【正文】 光放大器會帶來額外噪聲并劣化光信號，非線性效應會誘使光信號產(chǎn)生頻率變化并導致脈沖畸變和通道串擾；物理路徑上的光濾波器、光交叉裝置也會因為器件的隔離度等原因帶來同頻串擾或相鄰串擾，而且級聯(lián)的光濾波器還會窄化濾波器的通帶譜寬，造成光信號的頻譜分量損失。這將使電路之間的調配轉接變得簡單和方便。全光網(wǎng)是光纖通信技術發(fā)展的最高階段，也是理想階段。目前世界各國研究開發(fā)中的全光網(wǎng)絡主要集中在美國、歐洲和日本。其優(yōu)點是失效恢復時間短，但不夠靈活、帶寬利用率不高、無法恢復預期范圍以外的失效；恢復機制是網(wǎng)絡出現(xiàn)失效后，動態(tài)尋找可用資源并采用重新選路的方式繞過失效部件。ODSI的信令協(xié)議以現(xiàn)有的MPLS信令為基礎，向光域擴展并作進一步技術規(guī)范。主要過程與技術如下：鄰居發(fā)現(xiàn)：知道哪個終端系統(tǒng)與網(wǎng)絡連接，哪個NE（如OXC）是鄰居，以及根據(jù)端口連接性NE怎樣連接在一起，這個過程稱作鄰居發(fā)現(xiàn)。終端系統(tǒng)不知道光網(wǎng)絡的拓撲或資源，光網(wǎng)絡中的控制智能全部應用于光層。ITU－T正在研究數(shù)字包封技術并有可能形成標準，這種技術是今后的發(fā)展方向。光傳送網(wǎng)的性能與它對光信號的透明程度有關，如果能做到全透明，那么它就可以充分利用光交換及光纖傳輸?shù)臐摿ΓW(wǎng)絡帶寬可以做到近乎無限的程度。從網(wǎng)絡功能上講，全光網(wǎng)絡將由光核心網(wǎng)和光邊緣網(wǎng)組成，光邊緣網(wǎng)包括城域邊緣網(wǎng)絡、城域接入、城城接入、農(nóng)村接入，以及校園網(wǎng)企業(yè)等用戶駐地網(wǎng)絡：而光核心網(wǎng)絡則包括城市之間的骨干核心網(wǎng)絡與城域核心網(wǎng)絡。4 全光網(wǎng)絡的結構NNMS:網(wǎng)絡管理系統(tǒng) EMS:網(wǎng)元管理系統(tǒng) TM:終端復用 圖41 全光網(wǎng)絡結構圖如圖41所示為全光網(wǎng)絡結構圖，光傳送網(wǎng)可以從垂直方向分為三個網(wǎng)絡層，從上到下依次是光路層（OCH），光復用段（OMS）層和光傳輸段（OTS）層，即光纖傳送層。在網(wǎng)絡設計當中，所有的這些問題都必須仔細考慮和規(guī)劃。一方面，通過光突發(fā)交換可以使現(xiàn)有的IP骨干網(wǎng)的協(xié)議層次扁平化，更加充分的利用DWDM技術的帶寬潛力；另外一方面，由于光突發(fā)交換網(wǎng)對突發(fā)包的數(shù)據(jù)是完全透明的，不經(jīng)過任何的光電轉化，從而使光突發(fā)交換機能夠真正的實現(xiàn)所謂的T比特級光路由器，徹底消除由于現(xiàn)在的電子瓶頸而導致的帶寬擴展困難。 圖35 波分光交換網(wǎng)絡結構圖密集波分復用是光纖通信中的一種趨勢，它利用光纖的寬帶特性，在1550nm波段的低損耗窗口中復用多路光信號，大大提高光纖的通信容量。雙穩(wěn)態(tài)激光器可用作光緩存器，但它只能按位輸出，而且還需解決高速化和擴大容量問題?？臻g光開關是光交換中最基本的功能元件。在毫微秒量級的高速交換時具有大于20dB的高信號增益。 圖32 雙穩(wěn)態(tài)激光二極管圖如圖32為雙穩(wěn)態(tài)激光二極管構成的光存儲器的實例結構。分布反饋或分布喇格反射式結構，有些可在10nm或1THz范圍內調諧，調節(jié)速度大有提高。當兩個很接近的波導進行適當耦合時，通過這兩個波導的光束將發(fā)生能量交換，其交換能量的強度隨著耦合系數(shù)，平行波導的長度而變化。通常半導體光放大器是用來對輸入光信號進行放大，并且通過控制放大器的偏置電流來控制其放大倍數(shù)。 目前來看，雖然在全光通信方面的技術方面有了很大的進展，很多關鍵的技術得到了很好的改進，能夠基本適應全光通信的基本需要，但是也還存在很多關鍵技術不足的地方，如下面將要介紹到的全光網(wǎng)絡的核心——光交換方面的技術就不是很成熟，但是全光網(wǎng)絡具有很大的優(yōu)點和潛力可挖，它必將是下一代網(wǎng)絡的首選方案，是未來通信網(wǎng)絡的發(fā)展方向。