第-10-章-光交換技術(shù)課件

【本章內(nèi)容簡(jiǎn)介】光交換技術(shù)是交換技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向。本章從交換光交換概念出發(fā)，介紹了光纖通信的發(fā)展簡(jiǎn)史及主要特點(diǎn)，闡述了光交換技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式與原理，主要涉及光交換器件、各種光交換網(wǎng)絡(luò)、光交換系統(tǒng)等內(nèi)容，同時(shí)對(duì)光交換技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展概況進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹?！颈菊聝?nèi)容簡(jiǎn)介】光交換技術(shù)是交換技術(shù)未來(lái)的發(fā)【本章重點(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)掌握光交換器件和光交換網(wǎng)絡(luò)。難點(diǎn)是光存儲(chǔ)器的工作原理?！颈菊轮攸c(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)掌握光交換器件和光交換網(wǎng)絡(luò)10.1概述光交換（photonicswitching）技術(shù)是在光域直接將輸入光信號(hào)交換到不同的輸出端，完成光信號(hào)的交換。10.1概述光交換（photonics10.1.1光纖通信1．光纖通信技術(shù)的發(fā)展光纖用于通信是1978年，首先應(yīng)用于商業(yè)性實(shí)驗(yàn)。1980年美國(guó)建成了長(zhǎng)度為1

241.6km的干線光纜。1985年，縱貫日本的干線光纖宣告完成，全長(zhǎng)為3

400km。1988年，大西洋海底光纜宣告建成，長(zhǎng)度為13

000km。10.1.1光纖通信1．光纖通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入21世紀(jì)，光纖通信發(fā)展較快的幾項(xiàng)技術(shù)是波分復(fù)用技術(shù)、光纖接入網(wǎng)技術(shù)（OAN）和全光網(wǎng)技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)，光纖通信發(fā)展較快的幾項(xiàng)技術(shù)是波2．光纖通信技術(shù)所謂光纖通信，就是利用光纖來(lái)傳送攜帶信息的光波以達(dá)到通信之目的。2．光纖通信技術(shù)所謂光纖通信，就是利用光纖來(lái)（1）光纖通信的基本原理光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息（如語(yǔ)音）變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度（頻率）變化而變化，并通過(guò)光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。（1）光纖通信的基本原理光纖通信的原理是：在（2）數(shù)字光纖通信系統(tǒng)圖10-1數(shù)字光纖通信系統(tǒng)（2）數(shù)字光纖通信系統(tǒng)圖10-1數(shù)字光纖通信系統(tǒng)3．光纖通信的優(yōu)點(diǎn)大家知道，光波也是電磁波，但它的頻率比電信中利用的其他電磁波頻率高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。頻率極高使得通信系統(tǒng)擁有極大的通信容量，所用光纖和由多根光纖組成的光纜體積小，重量輕，易于運(yùn)輸和施工。3．光纖通信的優(yōu)點(diǎn)大家知道，光波也是電磁波，光纖的衰耗很低，故無(wú)中斷，通信距離很長(zhǎng)。此外，光纖是絕緣體，不會(huì)受高壓線和雷電的電磁感應(yīng)，抗核輻射的能力也強(qiáng)，因而在某些特殊場(chǎng)合，電通信受干擾不能工作而光纖通信卻能照常工作。光纖的衰耗很低，故無(wú)中斷，通信距離很長(zhǎng)。光纖幾乎可做得不漏光，因此保密性好，光纜中的光纖也互不干擾。當(dāng)通信容量較大，距離較遠(yuǎn)時(shí)，光纖通信系統(tǒng)的每話路公里的造價(jià)較電纜通信的為低。光纖通信因有這些優(yōu)點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。光纖幾乎可做得不漏光，因此保密性好，光纜中的10.1.2全光通信網(wǎng)全光通信是指用戶與用戶之間的信號(hào)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(guò)程都在光域內(nèi)進(jìn)行，而其在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的交換則采用全光網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)。