全光網(wǎng)絡(luò)中的光開(kāi)關(guān)技術(shù)
全光網(wǎng)絡(luò)中的光開(kāi)關(guān)技術(shù)
北京錦坤科技有限公司（ns高速光開(kāi)關(guān)）
摘要：本文對(duì)全光網(wǎng)絡(luò)中的光開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行了討論與研究。下一代光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，關(guān)鍵在于其光器件技術(shù)的突破上，要克服光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理的速率瓶頸、實(shí)現(xiàn)全光聯(lián)網(wǎng)、高效傳送和交換ip業(yè)務(wù)，就必須積極研究開(kāi)發(fā)新的光器件。在光開(kāi)關(guān)技術(shù)、以及其它關(guān)鍵光器件技術(shù)上有所突破，是建設(shè)全光網(wǎng)的關(guān)鍵所在。
關(guān)鍵詞：全光網(wǎng)絡(luò)，光開(kāi)關(guān) ,光器件
1 引言
隨著以ip為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸性增長(zhǎng)，新的高速率大容量傳輸技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)不斷增長(zhǎng)的帶寬需求。帶寬和通信容量的急劇增大，使網(wǎng)絡(luò)*終向全光網(wǎng)方向發(fā)展。全光網(wǎng)（aon）是指用戶(hù)與用戶(hù)之間的信號(hào)傳輸與交換全部采用光技術(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。在全光網(wǎng)絡(luò)中，不需要電信號(hào)的處理，所以允許存在各種不同的協(xié)議和編碼形式，信號(hào)的傳輸具有透明性。
在傳統(tǒng)的光一電一光骨干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中，尤其是樞紐節(jié)點(diǎn)，典型的情況是約有70-80%的業(yè)務(wù)量是直通的，為了少量的業(yè)務(wù)不得不全部進(jìn)行光電變換處理，將落地的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，進(jìn)行交換與選路，然后再將其變換為光信號(hào)，送到適當(dāng)?shù)墓饴分小＿@種電的處理技術(shù)大大限制了wdm技術(shù)的優(yōu)越性，使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)乃*網(wǎng)絡(luò)的吞吐量變小，形成電子瓶頸?？紤]到這種現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，為進(jìn)一步克服電子瓶頸現(xiàn)象，全光網(wǎng)絡(luò)浮出了水面。
全光網(wǎng)是高速寬帶通信網(wǎng)，在干線(xiàn)上采用dwdm技術(shù)擴(kuò)容，在交叉節(jié)點(diǎn)上采用光分插復(fù)用器(oadm)、光交叉連接器(oxc)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于光通信網(wǎng)絡(luò)的每一步發(fā)展，都是與一些關(guān)鍵光器件技術(shù)所取得的成就分不開(kāi)的，因此，要構(gòu)造新一代全光網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有*的光器件技術(shù)來(lái)支撐是不行的，可以說(shuō)，未來(lái)的新一代全光網(wǎng)絡(luò)是否能建成，其中的關(guān)鍵光器件技術(shù)是其重要基礎(chǔ)。
2 光開(kāi)關(guān)技術(shù)
