通过调节梳妆电极使微镜发生转动，当微镜为水平时，可使光束从该微镜上面通过，当微镜旋转到与硅基底垂直时，它将反射入射到它表面的光束，从而使该光束从该微镜对应的输出端口输出。三维MEMS的镜面能向任何方向偏转，这些阵列通常是成对出现，输入光线到达第一个阵列镜面上被反射到第二个阵列的镜面上，然后光线被反射到输出端口。
规格说明书 电容式触摸感应按键专用I C 12个独立触摸感应通路 ADPT012 V11.1 全国客服中心电话：4006-992-661 公司电话：0755-8297-7641 0755-8297-7857 0755-8369-3048 自动传真：0755-2263-4057 E-mail: samples@https://www.doczj.com/doc/5011670881.html, (样品专用) sinoada@https://www.doczj.com/doc/5011670881.html,(商务专用) 官方网站: https://www.doczj.com/doc/5011670881.html, 客服QQ: 800-000-251 资料在公司官方网站上会随时更新，敬请留意！
目录 1. 概述 (3) 2. 特性简介 (3) 3. 管脚描述 (3) 4. 封装信息 (4) 5. 绝对最大值 (5) 6. 低功耗处理 (6) 7. 参考应用电路 (6) 7.1:BCD或(BCD+INT)(INT可悬空)编码输出 (6) 7.2:ADC输出 (7) 7.3:点对点输出（最多可以输出9个按键） (8) 7.4:I2C方式或I2C+INT方式输出 (9) 8．应用说明 (10) 9 修改记录 (11)
1. 概述 ADPT012 是一款有12个独立的电容式触摸感应通道和多个控制端口的专用集成电路。 本产品的特点和优势： 输出信号可根据需要设置，选择范围宽，操作简单，使用方便 可在有介质（如玻璃、亚克力、塑料、陶瓷等）隔离保护的情况下实现触摸功能，安全性高 广泛使用在消费电子、数码产品、便携式产品、小家电、家电、智能控制、工业控制等等诸多方面应用电路简单，外围器件少，加工方便，成本低。 抗电源干扰及手机干扰特性好。EFT可以达到4KV以上；近距离、多角度手机干扰、对讲机干扰，触摸响应灵敏度及可靠性不受影响。 2. 特性简介 典型工作电压：2.4V~5.5V 工作频率：DC~20MHz 电容式触摸感应通道：12通道 内置上电复位(POR) 内置低电压复位(LVR) 采用低功率的CMOS技术 3. 管脚描述 管脚名称用法功能描述 GND POWER 电源地 VDD POWER 电源正 RST I 外部复位输入端 Out0 ~ Out8 O 通用端口 OSCO O 高频率晶体振荡器输出端 OSCI I 高频率晶体振荡器/RC振荡器输入端 Touch0 ~ Touch11 I 触摸感应信号输入端 VC2 I 灵敏度电容输入端 VC1 I 灵敏度电容输入端
光开关,光开关的分类,光开关的工作原理是 什么? 2010 年03 月20 日 17:30 www.elecfans.co 作者：佚名用户评论（0） 关键字：光开关(7) 光开关,光开关的分类,光开关的工作原理是什么? 光开关是一种具有一个或多个可选择的传输窗口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。 机械式光开关：插入损耗低；隔离度高；不受偏振和波长影响；开关时间长(ms)，重复性较差。 其它光开关：开关时间短(ms)；体积小；插入损耗大；隔离度低。 光开关的特性参数 1.插入损耗(Insertion loss) 2.回波损耗（Return loss） 从输入端返回的光功率与输入光功率的比值。
3.隔离度 两个相隔离的输出端口光功率的比值。 4. 串扰 输入光功率与从非导通端口输出的光功率的比值。 5.消光比 两个端口处于导通和非导通状态的插入损耗之差。 ER＝IL－IL0 6.开关时间 开关端口从某一初状态转为通或者断所需的时间。从在开关上施加或撤去能量的时刻算起。 光开关的工作原理： 1. 机械式光开关
移动光纤式光开关 移动反射镜式光开关 以上两种体积大，难实现集成化的开关网络。近年正大力发展一种集成的微机电系统(MEMS)开关，在硅片上用微加工技术做出大量可移动的微型镜片构成的开关阵列。 用16 个移动反射镜光开关构成的两组4 4MEMS开关阵列 2 电光开关