10.1.2全光通信網(wǎng)全光通信是指用戶與全光通信技術(shù)是針對(duì)普通光纖系統(tǒng)中存在著較多的光電/轉(zhuǎn)換設(shè)備而進(jìn)行改進(jìn)的技術(shù)。全光通信技術(shù)是針對(duì)普通光纖系統(tǒng)中存在著較多的1．全光通信的發(fā)展過(guò)程全光通信的實(shí)現(xiàn)，可以分為兩個(gè)階段來(lái)完成。1．全光通信的發(fā)展過(guò)程全光通信的實(shí)現(xiàn)，可以分2．全光通信的特點(diǎn)（1）全光通信是歷史發(fā)展的必然（2）降低成本（3）解決了“電子瓶頸”問(wèn)題2．全光通信的特點(diǎn)（1）全光通信是歷史發(fā)展的必然3．全光網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)全光網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)有全光交換、全光交叉連接、全光中繼、全光復(fù)用與解復(fù)用等。3．全光網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)全光網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)有全10.2光交換器件實(shí)現(xiàn)光交換的設(shè)備是光交換機(jī)。光交換器件是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。光交換機(jī)的光交換器件有光開(kāi)關(guān)、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和光存儲(chǔ)器等。10.2光交換器件實(shí)現(xiàn)光交換的設(shè)備是光交10.2.1光開(kāi)關(guān)光開(kāi)關(guān)在光通信中的作用一是將某一光纖通道中的光信號(hào)切斷或開(kāi)通；其次是將某波長(zhǎng)光信號(hào)由一個(gè)光纖通道轉(zhuǎn)換到另一個(gè)光纖通道中去；再是在同一光纖通道中將一種波長(zhǎng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成另一種波長(zhǎng)的光信號(hào)。10.2.1光開(kāi)關(guān)光開(kāi)關(guān)在光通信中的作用依據(jù)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的物理機(jī)理來(lái)分，可分為機(jī)械式光開(kāi)關(guān)、熱光開(kāi)關(guān)和電光開(kāi)關(guān)等。依據(jù)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的物理機(jī)理來(lái)分，可分為機(jī)械式1．半導(dǎo)體光開(kāi)關(guān)圖10-2半導(dǎo)體光放大器及等效開(kāi)關(guān)示意圖1．半導(dǎo)體光開(kāi)關(guān)圖10-2半導(dǎo)體光放大器及等效開(kāi)關(guān)示意圖2．耦合波導(dǎo)開(kāi)關(guān)圖10-3耦合波導(dǎo)光開(kāi)關(guān)2．耦合波導(dǎo)開(kāi)關(guān)圖10-3耦合波導(dǎo)光開(kāi)關(guān)3．液晶光開(kāi)關(guān)液晶是介于液體與晶體之間的一種物質(zhì)狀態(tài)。一般的液體內(nèi)部分子排列是無(wú)序的，而液晶具有流動(dòng)性，其分子又按一定規(guī)律有序排列，使它呈現(xiàn)晶體的各向異性。3．液晶光開(kāi)關(guān)液晶是介于液體與晶體之間的一種當(dāng)光通過(guò)液晶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生偏振面旋轉(zhuǎn)，雙折射等效應(yīng)。液晶分子是含有極性基因團(tuán)的極性分子，在電場(chǎng)作用下，偶極子會(huì)按電場(chǎng)方向取向，導(dǎo)致分子原有的排列方式發(fā)生變化，從而液晶的光學(xué)性質(zhì)也隨之發(fā)生改變，這種引外電場(chǎng)引起液晶光學(xué)性質(zhì)的改變稱(chēng)為液晶的光電效應(yīng)。當(dāng)光通過(guò)液晶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生偏振面旋轉(zhuǎn)，雙折射等效4．微電子機(jī)械光開(kāi)關(guān)（MEMS）10-4液晶光開(kāi)關(guān)工作原理4．