在全光網(wǎng)絡(luò)各種設(shè)備器件當(dāng)中，光交叉連接設(shè)備（oxc）和光分插復(fù)用設(shè)備（oadm）可以說(shuō)是全光聯(lián)網(wǎng)的核心器件技術(shù)。研制全光的交叉連接oxc和分插復(fù)用oadm設(shè)備，成為建設(shè)大容量通信干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)十分迫切的任務(wù)。而光開(kāi)關(guān)和光開(kāi)關(guān)陣列恰恰是oxc和oadm的核心技術(shù)。隨著光通信技術(shù)的飛速發(fā)展，新的光網(wǎng)絡(luò)核心器件技術(shù)對(duì)光開(kāi)關(guān)也提出了更高的要求。在光開(kāi)關(guān)的技術(shù)指標(biāo)上，要求光開(kāi)關(guān)器件具有更高的工作速度、更低的插入損耗和更長(zhǎng)的工作壽命[1]；在器件的體積上，由于全光網(wǎng)單元器件的增多，為使器件小型化，就要求器件有更高的集成度；在成本方面，由于網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充，所需器件將會(huì)大大增加，由此也帶來(lái)了光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備高昂的成本。因此，必須采取技術(shù)措施，發(fā)展新技術(shù)，降低光器件的成本，這樣才能被用戶(hù)所接受，用傳統(tǒng)手段制造的光開(kāi)關(guān)難以滿(mǎn)足上述要求。
2.1 mems光開(kāi)關(guān)技術(shù)
mems技術(shù)被認(rèn)為是一項(xiàng)光開(kāi)關(guān)**性技術(shù)，給光通信領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)了一系列****的mems研究熱[2,3]．這些研究被稱(chēng)為moems〔微光學(xué)電子機(jī)械系統(tǒng)〕。人們對(duì)mems光開(kāi)關(guān)研究始于20世紀(jì)90年代中期．雖然起步較晚，但發(fā)展較快，而且研究單位和研究者眾多．成為一種*流行的光開(kāi)關(guān)制作技術(shù)．貝爾實(shí)驗(yàn)室的“跌撓板”式光開(kāi)關(guān)，被稱(chēng)為世界上**個(gè)有實(shí)用價(jià)值的mems光開(kāi)關(guān)；美國(guó)的omm公司的“cros-guan”光開(kāi)關(guān)號(hào)稱(chēng)世界**個(gè)mems光開(kāi)關(guān)，該公司的小陣列(4×4和8×8)光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品已進(jìn)入實(shí)用階段，大于32×32陣列的光開(kāi)關(guān)也在開(kāi)發(fā)之中；另外。美國(guó)的onix公司也制作了基于微鏡技術(shù)的光開(kāi)關(guān)，其中微鏡技術(shù)是該公司的磚利技術(shù)．在mems光開(kāi)關(guān)的制作中，這些國(guó)外的研究單位和公司大多采用了mems平面工藝。
一般說(shuō)來(lái)，mems光開(kāi)關(guān)從空間結(jié)構(gòu)上可分成這樣兩種，即2d開(kāi)關(guān)和3d開(kāi)關(guān)。這兩種結(jié)構(gòu)在如何控制和引導(dǎo)光束的能力方面有很大的差別，可以在光通訊網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮各自不同的作用。在2d開(kāi)關(guān)中，微鏡的排列只有兩個(gè)位置，即開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。這樣極大地減化了控制電路的設(shè)計(jì)，一般只需提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓使微鏡發(fā)生動(dòng)作即可。但是當(dāng)要擴(kuò)展成大型光開(kāi)關(guān)陣列時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)便顯露出來(lái)了。因?yàn)楦鱾€(gè)輸入輸出端口之間的光路傳輸距離各有不同，所以各端口的插入損耗也不同，這就使2d光開(kāi)關(guān)只能用在端口較少的環(huán)路里。這種二維光開(kāi)關(guān)陣列插人損耗小于4db，開(kāi)關(guān)時(shí)間小于10ms。由于受光程損耗的限制，*大可以實(shí)現(xiàn)32x32端口。如果要想實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異口密度，則在技術(shù)上十分困難。
