Optik anahtarlaroptik iletim hatlarındaki optik sinyalleri dönüştürebilen veya bunlar üzerinde mantıksal işlemler gerçekleştirebilen bir veya daha fazla seçilebilir iletim bağlantı noktasına sahip olan optik anahtarlamadaki temel bileşenlerdir. Fiber optik ağ sistemlerinde yaygın uygulamalara sahiptirler.
Optik anahtarlar iki ana kategoriye ayrılabilir: mekanik ve-mekanik olmayan. Mekanik optik anahtarlar, optik yolu değiştirmek için optik fiberlerin veya optik bileşenlerin hareketine dayanır; -mekanik olmayan optik anahtarlar, dalga kılavuzunun kırılma indeksini değiştirmek için elektro-optik, akustik-optik veya termo-optik etkilere dayanır, böylece optik yol değişir. Bu iki tip optik anahtarın yapısı ve çalışma prensipleri aşağıda anlatılmıştır.
Mekanik optik anahtar
Yeni mekanik optik anahtar türleri arasında mikro-elektromekanik sistem (MEMS) optik anahtarları ve metal ince-film optik anahtarları bulunur.
Mikroelektromekanik Sistemler (MEMS) optik anahtarları, yarı iletken bir alt tabaka malzemesi üzerinde üretilir ve anlık hareket ve dönüş yapabilen bir dizi mikro-ayna oluşturur. Bu mikro-aynalar çok küçüktür (yaklaşık 140 μm x 150 μm) ve bir itici gücün etkisi altında, giriş optik sinyalini farklı çıkış fiberlerine dönüştürürler. Mikro-aynalara uygulanan itici güç termal, manyetik veya elektrostatik etkiler kullanılarak oluşturulur. MEMS optik anahtarının yapısı şekilde gösterilmiştir.
Mikro-ayna 1 yönünde olduğunda, giriş ışığının çıkışı çıkış dalga kılavuzu 1 yoluyla sağlanır; mikro-ayna 2 yönünde olduğunda, giriş ışığı çıkış dalga kılavuzu 2 üzerinden verilir. Mikro-aynanın dönüşü bir voltaj (100-200V) tarafından kontrol edilir. Bu cihaz küçük bir boyuta, yüksek bir sönme oranına (açık{10}}durumdaki çıkış optik gücünün kapalı-durumdaki çıkış optik gücüne oranı), polarizasyona karşı duyarsızlığa, düşük maliyete, orta düzeyde anahtarlama hızına ve 1 dB'den az ekleme kaybına sahiptir. Metal ince film optik anahtarın yapısı Şekil 3-40'ta gösterilmektedir. Bu tip optik anahtarda, dalga kılavuzu çekirdek katmanı alt kaplamanın altındadır ve üzerinde metal ince film ile dalga kılavuzu arasında hava bulunan ince bir metal film bulunur. Metal ince film ile alt tabaka arasına uygulanan voltaj, metal ince film üzerinde elektrostatik bir kuvvet oluşturur. Bu kuvvet altında metal ince film aşağı doğru hareket eder ve dalga kılavuzuyla temas ederek dalga kılavuzunun kırılma indisini değiştirir ve böylece dalga kılavuzundan geçen optik sinyalin faz kaymasını değiştirir. Şekil 3-40c'de, voltaj olmadan altın renkli ince film kaldırılır ve her iki koldaki faz kayması aynıdır, dolayısıyla optik sinyal çıkış noktası 2'den verilir; voltaj uygulandığında metal ince film dalga kılavuzuna temas ederek bu kolda bir π faz kaymasına neden olur ve optik sinyal bağlantı noktası 1'den çıkarılır.
-Mekanik olmayan optik anahtar
-Mekanik olmayan optik anahtarlar, sıvı kristal optik anahtarlar, elektro-optik efektli optik anahtarlar, termo-optik efektli optik anahtarlar ve yarı iletken optik amplifikatör anahtarları gibi türleri içerir.