微電子機(jī)械光開(kāi)關(guān)（MEMS）10-4液晶光開(kāi)關(guān)工作原10.2.2光調(diào)制器在光纖通信中，通信信息由光波攜帶，光波就是載波，把信息加載到光波上的過(guò)程就是調(diào)制。光調(diào)制器是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到光信號(hào)轉(zhuǎn)換的器件，也就是說(shuō)，它是一種改變光束參量傳輸信息的器件，這些參量包括光波的振幅、頻率、位相或偏振態(tài)。10.2.2光調(diào)制器在光纖通信中，通信信目前廣泛使用的光纖通信系統(tǒng)均為強(qiáng)度調(diào)制——直接檢波系統(tǒng)，對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的方法有兩類(lèi)，即直接調(diào)制和間接調(diào)制。目前廣泛使用的光纖通信系統(tǒng)均為強(qiáng)度調(diào)制——直1．直接調(diào)制直接調(diào)制：又稱(chēng)為內(nèi)調(diào)制，即直接對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)控制半導(dǎo)體激光器的注入電流的大小來(lái)改變激光器輸出光波的強(qiáng)弱。傳統(tǒng)的PDH和2.5Gbit/s速率以下的SDH系統(tǒng)使用的LED或LD光源基本上采用的都是這種調(diào)制方式。1．直接調(diào)制直接調(diào)制：又稱(chēng)為內(nèi)調(diào)制，即直接對(duì)2．間接調(diào)制間接調(diào)制，這種調(diào)制方式又稱(chēng)為外調(diào)制。即不直接調(diào)制光源，而是在光源的輸出通路上外加調(diào)制器對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制，此調(diào)制器實(shí)際上起到一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用。其結(jié)構(gòu)如圖10-5所示。2．間接調(diào)制間接調(diào)制，這種調(diào)制方式又稱(chēng)為外調(diào)圖10-5外調(diào)制器的結(jié)構(gòu)圖10-5外調(diào)制器的結(jié)構(gòu)10.2.3光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器10-6光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖10.2.3光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器10-6光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意10.2.4光存儲(chǔ)器1．光纖延遲線光存儲(chǔ)器2．雙穩(wěn)態(tài)激光二極管光存儲(chǔ)器10.2.4光存儲(chǔ)器1．光纖延遲線光存儲(chǔ)器10.3光交換網(wǎng)光交換網(wǎng)絡(luò)完成光信號(hào)在光域的直接交換，不需通過(guò)光—電—光的變換。根據(jù)光信號(hào)的復(fù)用方式，光交換技術(shù)可分為空分、時(shí)分和波分3種交換方式。若光信號(hào)同時(shí)采用兩種或三種交換方式，則稱(chēng)為混合光交換。10.3光交換網(wǎng)光交換網(wǎng)絡(luò)完成光信號(hào)在光10.3.1空分光交換網(wǎng)絡(luò)空分光交換網(wǎng)絡(luò)（spaceopticalswitchnetwork）是光交換方式中最簡(jiǎn)單的一種。10.3.1空分光交換網(wǎng)絡(luò)空分光交換網(wǎng)絡(luò)圖10-7基本的22空分光交換模塊圖10-7基本的22空分光交換模塊10.3.2時(shí)分光交換網(wǎng)路采用光延遲器件實(shí)現(xiàn)光時(shí)分交換的原理是：先把時(shí)分復(fù)用光信號(hào)通過(guò)光分路器分成多個(gè)單路光信號(hào)，然后讓這些信號(hào)分別經(jīng)過(guò)不同的光延遲器件，獲得不同的時(shí)間延遲，再把這些信號(hào)經(jīng)過(guò)光合路器重新復(fù)用起來(lái)。10.3.2時(shí)分光交換網(wǎng)路采用光延遲器件光分路器、光合路器和光延遲器件的工作都是在（電）計(jì)算機(jī)的控制下進(jìn)行的，可以按照交換的要求完成各路時(shí)隙的交換功能，也就是光時(shí)隙互換。光分路器、光合路器和光延遲器件的工作都是在（圖10-8時(shí)分光交換系統(tǒng)圖10-8時(shí)分光交換系統(tǒng)10.3.3波分光交換網(wǎng)路波分復(fù)用技術(shù)在光傳輸系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)來(lái)傳遞信號(hào)。