【正文】 光突發(fā)交換機(jī)能夠真正的實(shí)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(dǎo)致的帶寬擴(kuò)展困難。這些技術(shù)能確保用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術(shù)，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過程都在光域內(nèi)進(jìn)行。常用混合交換方式有空分 +時(shí)分，空分 +波分，空分 +時(shí)分 +波分等復(fù)合方式。然而由于需要把多路信號進(jìn)行分路后再接入鏈路，從而抵消了波分復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)。 圖 35 波分光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 密集波分復(fù)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 畢業(yè)論文 15 損耗窗口中復(fù)用多路光信號，大大提高光纖的通信容量。光波分交換網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)如圖 35 所示。一般說來，在光波復(fù)用系統(tǒng)中其源端和目的端都采用相同的波長來傳遞信號，否則將在多路復(fù)用中，每個(gè)終端都將增加終端設(shè)備的復(fù)雜性。利用光纖延時(shí)線的光時(shí)分交換的工作原理：首先把時(shí)分復(fù)用的光信號經(jīng)過光分路器，使它的每條出線上同時(shí)都只有某一時(shí)隙的光信號；然后讓這些信號分別經(jīng)過不同的光延時(shí)器件，使其獲得不同的時(shí)間延遲；最后，再把這些信號經(jīng)過一個(gè)光合路器重新復(fù)合起來，就完成了時(shí)分交換。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(kuò)大容量問題。要完成時(shí)分光交換，必須有時(shí)隙交換器實(shí)現(xiàn)將輸入信號一幀中任一時(shí)隙交換到另一時(shí)隙輸出的功能。 畢業(yè)論文 13 （ a） (b) 圖 33 空分光交換結(jié)構(gòu)圖 時(shí)分復(fù)用是通信網(wǎng)中普遍采用的一種復(fù)用方式。 空分光交換的基本單元是 2 2 的光 交換模塊，在輸入端具有兩根光纖，輸出端也有兩根光纖，它的工作狀態(tài)有平行連接狀態(tài)和交叉連接狀態(tài)如圖 4，其中波導(dǎo)型光開關(guān)型結(jié)構(gòu)如圖33（ a），半導(dǎo)體光開關(guān)型結(jié)構(gòu)如圖 33（ b）?？臻g光開關(guān)是光交換中最基本的功能元件。若光信號同時(shí)采用兩種或三種交換方式則稱復(fù)合光交換。分別完成空分信道、時(shí)分信道和波分信道的交換。 光路交換 光信號的分割復(fù)用方式有三種：空分、時(shí)分和波分。在毫微秒量級的高速交換時(shí)具有大于20dB 的高信號增益。此時(shí)激光二極管返回到截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)輸入光脈沖時(shí)，激光二極管翻轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，輸入光消失。串聯(lián)電極是一個(gè)溝道隔開的兩個(gè)電流注入?yún)^(qū)，由于溝道沒有電流輸入，它起著飽和吸收區(qū)的作用。 光信號通道 控制電極 平行連接 交叉連接 畢業(yè)論文 12 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(gòu)成 的光存儲器的實(shí)例結(jié)構(gòu)。在全光系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)光信息的處理，光信息的存儲顯得極為重要。在晶體和各向異性的聚合物中，利用電光效應(yīng)（折射率隨施加的外加電壓而變化）實(shí)現(xiàn)對激光的調(diào)制。最常用的是采用鈦擴(kuò)散鈮酸鋰波導(dǎo)構(gòu)成 HZ 干涉型外調(diào)整器。分布反饋或分布喇格反射式結(jié)構(gòu)，有些可在 10nm 或 1THz 范圍內(nèi)調(diào)諧，調(diào)節(jié)速度大有提高。通過不同的信號的注入電流不同產(chǎn)生不同的波長的信號輸出。 畢業(yè)論文 11 圖 31 耦合波導(dǎo)開關(guān)結(jié)構(gòu)圖 波長轉(zhuǎn)換器 一種用于光交換的器件是波長轉(zhuǎn)換器，最直接的波長轉(zhuǎn)換是 光 — 電 — 光 交換，即將波長為λ i 輸入光信號，去驅(qū)動(dòng)一個(gè)波長為λ o 的激光器輸出光信號，利用外 調(diào)制器實(shí)現(xiàn)間接的波長轉(zhuǎn)換，即在外調(diào)制器的控制端施加適當(dāng)?shù)闹绷髌珘?