在3d mems光開(kāi)關(guān)中，微鏡能沿著兩個(gè)向的軸任意旋轉(zhuǎn)，因此它可以用不同的角度來(lái)改變光路的輸出，這樣在n×n的陣列中它只需要n或2n個(gè)微鏡即可。但是如果只有n個(gè)微鏡，則每個(gè)鏡的有限旋轉(zhuǎn)角度將會(huì)引入新的插入損耗。因此，現(xiàn)在多采用兩組微鏡陣列(2n)，如圖4所示。這種結(jié)構(gòu)的*大優(yōu)點(diǎn)是由光程差所引起的插入損耗對(duì)光開(kāi)關(guān)陣列端口數(shù)的擴(kuò)展將不會(huì)產(chǎn)生很大的影響。但是另一方面，它所需要的控制電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將會(huì)變得較為復(fù)雜。
利用mems技術(shù)制作的新型光開(kāi)關(guān)，體積小、重量輕、能耗低，可以與大規(guī)模集成電路制作工藝兼容，易于大批量生產(chǎn)、集成化、方便擴(kuò)展、有利于降低成本。此外mems光開(kāi)關(guān)與信號(hào)的格式、波長(zhǎng)、協(xié)議、調(diào)制方式、偏振作用、傳輸方向等均無(wú)關(guān)，同時(shí)在進(jìn)行光處理過(guò)程中不需要進(jìn)行光／電或電／光轉(zhuǎn)換。特別是大規(guī)模光開(kāi)關(guān)陣列，幾乎非mems技術(shù)而不能實(shí)現(xiàn)。而oxc必需使用大規(guī)模光開(kāi)關(guān)陣列。因此大規(guī)模mems光開(kāi)關(guān)陣列已經(jīng)成為目前發(fā)展全光通信技術(shù)中極其重要的技術(shù)路線(xiàn)。
另外mems光開(kāi)關(guān)及其陣列在現(xiàn)有光通信中的應(yīng)用范圍也很廣。長(zhǎng)途傳輸網(wǎng)中的光開(kāi)關(guān)／均衡器，發(fā)射功率限幅器；城域網(wǎng)中的監(jiān)控保護(hù)開(kāi)關(guān)、信道均衡器、增益均衡器；無(wú)源網(wǎng)中的調(diào)制器等都需要光開(kāi)關(guān)及其陣列。
一些國(guó)際通信公司也大力開(kāi)發(fā)制造新型光開(kāi)關(guān)。泰克公司已經(jīng)推出了osw8000系列光開(kāi)關(guān)模塊，通過(guò)有效地分布多通道信號(hào)，利用了用戶(hù)在光通信測(cè)試設(shè)備中的投資，降低了測(cè)試時(shí)間和測(cè)試成本。此外，這些模塊可以隨時(shí)集成到用戶(hù)現(xiàn)有的工作臺(tái)環(huán)境和測(cè)試系統(tǒng)中，允許用戶(hù)在測(cè)試環(huán)境內(nèi)簡(jiǎn)便地共享資源。通過(guò)0sw8000系列光開(kāi)關(guān)模塊，系統(tǒng)和元器件設(shè)計(jì)人員和制造測(cè)試工程師可以把光信號(hào)選擇性地分布到不同的信號(hào)源和目的地，有效地節(jié)約成本。開(kāi)關(guān)模塊采用*新的微型機(jī)電系統(tǒng)鏡像(mems)技術(shù)，在測(cè)試系統(tǒng)中點(diǎn)到點(diǎn)提供了上乘的光信號(hào)，解決了保持可行的測(cè)試重復(fù)性的挑戰(zhàn)。osw8000系列非常靈活，可以把一個(gè)單一來(lái)源的測(cè)試信號(hào)開(kāi)關(guān)到多達(dá)八個(gè)目的地。相反，一個(gè)目的地可以從多達(dá)八個(gè)不同信號(hào)源接收輸入。
2.2 液晶光開(kāi)關(guān)技術(shù)
液晶光開(kāi)關(guān)是利用液晶材料的電光效應(yīng)，偏振光經(jīng)過(guò)未加電壓的液晶后，其偏振態(tài)將發(fā)生900改變，而經(jīng)過(guò)施加了一定電壓的液晶時(shí)，其偏振態(tài)將保持不變。由于液晶材料的電光系數(shù)是linbo3的百萬(wàn)倍，因而成為*有效的電光材料。液晶光開(kāi)關(guān)一般由三部分組成，入射光首*人偏振光分束器，被起偏后射人液晶，從液晶輸出的光的偏振態(tài)取決于該液晶是否加電壓，然后進(jìn)人偏振光合束器。液晶光開(kāi)關(guān)沒(méi)有可移動(dòng)部分，所以其可靠性高。spectra switch公司的hubert kostal指出：“與那些有移動(dòng)部分的光開(kāi)關(guān)相比，液晶光開(kāi)關(guān)具有幾乎無(wú)限的使用壽命?！