如果使用不同波長(zhǎng)的終端要進(jìn)行通信，那么必須在每個(gè)終端上都具有各種不同波長(zhǎng)的光源和接收器。10.3.3波分光交換網(wǎng)路波分復(fù)用技術(shù)在為了適應(yīng)光波分復(fù)用終端的相互通信而又不增加終端設(shè)備的復(fù)雜性，人們便設(shè)法在傳輸系統(tǒng)的中間節(jié)點(diǎn)上采用光波分交換。采用這樣的技術(shù)，不僅可以滿足光波分復(fù)用終端的互通，而且還能提高傳輸系統(tǒng)的資源利用率。為了適應(yīng)光波分復(fù)用終端的相互通信而又不增加終波分光交換是指光信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中不經(jīng)過(guò)光/電轉(zhuǎn)換，直接將所攜帶的信息從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)波長(zhǎng)上的交換方式。波分光交換是指光信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中不經(jīng)過(guò)光/電波分光交換網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)波分光交換的核心器件，可調(diào)波長(zhǎng)濾波器和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器是波分光交換的基本器件。實(shí)現(xiàn)波分光交換有兩種結(jié)構(gòu)：波長(zhǎng)互換型和波長(zhǎng)選擇型。波分光交換網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)波分光交換的核心器件，可1．波長(zhǎng)互換型圖10-9波長(zhǎng)互換光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1．波長(zhǎng)互換型圖10-9波長(zhǎng)互換光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2．波長(zhǎng)選擇型光交換網(wǎng)絡(luò)圖10-10波長(zhǎng)選擇型光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2．波長(zhǎng)選擇型光交換網(wǎng)絡(luò)圖10-10波長(zhǎng)選擇型光交換網(wǎng)絡(luò)10.4光交換系統(tǒng)10.4.1光交換系統(tǒng)的組成全光網(wǎng)仍是以交換機(jī)為核心構(gòu)建，與其他通信網(wǎng)一樣，網(wǎng)絡(luò)由交換、傳輸和終端3部分構(gòu)成。在全光網(wǎng)的3要素中，光交換機(jī)是全光網(wǎng)絡(luò)的核心部分。10.4光交換系統(tǒng)10.4.1光交換系統(tǒng)的組成10.4.2光交換技術(shù)的分類(lèi)1．光電路交換（1）光時(shí)分交換技術(shù)（2）光波分交換技術(shù)（3）光空分交換技術(shù)（4）光碼分交換技術(shù)10.4.2光交換技術(shù)的分類(lèi)1．光電路交換2．光分組交換（1）光分組交換（OPS）技術(shù)（2）光突發(fā)交換（OBS）技術(shù)（3）光標(biāo)記分組交換（OMPLS）技術(shù)2．光分組交換（1）光分組交換（OPS）技術(shù)3．光交換技術(shù)的分類(lèi)圖10-11光交換技術(shù)的分類(lèi)3．光交換技術(shù)的分類(lèi)圖10-11光交換技術(shù)的分類(lèi)10.4.3光分插復(fù)用器和光交叉連接在基于WDM的光網(wǎng)絡(luò)中，屬于光纖和波長(zhǎng)級(jí)的粗粒度帶寬處理的光節(jié)點(diǎn)設(shè)備，主要是光分插復(fù)用器（OpticalAdd-DropMultiplexer，OADM）和光交叉連接（OpticalCrossConnect，OXC），通常由WDM復(fù)用/解復(fù)用器、光交叉矩陣（由光開(kāi)關(guān)和控制部分組成）、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和節(jié)點(diǎn)管理系統(tǒng)組成。10.4.3光分插復(fù)用器和光交叉連接在基主要完成光路上、下層的帶寬管理、光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)、恢復(fù)和動(dòng)態(tài)重構(gòu)等功能。主要完成光路上、下層的帶寬管理、光網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)1．光分插復(fù)用器（OADM）圖10-12基于波分復(fù)用/解復(fù)用和光開(kāi)關(guān)的OADM結(jié)構(gòu)示意圖1．光分插復(fù)用器（OADM）圖10-12基于波分復(fù)用/解2．光交叉連接（OXC）OXC有以下三種實(shí)現(xiàn)方式。（1）光纖交叉連接（2）波長(zhǎng)交叉連接（3）波長(zhǎng)變換交叉連接2．光交叉連接（OXC）OXC有以下三種實(shí)現(xiàn)

