従来の光ファイバー通信システムでは,光学技術者は主に光学電力の伝送とルーティングに焦点を当て,光の偏振状態にほとんど注意を払っていません.高精度光電子システム (光ファイバージロスコップなど)量子鍵配分,リダールとインターフェロメトリック光ファイバーセンサー,偏振状態が直接装置全体の正常な動作を決定します.一旦線形偏光が光学チャンネル切り替え中に快速軸と遅い軸間の偏光回転またはエネルギー結合に苦しむ信号とノイズ比が急落し,システムが完全に故障する可能性があります.
従来の単モード光学スイッチは,偏振変異を制限することなく光学経路のオンオフとチャネルスイッチングのみを実現します.高精度の偏光光学システムの要求を満たすことはできません動的チャンネル選択を実現する一方で, ダイナミックなチャネル選択を実現するために,衝突光の偏光方向をしっかりとロックし,最小限に偏光モードカップリングを抑制偏振感のある光学回路の必需的なコア・パッシブコンポーネントになります
国内で 繊維光センサー産業が急速に拡大し 1.6Tのコアレンスの光通信機を大量生産し 量子通信の技術導入によりPM光学スイッチは,ニッチラボ部品から大量産業製品へと進化しましたこの記事では,この極光路由装置を,作業原理,技術路線,性能パラメータ,普通の単モードスイッチとの違い選択基準,応用分野,産業動向
1PM オプティカル スイッチの基本定義と動作原理
偏振保持光学スイッチは,すべての入力および出力ポートにPMピグテイルを装備した特殊な電気制御チャネルスイッチ部品である.複数のチャネル間で光信号を切り替えることができますが,厳格にインシデント線形偏光光の偏光方向を保持して変化しない速速軸と遅速軸間のモードカップリングを制限し,出力端で高い偏振消滅比 (PER) を維持します.
普通の単調繊維の中に明らかな二分折りがないため,正交極性偏振モードが2つ同じ速度で伝播する.ランダムな偏振漂流は,外部の屈曲によって容易に引き起こすことができます反対に,PM繊維はコア付近のストレス棒を通じて強力な人工バイブレンセンスを導入し,光の波を高速軸と遅い軸に分割します.安定した偏振は,入射光が主軸に沿って厳密に伝播するときにのみ維持できます..
PM光学スイッチの核心価値は,PMファイバーの二折り効果をスイッチノードに拡大し,チャネルスイッチによって引き起こされる偏振悪化を防止することです.
PANDA型のPM繊維は 商用製品の主要な選択です繊維コアの両側にある2つのボロシリケートストレス棒は,異なる熱膨張係数により持続的な内部ストレスを発生し,安定した二折れ場を形成する.一般的な繊維タイプには,PM1550,PM1310,PM980およびPM1064が異なる波長ウィンドウに含まれます.
PM光学スイッチは2つの主要モジュールで構成される.チャネルスイッチメカニズムと高精度の偏振調整光学経路.
通常の光学スイッチでは,光ファイバーコアが同軸に並べられるのみである.PMデバイスでは,コアが同軸で,偏振主軸が角的に並べられるようにする必要があります.1度以上の角度偏差は,偏振消滅比率の急落につながります組み立てと校正において最大の技術的な課題です
2つの成熟した商業的技術経路が広く採用されており,まったく異なる適用シナリオがあり,モデル選択時に優先されるべきです.
この型は,光学要素を動かすための小型電磁リレーを採用する.マイクロプリズムまたは反射器は,物理的に動いてビームの方向を変更し,チャネル切り替えを完了する.費用と業績のバランスにより最大の市場シェアを占めています.
主要 な 利点
優れた光学性能:挿入損失は0.8dBから1.5dBまで,チャンネル隔離は隣接ポート間の低クロスストークで55dBを超えます.典型的なPERは20~25dBであり,30 dB に達します.
成熟した製造プロセスと制御可能なコスト.PMコンポーネントのための自動テストマトリスを構築するために,1×16および1×32などのマルチチャネル配列が利用可能である.
接着剤のない光学経路は 連続波レーザーと パルスされた高電力の光を 数百ミリワット処理するために パーソナライズできます長期間の偏振安定性を確保する.
制限
機械的移動部品はミリ秒レベル (3~10 ms) の切り替え時間につながるが,マイクロ秒またはナノ秒の高速選択要件を満たすことはできない.機械 的 疲労 は,何十億 も の 切り替え サイクル の 後 に 発生 する安定性が低下し,空気中の環境などの継続的な強い振動下で安定性が低下する.