币壕Ч忾_(kāi)關(guān)還具有無(wú)偏振依賴(lài)性，驅(qū)動(dòng)功率低等優(yōu)點(diǎn)。在液晶光開(kāi)關(guān)發(fā)展的初期有兩個(gè)主要的制約因素，即切換速度和溫度相關(guān)損耗?，F(xiàn)在已有技術(shù)使鐵電液晶光開(kāi)關(guān)的切換時(shí)間達(dá)到1ms以下，其典型插入損耗也優(yōu)于1db。預(yù)計(jì)液晶光開(kāi)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)自愈保護(hù)應(yīng)用中將大有發(fā)展。理論上，液晶光開(kāi)關(guān)的規(guī)模可以做得非常大，但在現(xiàn)實(shí)中似乎很難實(shí)現(xiàn)。corning公司和chorum tech公司都宣布已做出40×40端口的液晶光開(kāi)關(guān)。
2.3 聲光光開(kāi)關(guān)技術(shù)
聲光光開(kāi)關(guān)是利用介質(zhì)的聲光效應(yīng)。其基本原理可描述如下：控制電信號(hào)經(jīng)換能器后產(chǎn)生一定頻率的聲表面波，聲表面波在聲光介質(zhì)中傳播，使介質(zhì)折射率發(fā)生周期性變化，形成了一個(gè)運(yùn)動(dòng)的衍射光柵，當(dāng)入射光束滿(mǎn)足布拉格衍射條件時(shí)，就可引起光的偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角由聲波的頻率和入射光波長(zhǎng)決定。聲光光開(kāi)關(guān)的切換速度在毫秒量級(jí)，該技術(shù)可方便地用來(lái)制作端口數(shù)較少的光開(kāi)關(guān)。但復(fù)雜而昂貴的控制電路限制了聲光光開(kāi)關(guān)向大規(guī)模方向的發(fā)展。并且聲光光開(kāi)關(guān)的波長(zhǎng)相關(guān)損耗(wdl)比較高。
日本富士通公司采用聲光可調(diào)濾波器研制的oadm頗有特色。聲光可調(diào)濾波器aotf (acousto-optic tunable filter)具有多波長(zhǎng)帶阻功能，aotf是用無(wú)線(xiàn)電頻率rf控制可任意阻止1個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)通過(guò)。其波長(zhǎng)間隔0.8nm，阻帶波長(zhǎng)衰減>42db。波長(zhǎng)偏差< 0.006nm。該oadm內(nèi)，采用了波長(zhǎng)可調(diào)ld模塊，共有4個(gè)8波長(zhǎng)dfb-ld陣列。共32波長(zhǎng)，工作速率10gb/s。
2.4 mach-zehnder干涉儀型光開(kāi)關(guān)
m-z干涉儀型光開(kāi)關(guān)由兩個(gè)3db精合器和兩個(gè)波導(dǎo)臂組成，通常在鈮酸鋰襯底上制作一對(duì)平行光波導(dǎo)，波導(dǎo)兩端分別連接一個(gè)3db的y形分束器。向波導(dǎo)臂注入電流將改變光開(kāi)關(guān)的折射串，使光程相應(yīng)變化，形成相干增強(qiáng)或相消，達(dá)到開(kāi)關(guān)的目的。其優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)速度快，在微秒量級(jí)；缺點(diǎn)是消光比僅20db左右。
為提高開(kāi)關(guān)速度和實(shí)現(xiàn)更低的插入損耗，可利用半導(dǎo)體光放大器集成對(duì)稱(chēng)m-z型全光開(kāi)關(guān)，將半導(dǎo)體光放大器集成在硅基平面干涉儀的兩臂上。通過(guò)對(duì)兩臂施加超短控制光脈沖(寬度2ps，頻率10ghz)，利用半導(dǎo)體光放大器的非線(xiàn)性，實(shí)現(xiàn)接近矩形的開(kāi)關(guān)窗口，開(kāi)關(guān)速度不受限于載流子壽命，*快能達(dá)到皮秒(ps)量級(jí)。在m-z干涉儀型光開(kāi)關(guān)中采用多模干涉耦合器(mml)替換3db耦合器能得到更好的性能。mmi的原理是利用多模波導(dǎo)中的自映像效應(yīng)，即在傳播方向上周期性出現(xiàn)輸入場(chǎng)的映像。貝爾實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了4x4光開(kāi)關(guān)的研究結(jié)果，研究中使用1個(gè)多模干涉耦合器m-z代替3個(gè)1x2的光開(kāi)關(guān)，使得器件結(jié)構(gòu)更加緊湊，隨之損耗降低為2.8db，串?dāng)_為35.2db。利用這種結(jié)構(gòu)可很容易擴(kuò)展到8x8、16x16的光開(kāi)關(guān)矩陣。
