Physics 版 (精华区)

发信人: zjliu (秋天的萝卜), 信区: Physics
标  题: ( 22 )光交换机与光滤波器
发信站: 哈工大紫丁香 (Sat May 10 14:00:54 2003) , 转信

光交换机与光滤波技术的新发展
晏卫忠 译
液晶和光极化处理技术铺平了通向全光网的道路，在光层上实现信号处理和带宽管
理已为期不远。
今天的光网络能够承载大量的带宽。然而这些网络的光层基本上是静态的，只能提
供简单的点到点传送。所有光通路的管理，恢复，保护，指配，路由和交换都是在电层
上完成的。这些电层信号处理过程需要花费大量的金钱在繁琐的光-电-光（OEO）的转换
上，以完成基本的带宽管理功能。
许多新技术和随之而来的新的网络结构正蓬勃发展，它们使光网络活跃起来。在这
些网络中，光通路在光层动态地选择路由，交换，指配，保护和恢复。在固态光交换，
复用和解复用，以及动态光信号处理等方面取得的重大进展促进了这种新的网络结构的
建立。其中，最重要的两种技术是液晶和光极化处理技术。
T级承载能力
光系统制造商们面临着巨大的压力以生产承载能力越来越高的密集波分复用（DWDM
）系统。眼下，哪一种DWDM系统的承载能力越强，它对电信运营商的吸引力就越大。
一般来说，在单根光纤上获得T级承载能力的一个主要限制因素是光复用技术。下一
代网络必须处理数百个工作于10Gbit/s或更高的光通路。为了支持T级速率的传输，光复
用和解复用技术必须达到下列要求：
* 超平顶的滤波特性。顶部平坦特性非常重要，因为1dB通带必须足够宽以容纳10G
bit/s传输的载波信号。依系统结构设计的不同，通带宽度要为总带宽的一半或更多些。
* 高隔离度。来自相邻或非相邻光通路的串扰会限制传输距离和数据速率。因此有
时需要高达50dB的通路隔离度。
* 低损耗。损耗越低，传输距离越长和/或所需的功率放大越少。
* 模块化。现在可以有数百个通路，而电信运营商希望在滤波器，激光器和公共设备
上的初期投资最小。因此模块化的滤波技术很有吸引力。
* 宽的工作窗口。新的光纤和放大器技术正在使从1300nm到1650nm的整个带宽都可
实现DWDM，因此滤波技术也必须支持这个带宽。
* 窄的通路间隔。为了充分利用工作窗口，必须支持非常窄的通路间隔（50GHz或更
窄）。
多通路DWDM系统出现的另一个问题是带宽管理的复杂性。不少公司正在开发光保护
和恢复方案，以简化和降低在系统出故障或光纤断裂时恢复网络所需的成本。根据网络
应用的不同，网状和环形恢复方案均在研究中。
网状恢复方案需要大容量光交叉连接，能够处理数百乃至数千个输入输出波长。环
形结构需要可重新配置的或动态的光上下复用器。
目前有许多全光交换技术，包括基于机械、聚合物、热力学、锂铌化物，声光等方
案。目前大多数光开关都是光机的，利用镜子的某种物理运动，例如将光从一个端口转
移到另一端口。尽管光机式开关的性能相当有吸引力，然而它们不太适合于大规模的扩
展，而且也不很可靠。
评价新光交换技术时，必须考虑以下几个关键指标：
* 长期可靠性。为了使系统有5个9的可靠性，要求光交换技术有着非常低的故障率
。
bit/s传输的载波信号。依系统结构设计的不同，通带宽度要为总带宽的一半或更多些。
* 高隔离度。来自相邻或非相邻光通路的串扰会限制传输距离和数据速率。因此有
时需要高达50dB的通路隔离度。
* 低损耗。损耗越低，传输距离越长和/或所需的功率放大越少。
* 模块化。现在可以有数百个通路，而电信运营商希望在滤波器，激光器和公共设备
上的初期投资最小。因此模块化的滤波技术很有吸引力。
* 宽的工作窗口。新的光纤和放大器技术正在使从1300nm到1650nm的整个带宽都可
实现DWDM，因此滤波技术也必须支持这个带宽。
* 窄的通路间隔。为了充分利用工作窗口，必须支持非常窄的通路间隔（50GHz或更
窄）。
多通路DWDM系统出现的另一个问题是带宽管理的复杂性。不少公司正在开发光保护
和恢复方案，以简化和降低在系统出故障或光纤断裂时恢复网络所需的成本。根据网络
应用的不同，网状和环形恢复方案均在研究中。