2つの運転モードが利用可能である.ロックとロックしない.ロックスイッチは,超低電力消費で電源を切った後にチャネル状態を維持します.固定しないタイプは,連続的な電源供給を必要とし,主に実験室試験機器に使用されます..
マグネト光学PMスイッチは 動く機械部品がありません ファラデー磁光学効果に基づいて外部磁場は,YIG (イトリウム鉄ガーネット) の結晶を通る光の偏振平面を回転させる偏光ビームスプリッターと組み合わせると,光学チャンネルは電子的に選択できます.それは純粋な固体光電子部品です.
主要 な 利点
欠点
マグネト光学結晶材料によって制限されているため,挿入損失は1.2~2.0 dBに増加する. 1×8以上の大規模配列は,複雑な光学構造のために統合するのが困難である.材料と包装コストは,同じチャネル数を持つ電機機械製品より3~6倍高い大規模な市民普及を制限する.
MEMS PM オプティカルスイッチはまだ研究中です マイクロミラー配列は大規模な光学統合をサポートしていますが偏振軸の角線は安定したPERを保証するのに十分に成熟していない現在,大規模工業化のない試験装置はごく少数で試験されている.
| 業績指数 | 電子機械 PM スイッチ | 固体磁光PMスイッチ |
|---|---|---|
| 切り替える時間 | 3~10 ms | <1 μs |
| 極化消滅比 (PER) | 20~28 dB | 18~25 dB |
| 挿入損失 (IL) | 0.8~1.5 dB | 1.2~2.0 dB |
| 切り替え サイクル | 100万以内に | 100億以上 |
| 振動抵抗 | 中等で,持続的な振動に適さない | 空中での使用に最適で安定しています |
| 最大チャネルスケール | 1×64 マトリックスまで | 1×8の範囲で制限されています |
| 費用 | 適度で,大量調達に適している | 高い,主に科学研究と軍事プロジェクトのために |
3PM オプティカル スイッチと通常のシングルモード オプティカル スイッチの基本的な違い
多くの初級光学技術者が この2つの製品を混同し,PMスイッチを普通の単モードスイッチに置き換えてしまうので, 極光システム全体が崩壊します.2人ともチャネルを切り替えることに気づいています基本的には異なる技術要件です
3.2 異なる主要パフォーマンス指標
単モード光学スイッチは,偏振指標に関する要求なし,挿入損失,隔離,繰り返しのみ試験される.
PM光学スイッチには3つの偏振パラメータが厳格に制御されています.
3.3 環境感度と動作限界の違い
通常の単調スイッチは安装が容易である.コネクタの回転,ファイバーの曲げ,軽微な振動は性能にほとんど影響しない.
PM光学経路は機械的ストレスの非常に敏感である.過度の繊維の曲げ,コネクタの扭曲,殻の変形により,追加の二折りと偏振結合を誘発する.フィールドデバッグ中に光ファイバーの配置を固定してストレスを放出し,操作限界を上昇させる必要があります.
シングルモード光学スイッチは低コストで,PON保護スイッチ,光学電源モニタリング,一般的な受動部品試験に広く使用されています.PM光学スイッチには複雑な偏振校正プロセスが必要です偏振感のある光回路にのみ使用されます.
簡潔な結論:通常のスイッチは光伝達を保証するだけで,PMスイッチは光学的な経路と偏光光の安定した振動方向の両方を保証します.
4重要な光学パラメータと工学選択原則
4.1 基本光学表示器
4.2 ポートトポロジーと電気駆動選択
最も一般的なポート構成:
2方向チャンネル選択と光路保護のスイッチングのための1×2; 2×2両方向交換; 1×4 / 1×8多点投票.1×16 と 1×32 PM スイッチマトリスは,大規模自動試験機器に採用されます..
デフォルトの駆動電圧は5VDC. 長期スタンバイシステムでエネルギーを節約するために,電源切断後にチャネル状態を維持するロックタイプ.短時間実験室の切り替えのために,ロックしないリレー構造が適用されます..
鍵付きFC/APC PMコネクタは必須である.角の端面は,反射光による反射損失を軽減し,偏振障害を抑制する.PCの平面端面は禁止されている.購入者はすべての港の主要な軸が一致していることを明確にする配達前に,主軸の調整試験報告書が提供されるべきです.
FBG 多チャネル調査と実験室におけるPMカップラーの大量試験: 費用対効果の高い電気機械的な1×NPMスイッチを選択する.
光ファイバージロスコップと干渉測定センサー:高いPER (≥25 dB) の電機装置を選択し,光路の機械的ストレスを慎重に放出する.