电光开关的原理一般是利用材料的电光效应或电吸收效应，在电场作用下改变材料的折射率和光的相位，再利用光的干涉或偏振等使光强突变或光路转变。 电光开关一般利用泡克耳斯(Pockels) 效应，即折射率 n随光场E而变化的电光效应。 折射率变化与光场的变化关系为： 而光波传输距离L相应的相位变化为： 定向耦合型光开关 定向耦合器中两耦合波导光功率周期性相互转换
液晶光开关的工作原理 液晶的种类很多，仅以常用的TN （扭曲向列）型液晶为例，说明液晶光电工作原理。 TN 型光开关的结构如图1所示。在两块玻璃板之间夹有正性向列相液晶，液晶分子的 形状如同火柴一样，为棍状。棍的长度在十几埃（1埃 ＝10∧-4微米＝10∧-1纳米＝10∧-10米 ），直径为4～6埃，液晶层厚度一般为5-8微米。玻璃板的内表面涂有透明电极，电极的表面预先作了定向处理（可用软绒布朝一个方向摩擦，也可在电极表面涂取向剂），这样，液晶分子在透明电极表面就会躺倒在摩擦所形成的微沟槽里；电极表面的液晶分子按一定方向排列，且上下电极上的定向方向相互垂直。上下电极之间的那些液晶分子因范德瓦尔斯力的作用，趋向于平行排列。然而由于上下电极上液晶的定向方向相互垂直，所以从俯视方向看，液晶分子的排列从上电极的沿－45度方向排列逐步地、均匀地扭曲到下电极的沿＋45度方向排列，整个扭曲了90度。如图1左图所示。 理论和实验都证明，上述均匀扭曲排列起来的结构具有光波导的性质，即偏振光从上电极表面透过扭曲排列起来的液晶传播到下电极表面时，偏振方向会旋转90度。 取两张偏振片贴在玻璃的两面，P1的透光轴与上电极的定向方向相同，P2的透光轴与下电极的定向方向相同，于是P1和P2的透光轴相互正交。 在未加驱动电压的情况下，来自光源的自然光经过偏振片P1后只剩下平行于透光轴的线偏振光，该线偏振光到达输出面时，其偏振面旋转了90°。这时光的偏振面与P2的透光轴平行，因而有光通过。 在施加足够电压情况下(一般为1～2伏)，在静电场的作用下，除了基片附近的液晶分子被基片“锚定”以外，其他液晶分子趋于平行于电场方向排列。于是原来的扭曲结构被破坏，成了均匀结构，如图1右图所示。从P1透射出来的偏振光的偏振方向在液晶中传播时不再旋转，保持原来的偏振方向到达下电极。这时光的偏振方向与P2正交，因而光被关断。 由于上述光开关在没有电场的情况下让光透过，加上电场的时候光被关断，因此叫做常通型光开关，又叫做常白模式。若P1和P2的透光轴相互平行，则构成常黑模式。 液晶可分为热致液晶与溶致液晶。热致液晶在一定的温度范围内呈现液晶的光学各向异性，溶致液晶是溶质溶于溶剂中形成的液晶。目前用于显示器件的都是热致液晶，它的特性随温度的改变而有一定变化。 入射的自然光 偏振片P1 偏振片P2 出射光 扭曲排列的液 晶分子具有光 波导效应 光波导已被电场拉伸 图1. 液晶光开关的工作原理
产品特性 结构紧凑插入损耗低切换速度快应用场景 无源光网络 光保护系统 仪器仪表测量系统网络监控 2X2R机械光开关 HYGJ的机械光开关是基于自由空间光学设计，其广泛应用于动态配置分插复用器OADM、交叉连接器OXC、系统监控等网络中。基于其特殊的光学设计，HYGJ的机械光开关具有切换速度快、插入损耗低和可靠性高的优点。并且由于其紧凑的结构和微小的体积，易于集成高密度光纤通信系统中。 性能指标 参数单位 工作波长nm 插入损耗(IL)dB 波长相关损耗(WDL)dB 温度相关损耗(TDL)dB 偏振相关损耗(PDL)dB 回波损耗(RL)dB 串扰(CT)dB 重复性dB 切换速度ms 切换次数times 工作电压V 承受光功率mw 工作温度℃储存温度℃工作湿度℃ 封装尺寸mm 3.0 or 5.0 ≤500 -5~+70 -40~+85 5~95 SM: L29xW12.6xH8.5 ≥10 million 规格 1260~1620 for SM, 850 for MM ≤1.0（典型值：0.8） ≤0.25 ≤0.2 ≤0.05 SM≥50，MM≥30 SM≥55，MM≥35 ≤±0.02 ≤8 欢迎致电
驱动管脚定义 类型状态 光 通路 2x2R Pin 1Pin 5Pin 6 Pin 10Pin 2-3Pin 3-4Pin 7-8Pin 8-9A P1-P4，P3-P2--GND V+Close Open Open Close B P1-P2，P3-P4V+GND --Open Close Close Open A P1-P4，P3-P2----Close Open Open Close B P1-P2，P3-P4 V+ --GND Open Close Close Open 电控驱动状态指示自锁非自锁 光路示意图 单模外观尺寸
