Interruptores ópticosson componentes clave en la conmutación óptica, que poseen uno o más puertos de transmisión seleccionables que pueden convertir o realizar operaciones lógicas en señales ópticas en líneas de transmisión óptica. Tienen aplicaciones generalizadas en sistemas de redes de fibra óptica.
Los interruptores ópticos se pueden dividir en dos categorías principales: mecánicos y no-mecánicos. Los interruptores ópticos mecánicos dependen del movimiento de fibras ópticas o componentes ópticos para cambiar la ruta óptica; Los interruptores ópticos no-mecánicos dependen de efectos electro-ópticos, acústicos-ópticos o termo-ópticos para cambiar el índice de refracción de la guía de ondas, alterando así la trayectoria óptica. La estructura y los principios de funcionamiento de estos dos tipos de interruptores ópticos se describen a continuación.
Interruptor óptico mecánico
Los nuevos tipos de interruptores ópticos mecánicos incluyen interruptores ópticos de micro{0}}sistemas electromecánicos (MEMS) y interruptores ópticos de película delgada-de metal.
Los interruptores ópticos de los sistemas microelectromecánicos (MEMS) se fabrican sobre un material de sustrato semiconductor, lo que crea una serie de micro{0}}espejos capaces de realizar movimientos y rotaciones diminutos. Estos micro-espejos son muy pequeños, aproximadamente 140 μm x 150 μm, y bajo la influencia de una fuerza impulsora, conmutan la señal óptica de entrada a diferentes fibras de salida. La fuerza motriz aplicada a los micro-espejos se genera mediante efectos térmicos, magnéticos o electrostáticos. La estructura de un interruptor óptico MEMS se muestra en la figura.
Cuando el micro-espejo está en la orientación 1, la luz de entrada sale a través de la guía de ondas de salida 1; cuando el micro-espejo está en la orientación 2, la luz de entrada sale a través de la guía de ondas de salida 2. La rotación del micro-espejo está controlada por un voltaje (100-200V). Este dispositivo presenta un tamaño pequeño, una alta relación de extinción (la relación entre la potencia óptica de salida en el estado encendido y la potencia óptica de salida en el estado apagado), insensibilidad a la polarización, bajo costo, velocidad de conmutación moderada y pérdida de inserción inferior a 1 dB. La estructura de un interruptor óptico de película delgada de metal se muestra en la Figura 3-40. En este tipo de interruptor óptico, la capa central de la guía de ondas está debajo del revestimiento inferior y una película delgada de metal está encima de ella, con aire entre la película delgada de metal y la guía de ondas. Un voltaje aplicado entre la película delgada de metal y el sustrato genera una fuerza electrostática sobre la película delgada de metal. Bajo esta fuerza, la delgada película metálica se mueve hacia abajo y entra en contacto con la guía de ondas, cambiando el índice de refracción de la guía de ondas y alterando así el cambio de fase de la señal óptica que pasa a través de la guía de ondas. En la Figura 3-40c, sin voltaje, la fina película dorada se levanta y el cambio de fase en ambos brazos es el mismo, por lo que la señal óptica sale por el puerto 2; Con voltaje aplicado, la delgada película metálica hace contacto con la guía de ondas, provocando un cambio de fase π en ese brazo, y la señal óptica sale por el puerto 1.
Interruptor óptico no-mecánico
Los interruptores ópticos no-mecánicos incluyen tipos como interruptores ópticos de cristal líquido, interruptores ópticos de efecto electro-óptico, interruptores ópticos de efecto termo-óptico e interruptores amplificadores ópticos semiconductores.
Un interruptor óptico de cristal líquido se fabrica creando guías de onda ramificadas de haz de luz polarizada en un material semiconductor. Se graba una ranura en un ángulo específico en la intersección de las guías de ondas y se inyecta cristal líquido en la ranura. Se coloca un calentador debajo de la ranura. Cuando la ranura no se calienta, el haz de luz pasa directamente a través de ella; cuando se calienta, se generan burbujas dentro del cristal líquido y, debido a la reflexión interna total, la luz cambia de dirección y sale a la guía de ondas deseada.
Los efectos electro{0}}ópticos y termo-ópticos utilizan el fenómeno de que el índice de refracción de ciertos materiales cambia con el voltaje y la temperatura, lo que permite la creación de dispositivos de conmutación óptica.
Los interruptores ópticos de amplificador óptico semiconductor (SOA) logran la funcionalidad de conmutación cambiando el voltaje de polarización del amplificador óptico semiconductor.
Los principales parámetros de los conmutadores ópticos incluyen el rango de longitud de onda, la pérdida de inserción, la pérdida de retorno óptico, la diafonía, la potencia de entrada óptica, la pérdida dependiente de la polarización-, la repetibilidad, la velocidad de conmutación y la vida útil.
Filtro óptico
Los filtros ópticos son dispositivos selectivos de longitud de onda-que tienen aplicaciones importantes en sistemas de comunicación de fibra óptica, como el filtrado de ruido en amplificadores ópticos, como se analizó en la sección anterior. Especialmente en las redes de fibra óptica WDM, donde cada receptor debe seleccionar el canal requerido, los filtros se convierten en un componente indispensable. Los filtros se dividen en dos categorías principales: filtros fijos y filtros sintonizables. El primero permite el paso de una señal luminosa de una longitud de onda específica, mientras que el segundo puede seleccionar dinámicamente longitudes de onda dentro de un determinado ancho de banda óptico. Las funciones y clasificación de los filtros ópticos se muestran en la figura.
En la figura se muestran las características de transmisión de un filtro óptico práctico. Los principales parámetros de un filtro óptico de longitud de onda-fija son la longitud de onda central λ2 y el ancho de banda Δλ. Además de estos, también existen parámetros como la pérdida de inserción y el aislamiento.
Rejilla de fibra óptica
Las rejillas de fibra de Bragg utilizan defectos introducidos durante la fabricación de la fibra, utilizando irradiación de luz ultravioleta para crear una variación periódica en la distribución del índice de refracción del núcleo de la fibra. En la figura se muestra el efecto de filtrado de una rejilla de Bragg de fibra; Las longitudes de onda que satisfacen la condición de la rejilla de Bragg se reflejan totalmente, mientras que otras longitudes de onda pasan a través de él, lo que lo convierte en un filtro de muesca exclusivamente de fibra.
Existen dos métodos para fabricar rejillas de Bragg de fibra:
(1) Método de interferencia:El método de interferencia utiliza el principio de interferencia de dos-haces. Un haz de luz ultravioleta se divide en dos haces paralelos, creando un campo de interferencia fuera de la fibra óptica. Ajustando las longitudes de los dos brazos de interferencia, se puede hacer que el período de las franjas de interferencia resultantes cumpla con los requisitos para fabricar la rejilla de Bragg de fibra.
(2) Método de máscara de fase:El método de máscara de fase utiliza una máscara pre-fabricada. Cuando la luz ultravioleta pasa a través de la máscara de fase, se produce interferencia, lo que crea un campo de interferencia en la superficie cilíndrica de la fibra óptica, escribiendo así la rejilla en la fibra.