2.5 熱光光開(kāi)關(guān)
熱光光開(kāi)關(guān)技術(shù)主要是用來(lái)制造小型的光開(kāi)關(guān)。通過(guò)集成多個(gè)1x2光開(kāi)關(guān)也可組成較大的陣列。目前主要有2種類(lèi)型熱光光開(kāi)關(guān)：干涉式光開(kāi)關(guān)、數(shù)字光開(kāi)關(guān)(dos)。干涉式光開(kāi)關(guān)主要利用m-z干涉原理制造，光的相位與光的傳輸距離有關(guān)，輸入光被分成兩路，在兩個(gè)分開(kāi)的光波導(dǎo)里面進(jìn)行傳輸。在兩個(gè)波導(dǎo)臂上鍍有金屬薄膜加熱器形成相位延時(shí)器，通過(guò)控制加熱器實(shí)現(xiàn)干涉的相長(zhǎng)或相消，達(dá)到開(kāi)關(guān)的目的。干涉式光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)緊湊，但對(duì)光波長(zhǎng)敏感，需要進(jìn)行精密溫度控制。數(shù)字光開(kāi)關(guān)的原理和結(jié)構(gòu)都很簡(jiǎn)單，*基本的1x2熱光開(kāi)關(guān)由在硅基底上制作的y形分支矩形波導(dǎo)構(gòu)成。在波導(dǎo)分支表面沉積金屬鈦或鉻形成微加熱器。當(dāng)對(duì)y形的一個(gè)分支加熱時(shí)，相應(yīng)波導(dǎo)的折射李會(huì)發(fā)生改變，從而阻止光沿該分支的傳輸。數(shù)字光開(kāi)關(guān)的性能穩(wěn)定，在于只要加熱到一定溫度，光開(kāi)關(guān)就保持同樣的狀態(tài)。它通常用硅或高分子聚合物制備，聚合物的導(dǎo)熱率較低而熱光系數(shù)高，因此需要的功耗小，但插人損耗較大，一般為4db。
2.6 噴墨氣泡光開(kāi)關(guān)
agilent公司利用其噴墨打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)了一種利用液體的移動(dòng)來(lái)改變光路全反射條件，實(shí)現(xiàn)光傳播路徑改變的光開(kāi)關(guān)。該器件由多條交叉的硅波導(dǎo)和位于每個(gè)交叉點(diǎn)的刻痕組成，刻痕里填充折射率匹配的液體用以允許缺省條件下的無(wú)交換傳輸。其工作原理是：當(dāng)入射光進(jìn)人并需要交換時(shí)，一個(gè)熱敏硅片會(huì)在液體中產(chǎn)生一個(gè)小泡，小泡將光從入射波導(dǎo)中的光信號(hào)全反射*輸出波導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)所需要的兩個(gè)狀態(tài)。這種開(kāi)關(guān)具有ms的交換速度，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)偏振相關(guān)損耗pdl和偏振模色散pmd不敏感，由于器件本身沒(méi)有活動(dòng)部件，因而可靠性很好。它可應(yīng)用在光分插復(fù)用設(shè)備oadm中，實(shí)現(xiàn)任意一根光纖或單波長(zhǎng)的上下路，也可以用于光交叉連接設(shè)備oxc中。由于子系統(tǒng)中任意一根波導(dǎo)可以連接到另外一根波導(dǎo)上，所以，由這種光開(kāi)關(guān)組成的網(wǎng)絡(luò)具有很好的重構(gòu)性。
2.7 全息光開(kāi)關(guān)
全息光開(kāi)關(guān)依靠布拉格光柵實(shí)現(xiàn)對(duì)光的選擇性反射。通過(guò)全息的形式在晶體內(nèi)部生成布拉格光柵，當(dāng)加電時(shí)，布拉格光柵把光反射到輸出端口；反之，光就直接通過(guò)晶體。這項(xiàng)技術(shù)可以很容易地組成具有上干個(gè)端口的光開(kāi)關(guān)陣列，并且開(kāi)關(guān)速度很快，可達(dá)納秒(ns)量級(jí)，但它也有不足之處，那就是該器件的功率消耗比較大，并且需要高壓供電。
2.8 液體光柵光開(kāi)關(guān)