圖10-13波長(zhǎng)交叉連接示意圖圖10-13波長(zhǎng)交叉連接示意圖圖10-14波長(zhǎng)變換交叉連接示意圖圖10-14波長(zhǎng)變換交叉連接示意圖10.4.4光分組交換光分組交換的概念與電分組交換的概念是類(lèi)似的，只不過(guò)是在光域內(nèi)的擴(kuò)展，即交換粒度以高速傳輸?shù)墓夥纸M為單位。雖然光分組可長(zhǎng)可短，但由于交換設(shè)備必須具備處理最小分組的能力，因此光分組交換要求節(jié)點(diǎn)的處理能力非常高。10.4.4光分組交換光分組交換的概念與1．光分組交換機(jī)的結(jié)構(gòu)圖10-15光分組交換節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖1．光分組交換機(jī)的結(jié)構(gòu)圖10-15光分組交換節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖2．光分組交換的關(guān)鍵技術(shù)光分組交換的關(guān)鍵技術(shù)有光分組的產(chǎn)生、同步、緩存、再生，光分組頭重寫(xiě)及分組之間的光功率的均衡等。2．光分組交換的關(guān)鍵技術(shù)光分組交換的關(guān)鍵技術(shù)3．光分組交換各組成部分的功能（1）輸入接口完成的功能（2）輸出接口完成的功能（3）光交換模塊完成的功能（4）控制單元完成的功能3．光分組交換各組成部分的功能（1）輸入接口完成的功能【本章內(nèi)容簡(jiǎn)介】光交換技術(shù)是交換技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向。本章從交換光交換概念出發(fā)，介紹了光纖通信的發(fā)展簡(jiǎn)史及主要特點(diǎn)，闡述了光交換技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式與原理，主要涉及光交換器件、各種光交換網(wǎng)絡(luò)、光交換系統(tǒng)等內(nèi)容，同時(shí)對(duì)光交換技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展概況進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。【本章內(nèi)容簡(jiǎn)介】光交換技術(shù)是交換技術(shù)未來(lái)的發(fā)【本章重點(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)掌握光交換器件和光交換網(wǎng)絡(luò)。難點(diǎn)是光存儲(chǔ)器的工作原理?！颈菊轮攸c(diǎn)難點(diǎn)】重點(diǎn)掌握光交換器件和光交換網(wǎng)絡(luò)10.1概述光交換（photonicswitching）技術(shù)是在光域直接將輸入光信號(hào)交換到不同的輸出端，完成光信號(hào)的交換。10.1概述光交換（photonics10.1.1光纖通信1．光纖通信技術(shù)的發(fā)展光纖用于通信是1978年，首先應(yīng)用于商業(yè)性實(shí)驗(yàn)。1980年美國(guó)建成了長(zhǎng)度為1

241.6km的干線光纜。1985年，縱貫日本的干線光纖宣告完成，全長(zhǎng)為3

400km。1988年，大西洋海底光纜宣告建成，長(zhǎng)度為13

000km。10.1.1光纖通信1．光纖通信技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入21世紀(jì)，光纖通信發(fā)展較快的幾項(xiàng)技術(shù)是波分復(fù)用技術(shù)、光纖接入網(wǎng)技術(shù)（OAN）和全光網(wǎng)技術(shù)。進(jìn)入21世紀(jì)，光纖通信發(fā)展較快的幾項(xiàng)技術(shù)是波2．光纖通信技術(shù)所謂光纖通信，就是利用光纖來(lái)傳送攜帶信息的光波以達(dá)到通信之目的。2．光纖通信技術(shù)所謂光纖通信，就是利用光纖來(lái)（1）光纖通信的基本原理光纖通信的原理是：在發(fā)送端首先要把傳送的信息（如語(yǔ)音）變成電信號(hào)，然后調(diào)制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強(qiáng)度隨電信號(hào)的幅度（頻率）變化而變化，并通過(guò)光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測(cè)器收到光信號(hào)后把它變換成電信號(hào)，經(jīng)解調(diào)后恢復(fù)原信息。