【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 E(金屬有機(jī)物氣相外延)工藝生產(chǎn)，現(xiàn)在的關(guān)鍵問(wèn)題有解決激光器內(nèi)反射鏡鈍化以提高其可靠性，特別是當(dāng)泵浦功率提高時(shí)這一問(wèn)題已很突出。也許是為了彌補(bǔ)多年來(lái)對(duì)拉曼放大器的怠慢，Lucent的RFA獲得2000年全美十大最佳專(zhuān)利發(fā)明獎(jiǎng)，當(dāng)時(shí)有公司預(yù)言它是未來(lái)光通信的關(guān)鍵，現(xiàn)在看來(lái)言之過(guò)早，原因之一是價(jià)格還很昂貴，但與其技術(shù)上的局限性也有關(guān)：光纖中發(fā)生SRS的閾值功率高，因而需較大功率的泵浦激光器；放大器增益有限，而EDFA則可達(dá)到幾個(gè)dB，所幸1450~1480nm的高功率激光源已解決。雖然RFA可以普通光纖為增益介質(zhì)，但芯徑小的光纖，如摻鍺的DSF光纖（其有效面積Aeff的典型值為55μm2）更有利于改善其增益特性，這是因?yàn)槔⑸涫且粋€(gè)統(tǒng)計(jì)過(guò)程。也有分立式RFA，起增益作用的光纖長(zhǎng)度在10km以?xún)?nèi)，這種放大器提高增益難度更大，產(chǎn)品報(bào)道很少。（3）半導(dǎo)體光放大器（SOA）SOA放大器典型的增益值為10~30dB，NF為8~10dB，輸出功率為+10dBm（已有+17 dBm的報(bào)道），它可在近似線(xiàn)性的區(qū)域運(yùn)行，使得上下波長(zhǎng)時(shí)其輸出功率仍保持平穩(wěn)，這是EDFA難于做到的。其缺點(diǎn)有串音相對(duì)較高，偏振相關(guān)性大。它適于短距離傳輸，隨著技術(shù)的進(jìn)步，有報(bào)道稱(chēng)在SNR為限制因素的40Gb/s系統(tǒng)中，采用SOA的傳輸距離已可達(dá)160km。SOA的吸引力在于它可用集成電路的生產(chǎn)工藝大量生產(chǎn)，而且結(jié)構(gòu)緊湊，成本低，易于集成。它是今后1310nm附近實(shí)現(xiàn)DWDM的一種備選方案。有人稱(chēng)如果能做到每只1千美金，那會(huì)是另一番景象。最近重新引起興趣是看到它可在光時(shí)分應(yīng)用和波長(zhǎng)變換、全光再生、光門(mén)型光開(kāi)關(guān)和光相位配合等光信號(hào)處理上有潛力。這一行知名的公司如Genoa公司已有很好的SOA產(chǎn)品，用應(yīng)變量子阱材料制成。（4）摻鉺波導(dǎo)放大器（EDWA）EDWA借鑒了EDFA的技術(shù)，結(jié)合OEIC技術(shù)設(shè)計(jì)而成，只需幾厘米長(zhǎng)的高濃度增益波導(dǎo)（增益介質(zhì)可以是摻鉺的磷酸鹽玻璃），放大器結(jié)構(gòu)緊湊，預(yù)計(jì)今后將在城域網(wǎng)中得以應(yīng)用。在OFC2002上法國(guó)Teem光學(xué)公司和Inplane 光學(xué)公司都有產(chǎn)品推出。骨干光傳送網(wǎng)容量的競(jìng)賽有了EDFA和DWDM，再加上其它多項(xiàng)技術(shù)，一些通信設(shè)備大公司展開(kāi)了通信容量競(jìng)賽。從初期（1989~1991）的4個(gè)WDM信道、發(fā)展速度加快，并且發(fā)布實(shí)驗(yàn)室成果與開(kāi)通商用系統(tǒng)間的時(shí)間差已從上世紀(jì)九十年代中期的6年縮短至現(xiàn)在的2年?，F(xiàn)將OFC2001公布的進(jìn)展列表于下（表1），很多論文中都有類(lèi)似總結(jié)。表1 公司波長(zhǎng)數(shù)單信道速率Gb/s波段通道間隔GHz帶寬Tb/s距離kmNEC27340S、C、L50117Alcatel256C、L25100 進(jìn)入2002年，1月Alcatel宣布12540Gb/s/1500km成果，采用了Teralight Ultra光纖；3月，貝爾實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了6440Gb/s/4000km傳輸（），采用了DPSK編碼技術(shù)、FEC、L波段放大器、拉曼放大器和優(yōu)化色散補(bǔ)償。