同樣是基于布拉格光柵技術(shù)，利用液晶與光柵技術(shù)相結(jié)合，也能實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)功能。如將液晶微滴置于高分子層面上，然后沉積在硅波導(dǎo)上面，形成液體光柵。當(dāng)沒(méi)有施加電壓時(shí)，光柵把一個(gè)特定波長(zhǎng)的光反射到輸出端口。加電壓后，光柵消失，致使晶體全透明，光信號(hào)將直接通過(guò)光波導(dǎo)。液體光柵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間可達(dá)100μs，插人損耗小于1db。由于沒(méi)有移動(dòng)部分，可靠性好。另外該器件的功耗比較低。
2.9 半導(dǎo)體多量子阱超快光開(kāi)關(guān)
在半導(dǎo)體量子阱帶間躍遷（isb-t）中有超快馳豫時(shí)間和大的躍遷偶極矩及躍遷波長(zhǎng)可調(diào)諧大的特點(diǎn)。；在一種材料ingaas/aiassb多量子阱中的通信波長(zhǎng)上得到了1.2ps的響應(yīng)時(shí)間，而在另外一種gan/aigan多量子阱中，得到了150fs的超快響應(yīng)時(shí)間，而這有可能制作成fs級(jí)超快光開(kāi)關(guān)。
3結(jié)論
光開(kāi)關(guān)是全光通信網(wǎng)相關(guān)器件中的一項(xiàng)核心技術(shù)。在全光網(wǎng)絡(luò)中，端到端用戶(hù)節(jié)點(diǎn)之間全是光路，始終保持光信號(hào)傳送，沒(méi)有任何光電變換器，也就是說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)對(duì)光信號(hào)是透明的。就透明性來(lái)說(shuō)，只要有光電變換，就只是半透明的。全透明當(dāng)然是人們所希望的，這樣可**充分地利用光纖的傳輸潛力，使網(wǎng)絡(luò)帶寬幾乎無(wú)限，對(duì)傳送的信號(hào)無(wú)任何限制，對(duì)信號(hào)的處理很少，這樣的網(wǎng)絡(luò)是*經(jīng)濟(jì)可靠。在全光網(wǎng)中，*關(guān)鍵的技術(shù)，還是全光交換與路由技術(shù)，主要就是oxc，oadm的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。但是，目前實(shí)現(xiàn)全透明光網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上還有不少困難，例如，在直接組網(wǎng)與運(yùn)營(yíng)方面，還有不少全光組網(wǎng)技術(shù)及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)需要研究開(kāi)發(fā)；此外，光交換機(jī)技術(shù)還未成熟。由于光開(kāi)關(guān)是全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一種重要的基本光器件，無(wú)論是在空分、時(shí)分或波分復(fù)用系統(tǒng)中，光開(kāi)關(guān)都有著廣泛的應(yīng)用，而光分插復(fù)用器、光交叉連接設(shè)備在長(zhǎng)途wdm系統(tǒng)中又被廣泛使用，因此，大力開(kāi)發(fā)光開(kāi)關(guān)技術(shù)并使之小型化，對(duì)全光網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非常重要的。mems光開(kāi)關(guān)技術(shù)由于利于集成以及在諸多方面的優(yōu)勢(shì)，將是末來(lái)全光開(kāi)關(guān)的重要發(fā)展方向之一。隨著光開(kāi)關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是多功能集成光開(kāi)關(guān)在關(guān)鍵技術(shù)上的突破，必將對(duì)全光通信網(wǎng)的發(fā)展起到巨大的促進(jìn)作用。
