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一. 實驗目的 1．了解光開關的工作原理和內部結構。 2．學習光開關的使用方法。 二. 實驗原理 光開關是一種具有一個或多個可選擇的傳輸端口，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。端口是指連接于光器件中允許光輸入或輸出的光纖或光纖連接器。光開關可用于光纖通信系統、光纖網絡系統、光纖測量系統或儀器以及光纖傳感系統，起到開關切換作用。 根據其工作原理，光開關可分為機械式和非機械式兩大類。機械式光開關靠光纖或光學元件移動，使光路發生改變。它的優點是：插入損耗較低，一般不大于2dB；隔離度高，一般大于45dB；不受偏振和波長的影響。不足之處是：開關時間較長一般為毫秒數量級，有的還存在回跳抖動和重復性較差的問題。機械式光開關又可細分為移動光纖，移動反光鏡，移動耦合器等種類。非機械式光開關則依靠電光效應、磁光效應、聲光效應以及熱光效應來改變波導折射率，使光路發生改變。這類開關的優點是：開關時間短，達到毫微妙數量級甚至更低；體積小，便于集成。不足之處是插入損耗大，隔離度低。 本實驗所用的光開關屬于機械式中的移動反射鏡2X2類型。其外形如圖4.1所示，結構示意圖如圖4.2所示。 圖4.1 光開關的外形圖
（a） （b） 圖4.2 光開關的結構示意圖 這種光開關有四個輸出端口，還有控制光路轉換用的連接電源的正、負兩個電極。在這種移動反射鏡型光開關中，輸入輸出端口的光纖都是固定的，球面鏡置于受外電場控制的旋轉器上。它依靠旋轉球面反射鏡，使輸入光與不同的輸出端口接通。當光開關不接DC5V電壓時，球面鏡的位置如圖4.2（a）中所示。此時，端口1與2、3與4接通。當光開關接上DC5V電壓時，球面鏡旋轉90o，此時，端口1與3、2與4接通。因此，通過此光開關可以達到光路切換的目的。 三. 實驗設備 1. AV38124A 1.55μm單模調制光源 2. AV38121A 1.31μm 單模調制光源 3. AV2498 光纖多用表 4. 科毅2X2光開關 5. 一條2kM的光纖鏈路和一條10kM的光纖鏈路 6. 光時域反射計（OTDR） 7. 直流穩壓穩流電源 四. 實驗步驟 1.按圖4.3將各設備連接起來。2kM的光纖鏈路和10kM的光纖鏈路分別通過光纖 活動連接器與光開關的端口1、4連接起來。光開關的端口2也通過光纖活動連接器接入OTDR的光輸出端。 圖4.3 光開關與OTDR組合測試圖 3．光開關工作電壓電流的調整。光開關的工作電壓為DC4.6V～6.0V，工作電流為 DC36mA～48mA。 光開關的兩電極先不接上穩壓電源，調節穩壓電源的輸出電壓：首先將穩流調節旋鈕旋鈕順時針調到最大，然后打開穩壓源的電源開關，調節電壓調節旋鈕，使輸出直流電壓到約5V左右。再反時針將穩流調節旋鈕調到最小，光開關的正、負電極分別與直流穩壓電源的正、負極相接，并順時針調節穩流調節旋鈕到約40mA左右。 注意：供給電壓、電流不能超過光開關要求的工作電壓、電流范圍。否則會損壞光開關。 4．光開關的直流電源先不接通，打開OTDR的電源。調整OTDR的有關測量參數， 然后打開“START/STOP”鍵，OTDR發出激光，在OTDR屏幕上可看見10kM光纖鏈路的測量曲線。這說明光開關的端口1、2是連通的，并且可以雙向傳輸光信號。（為什么？） 5．關閉“START/STOP”鍵，OTDR停止發出激光，接通光開關的直流電源，調整 OTDR的有關測量參數，然后打開“START/STOP”鍵，OTDR發出激光，在OTDR屏幕上可看見2kM光纖鏈路的測量曲線。這說明光開關的端口4、2是連通的，并且可以雙向傳輸光信號。 6． 將OTDR接到光開關的端口3，重復步驟（3）、（4）。類似可以證明光開關不接 電源時，端口4、3接通；接上電源后，端口4、2通。 因此，實驗證明：光開關不接DC5V電源時，端口1和2、4和3相通；接 上DC5V電源后，端口1和3，4和2相通。 再測試光開關各通道對1.55μm LD光源和1.31μm LD光源的插入損耗，請將下面的測試數據填入表4-1中。 7．用光纖多用表分別測出1.55μm LD光源和1.31μm LD光源的輸出光功率P0。 8．按圖4.3將1.31μm LD光源、1.55μm LD光源、光開關、光纖多用表和直流 穩壓穩流電源連接起來。1.31μm LD光源接光開關的端口1， 1.55μm LD光源接光開關的端口4。光開關先不接通DC5V電源，此時端口1和2、4和3相通，用光纖多用表在端口2和端口4分別測出輸出光功率P1-2、P4-3，從而測出光開關端口1-2對1.31μm LD光源、光開關端口4-3對1.55μm LD光源的插入損耗A1-2、A4-3。 9．光開關接上DC5V電源，此時端口1和3、4和2相通，類似用光纖多用表在端 口2和端口4分別測出光開關端口1-3對1.31μm LD光源、光開關端口4-2對1.55μm LD光源的插入損耗A1-3、A1-4。 10．斷開光開關的DC5V電源，交換1.31μm LD光源、1.55μm LD光源的位置， 即1.55μm LD光源接光開關的端口1， 1.31μm LD光源接光開關的端口4，用類似方法測出光開關端口1-2、1-3對1.55μm LD光源、光開關端口4-2、4-3對1.31μm LD光源的插入損耗。 五. 實驗報告 1．測試光開關各通道的插入損耗時的相關結果填入表4-1中。 2. 為什么用OTDR測出光纖鏈路的特性曲線，就說明這兩個端口可以雙向傳輸光信號？ 3. 如果要將一路光信號分時傳輸給兩個不同的目標，或者一個探測器要分時檢測兩路光信號，應該將它們如何連接？ 4. 對測試結果進行分析。 圖4.3 光開關插入損耗測試圖 表4-1 光開關各通道插入損耗測試數據表
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