מתגים אופטייםהם מרכיבי מפתח במיתוג אופטי, בעלי יציאת שידור ניתנת לבחירה אחת או יותר שיכולות להמיר או לבצע פעולות לוגיות על אותות אופטיים בקווי שידור אופטיים. יש להם יישומים נרחבים במערכות רשת סיבים אופטיים.
ניתן לחלק מתגים אופטיים לשתי קטגוריות עיקריות: מכאניות ולא-מכניות. מתגים אופטיים מכניים מסתמכים על תנועת סיבים אופטיים או רכיבים אופטיים כדי לשנות את הנתיב האופטי; מתגים אופטיים לא-מכניים מסתמכים על אפקטים אלקטרו-אופטיים, אקוסטיים-אופטיים או תרמו-אופטיים כדי לשנות את מקדם השבירה של מוליך הגל, ובכך לשנות את הנתיב האופטי. המבנה ועקרונות העבודה של שני סוגי מתגים אופטיים אלה מתוארים להלן.
מתג אופטי מכני
סוגים חדשים של מתגים אופטיים מכניים כוללים מתגים אופטיים של מיקרו-מערכת אלקטרו-מכאנית (MEMS) ומתגים אופטיים של סרט דק{{1} ממתכת.
מתגים אופטיים של מערכות מיקרו-אלקטרו-מכניות (MEMS) מיוצרות על חומר מצע מוליכים למחצה, ויוצרים מערך של מיקרו-מראות המסוגלות לתנועה וסיבוב דקות. מראות המיקרו- הללו קטנות מאוד, בערך 140 מיקרומטר על 150 מיקרומטר, ובהשפעת כוח מניע, הן מעבירות את האות האופטי המבוא לסיבי פלט שונים. הכוח המניע המופעל על -המיקרו מראות נוצר באמצעות השפעות תרמיות, מגנטיות או אלקטרוסטטיות. המבנה של מתג אופטי MEMS מוצג באיור.
כאשר המיקרו-מראה נמצאת בכיוון 1, אור הקלט יוצא דרך מוליך גל פלט 1; כאשר המיקרו-מראה נמצאת בכיוון 2, אור הכניסה יוצא דרך מוליך גל פלט 2. הסיבוב של המיקרו-מראה נשלט על ידי מתח (100-200V). מכשיר זה כולל גודל קטן, יחס הכחדה גבוה (היחס בין ההספק האופטי של הפלט במצב-מופעל לבין ההספק האופטי הפלט במצב-כבוי), חוסר רגישות לקיטוב, עלות נמוכה, מהירות מיתוג מתונה ואובדן הכנסה של פחות מ-1 dB. המבנה של מתג אופטי סרט דק מתכת מוצג באיור 3-40. בסוג זה של מתג אופטי, שכבת הליבה של מוליך הגל נמצאת מתחת לחיפוי התחתון, ומעליה נמצא סרט דק מתכתי, עם אוויר בין הסרט הדק המתכתי למוביל הגל. מתח המופעל בין הסרט הדק המתכתי למצע יוצר כוח אלקטרוסטטי על הסרט הדק המתכתי. תחת כוח זה, הסרט הדק המתכתי נע כלפי מטה ומגע עם מוליך הגל, משנה את מקדם השבירה של מוליך הגל ובכך משנה את הסטת הפאזה של האות האופטי העובר דרך מוליך הגל. באיור 3-40c, ללא מתח, הסרט הדק הזהב מורם, והסטת הפאזה בשתי הזרועות זהה, כך שהאות האופטי יוצא מיציאה 2; כאשר מתח מופעל, הסרט הדק המתכתי יוצר קשר עם מוליך הגל, וגורם להסטת פאזה π בזרוע זו, והאות האופטי יוצא מיציאה 1.
מתג אופטי לא-מכני
מתגים אופטיים לא-מכניים כוללים סוגים כגון מתגים אופטיים של גביש נוזלי, מתגים אופטיים אלקטרו-אופטיים, מתגים אופטיים עם אפקט תרמו- ומתגי מגבר אופטי מוליכים למחצה.