光开关,光开关得分类,光开关得工作原理就 是什么？ 2010年03月２0日 17:３0 作者:佚名用户评论(0） 关键字：光开关（7） 光开关,光开关得分类，光开关得工作原理就是什么? 光开关就是一种具有一个或多个可选择得传输窗口,可对光传输线路或集成光路中得光信号进行相互转换或逻辑操作得器件。 机械式光开关：插入损耗低；隔离度高;不受偏振与波长影响;开关时间长（ｍs），重复性较差。 其它光开关：开关时间短(mｓ）;体积小；插入损耗大;隔离度低。 光开关得特性参数 1、插入损耗（Insｅrtion lｏss） ２、回波损耗（Return loss) 从输入端返回得光功率与输入光功率得比值。 3、隔离度 两个相隔离得输出端口光功率得比值. 4、串扰 输入光功率与从非导通端口输出得光功率得比值。
5、消光比 两个端口处于导通与非导通状态得插入损耗之差。 ER=ＩＬ-IＬ0 6、开关时间 开关端口从某一初状态转为通或者断所需得时间.从在开关上施加或撤去能量得时刻算起。 光开关得工作原理: 1、机械式光开关 移动光纤式光开关 移动反射镜式光开关
以上两种体积大,难实现集成化得开关网络.近年正大力发展一种集成得微机电系统(MEMS）开关,在硅片上用微加工技术做出大量可移动得微型镜片构成得开关阵列. 用16 个移动反射镜光开关构成得两组４ 4MＥMS开关阵列 2 电光开关 电光开关得原理一般就是利用材料得电光效应或电吸收效应,在电场作用下改变材料 得折射率与光得相位，再利用光得干涉或偏振等使光强突变或光路转变。 电光开关一般利用泡克耳斯(Ｐockels）效应，即折射率n随光场E而变化得电光效应。折射率变化与光场得变化关系为: 而光波传输距离L相应得相位变化为： 定向耦合型光开关
MEMS（Micro-Electro-Mechanical System s，微机电系统）是指将微型机械、微型执行器 、信号处理和控制电路等集于一体的可批量制作的微型器件或系统。而MOEMS 是 Micro-Opto-Electro- Mechanical Sy ST em的缩写，意为微光机电系统，把 微光学应用到微机电系统中，这是MEMS在光通信中的重要应用。微光电机械芯片通常是指包含一个以上微机械元件的光系统或光电子系统，其应用将遍及光通信、光显示、数据存储、自适应光学及光学传感等多个方面。 随着光通信的快速发展，作为光网络节点的光互连与光交换的地位越来越重要。光交换器件是以光为核心实现光的通断和交叉连接的系统部件，不存在光电转换。MEMS光开关 具备了低损耗和高稳定的优点，且与传输的数据速率和信号协议无关。实用化的MEMS光开关原理十分简单，其结构实质上是一个二维微镜片阵列，当进行光交换时，通过移动或改变镜片角度，把光直接送到或反射到光开关的不同输出端。MEMS光开关是利用机械开关的原理，但又能像波导开关那样，集成在单片 硅基底上，因此兼有机械光开关和波导光开关的优点，同时克服了它们所固有的缺点。MEMS光开关响应速度和可靠性大大提高，插入损耗和串音低，偏振和 波长相关损耗也非常低，对不同环境的适应能力良好，功率和控制电压较低，并具有闭锁功能。 2 MEMS光开关控制原理 2.1 MEMS光开关简介 典型的MEMS光开关器件可分为二维和三维结构。二维MEMS的空间旋转镜通过表面微机械制造技术单片集成在硅基底上，准直光通过微镜的适当旋转被接到适当的输出端。微铰链把微镜铰接在硅基底上，微镜两边有两个推杆，推杆一端连接微镜铰接点，另一端连接可平移梳妆电极。转换状态通过调节梳妆电极使微镜发生转动，当微镜为水平时，可使光束从该微镜上面通过，当微镜旋转到与硅基底垂直时，它将反射入射到它表面的光束，从而使该光束从该微镜对应的输出端口输出。三维MEMS的镜面能向任何方向偏转，这些阵列通常是成对出现，输入光线到达第一个阵列镜面上被反射到第二个阵列的镜面上，然后光线被反射到输出端口。 在多种可能的驱动方法中，静电和磁感应法为主选方案。静电法依赖于电荷极性相反的机械元素之间的相互吸引，这是MEMS技术中使用的主要的驱动方法，它具有可重复性和容易屏蔽等优点。磁感应驱动依赖于磁体或者电磁体之间的相互吸引。尽管磁感应驱动能够产生更大的驱动力并具有较高的线性度，但由于磁感应应用中还有许多问题有待于解决，所以目前静电驱动方案仍然是可靠设备的最