，使得?i 入射光調(diào)制成λ o 的輸出光。典型的波導(dǎo)長度為數(shù)個(gè)毫米。當(dāng)兩個(gè)很接近的波導(dǎo)進(jìn)行適當(dāng)耦合時(shí)，通過這兩個(gè)波導(dǎo)的光束將發(fā)生能量交換，其交換能量的強(qiáng)度隨著耦合系數(shù)，平行波導(dǎo)的長度而變化。在鈮酸鋰基片上進(jìn)行鈦擴(kuò)散，以形成折射率逐漸增加的波導(dǎo)，再焊上電極就可以作為光交換元件了。 耦合波導(dǎo)開關(guān) 半導(dǎo)體光放大器只有一個(gè)光輸入端和一個(gè)光輸出端，而耦合波導(dǎo)開關(guān)除了一個(gè)控制電極外，還有兩個(gè)光輸入端和兩個(gè)光輸出端，可實(shí)現(xiàn)平行連接或交叉連接。器件的這個(gè)作用相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)把光信號給“關(guān)斷”了；當(dāng)偏置電流信號為某一個(gè)不為零的值時(shí)，輸入的光信號便會被適當(dāng)放大后而輸出，這相當(dāng)于開關(guān)閉合讓光信號“通過”。 光交換元件 半導(dǎo)體光開關(guān) 通常半導(dǎo)體光放大器是用來對輸入光信號進(jìn)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)。因此它不受檢測器、調(diào)制器等光電器件響應(yīng)速度的限制，對比特率和調(diào)制方式透明 ，可以大大提高交換單元的信息吞吐量。在交換系統(tǒng)中引入光子技術(shù)實(shí)現(xiàn)光交換，光交叉連接（ OXC）和光分叉復(fù)用（ OADM）實(shí)現(xiàn)全光通信。由于光波分復(fù)用 技術(shù)的成熟，傳輸容量的迅速增長帶來的對交換系統(tǒng)發(fā)展的壓力和動(dòng)力，通信網(wǎng)中交換系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，運(yùn)行速率越來越高。 目前來看，雖然在全光通信方面的技術(shù)方面有了很大的進(jìn)展，很多關(guān)鍵的技術(shù)得到了很好的改進(jìn)，能夠基本適應(yīng)全光通信的基本需要，但是也還存在很多關(guān)鍵技術(shù)不足的地方， 如下面將要介紹到的全光網(wǎng)絡(luò)的核心 —— 光交換方面的技術(shù)就不是很成熟， 但是全光網(wǎng)絡(luò)具有很大的優(yōu)點(diǎn)和潛力可挖，它必將是下一代網(wǎng)絡(luò)的首選方案，是未來通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。但應(yīng)變量子阱材料的 SOA研制成功，引起了人們的廣泛興趣，且 SOA具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，人們渴望能研制出覆蓋 EDFA、 PDFA應(yīng)用窗口的 畢業(yè)論文 9 1310nm和 1550nm的 SOA。 目前光放大技術(shù)主要是采用 EDFA。這樣可以使增益平坦性、噪聲特性和放大效率達(dá)到最佳。（ 5）用不同摻雜材料和摻雜量的光纖進(jìn)行組合，制作混合型 EDFA。（ 3）研制摻鉺氟化物光纖放 大器， 在帶寬 的頻帶內(nèi)可獲得平坦的增益。多芯 EDFA使用的 EDF最多纖芯的。在 1535～ 1561nm之間，實(shí)現(xiàn)了增益基本平坦，最大偏差不超過 。而且頻帶向長波長一側(cè)移動(dòng)。其技術(shù)包括以下幾個(gè)方面：（ 1）研制摻鉺碲化物玻璃 光纖。目前主要使用光纖光柵、介質(zhì)多層薄膜濾波器、平面光波導(dǎo)作為均衡器。為了使 EDFA的增益平坦，主要采用 “增益均衡技術(shù)”和“光纖技術(shù)”。利用光放大器構(gòu)成的全光通信系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：工 作波長恰好是在光纖損耗最低的 m波長，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。多年來，人們一直在探索去掉上述光 — 電 — 光轉(zhuǎn)換過程，直接在光路上對信號進(jìn)行放大傳輸，即用一個(gè)全光傳輸型中繼器代替目前這種再生中繼器。另外，西門子、 NTT和愛立信等國外大公司所 屬實(shí)驗(yàn)室對 OXC的結(jié)構(gòu)、應(yīng)用技術(shù)也進(jìn)行了 類似研究和實(shí)驗(yàn)。英國 BT實(shí)驗(yàn)室研制的OXC采用 WDM技術(shù)與空分技術(shù)相結(jié)合，已用于波分復(fù)用系統(tǒng)。如果將波分復(fù)用技術(shù)和空分技術(shù)相結(jié)合，可大大提高交叉連接矩陣的容量和靈活性。