（5）用不同摻雜材料和摻雜量的光纖進行組合，制作混合型EDFA。而且頻帶向長波長一側移動。利用光放大器構成的全光通信系統(tǒng)的主要特點是：工 ，與線路的耦合損耗很小，噪聲低（4～8dB）、頻帶寬（30～40nm），很適合用于WDM傳。如果將波分復用技術和空分技術相結合，可大大提高交叉連接矩陣的容量和靈活性。測得的輸入和分出口之間隔離度＞55dB，對分出信道的抑制＞16dB，調節(jié)范圍＞8nm。這些設備在光波長領域內具有傳統(tǒng)SDH分插復用器（SDH ADM）在時域內的功能。MCI公司70%的網(wǎng)絡中已采用了WDM系統(tǒng)。因而，近些年對這方面的研究方興未艾，特別是密集波分復用可望很快獲得應用。在超高速系統(tǒng)中，最好將光延線及3dB光方向耦合器集成在一個平面硅襯底上所形成的平面光波導回路（PLC）作為光復用器。2 全光網(wǎng)絡的相關技術（OTDM） 光時分復用（OTDM）是用多個電信道信號調制具有同一個光頻的不同光信道，經(jīng)復用后在同一根光纖傳輸?shù)臄U容技術。2)與無線或銅線比，處理速度高且誤碼率低?！怆娀旌暇W(wǎng)絡光電混合傳輸網(wǎng)絡是在各個節(jié)點之間用光纜代替電纜，實現(xiàn)節(jié)點之間傳輸光纜化，節(jié)點仍采用電子處理與交換設備，節(jié)點至用戶終端之間仍采用電纜網(wǎng)絡，這是目前廣泛采用的網(wǎng)絡。只有基于光纖的全光網(wǎng)絡方案能提供高速、大容量的傳輸及處理能力，打破信息傳輸?shù)摹捌款i”，可以在很長的時間內適應高速寬帶業(yè)務的帶寬需求。為此人們提出了全光通信網(wǎng)的概念，指出了未來光通信的發(fā)展方向。本文簡要介紹全光網(wǎng)絡的基本概念、相關技術(全光交換、光交叉連接、全光中繼、光復用/解復用)，全光網(wǎng)的網(wǎng)絡結構、全光網(wǎng)絡的管理、以及全光網(wǎng)絡的發(fā)展歷程、出現(xiàn)的背景、最新的國內外進展狀況和目前存在的技術問題和發(fā)展前景等。由公式f = c/λ，其中f為頻率、λ為波長、c = 3108m/s 為光速，可得知200nm的對應帶寬約為25THz（1THz=1012Hz）。由于全光網(wǎng)絡中的信號傳輸全部在光域內進行，因此，全光網(wǎng)絡具有對信號的透明性，它通過波長選擇器件實現(xiàn)路由選擇。目前應用最廣的是數(shù)字同步復接體系(SDH)，這種網(wǎng)絡實現(xiàn)了傳輸干線信息的遠距離高速大容量傳輸。4)全光網(wǎng)中采用了較多無源光器件，省去了龐大的光/電/光轉換工作量及設備，提高網(wǎng)絡整體的交換速度，降低了成本并有利于提高可靠性。增益開關法可以產(chǎn)生脈寬5～7ps、脈沖重復頻率在10GHz左右可任意調整的光脈沖，其優(yōu)點是很容易與其它信號同步。無論采用何種器件，都要求其工作性能可靠穩(wěn)定，控制用光信號功率低，與偏振無關。T、富士通3個公司進行了總容量超過1Tb/s的WDM實驗（NEC：20Gb/s132ch120km；富士通：20Gb/s55ch150km；ATamp。目前，國內開發(fā)DWDM系統(tǒng)的單位有原郵電部五所、北京大學、華為公司和武漢郵電科學研究院等。已經(jīng)提出了實現(xiàn)OADM的幾種技術：WDMDEMUX（解復用）和MUX（復用）的組合；光循環(huán)器間或在MachZehnder結構中的光纖光柵；用集成光學技術實現(xiàn)的串聯(lián)MachZehndr結構中和干涉濾波器。為增加OXC的可靠性，每個模塊都具有主用和備用的冗余結構，OXC自動進行主備倒換。在倫敦地區(qū)本地網(wǎng)絡上進行了現(xiàn)場實驗，傳輸速率為622Mb/s。增益均衡技術利用損耗特性與放大 器的增益波長特性相反的原理均衡抵消增益不均勻性。（2）多芯EDFA。EDFA最高輸出功率已達到27dBm，這種光纖放大器可應用于100個信道以上的密集波分復用傳輸系統(tǒng)、接入網(wǎng)中光圖像信號分配系統(tǒng)、空間光通信等。但目前的電子交換和信息處理網(wǎng)絡的發(fā)展已接近電子速率的極限，其固有的RC參數(shù)、鐘歪、漂移、串話和響應速度等缺點限制了交換速率的提高，為了解決電子瓶頸的限制問題。