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目
录
1、概述 ........................................................................................................................................ 3 2、特性简介 ................................................................................................................................. 3 3、封装及引脚说明 ...................................................................................................................... 5 4、应用电路 ................................................................................................................................. 6 5、电气参数 ................................................................................................................................. 8 6、应用说明 ................................................................................................................................. 9 7. 修改记录 ................................................................................................................................ 10
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光电开关的工作原理 光是一种电磁射线，其特性如同无线电波和X射线，传递速度约为300000千米/秒，因此它可以在发射的一瞬间被其接收。红外线光电开关是利用人眼不可见（波长为780nm-1mm）的近红外线和红外线的来检测、判别物体。通过光电装置瞬间发射的微弱光束能被安全可靠的准确的发射和接收。 光电开关的重要功能是能够处理光的强度变化：利用光学元件，在传播媒介中间使光束发生变化；利用光束来反射物体；使光束发射经过长距离后瞬间返回。 光电开关的工作原理 光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。 光电开关是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。受脉冲调制的光束辐射强度在发射中经过多次选择，朝着目标不间接地运行。接收器有光电二极管或光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的发射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。 光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。 光电开关的类型 按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。对射式检测距离远，可检测半透明物体的密度（透光度）。反射式的工作距离被限定在光束的交点附近，以避免背景影响。镜面反射式的反射距离较远，适宜作远距离检测，也可检测透明或半透明物体。可分为对射型、漫反射型、镜面反射型。 对射型光电开关（如图1所示）:由发射器和接收器组成，结构上是两者相互分离的，在光束被中断的情况下会产生一个开关信号变化，典型的方式是位于同一轴线上的光电开关可以相互分开达50米。