上述方案其實(shí)是將高速ETDM和DWDM結(jié)合起來(lái)獲得大容量。今后如果再加上光碼分復(fù)用（OCDMA），那就好比造三層的高速立交橋，傳送容量還會(huì)增加。遠(yuǎn)景暫且不論，就40Gb/s的DWDM光傳送系統(tǒng)而言，其商用還有待時(shí)日，一方面技術(shù)尚未成熟，交換、色散管理（例如每個(gè)信道PMD的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償）有待跟上，元件成本有待降低，主要原因還是缺乏市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。但誰(shuí)也不敢輕言放棄40Gb/s，既是大勢(shì)所趨，也因前車(chē)之鑒歷歷在目：1996年，Lucent聽(tīng)信其主要客戶(hù)AT＆T的觀點(diǎn)，認(rèn)為10Gb/s技術(shù)尚不可靠，市場(chǎng)前景遙不可及，將10Gb/s元器件庫(kù)存轉(zhuǎn)給Nortel，結(jié)果在其后爆發(fā)的10Gb/s大戰(zhàn)中，Nortel成為霸主。4 一份影響巨大、頗具爭(zhēng)議、被廣泛誤讀的報(bào)告 美林報(bào)告 (由FCC、RHK、ML編制) 縱坐標(biāo)表示骨干傳送網(wǎng)容量的平均利用率，%。 這是2001年3月美林證券公司在致其(中小型)投資人的報(bào)告中給出的。6月，華爾街日?qǐng)?bào)(WSJ)引用該報(bào)告數(shù)據(jù)。此報(bào)告一經(jīng)披露，“攪得周天寒徹”。 反對(duì)聲鵲起美林報(bào)告對(duì)想從風(fēng)險(xiǎn)投資公司那里享用最后一頓晚餐的小公司、夢(mèng)想股市高燒不退的上市公司的干系人都是沉重打擊。Corvis、Qwest的CEO立即予以否定，2001年9月期的《國(guó)際光纖系統(tǒng)》（Fiber Systems International）刊物上，美國(guó)一電信咨詢(xún)公司(Telechoice)稱(chēng)自己不采用將整個(gè)美國(guó)的光纖基礎(chǔ)設(shè)施看作一個(gè)大的管道系統(tǒng)這種簡(jiǎn)單模型，而是經(jīng)過(guò)對(duì)24條業(yè)務(wù)路由的分析證明，多數(shù)路由很快需升級(jí)改造，63%(15條)敷設(shè)于美國(guó)主要城市之間的光纖路由接近于滿(mǎn)容量，其中14條目前的需求等于或超過(guò)總供求量的70%。調(diào)查了25家運(yùn)營(yíng)商，最常使用的是位于12個(gè)大城市之間的路由。報(bào)告的中立性同樣值得懷疑。 暗光纖和通光光纖很多人怪罪美林報(bào)告將水?dāng)嚋?，圍繞此報(bào)告展開(kāi)的爭(zhēng)論牽涉投資市場(chǎng)的商業(yè)利益，因而注定將不了了之。有人辯稱(chēng)容量利用率不等于通光光纖比例，不是97%都是暗光纖。報(bào)告撰寫(xiě)人后來(lái)也出來(lái)澄清，%數(shù)據(jù)絕對(duì)沒(méi)有錯(cuò)，但這只是平均容量利用率，不是通信高峰值時(shí)利用率（IP業(yè)務(wù)具有突發(fā)性，峰值業(yè)務(wù)量與平均值之比可達(dá)10：1），也未考慮保護(hù)容量，保護(hù)容量可占40%。此外，%，但有Corning、OFS等光纖光纜廠(chǎng)2002年初還辯稱(chēng)光纜路由上占光纖總量3%的通光光纖容量其實(shí)已達(dá)到平衡，只是余下的97%光纖未使用（稱(chēng)為暗光纖，dark fiber），并不是光纖太多，因而指責(zé)華爾街日?qǐng)?bào)嚇退投資者。實(shí)際情況到底如何？至少干線(xiàn)“光纖過(guò)剩”（fiber glut）已是不爭(zhēng)的事實(shí)。當(dāng)時(shí)即有一家獨(dú)立的通信業(yè)咨詢(xún)公司調(diào)查認(rèn)為，多數(shù)運(yùn)營(yíng)商30~40%的容量閑置，一些甚至高達(dá)70%。從長(zhǎng)途業(yè)務(wù)收費(fèi)下降(當(dāng)時(shí)Sprint收費(fèi)為＄，是4年前ATamp。