MZI液位开关的工作原理

MZI液位开关的工作原理如下：将一束光分裂为两个光束，使之分别进入两个波导，然后在其中一束光上附加一定的相位偏移，最后再将两束光合在一起（图1）。通过改变MZI两臂上的相位偏移，可以在MZI的输出部分实现对光束的干涉控制。这种机制决定了光液位开关的效率。但是，正如其他基于光干涉原理的器件一样，MZI对波长变化和任何影响光路的因素都非常敏感。
　在硅基氧化硅PLC液位开关中，最常用的分波、合波器件是DC。相移器通常是位于MZI一个波导臂上的加热器。它可以通过热-光效应来改变光束的相位。根据两臂上的相位差的不同，输入光将从光液位开关的不同输出端口输出。

　　MZI用作光信号液位开关器件和VOA时，由于几个难题的影响，在制造上有些难度，也限制了其通信性能。例如，在所需的波长范围内和两个偏振方向上，MZI很难实现精确的相移和分光比。由于存在光的双折射（在不同偏振方向上相速度不同），所以，相移对偏振非常敏感。此外，DC的分光比受波导几何形状、折射率、波长的强烈影响（呈指数规律），而且所有这些因素都随制造误差而变化。

　　相移和分光比对生产条件的变化过于敏感使得MZI光液位开关的制造难度很大。前者要求MZI两臂上的参数差异足够小，而后者对DC部分的精确度和可重复性要求很高。

　　MZI光液位开关的串扰水平取决于两臂之间的相差和分光比。即使精心挑选出最好的MZI光液位开关，在所需波长范围内，其串扰的典型值仍然很难达到-20dB。光液位开关的级联可以降低串扰值，但是需要使用大量光液位开关，这又会受产量问题的制约。用于分光的DC要求两个平行波导之间的距离仅为几个微米。DC部分的精度和MZI两臂的一致性都是关键的参数。由于MZI光液位开关对生产条件非常敏感，所以即使用最新的晶片制造设备也很难制造。

　　MZI光液位开关的“开”状态是通过改变光液位开关中MZI两臂上两束光的相位差来实现的。所需要的相位差可以通过加热器实现，它的功耗非常小。然而，为了补偿制造过程产生的相位差，当光液位开关处于“关”状态时，也需要消耗能量。因此，由多个光液位开关组成的MZI光液位开关矩阵的功耗就较大，而且校准非常复杂。此外，由于MZI是基于光干涉原理的，而双折射的存在将引起偏振相关损耗（PDL），因此它不适合用作VOA