光交叉設(shè)備的一般結(jié)構(gòu)如圖 21： 圖 21 光交叉連接設(shè)備一般結(jié)構(gòu) OXC也有空分、時(shí)分和波分 3種類型。輸入接口、輸出接口直接與光纖鏈路相連，分別對輸入輸出信號進(jìn)行適配、放大。 OXC 主要由光交叉連接矩陣、輸入接口、輸出接口 、管理控制單元等模塊組成。測得的輸入和 畢業(yè)論文 7 分出口之間隔離度＞ 55dB，對分出信道的抑制＞ 16dB，調(diào)節(jié)范圍＞ 8nm。上面幾種 OADM 都被設(shè)計(jì)成以固定的波長工作。前兩種方式使隔離度達(dá)到最高，但它們需要昂貴的設(shè)備如 WDM MUX/DEMUX 或光循環(huán) 器。對于 OADM，在分出口和插入口之間以及輸入口和輸出口之間必須有很高的隔離度（＞ 25dB），以最大限度地減少同波長 干涉效應(yīng)，否則將嚴(yán)重影響傳輸性能。這些設(shè)備在光波長領(lǐng)域內(nèi)具有傳統(tǒng) SDH 分插復(fù)用器（ SDH ADM）在時(shí)域內(nèi)的功能。點(diǎn)到點(diǎn)的 DWDM系統(tǒng)只提供了原始的帶寬，在競爭激烈的市場中，按需分配容量、個(gè)性化業(yè)務(wù)和成本低等是競爭的優(yōu)勢，因此業(yè)務(wù)提供者需要與此相適應(yīng)的方案，需要提供靈活的交叉節(jié)點(diǎn)才能更好地滿足對傳輸容量和帶寬的巨大需求，具有全光交換能力的光交換節(jié)點(diǎn)，主要研究集 中在 OXC、 OADM器件以及由這些器件構(gòu)成的系統(tǒng)上，它可以在此基礎(chǔ)上形成具有全光交換能力的產(chǎn)品。武漢郵電研究院的 8 。 Williams公司將為 Frontier 在休士頓、亞特蘭大等地的網(wǎng)絡(luò)提供 16 10Gb/s 的 DWDM 系統(tǒng)。 MCI 公司 70%的網(wǎng)絡(luò)中已采用了 WDM 系統(tǒng)。目前，大部分公司的 DWDM 系統(tǒng)都是以 率的，僅加拿大北電網(wǎng)絡(luò)等少數(shù)公司是以 10Gb/s 為基本速率。T： 40Gb/s 25ch55km）。 1996 年 NEC、 ATamp。因而， 近些年 對這方面的研究方興未艾，特別是密集波分復(fù)用可望很快獲得應(yīng)用。 波分復(fù)用（ WDM） 光波分復(fù)用是多個(gè)信源的電信號調(diào)制各自的光載波，經(jīng)復(fù)用后在一根光纖上傳輸，在接收端可用外差檢測的相干通信方式或調(diào)諧無源濾波器直接檢測的常規(guī)通信方式實(shí)現(xiàn)信道的選擇。 光定時(shí)提取要求超高速運(yùn)轉(zhuǎn)、低相位噪聲、高靈敏度以及與偏振無關(guān)。目前已研制出 4 種形式的器件作為去復(fù)用器，它們是光克爾開關(guān)矩陣光去復(fù)用器、交叉相位調(diào)制頻移光去復(fù)用器、四波混頻開關(guān)光去復(fù)用器和非線性光纖環(huán)路鏡式（ NOLM）光去復(fù)用器。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(gè)平面硅襯底上所形成的平面光波導(dǎo)回路（ PLC）作為光復(fù)用器。 另外利用調(diào)整線性調(diào)制光纖光柵的色散值對電吸收調(diào)制器輸出的光脈沖形狀進(jìn)行修正， 也可以產(chǎn)生脈寬為 、占空比為 %的 10GHz 的光脈沖。增益開關(guān)法已用于各種高速光傳輸實(shí)驗(yàn)中的脈沖源產(chǎn)生和光測量中。 光時(shí)分復(fù)用要求光源提供 5～ 20GHz 的占空比相當(dāng)小的超窄光脈沖輸出，實(shí)現(xiàn)的方法有增益開關(guān)法、 LD 的模式鎖定法、電吸收連續(xù)光選通調(diào)制法及光纖光柵法、SC(Supercontinum）光脈沖。 畢業(yè)論文 5 2 全光網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)技術(shù) 光復(fù)用 /解 復(fù)用技術(shù) 光時(shí)分復(fù)用（ OTDM） 光時(shí)分復(fù)用（ OTDM）是用多個(gè)電信道信號調(diào)制具有同一個(gè)光頻的不同光信道，經(jīng)復(fù)用后在同一根光纖傳輸?shù)臄U(kuò)容技術(shù)。目前這方面的協(xié)議已經(jīng) 被人們 提出并逐步走向完善。 對于全光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展來說，目前還存在一些技術(shù)挑戰(zhàn)，如光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)的互連和互操作、光性能的監(jiān)視和測試等。允許采用不同的速率和協(xié)議，有利于網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的靈活性。 