T的1/8)來(lái)看，供需明顯失衡。 超前建設(shè)的中國(guó)光傳送網(wǎng)國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)權(quán)威人士2001年7月初在報(bào)刊上引用美林報(bào)告數(shù)據(jù)，并在10月全國(guó)光通信大會(huì)上指出，美國(guó)光纖使用率為3% (最多為5%)，我國(guó)情況類(lèi)似，京漢廣沿線(xiàn)有五、六百芯光纖，用4根光纖采用6410Gb/s的WDM技術(shù)足矣，因?yàn)椴豢赡苋珖?guó)人民同時(shí)打電話(huà)。然而風(fēng)物長(zhǎng)宜放眼量，語(yǔ)音帶寬固然只需64kb/s，但隨著網(wǎng)絡(luò)資源日益豐富，更多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（如流媒體）將通過(guò)廣域網(wǎng)（WAN）傳送，信息源在國(guó)外，情形就大不相同了。統(tǒng)計(jì)表明，現(xiàn)在WAN和LAN傳送的業(yè)務(wù)量已從早先的2：8變?yōu)?：2。來(lái)看運(yùn)營(yíng)部門(mén)的觀點(diǎn)。從1997年到2002年間，我國(guó)經(jīng)歷了兩輪WDM長(zhǎng)途網(wǎng)建設(shè)的高潮，從8 Gb/s、32 Gb/s、3210Gb/s、8010Gb/s、16010Gb/s，發(fā)展速度居于世界前列（每信道10 Gb/s也是在2001年才商業(yè)化）。在2002年10月召開(kāi)的中國(guó)通信學(xué)會(huì)光電纜學(xué)術(shù)年會(huì)上，中國(guó)電信的參會(huì)人士稱(chēng)，新世紀(jì)初用兩年時(shí)間進(jìn)行的第二輪干線(xiàn)網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)結(jié)束，敷設(shè)的部分光纖（如北京到哈爾濱和北京到廣州的96芯光纜）實(shí)際并未使用，看不到今后新一輪大規(guī)模建設(shè)的必要；中國(guó)聯(lián)通的與會(huì)者稱(chēng)五大運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有容量再過(guò)十年都用不完。還有報(bào)道稱(chēng)到2002年底，我國(guó)五大運(yùn)營(yíng)商（中國(guó)電信、聯(lián)通、網(wǎng)通、移動(dòng)和鐵通）的骨干網(wǎng)建設(shè)高潮已經(jīng)過(guò)去，今后將進(jìn)入平穩(wěn)發(fā)展的時(shí)期。作者在2001年底聽(tīng)說(shuō)，——聽(tīng)說(shuō)而已，廣州與汕頭間1999年建成8，但到2001年底仍按3，而2001年建成的3210Gb/s則完全閑置，這多少有些出人意料，因?yàn)樯穷^是海纜登陸點(diǎn)。下面給出權(quán)威的報(bào)告。由信產(chǎn)部制訂的中國(guó)信產(chǎn)業(yè)“十五”發(fā)展規(guī)劃指出，按每對(duì)光纖開(kāi)32波、,現(xiàn)有光纜干線(xiàn)能夠滿(mǎn)足2005年的業(yè)務(wù)需求。該報(bào)告同時(shí)認(rèn)為，新型光纜網(wǎng)絡(luò)建設(shè)仍不可避免，“十五”期間將新建光纜線(xiàn)路約250萬(wàn)芯公里。？ 目前的現(xiàn)狀是，骨干傳送網(wǎng)容量大為超前；在局域網(wǎng)領(lǐng)域，千兆局域網(wǎng)已成為主流，10Mb/s到桌面已出現(xiàn)，而萬(wàn)兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE ）已在2002年6月浮出水面；用戶(hù)終端（如計(jì)算機(jī)）主頻在飆升。兩頭已是夠?qū)?，但用?hù)并未享受到寬帶的魅力，其間必然存在障礙和瓶頸。突破障礙即是贏得商機(jī)，因此下文將介紹光交換（節(jié)點(diǎn)）和城域網(wǎng)（Metropolitan Area Network，MAN）。