（1）光纖通信的基本原理光纖通信的原理是：在（2）數(shù)字光纖通信系統(tǒng)圖10-1數(shù)字光纖通信系統(tǒng)（2）數(shù)字光纖通信系統(tǒng)圖10-1數(shù)字光纖通信系統(tǒng)3．光纖通信的優(yōu)點(diǎn)大家知道，光波也是電磁波，但它的頻率比電信中利用的其他電磁波頻率高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。頻率極高使得通信系統(tǒng)擁有極大的通信容量，所用光纖和由多根光纖組成的光纜體積小，重量輕，易于運(yùn)輸和施工。3．光纖通信的優(yōu)點(diǎn)大家知道，光波也是電磁波，光纖的衰耗很低，故無(wú)中斷，通信距離很長(zhǎng)。此外，光纖是絕緣體，不會(huì)受高壓線和雷電的電磁感應(yīng)，抗核輻射的能力也強(qiáng)，因而在某些特殊場(chǎng)合，電通信受干擾不能工作而光纖通信卻能照常工作。光纖的衰耗很低，故無(wú)中斷，通信距離很長(zhǎng)。光纖幾乎可做得不漏光，因此保密性好，光纜中的光纖也互不干擾。當(dāng)通信容量較大，距離較遠(yuǎn)時(shí)，光纖通信系統(tǒng)的每話路公里的造價(jià)較電纜通信的為低。光纖通信因有這些優(yōu)點(diǎn)而得到迅速發(fā)展。光纖幾乎可做得不漏光，因此保密性好，光纜中的10.1.2全光通信網(wǎng)全光通信是指用戶與用戶之間的信號(hào)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(guò)程都在光域內(nèi)進(jìn)行，而其在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的交換則采用全光網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)。10.1.2全光通信網(wǎng)全光通信是指用戶與全光通信技術(shù)是針對(duì)普通光纖系統(tǒng)中存在著較多的光電/轉(zhuǎn)換設(shè)備而進(jìn)行改進(jìn)的技術(shù)。全光通信技術(shù)是針對(duì)普通光纖系統(tǒng)中存在著較多的1．全光通信的發(fā)展過(guò)程全光通信的實(shí)現(xiàn)，可以分為兩個(gè)階段來(lái)完成。1．全光通信的發(fā)展過(guò)程全光通信的實(shí)現(xiàn)，可以分2．全光通信的特點(diǎn)（1）全光通信是歷史發(fā)展的必然（2）降低成本（3）解決了“電子瓶頸”問(wèn)題2．全光通信的特點(diǎn)（1）全光通信是歷史發(fā)展的必然3．全光網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)全光網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)有全光交換、全光交叉連接、全光中繼、全光復(fù)用與解復(fù)用等。3．全光網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)全光網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)有全10.2光交換器件實(shí)現(xiàn)光交換的設(shè)備是光交換機(jī)。光交換器件是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。光交換機(jī)的光交換器件有光開(kāi)關(guān)、光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器和光存儲(chǔ)器等。10.2光交換器件實(shí)現(xiàn)光交換的設(shè)備是光交10.2.1光開(kāi)關(guān)光開(kāi)關(guān)在光通信中的作用一是將某一光纖通道中的光信號(hào)切斷或開(kāi)通；其次是將某波長(zhǎng)光信號(hào)由一個(gè)光纖通道轉(zhuǎn)換到另一個(gè)光纖通道中去；再是在同一光纖通道中將一種波長(zhǎng)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成另一種波長(zhǎng)的光信號(hào)。10.2.1光開(kāi)關(guān)光開(kāi)關(guān)在光通信中的作用依據(jù)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的物理機(jī)理來(lái)分，可分為機(jī)械式光開(kāi)關(guān)、熱光開(kāi)關(guān)和電光開(kāi)關(guān)等。