因此半導體光放大器也可以用于作光交換中的空分交換開關，通過控制電流來控制光信號的輸出選向。激勵電壓為5伏，交換速度主要依賴于電極之間的電容，最大速率可達Gb/S量極。其相位受滯后隨注入電流變化引起折射率變化的影響。此吸收區(qū)抑制雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器自激振蕩，使器件有一個輸入與輸出滯后特性。相應也有空分、時分和波分三種光交換。利用22基本光交換模塊可構成大型的空分光交換單元。利用光時分交換技術實現(xiàn)的時分交換系統(tǒng)組成如圖34 圖34 時分光交換結構圖波分復用技術在光傳輸系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛應用。解決這個問題的措施是在鏈路上采用波分復用技術，然后利用空分交換完成鏈路級交換，最后利用波分交換技術選出相應的信號進行波分合路輸出。作為一項具有廣泛前景和技術優(yōu)勢的交換方式，光突發(fā)交換技術已引起了國內外眾多研究機構的關注，我國的863計劃已將光突發(fā)交換技術列為重點資助項目。此外，將光突發(fā)交換與現(xiàn)有的動態(tài)波長路由技術有機的結合，可以使網(wǎng)絡具有更有效的調配能力，但也需要進一步的細致研究。光復用段層為多波長光路（含單波長光路）光信號提供聯(lián)網(wǎng)功能其主要傳送實體有網(wǎng)絡連接，鏈路連接，子網(wǎng)連接和路徑。電話業(yè)務接入、廣播電視(含數(shù)字電視)、不對稱業(yè)務(如視頻點播VOD)為主業(yè)務的光纖接入網(wǎng)也屬于局域網(wǎng)范疇。ITU T 。一旦成功地建立了連接，則維護業(yè)務級別合同。通過這些信息，請求發(fā)出者可通過光網(wǎng)絡選擇路由來滿足各種不同的要求：例如多樣化的路由選定、延遲最短、可靠性最高，以及跳的次數(shù)最少。向光網(wǎng)絡提出連接請求時，要計算從源通過網(wǎng)絡到達目的地的路由，算法有最短路徑法、最少負荷法和交替固定選路法。在對等模式中，由光和電交換機構成的網(wǎng)絡都在運行相同的多協(xié)議波長交換、共享拓撲和資源信息。這一目標的實現(xiàn)分兩個階段完成。在傳輸方面，摻鉺光纖放大器加波分復用，再加上光纖色散補償技術是走向全光通信網(wǎng)的合理途徑。比較著名的有美國的多波長光網(wǎng)絡MONET(Multiwavelength Optical Networking)和國家透明光網(wǎng)絡NTON；歐洲ACTS計劃中的泛歐光傳送網(wǎng)OPEN和光纖城域網(wǎng)METON；日本NTT的企業(yè)光纖骨干COBNET和光城域網(wǎng)PROMETEO等。同時，全光網(wǎng)具有網(wǎng)絡的可擴展性，即允許網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)和業(yè)務量的不斷增長，而不影響原有的網(wǎng)絡結構。實際上，21世紀的通信網(wǎng)將成為光子網(wǎng)絡，載有信息的光子將直接進入城域網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、路由器和服務器，甚至用戶家庭。特別是在長距離超長距離大范圍的全光網(wǎng)中，因為光信號遭受的劣化更嚴重，預算也更緊張，如何針對物理受限因素來選路將會是全光網(wǎng)的致命障礙。雖然光層也提供了類似功率監(jiān)控，光譜監(jiān)控方法來完成對光載波信號的監(jiān)控，但是現(xiàn)有監(jiān)控方法僅能對光功率，光信噪比，波長等相關模擬參數(shù)進行監(jiān)控，而無法直接對業(yè)務信號進行監(jiān)控，即盡管檢測到光功率，波長，OSNR等信息，但仍然無法判定其所承載的業(yè)務信號是否可用。全光網(wǎng)的靈活實際上是以邊緣節(jié)點的大量冗余功能單元來保證的。過高的波長阻塞率將導致波長利用效率低下，也意味著既有的光纖資源無法得到充分利用，增加了成本。隨著光通信技術的不斷發(fā)展，它已現(xiàn)雛形，雖然由于技術上的限制，仍然面臨著很多挑戰(zhàn)有待克服，但我們有理由相信，全光通信網(wǎng)的傳輸距離會越變越長，全光網(wǎng)絡系統(tǒng)將出現(xiàn)。