5 交換瓶頸 交換容量的增長(zhǎng)從2001年所作的統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表2）來(lái)看，交換容量增長(zhǎng)跟不上傳送容量的增長(zhǎng)，吞吐能力不夠。交換瓶頸好比是高速公路上竟然有塞車(chē)的十字路口。表2 1997年2000年增長(zhǎng)倍數(shù)每根光纖傳送容量20（Gb/s）800（Gb/s）40倍每根光纜傳送容量400（Gb/s）80000（Gb/s）200倍每臺(tái)交換機(jī)容量55（Gb/s）640（Gb/s）12倍每臺(tái)交換機(jī)交換光纖數(shù)每根光纜所用交換機(jī)7臺(tái)125臺(tái) 注：1997年光纜平均芯數(shù)為20芯，2000年則為100芯。 四種交叉節(jié)點(diǎn)光交換機(jī)、光交叉連接矩陣和光路由器等名詞常常混用，但在業(yè)內(nèi)人士看來(lái)自有差別。有文獻(xiàn)稱(chēng)光交換是對(duì)鏈路中用戶(hù)信道之間光信號(hào)作實(shí)時(shí)通斷和換接處理，涉及大量用戶(hù)信道且交換頻繁；光交叉連接則實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)中的光信號(hào)在不同鏈路間建立連接或切換路由。更確切的含義應(yīng)從交換節(jié)點(diǎn)分類(lèi)來(lái)理解。（1）波長(zhǎng)選擇交叉連接（WSC）光從一根光纖變換到另一根光纖，這是一種全透明的連接，光的分插（上下）復(fù)用（OADM）是其相對(duì)簡(jiǎn)單的特例。雖然WSC沒(méi)有昂貴的光電處理，但它卻把復(fù)雜性轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)。另外其模擬性決定了產(chǎn)品的排它性，這是電信運(yùn)營(yíng)商難以接受的。（2）波長(zhǎng)內(nèi)部交換（WIC）又稱(chēng)波長(zhǎng)交換光交叉連接（OXC）。進(jìn)入WIC的波長(zhǎng)與出去波長(zhǎng)間沒(méi)有任何關(guān)系，這是光交換技術(shù)實(shí)用化的重點(diǎn)領(lǐng)域。電交叉連接（EXC）在輸入和輸出段都有光電和電光轉(zhuǎn)發(fā)器，,例如遇到10 Gb/s 粒度的波長(zhǎng)。遇40Gb/s信號(hào)將使系統(tǒng)更為復(fù)雜，端口數(shù)增多及功率消耗和機(jī)架尺寸增大暫且不論，衰減及阻抗不均勻已使其傳輸距離局限于半米內(nèi)。在2001年，已商業(yè)化的、較典型的電交叉連接設(shè)備有Sycamore網(wǎng)絡(luò)公司型號(hào)為SN16000的產(chǎn)品，電端口為512╳512，粒度為OC48（），,用電纜作內(nèi)連接。而OXC不存在帶寬限制，例如對(duì)40Gb/s信號(hào)可先用長(zhǎng)距離接收機(jī)接收下來(lái)作3R處理，再以適于短距離傳輸?shù)募す馄鲗⑿盘?hào)射入光交叉陣列中完成交叉，然后送到輸出端。有了OXC，WDM環(huán)網(wǎng)之間的互連可不經(jīng)過(guò)復(fù)雜昂貴的DXC。最著名者當(dāng)推Lucent公司的光波長(zhǎng)路由器(其命運(yùn)下文介紹)，采用256╳256光端口，進(jìn)出可各有256個(gè)波長(zhǎng)，可交叉粒度為OC768（40Gb/s），可達(dá)到的總的吞吐能力為10 Tb/s，每秒可處理數(shù)十億封電子郵件，交換速度比電交換快上16倍。（3）數(shù)字交叉連接（DXC或DCS）這是最基本的網(wǎng)元，已在SONET/SDH系統(tǒng)中大量使用。將輸入光按照時(shí)分解復(fù)用為SONET/SDH粒度（如SDH的STM1 ），每個(gè)子通道（subchannel）再通過(guò)DCS分別進(jìn)行交叉連接。在輸出端，每個(gè)子信道再時(shí)分復(fù)用為高速光信號(hào)。DCS有很多低速端口，電交叉連接更為適合。（4）光分組（光包）交換對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)攜帶的數(shù)字包選擇路由。