依據(jù)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的物理機(jī)理來(lái)分，可分為機(jī)械式1．半導(dǎo)體光開(kāi)關(guān)圖10-2半導(dǎo)體光放大器及等效開(kāi)關(guān)示意圖1．半導(dǎo)體光開(kāi)關(guān)圖10-2半導(dǎo)體光放大器及等效開(kāi)關(guān)示意圖2．耦合波導(dǎo)開(kāi)關(guān)圖10-3耦合波導(dǎo)光開(kāi)關(guān)2．耦合波導(dǎo)開(kāi)關(guān)圖10-3耦合波導(dǎo)光開(kāi)關(guān)3．液晶光開(kāi)關(guān)液晶是介于液體與晶體之間的一種物質(zhì)狀態(tài)。一般的液體內(nèi)部分子排列是無(wú)序的，而液晶具有流動(dòng)性，其分子又按一定規(guī)律有序排列，使它呈現(xiàn)晶體的各向異性。3．液晶光開(kāi)關(guān)液晶是介于液體與晶體之間的一種當(dāng)光通過(guò)液晶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生偏振面旋轉(zhuǎn)，雙折射等效應(yīng)。液晶分子是含有極性基因團(tuán)的極性分子，在電場(chǎng)作用下，偶極子會(huì)按電場(chǎng)方向取向，導(dǎo)致分子原有的排列方式發(fā)生變化，從而液晶的光學(xué)性質(zhì)也隨之發(fā)生改變，這種引外電場(chǎng)引起液晶光學(xué)性質(zhì)的改變稱(chēng)為液晶的光電效應(yīng)。當(dāng)光通過(guò)液晶時(shí)，會(huì)產(chǎn)生偏振面旋轉(zhuǎn)，雙折射等效4．微電子機(jī)械光開(kāi)關(guān)（MEMS）10-4液晶光開(kāi)關(guān)工作原理4．微電子機(jī)械光開(kāi)關(guān)（MEMS）10-4液晶光開(kāi)關(guān)工作原10.2.2光調(diào)制器在光纖通信中，通信信息由光波攜帶，光波就是載波，把信息加載到光波上的過(guò)程就是調(diào)制。光調(diào)制器是實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到光信號(hào)轉(zhuǎn)換的器件，也就是說(shuō)，它是一種改變光束參量傳輸信息的器件，這些參量包括光波的振幅、頻率、位相或偏振態(tài)。10.2.2光調(diào)制器在光纖通信中，通信信目前廣泛使用的光纖通信系統(tǒng)均為強(qiáng)度調(diào)制——直接檢波系統(tǒng)，對(duì)光源進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的方法有兩類(lèi)，即直接調(diào)制和間接調(diào)制。目前廣泛使用的光纖通信系統(tǒng)均為強(qiáng)度調(diào)制——直1．直接調(diào)制直接調(diào)制：又稱(chēng)為內(nèi)調(diào)制，即直接對(duì)光源進(jìn)行調(diào)制，通過(guò)控制半導(dǎo)體激光器的注入電流的大小來(lái)改變激光器輸出光波的強(qiáng)弱。傳統(tǒng)的PDH和2.5Gbit/s速率以下的SDH系統(tǒng)使用的LED或LD光源基本上采用的都是這種調(diào)制方式。1．直接調(diào)制直接調(diào)制：又稱(chēng)為內(nèi)調(diào)制，即直接對(duì)2．間接調(diào)制間接調(diào)制，這種調(diào)制方式又稱(chēng)為外調(diào)制。即不直接調(diào)制光源，而是在光源的輸出通路上外加調(diào)制器對(duì)光波進(jìn)行調(diào)制，此調(diào)制器實(shí)際上起到一個(gè)開(kāi)關(guān)的作用。其結(jié)構(gòu)如圖10-5所示。2．間接調(diào)制間接調(diào)制，這種調(diào)制方式又稱(chēng)為外調(diào)圖10-5外調(diào)制器的結(jié)構(gòu)圖10-5外調(diào)制器的結(jié)構(gòu)10.2.3光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器10-6光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意圖10.2.3光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器10-6光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)示意10.2.4光存儲(chǔ)器1．光纖延遲線光存儲(chǔ)器2．雙穩(wěn)態(tài)激光二極管光存儲(chǔ)器10.2.4光存儲(chǔ)器1．光纖延遲線光存儲(chǔ)器10.3光交換網(wǎng)光交換網(wǎng)絡(luò)完成光信號(hào)在光域的直接交換，不需通過(guò)光—電—光的變換。