量子鍵配分と高速LiDAR光学選択:マイクロ秒切り替えと長期振動安定のために固体磁光 PMスイッチを採用する.
空中や衛星で搭載された強化システム:振動防止および放射線防止のパッケージ付きの高温固体スイッチを選択します.
偏光電子技術の工業化により,PM光学スイッチは,実験室機器から大量産業製品へと拡大し,軍事市場と民間市場の両方をカバーしています.
インターフェロメトリック・ファイバー・オプティック・ジロスコップ (FOG),分散音響センサー (DAS),FBGセンサーマレイ,石油とガスのダウンホールの検出と橋の構造状態モニタリングは,すべて線形偏光光の干渉デモダレーションに依存しています.多点センサーネットワークは,PMスイッチを必要とし,異なる探査機を順番に採集し,偏振性能が直接デモジュレーション精度を決定します.PMスイッチを搭載した自動多チャネルテストプラットフォームは,国内ファイバーセンシングメーカーによるテスト効率を大幅に改善しました.
現在の1.6Tおよび3.2TPM-QPSKコーレントトランシーバーは,二極化信号伝送を採用している.PM光学スイッチは,生産試験中に偏振チャネルスイッチに不可欠である.通常の単モードスイッチを使用する場合, ランダムな偏振変動は,受信側での急激なBER上昇につながり,パフォーマンステストは完了できません.PM光学スイッチは高速コアレンスの光学装置の生産ラインの標準部品になりました.
量子鍵分布 (QKD) は,光子の偏振状態を通じて重要な情報をコードする.光路における偏振障害は,高いビットエラー率をもたらす.PM光学スイッチは,絡んだ光子のダイナミックルートを実現し,異なる偏振コーディングチャネルを迅速に選択します高消耗PMスイッチは,安定した偏振を維持するために量子衛星とマッチされた地上量子通信ネットワークと地上ステーション光学システムに広く使用されています.
狭い線幅PMレーザー,ファイバーレーザービーム結合システム,空中LiDARは PMファイバーを採用して線形偏光レーザービームを伝送する.PMスイッチは,多重レーザービームの光路バックアップスイッチと時間共有選択に使用されます.高周波パルス型リダールで 首席選択となる.
従来の光ファイバー通信システムでは,光学技術者は主に光学電力の伝送とルーティングに焦点を当て,光の偏振状態にほとんど注意を払っていません.高精度光電子システム (光ファイバージロスコップなど)量子鍵配分,リダールとインターフェロメトリック光ファイバーセンサー,偏振状態が直接装置全体の正常な動作を決定します.一旦線形偏光が光学チャンネル切り替え中に快速軸と遅い軸間の偏光回転またはエネルギー結合に苦しむ信号とノイズ比が急落し,システムが完全に故障する可能性があります.
従来の単モード光学スイッチは,偏振変異を制限することなく光学経路のオンオフとチャネルスイッチングのみを実現します.高精度の偏光光学システムの要求を満たすことはできません動的チャンネル選択を実現する一方で, ダイナミックなチャネル選択を実現するために,衝突光の偏光方向をしっかりとロックし,最小限に偏光モードカップリングを抑制偏振感のある光学回路の必需的なコア・パッシブコンポーネントになります
国内で 繊維光センサー産業が急速に拡大し 1.6Tのコアレンスの光通信機を大量生産し 量子通信の技術導入によりPM光学スイッチは,ニッチラボ部品から大量産業製品へと進化しましたこの記事では,この極光路由装置を,作業原理,技術路線,性能パラメータ,普通の単モードスイッチとの違い選択基準,応用分野,産業動向
1PM オプティカル スイッチの基本定義と動作原理
偏振保持光学スイッチは,すべての入力および出力ポートにPMピグテイルを装備した特殊な電気制御チャネルスイッチ部品である.複数のチャネル間で光信号を切り替えることができますが,厳格にインシデント線形偏光光の偏光方向を保持して変化しない速速軸と遅速軸間のモードカップリングを制限し,出力端で高い偏振消滅比 (PER) を維持します.
普通の単調繊維の中に明らかな二分折りがないため,正交極性偏振モードが2つ同じ速度で伝播する.ランダムな偏振漂流は,外部の屈曲によって容易に引き起こすことができます反対に,PM繊維はコア付近のストレス棒を通じて強力な人工バイブレンセンスを導入し,光の波を高速軸と遅い軸に分割します.安定した偏振は,入射光が主軸に沿って厳密に伝播するときにのみ維持できます..
