Характеристики оптичних комутаторів

Тип комутатора	Розмірність (ВХ х ВИХ)	Втрати, дБ	Перехідне загасання, дБ	Поляризаційні втрати, дБ	Час переключення
Електромеханічний	8х8	3	55	0,2	10 мс
Електрооптичний LiNb3	4х4	8	35	1	10 пс
Оптоелектронний	4х4	0	40	малі	1 нс
Активний хвилеводний	4х4	0	35	–	1 нс
Термооптичний: кварцовий полімерний	8х8 8х8	10 10	15 30	малі малі	2 мс 2мс

Рис. 21. Види оптичних з’єднань

Рис. 22. Приклад відбиття хвиль у пакеті тонких плівок

Фотонні кристали. У 1998 р. з’явилися повідомлення про розробку 3-вимірних мікроскопічних структур, що одержали назву фотонних решіток. Мікроскопічні кристали, створені на основі кремнію, передають світло в оптичному діапазоні з мінімальними втратами по різних траєкторіях з вигином під прямим кутом у задану точку. Кристал являє собою пачку тонких кремнієвих 2-вимірних дифракційних решіток, кожен шар якої повернутий на 90⁰ щодо сусіднього. Число шарів обчислюється десятками. Що являє собою набір шарів? Це плівкові світлопрозорі матеріали з різними показниками переломлення і різної товщини (рис. 22).

При нормальному падінні світла на плоску границю розподілу двох середовищ з показниками переломлення n₁ і n₂ амплітудні коефіцієнти відображення і пропущення світла r і t визначаються різницею показників переломлення:

, . (3)

Якщо n₁>n₂, то коефіцієнт r>0, а в противному випадку він негативний. Розглянемо падіння світлової хвилі перпендикулярно набору світлопропускаючих шарів. При відбитті світла від плівки товщиною d₂ з показником переломлення n₂, обмеженої по обидва боки середовищами з показником переломлення n₁, світло частково відбивається від першої границі (з коефіцієнтом r), частково проходить (з коефіцієнтом t) і доходять до другої границі, набираючи фазу , відбивається від другої границі з коефіцієнтом –r, повертається до першої границі, знову набираючи фазу , і виходить назовні.

Таким чином, фаза хвилі, відбитої від першої границі, і фаза хвилі, що пройшла усередину плівки, відбитої від другої границі, і повернулася до першої границі, відрізняються на величину . Якщо різниця фаз , то хвилі, відбиті від першої та другої границь, будуть підсилювати одна одну. Це можливо, якщо оптична товщина плівки дорівнює :

. (4)

Якщо збільшити число шарів пара з показниками переломлення n₁ і n₂, то коефіцієнт відбиття світла від структур збільшується, а інтенсивність світла в товщині структур, зменшується за експонентою. Такі структури одержали назва бреговських відбивачів. Один із прикладів використання таких фотонних кристалів приведений у конструкції лазера з вертикальними резонаторами.

Можливості по застосуванню фотонних кристалів численне: створення світловодних каналів у вигляді у волокон і керованих хвилеводів; спектральне мультиплексування і демультиплексування для оптичних мереж; кросування світлових хвиль, яких необхідно для створення оптичних процесів. Приклад фотонних кристалів у виді волокон розглянутий нижче.

Волокна з фотонно-кристалічною оболонкою (Holey Fibers, Photonic Crystal Fibers) - новий тип оптичних хвилеводів з унікальними властивостями становлять особливий інтерес. Ці ОВ звичайно виготовляються зі скла, кварцу або прозорої пластмаси шляхом перетяжки з попередньої форми, утвореної з щільно упакованих трубок і стрижнів, зібраної відповідно до поперечного перетину ОВ. У залежності від структури поперечного перетину, ці ОВ мають різні властивості, такі як ОМ-режим поширення в широкому спектральному діапазоні, велика/мала площа модової плями для збільшення/зменшення нелінійних ефектів, низькі або високі втрати на згинах, висока нелінійність для генерації гармонік, точно керовані поляризація, дисперсія групової швидкості, спектр пропускання та подвійна променезаломлюваність. Волокна цього типу мають низку переваг перед звичайними кварцовими світловодами:

• ОМ-режим для всіх довжин хвиль випромінювання;

• широкий діапазон зміни площі плями основної моди - до сотень нм²;

• постійне значення коефіцієнта дисперсії (дисперсійний нахил дорівнює 0,002 пс^*нм^-1*км^-1 для λ=1,3...1,5 мкм);

• високі значення коефіцієнта дисперсії (2000 пс^*нм^-1*км^-1 для спеціально розроблених структур);

• аномальна та нульова дисперсія для довжин хвиль менше 1,3 мкм спектр);

• контрольована локалізація полючи в повітряних отворах.

Крім того, області застосування цих волокон різноманітні: WDM пристрої та дисперсійна компенсація; волоконні лазери; мікроскопія ближнього поля; генерація фемтосекундних імпульсів для солітонів; оптичний генератор; спектроскопія газів і рідин; оптична транспортація мікрочастинок. Матеріал(и) для виробництва ОВ: оптичне скло, композиція зі стекол, композиція зі стекол і металів. Процеси: 2- або 3-фазне витягування скло-оптичних порожніх капілярних пучків, заповнення проміжків тісно упакованих волокон. У табл. 5 приведені геометричні характеристики п’яти видів фотонно-кристалічних волокон. На рис. 23 представлена конструкція фотонного волокна в розрізі при значному збільшенні (більш ніж у 1000 разів).

Таблиця 5

Геометричні характеристики фотонно-кристалічних ОВ

Характеристики	1	2	3	4	5
Інтервал між отворами, мкм	3	0,4	3	10	10
Діаметр отворів, мкм	2	0,2	2	8	1
Зовнішній діаметр волокна, мкм	125/400	125/400	125/400	125/400	125/400

Рис. 23. Конструкція волокна першого типу з однією серцевиною в розрізі