2)與無線或銅線比，處理速度高且誤碼率低。全光網(wǎng)絡(luò)與光電混合網(wǎng)絡(luò)的最大區(qū)別在于它具有最少量的 電 /光 光 /電 轉(zhuǎn)換設(shè)備 ， 任何一個(gè)光節(jié)點(diǎn)都無需為其他節(jié)點(diǎn)處理信息與服務(wù) ， 光節(jié)點(diǎn)與用戶終端之間的信號傳輸與處理均在光域進(jìn)行。 ——— 全光網(wǎng)絡(luò) 全光網(wǎng)絡(luò)以光節(jié)點(diǎn)代替電節(jié)點(diǎn) ， 光節(jié)點(diǎn)之間采用光纖互聯(lián)在一起 ， 實(shí)現(xiàn)信息完全在光領(lǐng)域的傳輸與 交換 ， 是未來信息網(wǎng)絡(luò)的核心。特別是數(shù)字傳輸干線采用時(shí)分復(fù)用 (OTDM) 技術(shù) ， 充分挖掘光纖的帶寬資源 ， 實(shí)現(xiàn)大容量信息在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的交換。 ——— 光電混合網(wǎng)絡(luò) 光電混合傳輸網(wǎng)絡(luò)是在各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間用光纜代替電纜 ， 實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間傳輸光纜 化 ， 節(jié)點(diǎn)仍采用電子處理與交換設(shè)備 ， 節(jié)點(diǎn)至用戶終端之間仍采用電纜網(wǎng)絡(luò) ， 這是目前廣泛采用的網(wǎng)絡(luò)。 通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展概況 1. 第一代網(wǎng)絡(luò) ——— 電纜網(wǎng)絡(luò) 電纜網(wǎng)絡(luò)采用傳輸電纜 將各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)連接在一起 ， 該傳輸網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟 ， 根據(jù)傳輸信號不同 ， 傳輸電纜可以是同軸電纜也可以是 雙絞線 電纜 ， 該網(wǎng)絡(luò)傳輸損耗大 ， 頻帶較窄 ， 主要利用頻分復(fù)用技術(shù) (FDM)來提高帶寬。全光網(wǎng)絡(luò)以其良好的透明性、波長路由特性、兼容性和可擴(kuò)展性，成為下一代高速（超高速）寬帶網(wǎng)絡(luò)的首選。也就是說，信息從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過程中始終在光域內(nèi)，波長成為全光 網(wǎng)絡(luò)的最基本單元 。只有基于光纖的全光網(wǎng)絡(luò)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)?“瓶頸 ”，可以在很長的時(shí)間內(nèi)適應(yīng)高速寬帶業(yè)務(wù)的帶寬需求。但是，目前串行電信號傳輸速率上限為 40Gbps，即使用此速率在光纖上傳輸，也僅利用了光纖容量的千分之一。在 ，也有約 25THz可利用的帶寬。由于新興業(yè)務(wù)占用的帶寬資源較 多，高速寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)已成為本世紀(jì)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢 ，而光 纖具有巨大的帶寬 ， 200nm范圍內(nèi)，傳輸損耗較低。 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。全光 網(wǎng)由于具有頻帶寬、容量大、擴(kuò)容升級方便，適合高速業(yè)務(wù)的發(fā)展，它最終將發(fā)展成為寬帶綜合業(yè)務(wù)基礎(chǔ)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)平臺。 關(guān)鍵詞 : 全光網(wǎng)絡(luò)、光波復(fù)用、光交換、光節(jié)點(diǎn) ABSTRACT All optical work (AON) marked the emergence of the work transmission technology has taken a major step forward， pareing with traditional transmission works ， it has outstanding performance， known as the thirdgeneration work， In the near future， it will be the core of telemunications Inter and other work. This article