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摘要：本文對(duì)全光網(wǎng)絡(luò)中的光開(kāi)關(guān)技術(shù)進(jìn)行了討論與研究。下一代光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，關(guān)鍵在于其光器件技術(shù)的突破上，要克服光網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理的速率瓶頸、實(shí)現(xiàn)全光聯(lián)網(wǎng)、高效傳送和交換ip業(yè)務(wù)，就必須積極研究開(kāi)發(fā)新的光器件。在光開(kāi)關(guān)技術(shù)、以及其它關(guān)鍵光器件技術(shù)上有所突破，是建設(shè)全光網(wǎng)的關(guān)鍵所在。
關(guān)鍵詞：全光網(wǎng)絡(luò)，光開(kāi)關(guān) ,光器件
1 引言
隨著以ip為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸性增長(zhǎng)，新的高速率大容量傳輸技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)不斷增長(zhǎng)的帶寬需求。帶寬和通信容量的急劇增大，使網(wǎng)絡(luò)*終向全光網(wǎng)方向發(fā)展。全光網(wǎng)（aon）是指用戶(hù)與用戶(hù)之間的信號(hào)傳輸與交換全部采用光技術(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。在全光網(wǎng)絡(luò)中，不需要電信號(hào)的處理，所以允許存在各種不同的協(xié)議和編碼形式，信號(hào)的傳輸具有透明性。
在傳統(tǒng)的光一電一光骨干網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中，尤其是樞紐節(jié)點(diǎn)，典型的情況是約有70-80%的業(yè)務(wù)量是直通的，為了少量的業(yè)務(wù)不得不全部進(jìn)行光電變換處理，將落地的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，進(jìn)行交換與選路，然后再將其變換為光信號(hào)，送到適當(dāng)?shù)墓饴分小＿@種電的處理技術(shù)大大限制了wdm技術(shù)的優(yōu)越性，使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)乃*網(wǎng)絡(luò)的吞吐量變小，形成電子瓶頸?？紤]到這種現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，為進(jìn)一步克服電子瓶頸現(xiàn)象，全光網(wǎng)絡(luò)浮出了水面。
全光網(wǎng)是高速寬帶通信網(wǎng)，在干線(xiàn)上采用dwdm技術(shù)擴(kuò)容，在交叉節(jié)點(diǎn)上采用光分插復(fù)用器(oadm)、光交叉連接器(oxc)來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于光通信網(wǎng)絡(luò)的每一步發(fā)展，都是與一些關(guān)鍵光器件技術(shù)所取得的成就分不開(kāi)的，因此，要構(gòu)造新一代全光網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有*的光器件技術(shù)來(lái)支撐是不行的，可以說(shuō)，未來(lái)的新一代全光網(wǎng)絡(luò)是否能建成，其中的關(guān)鍵光器件技術(shù)是其重要基礎(chǔ)。
2 光開(kāi)關(guān)技術(shù)
在全光網(wǎng)絡(luò)各種設(shè)備器件當(dāng)中，光交叉連接設(shè)備（oxc）和光分插復(fù)用設(shè)備（oadm）可以說(shuō)是全光聯(lián)網(wǎng)的核心器件技術(shù)。研制全光的交叉連接oxc和分插復(fù)用oadm設(shè)備，成為建設(shè)大容量通信干線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)十分迫切的任務(wù)。而光開(kāi)關(guān)和光開(kāi)關(guān)陣列恰恰是oxc和oadm的核心技術(shù)。隨著光通信技術(shù)的飛速發(fā)展，新的光網(wǎng)絡(luò)核心器件技術(shù)對(duì)光開(kāi)關(guān)也提出了更高的要求。在光開(kāi)關(guān)的技術(shù)指標(biāo)上，要求光開(kāi)關(guān)器件具有更高的工作速度、更低的插入損耗和更長(zhǎng)的工作壽命[1]；在器件的體積上，由于全光網(wǎng)單元器件的增多，為使器件小型化，就要求器件有更高的集成度；在成本方面，由于網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)充，所需器件將會(huì)大大增加，由此也帶來(lái)了光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備高昂的成本。因此，必須采取技術(shù)措施，發(fā)展新技術(shù)，降低光器件的成本，這樣才能被用戶(hù)所接受，用傳統(tǒng)手段制造的光開(kāi)關(guān)難以滿(mǎn)足上述要求。