PM光学スイッチの核心価値は,PMファイバーの二折り効果をスイッチノードに拡大し,チャネルスイッチによって引き起こされる偏振悪化を防止することです.
PANDA型のPM繊維は 商用製品の主要な選択です繊維コアの両側にある2つのボロシリケートストレス棒は,異なる熱膨張係数により持続的な内部ストレスを発生し,安定した二折れ場を形成する.一般的な繊維タイプには,PM1550,PM1310,PM980およびPM1064が異なる波長ウィンドウに含まれます.
PM光学スイッチは2つの主要モジュールで構成される.チャネルスイッチメカニズムと高精度の偏振調整光学経路.
通常の光学スイッチでは,光ファイバーコアが同軸に並べられるのみである.PMデバイスでは,コアが同軸で,偏振主軸が角的に並べられるようにする必要があります.1度以上の角度偏差は,偏振消滅比率の急落につながります組み立てと校正において最大の技術的な課題です
2つの成熟した商業的技術経路が広く採用されており,まったく異なる適用シナリオがあり,モデル選択時に優先されるべきです.
この型は,光学要素を動かすための小型電磁リレーを採用する.マイクロプリズムまたは反射器は,物理的に動いてビームの方向を変更し,チャネル切り替えを完了する.費用と業績のバランスにより最大の市場シェアを占めています.
主要 な 利点
優れた光学性能:挿入損失は0.8dBから1.5dBまで,チャンネル隔離は隣接ポート間の低クロスストークで55dBを超えます.典型的なPERは20~25dBであり,30 dB に達します.
成熟した製造プロセスと制御可能なコスト.PMコンポーネントのための自動テストマトリスを構築するために,1×16および1×32などのマルチチャネル配列が利用可能である.
接着剤のない光学経路は 連続波レーザーと パルスされた高電力の光を 数百ミリワット処理するために パーソナライズできます長期間の偏振安定性を確保する.
制限
機械的移動部品はミリ秒レベル (3~10 ms) の切り替え時間につながるが,マイクロ秒またはナノ秒の高速選択要件を満たすことはできない.機械 的 疲労 は,何十億 も の 切り替え サイクル の 後 に 発生 する安定性が低下し,空気中の環境などの継続的な強い振動下で安定性が低下する.
2つの運転モードが利用可能である.ロックとロックしない.ロックスイッチは,超低電力消費で電源を切った後にチャネル状態を維持します.固定しないタイプは,連続的な電源供給を必要とし,主に実験室試験機器に使用されます..
マグネト光学PMスイッチは 動く機械部品がありません ファラデー磁光学効果に基づいて外部磁場は,YIG (イトリウム鉄ガーネット) の結晶を通る光の偏振平面を回転させる偏光ビームスプリッターと組み合わせると,光学チャンネルは電子的に選択できます.それは純粋な固体光電子部品です.
主要 な 利点
欠点
マグネト光学結晶材料によって制限されているため,挿入損失は1.2~2.0 dBに増加する. 1×8以上の大規模配列は,複雑な光学構造のために統合するのが困難である.材料と包装コストは,同じチャネル数を持つ電機機械製品より3~6倍高い大規模な市民普及を制限する.
MEMS PM オプティカルスイッチはまだ研究中です マイクロミラー配列は大規模な光学統合をサポートしていますが偏振軸の角線は安定したPERを保証するのに十分に成熟していない現在,大規模工業化のない試験装置はごく少数で試験されている.
| 業績指数 | 電子機械 PM スイッチ | 固体磁光PMスイッチ |
|---|---|---|
| 切り替える時間 | 3~10 ms | <1 μs |
| 極化消滅比 (PER) | 20~28 dB | 18~25 dB |
| 挿入損失 (IL) | 0.8~1.5 dB | 1.2~2.0 dB |
| 切り替え サイクル | 100万以内に | 100億以上 |
| 振動抵抗 | 中等で,持続的な振動に適さない | 空中での使用に最適で安定しています |
| 最大チャネルスケール | 1×64 マトリックスまで | 1×8の範囲で制限されています |
| 費用 | 適度で,大量調達に適している | 高い,主に科学研究と軍事プロジェクトのために |
3PM オプティカル スイッチと通常のシングルモード オプティカル スイッチの基本的な違い
多くの初級光学技術者が この2つの製品を混同し,PMスイッチを普通の単モードスイッチに置き換えてしまうので, 極光システム全体が崩壊します.2人ともチャネルを切り替えることに気づいています基本的には異なる技術要件です
3.2 異なる主要パフォーマンス指標
単モード光学スイッチは,偏振指標に関する要求なし,挿入損失,隔離,繰り返しのみ試験される.