有人認(rèn)為下一代交換將是WDM電路交換和光分組交換的混合型。如果說(shuō)交叉連接好比是鐵路換軌，分組交換則是郵政局分揀信件。分組交換最顯著的要求是要快，交換時(shí)間（輸入控制信號(hào)前沿與輸出光信號(hào)前沿之時(shí)間差）要在納秒級(jí)；而WSC基本是一種長(zhǎng)期連接，交叉連接達(dá)到毫秒級(jí)已能滿(mǎn)足要求。據(jù)稱(chēng)現(xiàn)在市場(chǎng)上光分組交換設(shè)備能力已達(dá)到160Gb/s，繼續(xù)擴(kuò)大容量需采用光并行處理等技術(shù)。但普遍認(rèn)為，由于光器件的限制，光分組交換仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。從（1）到（4），功能逐漸增多，后者可代替前者。因?yàn)槌杀竞鸵?guī)模能力的限制，不可能一下子提出一種最終解決方案。當(dāng)前有了OADM和OXC，就可在光域以波長(zhǎng)為基本交換單元解決節(jié)點(diǎn)容量擴(kuò)展問(wèn)題，基本適應(yīng)向自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò) (ASON)、或稱(chēng)智能光網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。 光交換技術(shù) 對(duì)于光交換技術(shù)，可根據(jù)利用何種光學(xué)現(xiàn)象將光從輸入端口轉(zhuǎn)向輸出端口進(jìn)行分類(lèi)；也可按交換煤質(zhì)是自由空間還是波導(dǎo)細(xì)分，而波導(dǎo)是由哪些材料（是半導(dǎo)體還是LiNbO3晶體）制成將影響到成本和集成性。 不得不承認(rèn)，現(xiàn)在還未有一種普遍認(rèn)可的光交換技術(shù)，因而相互競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)種類(lèi)繁多。有Agilent公司基于噴墨打印技術(shù)開(kāi)發(fā)的微氣泡交換技術(shù)、Cooch公司開(kāi)發(fā)的基于聲光效應(yīng)的交換設(shè)備，都無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部分，損耗小，但又存在其它問(wèn)題。相對(duì)而言，微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）光交換較為成熟。然而MEMS交換機(jī)可靠性還有待實(shí)用的進(jìn)一步檢驗(yàn)，過(guò)高的驅(qū)動(dòng)電壓（典型值為100V）也是一個(gè)問(wèn)題。MEMS技術(shù)的光交換利用自由空間光互連，用電驅(qū)動(dòng)微型鏡子（鏡片為單晶硅鍍金膜）旋轉(zhuǎn)，將光反射到相應(yīng)的光纖中。屬機(jī)械式光開(kāi)關(guān)，可以用光刻技術(shù)在硅襯底上集成多個(gè)尺寸為幾百u(mài)m大小的微鏡。對(duì)于2維MEMS交換機(jī)，鏡子只有上下兩種位置（分別對(duì)應(yīng)“通過(guò)”和“反射”兩種狀態(tài)），假定輸入輸出端口數(shù)為N（即N╳N結(jié)構(gòu)），鏡子數(shù)目需N2個(gè)；3維（3D）MEMS交換機(jī)的鏡子可在二維方向上旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)更為困難（需兩種模擬電壓），但其好處是明顯的：N╳N結(jié)構(gòu)的光交叉連接只需2N個(gè)鏡子，適于端口數(shù)多的系統(tǒng)。通常N為132的光開(kāi)關(guān)用于OADM或作為模塊組合為大容量光交換機(jī)，3232以上采用3D MEMS技術(shù)。目前看來(lái)3D MEMS交換機(jī)已放棄。由于MEMS交換響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)，因而對(duì)于10Gb/s以上速率的信號(hào)還是顯得較慢,現(xiàn)在只能用于光交叉連接。凡是用機(jī)械和熱光效應(yīng)的交換技術(shù)都不適合快速交換的要求。那么誰(shuí)有更