根據(jù)光信號(hào)的復(fù)用方式，光交換技術(shù)可分為空分、時(shí)分和波分3種交換方式。若光信號(hào)同時(shí)采用兩種或三種交換方式，則稱(chēng)為混合光交換。10.3光交換網(wǎng)光交換網(wǎng)絡(luò)完成光信號(hào)在光10.3.1空分光交換網(wǎng)絡(luò)空分光交換網(wǎng)絡(luò)（spaceopticalswitchnetwork）是光交換方式中最簡(jiǎn)單的一種。10.3.1空分光交換網(wǎng)絡(luò)空分光交換網(wǎng)絡(luò)圖10-7基本的22空分光交換模塊圖10-7基本的22空分光交換模塊10.3.2時(shí)分光交換網(wǎng)路采用光延遲器件實(shí)現(xiàn)光時(shí)分交換的原理是：先把時(shí)分復(fù)用光信號(hào)通過(guò)光分路器分成多個(gè)單路光信號(hào)，然后讓這些信號(hào)分別經(jīng)過(guò)不同的光延遲器件，獲得不同的時(shí)間延遲，再把這些信號(hào)經(jīng)過(guò)光合路器重新復(fù)用起來(lái)。10.3.2時(shí)分光交換網(wǎng)路采用光延遲器件光分路器、光合路器和光延遲器件的工作都是在（電）計(jì)算機(jī)的控制下進(jìn)行的，可以按照交換的要求完成各路時(shí)隙的交換功能，也就是光時(shí)隙互換。光分路器、光合路器和光延遲器件的工作都是在（圖10-8時(shí)分光交換系統(tǒng)圖10-8時(shí)分光交換系統(tǒng)10.3.3波分光交換網(wǎng)路波分復(fù)用技術(shù)在光傳輸系統(tǒng)中已得到廣泛應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)來(lái)傳遞信號(hào)。如果使用不同波長(zhǎng)的終端要進(jìn)行通信，那么必須在每個(gè)終端上都具有各種不同波長(zhǎng)的光源和接收器。10.3.3波分光交換網(wǎng)路波分復(fù)用技術(shù)在為了適應(yīng)光波分復(fù)用終端的相互通信而又不增加終端設(shè)備的復(fù)雜性，人們便設(shè)法在傳輸系統(tǒng)的中間節(jié)點(diǎn)上采用光波分交換。采用這樣的技術(shù)，不僅可以滿足光波分復(fù)用終端的互通，而且還能提高傳輸系統(tǒng)的資源利用率。為了適應(yīng)光波分復(fù)用終端的相互通信而又不增加終波分光交換是指光信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中不經(jīng)過(guò)光/電轉(zhuǎn)換，直接將所攜帶的信息從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)波長(zhǎng)上的交換方式。波分光交換是指光信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中不經(jīng)過(guò)光/電波分光交換網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)波分光交換的核心器件，可調(diào)波長(zhǎng)濾波器和波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器是波分光交換的基本器件。實(shí)現(xiàn)波分光交換有兩種結(jié)構(gòu)：波長(zhǎng)互換型和波長(zhǎng)選擇型。波分光交換網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)波分光交換的核心器件，可1．波長(zhǎng)互換型圖10-9波長(zhǎng)互換光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)1．波長(zhǎng)互換型圖10-9波長(zhǎng)互換光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2．波長(zhǎng)選擇型光交換網(wǎng)絡(luò)圖10-10波長(zhǎng)選擇型光交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2．波長(zhǎng)選擇型光交換網(wǎng)絡(luò)圖10-10波長(zhǎng)選擇型光交換網(wǎng)絡(luò)10.4光交換系統(tǒng)10.4.1光交換系統(tǒng)的組成全光網(wǎng)仍是以交換機(jī)為核心構(gòu)建，與其他通信網(wǎng)一樣，網(wǎng)絡(luò)由交換、傳輸和終端3部分構(gòu)成。在全光網(wǎng)的3要素中，光交換機(jī)是全光網(wǎng)絡(luò)的核心部分。10.4光交換系統(tǒng)10.4.1光交換系統(tǒng)的組成10.4.2光交換技術(shù)的分類(lèi)1．光電路交換