PM光学スイッチには3つの偏振パラメータが厳格に制御されています.
3.3 環境感度と動作限界の違い
通常の単調スイッチは安装が容易である.コネクタの回転,ファイバーの曲げ,軽微な振動は性能にほとんど影響しない.
PM光学経路は機械的ストレスの非常に敏感である.過度の繊維の曲げ,コネクタの扭曲,殻の変形により,追加の二折りと偏振結合を誘発する.フィールドデバッグ中に光ファイバーの配置を固定してストレスを放出し,操作限界を上昇させる必要があります.
シングルモード光学スイッチは低コストで,PON保護スイッチ,光学電源モニタリング,一般的な受動部品試験に広く使用されています.PM光学スイッチには複雑な偏振校正プロセスが必要です偏振感のある光回路にのみ使用されます.
簡潔な結論:通常のスイッチは光伝達を保証するだけで,PMスイッチは光学的な経路と偏光光の安定した振動方向の両方を保証します.
4重要な光学パラメータと工学選択原則
4.1 基本光学表示器
4.2 ポートトポロジーと電気駆動選択
最も一般的なポート構成:
2方向チャンネル選択と光路保護のスイッチングのための1×2; 2×2両方向交換; 1×4 / 1×8多点投票.1×16 と 1×32 PM スイッチマトリスは,大規模自動試験機器に採用されます..
デフォルトの駆動電圧は5VDC. 長期スタンバイシステムでエネルギーを節約するために,電源切断後にチャネル状態を維持するロックタイプ.短時間実験室の切り替えのために,ロックしないリレー構造が適用されます..
鍵付きFC/APC PMコネクタは必須である.角の端面は,反射光による反射損失を軽減し,偏振障害を抑制する.PCの平面端面は禁止されている.購入者はすべての港の主要な軸が一致していることを明確にする配達前に,主軸の調整試験報告書が提供されるべきです.
FBG 多チャネル調査と実験室におけるPMカップラーの大量試験: 費用対効果の高い電気機械的な1×NPMスイッチを選択する.
光ファイバージロスコップと干渉測定センサー:高いPER (≥25 dB) の電機装置を選択し,光路の機械的ストレスを慎重に放出する.
量子鍵配分と高速LiDAR光学選択:マイクロ秒切り替えと長期振動安定のために固体磁光 PMスイッチを採用する.
空中や衛星で搭載された強化システム:振動防止および放射線防止のパッケージ付きの高温固体スイッチを選択します.
偏光電子技術の工業化により,PM光学スイッチは,実験室機器から大量産業製品へと拡大し,軍事市場と民間市場の両方をカバーしています.
インターフェロメトリック・ファイバー・オプティック・ジロスコップ (FOG),分散音響センサー (DAS),FBGセンサーマレイ,石油とガスのダウンホールの検出と橋の構造状態モニタリングは,すべて線形偏光光の干渉デモダレーションに依存しています.多点センサーネットワークは,PMスイッチを必要とし,異なる探査機を順番に採集し,偏振性能が直接デモジュレーション精度を決定します.PMスイッチを搭載した自動多チャネルテストプラットフォームは,国内ファイバーセンシングメーカーによるテスト効率を大幅に改善しました.
現在の1.6Tおよび3.2TPM-QPSKコーレントトランシーバーは,二極化信号伝送を採用している.PM光学スイッチは,生産試験中に偏振チャネルスイッチに不可欠である.通常の単モードスイッチを使用する場合, ランダムな偏振変動は,受信側での急激なBER上昇につながり,パフォーマンステストは完了できません.PM光学スイッチは高速コアレンスの光学装置の生産ラインの標準部品になりました.
量子鍵分布 (QKD) は,光子の偏振状態を通じて重要な情報をコードする.光路における偏振障害は,高いビットエラー率をもたらす.PM光学スイッチは,絡んだ光子のダイナミックルートを実現し,異なる偏振コーディングチャネルを迅速に選択します高消耗PMスイッチは,安定した偏振を維持するために量子衛星とマッチされた地上量子通信ネットワークと地上ステーション光学システムに広く使用されています.
狭い線幅PMレーザー,ファイバーレーザービーム結合システム,空中LiDARは PMファイバーを採用して線形偏光レーザービームを伝送する.PMスイッチは,多重レーザービームの光路バックアップスイッチと時間共有選択に使用されます.高周波パルス型リダールで 首席選択となる.
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