光スイッチは、光スイッチングの主要コンポーネントであり、光伝送路内の光信号を変換または論理演算できる 1 つまたは複数の選択可能な伝送ポートを備えています。これらは光ファイバーネットワークシステムに広く応用されています。
光スイッチは、機械式と非機械式の 2 つの主なカテゴリに分類できます。-機械式光スイッチは、光ファイバーまたは光学コンポーネントの動きに依存して光路を変更します。非機械式光スイッチは、電気光学、音響光学、または熱光学効果に依存して導波路の屈折率を変更し、それによって光路を変更します。-これら 2 種類の光スイッチの構造と動作原理を以下に説明します。
メカニカル光スイッチ
新しいタイプの機械式光スイッチには、マイクロ電気機械システム（MEMS）光スイッチや金属薄膜光スイッチなどがあります。{0}{1}
微小電気機械システム（MEMS）光スイッチは半導体基板材料上に製造され、微小な移動と回転が可能なマイクロミラーのアレイを作成します。-これらのマイクロミラー-は非常に小さく、約 140 μm x 150 μm であり、駆動力の影響下で、入力光信号を異なる出力ファイバーに切り替えます。マイクロミラー-に加えられる駆動力は、熱、磁気、または静電効果を使用して生成されます。 MEMS光スイッチの構造を図に示します。
マイクロミラー-が方向 1 にある場合、入力光は出力導波路 1 を通って出力されます。マイクロミラー-が方向 2 にある場合、入力光は出力導波路 2 を通って出力されます。マイクロミラー-の回転は電圧 (100-200V) によって制御されます。このデバイスは、小型、高い消光比（オン-状態の出力光パワーとオフ-状態の出力光パワーの比）、偏波の影響を受けないこと、低コスト、中程度のスイッチング速度、1 dB未満の挿入損失を特徴としています。金属薄膜光スイッチの構造を図 3-40 に示します。このタイプの光スイッチでは、導波路コア層が下部クラッドの下にあり、金属薄膜がその上にあり、金属薄膜と導波路の間には空気があります。金属薄膜と基板の間に電圧を印加すると、金属薄膜に静電力が発生します。この力により、金属薄膜が下方に移動して導波路に接触し、導波路の屈折率が変化し、導波路を通過する光信号の位相シフトが変化します。図 3-40c では、電圧がかかっていない場合、金の薄膜が持ち上げられ、両方のアームの位相シフトが同じであるため、光信号はポート 2 から出力されます。電圧が印加されると、金属薄膜が導波路に接触し、そのアームにπ位相シフトが生じ、光信号がポート 1 から出力されます。
非機械式光スイッチ-
非機械式光スイッチには、液晶光スイッチ、電気光学効果光スイッチ、電気光学効果光スイッチ、熱光学効果光スイッチ、半導体光増幅スイッチなどのタイプが含まれます。{{1}
液晶光スイッチは、半導体材料上に偏光ビーム分岐導波路を作成することによって作製されます。導波路の交差部分に特定の角度で溝を掘り、その溝に液晶を注入する。溝の下にはヒーターが設置されています。溝が加熱されていない場合、光ビームは直進します。加熱すると液晶内に気泡が発生し、全反射により光の方向が変わり、目的の導波路へ出射されます。
電気光学効果と熱光学効果-は、特定の材料の屈折率が電圧と温度によって変化する現象を利用しており、これにより光スイッチング デバイスの作成が可能になります。
半導体光増幅器 (SOA) 光スイッチは、半導体光増幅器のバイアス電圧を変更することでスイッチング機能を実現します。
光スイッチの主なパラメータには、波長範囲、挿入損失、光反射減衰量、クロストーク、光入力パワー、偏波依存損失、再現性、スイッチング速度、寿命などがあります。{0}
光学フィルター
光フィルタは、前のセクションで説明した光増幅器のノイズのフィルタリングなど、光ファイバ通信システムで重要な用途を持つ波長選択デバイスです。{0}特に WDM 光ファイバー ネットワークでは、各受信機が必要なチャネルを選択する必要があるため、フィルターは不可欠なコンポーネントになります。フィルターは、固定フィルターと調整可能フィルターの 2 つの主なカテゴリに分類されます。前者は特定の波長の信号光を通過させることができ、後者は一定の光帯域内で動的に波長を選択することができます。光学フィルターの機能と分類を図に示します。
実際の光フィルタの透過特性を図に示します。固定波長光フィルタの主なパラメータは、中心波長 λ2 と帯域幅 Δλ です。これらに加えて、挿入損失やアイソレーションなどのパラメータもあります。
光ファイバーグレーティング
ファイバーブラッググレーティングは、ファイバーの製造中に導入された欠陥を利用し、紫外線照射を使用してファイバーコアの屈折率分布に周期的な変化を生み出します。ファイバーブラッググレーティングのフィルタリング効果を図に示します。ブラッグ格子条件を満たす波長は全反射され、他の波長は透過するため、全ファイバー ノッチ フィルターになります。-
ファイバーブラッググレーティングを製造するには 2 つの方法があります。
(1) 干渉方法：この干渉方法は 2 ビーム干渉の原理を利用しています。{0}紫外光のビームは 2 つの平行なビームに分割され、光ファイバーの外側に干渉フィールドが生成されます。 2 つの干渉アームの長さを調整することにより、結果として生じる干渉縞の周期を、ファイバー ブラッグ グレーティングの製造要件を満たすようにすることができます。
(2) 位相マスク法：位相マスク法では、事前に製造されたマスクを使用します。{0}紫外光が位相マスクを通過すると干渉が発生し、光ファイバーの円筒面上に干渉場が形成され、ファイバー内に回折格子が書き込まれます。