Sıvı kristal optik anahtar, yarı iletken bir malzeme üzerinde polarize ışık huzmesi dallanan dalga kılavuzları oluşturularak üretilir. Dalga kılavuzlarının kesişiminde belirli bir açıda bir oluk kazınır ve oluğun içine sıvı kristal enjekte edilir. Oluğun altına bir ısıtıcı yerleştirilir. Oluk ısıtılmadığında ışık huzmesi doğrudan içinden geçer; ısıtıldığında sıvı kristal içinde kabarcıklar oluşur ve toplam iç yansıma nedeniyle ışık yön değiştirir ve istenen dalga kılavuzuna gönderilir.
Elektro-optik ve termo-optik efektler, belirli malzemelerin kırılma indisinin voltaj ve sıcaklıkla değişmesi olgusunu kullanır ve böylece optik anahtarlama cihazlarının oluşturulmasına olanak tanır.
Yarı iletken optik amplifikatör (SOA) optik anahtarları, yarı iletken optik amplifikatörün ön gerilimini değiştirerek anahtarlama işlevselliği elde eder.
Optik anahtarların ana parametreleri arasında dalga boyu aralığı, ekleme kaybı, optik geri dönüş kaybı, karışma, optik giriş gücü, polarizasyona-bağlı kayıp, tekrarlanabilirlik, anahtarlama hızı ve kullanım ömrü bulunur.
Optik filtre
Optik filtreler, önceki bölümde tartışıldığı gibi optik amplifikatörlerdeki gürültüyü filtrelemek gibi fiber optik iletişim sistemlerinde önemli uygulamalara sahip olan dalga boyu-seçici cihazlardır. Özellikle her alıcının gerekli kanalı seçmesi gereken WDM fiber optik ağlarda filtreler vazgeçilmez bir bileşen haline gelir. Filtreler iki ana kategoriye ayrılır: sabit filtreler ve ayarlanabilir filtreler. Birincisi belirli bir dalga boyundaki sinyal ışığının geçmesine izin verirken ikincisi belirli bir optik bant genişliği içindeki dalga boylarını dinamik olarak seçebilir. Optik filtrelerin fonksiyonları ve sınıflandırılması şekilde gösterilmiştir.
Pratik bir optik filtrenin iletim özellikleri şekilde gösterilmiştir. Sabit-dalga boylu bir optik filtrenin ana parametreleri, merkez dalga boyu λ2 ve bant genişliği Δλ'dır. Bunların yanı sıra ekleme kaybı ve izolasyon gibi parametreler de bulunmaktadır.
Fiber optik ızgara
Fiber Bragg ızgaraları, fiber çekirdeğinin kırılma indisi dağılımında periyodik bir değişiklik yaratmak için ultraviyole ışık ışınımı kullanarak fiber üretimi sırasında ortaya çıkan kusurlardan yararlanır. Bir fiber Bragg ızgarasının filtreleme etkisi şekilde gösterilmiştir; Bragg ızgara koşulunu karşılayan dalga boyları tamamen yansıtılırken diğer dalga boyları içinden geçerek onu tamamen-fiber bir çentik filtresi haline getirir.
Fiber Bragg ızgaralarını imal etmek için iki yöntem vardır:
(1) Girişim yöntemi:Girişim yöntemi iki- ışın girişimi ilkesini kullanır. Bir ultraviyole ışık demeti iki paralel ışına bölünerek optik fiberin dışında bir girişim alanı oluşturur. İki müdahale kolunun uzunlukları ayarlanarak, ortaya çıkan girişim saçaklarının periyodu, fiber Bragg ızgarasının imalatına yönelik gereklilikleri karşılayacak şekilde yapılabilir.
(2) Faz maskesi yöntemi:Aşama maskesi yöntemi, önceden hazırlanmış-bir maske kullanır. Ultraviyole ışık faz maskesinden geçtiğinde girişim meydana gelir, optik fiberin silindirik yüzeyinde bir girişim alanı oluşturulur ve böylece ızgara fiberin içine yazılır.