Optički prekidačisu ključne komponente u optičkom preklopu, posjeduju jedan ili više prijenosnih priključaka koji se mogu odabrati i koji mogu pretvarati ili izvoditi logičke operacije na optičkim signalima u optičkim prijenosnim linijama. Imaju široku primjenu u sustavima optičkih mreža.
Optički prekidači mogu se podijeliti u dvije glavne kategorije: mehanički i ne-mehanički. Mehanički optički prekidači oslanjaju se na kretanje optičkih vlakana ili optičkih komponenti za promjenu optičkog puta; ne-mehanički optički prekidači oslanjaju se na elektro-optičke, akusto-optičke ili termo-optičke učinke za promjenu indeksa loma valovoda, čime se mijenja optički put. Struktura i načela rada ove dvije vrste optičkih sklopki opisani su u nastavku.
Mehanički optički prekidač
Nove vrste mehaničkih optičkih sklopki uključuju optičke sklopke mikro-elektromehaničkog sustava (MEMS) i optičke sklopke metalnog tankog{1}}sloja.
Optički prekidači mikroelektromehaničkih sustava (MEMS) izrađeni su na materijalu poluvodičke podloge, stvarajući niz mikro-ogledala sposobnih za sitno kretanje i rotaciju. Ta mikro-zrcala su vrlo mala, otprilike 140 μm x 150 μm, i pod utjecajem pogonske sile prebacuju ulazni optički signal na različita izlazna vlakna. Pogonska sila koja se primjenjuje na mikro-ogledala generira se toplinskim, magnetskim ili elektrostatičkim učincima. Struktura MEMS optičkog prekidača prikazana je na slici.
Kada je mikro{0}}zrcalo u orijentaciji 1, ulazno svjetlo izlazi kroz izlazni valovod 1; kada je mikro-ogledalo u orijentaciji 2, ulazno svjetlo izlazi kroz izlazni valovod 2. Rotacijom mikro-ogledala upravlja napon (100-200V). Ovaj uređaj ima malu veličinu, visok omjer ekstinkcije (omjer izlazne optičke snage u uključenom-stanju i izlazne optičke snage u isključenom-stanju), neosjetljivost na polarizaciju, nisku cijenu, umjerenu brzinu prebacivanja i uneseni gubitak manji od 1 dB. Struktura metalne tankoslojne optičke sklopke prikazana je na slici 3-40. U ovoj vrsti optičkog prekidača, sloj jezgre valovoda je ispod donje obloge, a metalni tanki film je iznad njega, sa zrakom između metalnog tankog filma i valovoda. Napon primijenjen između metalnog tankog filma i supstrata stvara elektrostatičku silu na metalnom tankom filmu. Pod ovom silom, metalni tanki film se pomiče prema dolje i dolazi u dodir s valovodom, mijenjajući indeks loma valovoda i tako mijenjajući fazni pomak optičkog signala koji prolazi kroz valovod. Na slici 3-40c, bez napona, zlatni tanki film je podignut, a fazni pomak u oba kraka je isti, tako da optički signal izlazi iz priključka 2; s primijenjenim naponom, metalni tanki film dolazi u kontakt s valovodom, uzrokujući π fazni pomak u tom kraku, a optički signal izlazi iz priključka 1.
Ne-mehanički optički prekidač
Ne-mehanički optički prekidači uključuju tipove kao što su optički prekidači s tekućim kristalima, optički prekidači s elektro-optičkim efektom, optički prekidači s termo-optičkim efektom i poluvodički prekidači s optičkim pojačalom.
Optički prekidač od tekućeg kristala proizvodi se stvaranjem valovoda za grananje polariziranog svjetlosnog snopa na poluvodičkom materijalu. Utor je urezan pod određenim kutom na sjecištu valovoda, a tekući kristal se ubrizgava u utor. Ispod utora postavljen je grijač. Kada utor nije zagrijan, svjetlosna zraka prolazi ravno kroz njega; kada se zagrijava, stvaraju se mjehurići unutar tekućeg kristala, a zbog potpune unutarnje refleksije svjetlost mijenja smjer i izlazi u željeni valovod.
Elektro{0}}optički i termo-optički efekti koriste fenomen da se indeks loma određenih materijala mijenja s naponom i temperaturom, čime se omogućuje stvaranje optičkih sklopnih uređaja.
Optički prekidači poluvodičkog optičkog pojačala (SOA) postižu funkcionalnost preklapanja promjenom prednapona poluvodičkog optičkog pojačala.
Glavni parametri optičkih sklopki uključuju raspon valnih duljina, uneseni gubitak, optički povratni gubitak, preslušavanje, optičku ulaznu snagu, gubitak-ovisan o polarizaciji, ponovljivost, brzinu prebacivanja i vijek trajanja.
Optički filter
Optički filtri su uređaji-selektivne valne duljine koji imaju važne primjene u optičkim komunikacijskim sustavima, kao što je filtriranje buke u optičkim pojačalima kao što je objašnjeno u prethodnom odjeljku. Posebice u WDM optičkim mrežama, gdje svaki prijamnik mora odabrati željeni kanal, filtri postaju neizostavna komponenta. Filtri su podijeljeni u dvije glavne kategorije: fiksni filtri i podesivi filtri. Prvi omogućuje prolaz signalne svjetlosti određene valne duljine, dok drugi može dinamički odabrati valne duljine unutar određene optičke širine pojasa. Funkcije i klasifikacija optičkih filtara prikazani su na slici.
Karakteristike prijenosa praktičnog optičkog filtra prikazane su na slici. Glavni parametri fiksnog-optičkog filtra valne duljine su središnja valna duljina λ2 i propusnost Δλ. Osim ovih, tu su i parametri kao što su uneseni gubici i izolacija.
Rešetka od optičkih vlakana
Vlaknaste Braggove rešetke iskorištavaju nedostatke nastale tijekom proizvodnje vlakana, koristeći ultraljubičasto zračenje za stvaranje periodične varijacije u distribuciji indeksa loma jezgre vlakna. Učinak filtriranja vlaknaste Braggove rešetke prikazan je na slici; valne duljine koje zadovoljavaju uvjet Braggove rešetke potpuno se reflektiraju, dok druge valne duljine prolaze, što ga čini filtrom s urezima za sva-vlakna.
Postoje dvije metode za izradu vlaknastih Braggovih rešetki:
(1) Metoda interferencije:Metoda interferencije koristi načelo interferencije dva-zraka. Snop ultraljubičastog svjetla se dijeli na dva paralelna snopa, stvarajući interferentno polje izvan optičkog vlakna. Podešavanjem duljina dva interferencijska kraka, period rezultirajućih interferencijskih pruga može se postići tako da zadovolji zahtjeve za izradu vlaknaste Braggove rešetke.
(2) Metoda fazne maske:Metoda fazne maske koristi-gotovu masku. Kada ultraljubičasto svjetlo prolazi kroz faznu masku, dolazi do interferencije, stvarajući interferencijsko polje na cilindričnoj površini optičkog vlakna, čime se rešetka upisuje u vlakno.