מתג אופטי גביש נוזלי מיוצר על ידי יצירת מוליכי גל מסועפים של אלומת אור מקוטבת על חומר מוליכים למחצה. חריץ נחרט בזווית מסוימת בצומת של מוליכי הגל, וגביש נוזלי מוזרק לתוך החריץ. תנור חימום ממוקם מתחת לחריץ. כאשר החריץ אינו מחומם, אלומת האור עוברת ישר; כאשר מחומם, נוצרות בועות בתוך הגביש הנוזלי, ובשל השתקפות פנימית מוחלטת, האור משנה כיוון ויוצא אל מוליך הגל הרצוי.
אפקטים אלקטרו-אופטיים ותרמו-אופטיים מנצלים את התופעה שמקדם השבירה של חומרים מסוימים משתנה עם המתח והטמפרטורה, ובכך מאפשרים יצירת התקני מיתוג אופטיים.
מתגים אופטיים של מגבר אופטי מוליכים למחצה (SOA) משיגים פונקציונליות מיתוג על ידי שינוי מתח ההטיה של המגבר האופטי המוליך למחצה.
הפרמטרים העיקריים של מתגים אופטיים כוללים טווח אורכי גל, אובדן הכנסה, אובדן החזר אופטי, הצלבה, הספק קלט אופטי, אובדן תלוי קיטוב, יכולת חזרה, מהירות מיתוג ואורך חיים.
מסנן אופטי
מסננים אופטיים הם מכשירים סלקטיביים באורך גל-שיש להם יישומים חשובים במערכות תקשורת סיבים אופטיים, כגון סינון רעשים במגברים אופטיים כפי שנדון בסעיף הקודם. במיוחד ברשתות סיבים אופטיות WDM, שבהן כל מקלט חייב לבחור את הערוץ הנדרש, מסננים הופכים למרכיב הכרחי. מסננים מחולקים לשתי קטגוריות עיקריות: מסננים קבועים ומסננים ניתנים לשינוי. הראשון מאפשר לאור אות באורך גל מסוים לעבור דרכו, בעוד שהאחרון יכול לבחור באופן דינמי אורכי גל ברוחב פס אופטי מסוים. הפונקציות והסיווג של מסננים אופטיים מוצגים באיור.
מאפייני השידור של מסנן אופטי מעשי מוצגים באיור. הפרמטרים העיקריים של מסנן אופטי באורך גל קבוע- הם אורך הגל המרכזי λ2 ורוחב הפס Δλ. בנוסף לאלו, ישנם גם פרמטרים כמו איבוד הכנסה ובידוד.
סורג סיבים אופטיים
רשתות Fibre Bragg מנצלות פגמים שהוכנסו במהלך ייצור הסיבים, תוך שימוש בהקרנת אור אולטרה סגול כדי ליצור שינוי תקופתי בהתפלגות מקדם השבירה של ליבת הסיבים. אפקט הסינון של סורג בראג סיבים מוצג באיור; אורכי גל העונים על תנאי הסריג של Bragg משתקפים לחלוטין, בעוד אורכי גל אחרים עוברים דרכם, מה שהופך אותו למסנן סיבים מלא-.
ישנן שתי שיטות לייצור רשתות בראג סיבים:
(1) שיטת הפרעות:שיטת ההפרעות משתמשת בעקרון של שתי-הפרעות אלומה. אלומת אור אולטרה סגול מפוצלת לשתי אלומות מקבילות, ויוצרת שדה הפרעה מחוץ לסיב האופטי. על ידי התאמת האורכים של שתי זרועות ההפרעה, ניתן לגרום לתקופה של שולי ההפרעה המתקבלים לעמוד בדרישות לייצור סורג Bragg הסיב.
(2) שיטת מסכת שלב:שיטת מסיכת השלב משתמשת במסכה-מוכנה מראש. כאשר אור אולטרה סגול עובר דרך מסכת הפאזה, מתרחשת הפרעה, היוצרת שדה הפרעה על פני השטח הגלילי של הסיב האופטי, ובכך כותבת את הסורג לתוך הסיב.