网状恢复方案需要大容量光交叉连接，能够处理数百乃至数千个输入输出波长。环
形结构需要可重新配置的或动态的光上下复用器。
目前有许多全光交换技术，包括基于机械、聚合物、热力学、锂铌化物，声光等方
案。目前大多数光开关都是光机的，利用镜子的某种物理运动，例如将光从一个端口转
移到另一端口。尽管光机式开关的性能相当有吸引力，然而它们不太适合于大规模的扩
展，而且也不很可靠。
评价新光交换技术时，必须考虑以下几个关键指标：
* 长期可靠性。为了使系统有5个9的可靠性，要求光交换技术有着非常低的故障率
。
* 低损耗。对交换而言每一个dB都非常宝贵。虽然传统的非机械技术能达到合理的
可靠性，但它们的损耗通常要比机械技术高，因此不适合于电信网的应用。
* 低串音。为了保证传输质量，交换端口之间的串音必须非常小。传统的非机械交
换技术要达到可接受的串音指标非常困难，典型的隔离度要求为40或50dB。
* 温度稳定性。任何技术都应该保持对温度的稳定性，不管是被动地还是通过温度
控制机制。非机械交换技术在保持温度稳定性方面非常困难，常常需要精确的温度控制
电路。
* 快速切换。对大多数采用光切换进行恢复和保护的当前应用，切换速率必须控制
在毫秒级以下。
* 宽工作窗口。与光滤波技术一样，光开关也需要工作于从1300nm到1650nm的整个
带宽上。
除了性能要求外，光滤波和交换技术的成本也是主要问题。随着光产品价格每年以10%到
30%的速度下降，长期成本的下降也很关键。
光分割技术和液晶光交换是实现超密集、大容量、有源光网络的关键技术，这两种
技术都依赖于进行切换和光信号过滤的光极化处理技术。
光分割
为克服传统光滤波技术的局限性，许多公司正在开发交错滤光技术以实现光复用和
解复用，其中一种叫光分割。光分割将到来的光谱信号从空间上分为两套互补的周期性
光谱信号（见图1）。这有助于简化波长路由处理过程，允许在很宽的波谱带宽内同时过
滤出数百个有用波长。这些光极化处理技术有良好的通路隔离和通带性能，而且光损耗
也很低。
采用干扰滤波技术和阵列波导光栅技术过滤50GHz的光信号非常困难。然而采用极化
处理交错过滤技术，可以获得通路隔离度低于30dB和1dB通带宽度超过25GHz的性能。
光频率“列车”
也许光分割技术带来的最大好处是使光系统制造商和电信运营商能够采用新的网络
结构以有效地管理和传递光带宽。
假设到达的光通路流的通路间隔为25GHz（图2），多级光分割将这些通路分成4个光
频率序列。每个序列包含数百个光通路。现在，这些序列可在环状或网状环境下传送（
图3）。这个概念与地铁系统类似，不同颜色的列车通过中心车站。有一些快车直接绕过
车站，另一些则要在车站让旅客上、下车或换车。这种方法使带宽传送十分经济而有效
。类似的方法可用于光恢复方案。
液晶光交换机
液晶已被证明为一种对上述光序列进行交叉连接和还原的最佳光交换技术。它结合
了非机械技术的可靠性和机械交换技术的高性能。
过去，液晶被认为是一种很难成为光交换机的材料，其主要原因是其温度特性和开
关速度的局限性。然而近来的技术发展已克服了这个问题，使它十分理想地用于带宽指
配，恢复和保护。
在液晶材料和交换结构上取得的进展大大地提高了交换机的温度和频率特性。
开关速度一直是液晶技术的局限。在接近0度的低温下，液晶材料的粘度加大使它的
运动速度下降。然而近来在开关设计和液晶材料方面所取得的进展已使开关速度改善到
10ms以下。
一些公司目前可提供适用于电信的液晶光交换机产品。这种技术目前已能改善光交
换机的性能和降低成本，将来看到采用液晶光交换结构作核心交换单元的DWDM系统也不
足为奇。
光系统制造商为保持他们的竞争力，正在将像光分割和液晶这样的新技术应用于他
们的下一代产品设计中。这些有源光网络支持T级传输速率，且需要的光电转换次数比现
在的网络少得多，从而有助于降低带宽成本和最终用户的成本。



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※ 来源:．哈工大紫丁香 http://bbs.hit.edu.cn [FROM: 202.118.229.86]