特征：辨别不透明的反光物体；有效距离大，因为光束跨越感应距离的时间仅一次；不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中；装置的消耗高，两个单元都必须敷设电缆。 漫反射型光电开关:是当开关发射光束时，目标产生漫反射，发射器和接收器构成单个的标准部件，当有足够的组合光返回接收器时，开关状态发生变化，作用距离的典型值一直到3米。特征：有效作用距离是由目标的反射能力决定，由目标表面性质和和颜色决定；较小的装配开支，当开关由单个元件组成时，通常是可以达到粗定位；采用背景抑制功能调节测量距离；对目标上的灰尘敏感和对目标变化了的反射性能敏感。 镜面反射型光电开关（如图2所示）:由发射器和接收器构成的情况是一种标准配置，从发射器发出的光束在对面的反射镜被反射，即返回接收器，当光束被中断时会产生一个开关信号的变化。光的通过时间是两倍的信号持续时间，有效作用距离从0.1米至20米。特征：辨别不透明的物体；借助反射镜部件，形成高的有效距离范围；不易受干扰，可以可靠合适的使用在野外或者有灰尘的环境中。
光纤通信简答题 1-2 光纤通信有哪些优点 光纤通信具有许多独特的优点，他们是： 1. 频带宽、传输容量大； 2. 损耗小、中继距离长； 3. 重量轻、体积小； 4. 抗电磁干扰性能好； 5. 泄漏小、保密性好； 6．节约金属材料，有利于资源合理使用。 2-6 什么是光纤的色散？对通信有何影响？多模光纤 的色散由什么色散决定？单模光纤色散又有什么色散决定 答：色散是由于不同成分的光信号在光纤中传输时，因群速度不同产生不同的时间延迟而引起的一种物理效应。 对于多模光纤，主要是模式色散。对于单模光纤，只有色度色散和偏振模色散。 2-7 光纤数值孔径的定义是什么？其物理意义是什么 答：数值孔径（Numerical Aperture，NA）定义为 =（2.2.3） NA n NA表示光纤接收和传输光的能力，NA（或αmax）越大，光纤接收光的能力越强，从光源到光纤的耦合效率越高。对无损耗光纤，在αmax 内的入射光都能在光纤中传输。NA越大，纤芯对光能量的束缚能力越强，光纤抗弯曲性能越好。但NA越大，经光纤传输后产生的输出信号展宽越大，因而限制了信息传输容量，所以要根据使用场合，选择适当的NA。 3-1 连接器和跳线的作用是什么？接头的作用又是什 么 答：1,、连接器是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间可拆卸活动连接的器件。 2、跳线用于终端设备和光缆线路及各种光无源器件之间的互连，以构成光纤传输系统。 3、接头是把两个光纤端面结合在一起，以实现光纤与光纤之间的永久性固定连接。
3-2 耦合器的作用是什么？它有哪几种 耦合器的功能是把一个或多个光输入分配给多个或一个光输出。耦合器有T 形耦合器、星形耦合器、方向耦合器和波分耦合器。 3-6 简述马赫-曾德尔幅度调制器的工作原理 答：最常用的幅度调制器是在L iN b O 3晶体表面用钛扩散波导构成的 马赫-曾德尔（M-Z ）干涉型调制器，如图3.5.5所示。使用两个频率相同但相位不同的偏振光波，进行干涉的干涉仪，外加电压引入相位的变化可以转换为幅度的变化。在图3.5.5（a ）表示的由两个Y 形波导构成的结构中，在理想的情况下，输入光功率在C 点平均分配到两个分支传输，在输出端D 干涉，所以该结构扮演着一个干涉仪的作用，其输出幅度与两个分支光通道的相位差有关。两个理想的背对背相位调制器，在外电场的作用下，能够改变两个分支中待调制传输光的相位。由于加在两个分支中的电场方向相反，如图 3.5.5（a ）的右上方的截面图所示，所以在两个分支中的折射率和相位变化也相反，例如若在A 分支中引入π/2的相位变化，那么在B 分支则引入-π/2相位的变化，因此A 、B 分支将引入相位π的变化。 假如输入光功率在C 点平均分配到两个分支传输，其幅度为A ，在输出端D 的光场为 ()()()t A t A t A E ωφφωφωcos cos 2cos cos output =-++∝ （3.5.5） 输出功率与2output E 成正比，所以由式（3.5.5）可知，当0=φ时输出功率最大，当2π=φ时，两个分支中的光场相互抵消干涉，使输出功率最小，在理想的情况下为零。于是 ()() φφ2out out cos 0=P P （3.5.6） 由于外加电场控制着两个分支中干涉波的相位差，所以外加电场也控制着输出光的强度，虽然它们并不成线性关系。 3-11 光开关的作用是什么？主要分为哪两类 答：光开关的功能是转换光路，以实现光信号的交换。光开关可以分为两大类：一类是机械式光开关，也包括微机械光开关；另一类光开关是固体光开关。 4-1 简述半导体发光基理
