摘要：光開關是實現(xiàn)全光交換的核心器件，光開關的研究已成為全光通信領域研究的焦點。本文首先對光開關的原理進行歸納，總結光開關的應用范圍。對傳統(tǒng)機械式光開關、微電子機械式光開關、熱光開關進行了進一步地劃分，分析了它們的結構形式和性能特點。設計了光開關性能評價指標體系，對常見的4種光開關進行了定性與定量對比，指出不同類型光開關的優(yōu)點和不足之處。最后依據(jù)全光通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢，指出大容量、高速、透明、低損耗是光開關的重點發(fā)展方向。
關鍵詞：光開關；微電子機械式光開關；熱光開關；全光通信

光纖通信技術的問世和發(fā)展給通信業(yè)帶來了革命性的變革，目前世界大約85％的通信業(yè)務經(jīng)光纖傳輸，長途干線網(wǎng)和本地中繼網(wǎng)也已廣泛使用光纖。特別是近幾年，以IP為主的Internet業(yè)務呈現(xiàn)爆炸性增長，這種增長趨勢不僅改變了IP網(wǎng)絡層與底層傳輸網(wǎng)絡的關系，而且對整個網(wǎng)絡的組網(wǎng)方式、節(jié)點設計、管理和控制提出了新的要求。一種智能化網(wǎng)絡體系結構——自動交換光網(wǎng)絡(Automatic SwitchedOptical Networks，ASON)成為當今系統(tǒng)研究的熱點，它的核心節(jié)點由光交叉連接(Optical Cross—connect，OXC)設備構成，通過OXC，可實現(xiàn)動態(tài)波長選路和對光網(wǎng)絡靈活、有效地管理。OXC技術在日益復雜的DWDM網(wǎng)中是關鍵技術之一，而光開關作為切換光路的功能器件，則是OXC中的關鍵部分。
光開關矩陣是OXC的核心部分，它可實現(xiàn)動態(tài)光路徑管理、光網(wǎng)絡的故障保護、波長動態(tài)分配等功能，對解決目前復雜網(wǎng)絡中的波長爭用，提高波長重用率，進行網(wǎng)絡靈活配置均有重要的意義。隨著光傳送網(wǎng)向超高速、超大容量的方向發(fā)展，網(wǎng)絡的生存能力、網(wǎng)絡的保護倒換和恢復問題成為網(wǎng)絡關鍵問題，而光開關在光層的保護倒換對業(yè)務的保護和恢復起到了更為重要的作用。

1 光開關的應用范圍
光開關(Optical Switch，OS)是一種具有一個或多個可選擇的傳輸窗口，可對光傳輸線路或集成光路中的光信號進行相互轉換或邏輯操作的器件。光開關基本的形式是2x2：即入端和出端各有兩條光纖，可以完成兩種連接狀態(tài)：平行連接和交叉連接，如圖1所示。較大型的空分光交換單元可由基本的2x2光開關以及相應的1x2光開關級聯(lián)、組合構成。

光開關在光網(wǎng)絡中起到十分重要的作用，在波分復用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)傳輸系統(tǒng)中，光開關可用于波長適配、再生和時鐘提?。辉诠鈺r分復用(OptcalTime Division Multiplex，OTDM)系統(tǒng)中，光開關可用于解復用；在全光交換系統(tǒng)中，光開關是光交叉連接(Optical Cross-connect，OXC)的關鍵器件，也是波長變換的重要器件。根據(jù)光開關的輸入和輸出端口數(shù)，可分為1×1、1×2、1xN、2x2、2xN、MxN等多種，它們在不同場合中有不同用途。其應用范圍主要有：光網(wǎng)絡的保護倒換系統(tǒng)、光纖測試中的光源控制、網(wǎng)絡性能的實時監(jiān)控系統(tǒng)、光器件的測試、構建OXC設備的交換核心、光插／分復用、光學測試、光傳感系統(tǒng)等。

2 主要光開關類型研究
依據(jù)不同的光開關原理，光開關的實現(xiàn)方法有多種，如：傳統(tǒng)機械光開關、微機械光開關、熱光開關、液晶光開關、電光開關和聲光開關等。其中傳統(tǒng)機械光開關、微機械光開關、熱光開關因其各自的特點在不同場合得到廣泛應用。
2．1 傳統(tǒng)機械光開光
目前應用最為廣泛的仍是傳統(tǒng)的1x2和2x2機械式光開關。傳統(tǒng)機械式光開關可通過移動光纖將光直接耦合到輸出端，采用棱鏡、反射鏡切換光路，將光直接送到或反射到輸出端。
機械式光開關分主要有3種類型：一是采用棱鏡切換光路技術，二是采用反射鏡切換技術，三是通過移動光纖切換光路。移動棱鏡光開關的基本結構如圖2所示。光纖與起準直作用的透鏡(準直器)相連，并固定不動，通過移動棱鏡改變輸入、輸出端口間的光路。反射鏡型光開關工作原理如圖3所示。當反射鏡未進入光路時，光開關處于直通狀態(tài)，光纖1進入的光進入光纖4，光纖2進入的光進入光纖3；當反射鏡處于兩光線的交點位置時，光開關處于交叉狀態(tài)，光纖1進入的光進入到光纖3，光纖2進入的光進入光纖4從而實現(xiàn)光路的切換。移動光纖型光開關如圖4所示，是固定一端的光纖，移動另一端的光纖與固定光纖的不同端口相耦合，實現(xiàn)光路的切換。這類光開關回波損耗低，且受外界環(huán)境溫度影響大，并沒有形成真正意義上的商用化產(chǎn)品。我國國內(nèi)商用化光開關主要是移動棱鏡和反射鏡型的。