目录 1 产品简介 (1) 1.1 应用范围： (1) 1.2 技术指标： (1) 2 使用说明 (2) 2.1 面板说明 (2) 2.2 操作说明 (3) 3 注意事项 (4) 4 标准配置 (5) 5 保修须知 (5) I
1产品简介 MEMS-FSW 1×4-SM-B型单模光开关是我司开发的一种具有多通道光路切换功能的设备，可广泛应用于各种光通信、测试系统中。 1.1应用范围： ●光传输系统中的多路光监控； ●LAN多光源/探测器自动换接、光传感多点动态监测系统； ●光测试系统中用于光纤、光器件、网络和野外工程光缆测试； ●光器件装调。 1.2技术指标： ●工作波长：1310nm ●光纤类型：单模 ●光接口：SC/UPC ●插入损耗：≤1.3dB ●回波损耗：≥50dB ●串音：≥60dB ●切换时间：≤5ms（相邻通道顺序切换） ●重复性：≤±0.05dB ●寿命：≥107次 ●工作温度：0 ~ +70℃ ●储藏温度：－40 ~ +85℃ - 1 -
●电源要求：AC 220V/50Hz ●控制接口：RS-232 ●体积：19英寸1U机箱(483mm×44mm×260mm) 2使用说明 2.1面板说明 1)前面板 前面板如图1所示： 图1 前面板 ①通道指示灯：显示当前光路状态。光开关处于通道1~4时， 对应数字的指示灯被点亮；复位时通道指示灯1点亮。 ②POWER：电源开关。开关至ON为接通，电源指示灯点亮； OFF为断开。 2)后面板 后面板如图2所示： 图2 后面板 ①光接口：COM为公共口，CH1 ~ 4表示4个光通道； - 2 -
实验四光开关特性测量 一. 实验目的 1．了解光开关的工作原理和内部结构。 2．学习光开关的使用方法。 二. 实验原理 光开关是一种具有一个或多个可选择的传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。端口是指连接于光器件中允许光输入或输出的光纤或光纤连接器。光开关可用于光纤通信系统、光纤网络系统、光纤测量系统或仪器以及光纤传感系统，起到开关切换作用。 根据其工作原理，光开关可分为机械式和非机械式两大类。机械式光开关靠光纤或光学元件移动，使光路发生改变。它的优点是：插入损耗较低，一般不大于2dB；隔离度高，一般大于45dB；不受偏振和波长的影响。不足之处是：开关时间较长一般为毫秒数量级，有的还存在回跳抖动和重复性较差的问题。机械式光开关又可细分为移动光纤，移动反光镜，移动耦合器等种类。非机械式光开关则依靠电光效应、磁光效应、声光效应以及热光效应来改变波导折射率，使光路发生改变。这类开关的优点是：开关时间短，达到毫微妙数量级甚至更低；体积小，便于集成。不足之处是插入损耗大，隔离度低。 本实验所用的光开关属于机械式中的移动反射镜2X2类型。其外形如图4.1所示，结构示意图如图4.2所示。 图4.1 光开关的外形图
（a ） （b ） 图4.2 光开关的结构示意图 这种光开关有四个输出端口，还有控制光路转换用的连接电源的正、负两个电极。在这种移动反射镜型光开关中，输入输出端口的光纤都是固定的，球面镜置于受外电场控制的旋转器上。它依靠旋转球面反射镜，使输入光与不同的输出端口接通。当光开关不接DC5V 电压时，球面镜的位置如图4.2（a ）中所示。此时，端口1与2、3与4接通。当光开关接上DC5V 电压时，球面镜旋转90o，此时，端口1与3、2与4接通。因此，通过此光开关可以达到光路切换的目的。 三. 实验设备 1. A V38124A 1.55μm 单模调制光源 2. A V38121A 1.31μm 单模调制光源 3. A V2498 光纤多用表 4. 2X2光开关 5. 一条2kM 的光纤链路和一条10kM 的光纤链路 6. 光时域反射计（OTDR ） 7. 直流稳压稳流电源 四. 实验步骤 1.按图4.3将各设备连接起来。2kM 的光纤链路和10kM 的光纤链路分别通过光纤 活动连接器与光开关的端口1、4连接起来。光开关的端口2也通过光纤活动连接器接入OTDR 的光输出端。 球面镜 光纤 1 2 3 4