2.1 mems光開(kāi)關(guān)技術(shù)
mems技術(shù)被認(rèn)為是一項(xiàng)光開(kāi)關(guān)**性技術(shù)，給光通信領(lǐng)域的應(yīng)用帶來(lái)了一系列****的mems研究熱[2,3]．這些研究被稱(chēng)為moems〔微光學(xué)電子機(jī)械系統(tǒng)〕。人們對(duì)mems光開(kāi)關(guān)研究始于20世紀(jì)90年代中期．雖然起步較晚，但發(fā)展較快，而且研究單位和研究者眾多．成為一種*流行的光開(kāi)關(guān)制作技術(shù)．貝爾實(shí)驗(yàn)室的“跌撓板”式光開(kāi)關(guān)，被稱(chēng)為世界上**個(gè)有實(shí)用價(jià)值的mems光開(kāi)關(guān)；美國(guó)的omm公司的“cros-guan”光開(kāi)關(guān)號(hào)稱(chēng)世界**個(gè)mems光開(kāi)關(guān)，該公司的小陣列(4×4和8×8)光開(kāi)關(guān)產(chǎn)品已進(jìn)入實(shí)用階段，大于32×32陣列的光開(kāi)關(guān)也在開(kāi)發(fā)之中；另外。美國(guó)的onix公司也制作了基于微鏡技術(shù)的光開(kāi)關(guān)，其中微鏡技術(shù)是該公司的磚利技術(shù)．在mems光開(kāi)關(guān)的制作中，這些國(guó)外的研究單位和公司大多采用了mems平面工藝。
一般說(shuō)來(lái)，mems光開(kāi)關(guān)從空間結(jié)構(gòu)上可分成這樣兩種，即2d開(kāi)關(guān)和3d開(kāi)關(guān)。這兩種結(jié)構(gòu)在如何控制和引導(dǎo)光束的能力方面有很大的差別，可以在光通訊網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮各自不同的作用。在2d開(kāi)關(guān)中，微鏡的排列只有兩個(gè)位置，即開(kāi)和關(guān)兩種狀態(tài)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。這樣極大地減化了控制電路的設(shè)計(jì)，一般只需提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓使微鏡發(fā)生動(dòng)作即可。但是當(dāng)要擴(kuò)展成大型光開(kāi)關(guān)陣列時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的弱點(diǎn)便顯露出來(lái)了。因?yàn)楦鱾€(gè)輸入輸出端口之間的光路傳輸距離各有不同，所以各端口的插入損耗也不同，這就使2d光開(kāi)關(guān)只能用在端口較少的環(huán)路里。這種二維光開(kāi)關(guān)陣列插人損耗小于4db，開(kāi)關(guān)時(shí)間小于10ms。由于受光程損耗的限制，*大可以實(shí)現(xiàn)32x32端口。如果要想實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異口密度，則在技術(shù)上十分困難。
在3d mems光開(kāi)關(guān)中，微鏡能沿著兩個(gè)向的軸任意旋轉(zhuǎn)，因此它可以用不同的角度來(lái)改變光路的輸出，這樣在n×n的陣列中它只需要n或2n個(gè)微鏡即可。但是如果只有n個(gè)微鏡，則每個(gè)鏡的有限旋轉(zhuǎn)角度將會(huì)引入新的插入損耗。因此，現(xiàn)在多采用兩組微鏡陣列(2n)，如圖4所示。這種結(jié)構(gòu)的*大優(yōu)點(diǎn)是由光程差所引起的插入損耗對(duì)光開(kāi)關(guān)陣列端口數(shù)的擴(kuò)展將不會(huì)產(chǎn)生很大的影響。但是另一方面，它所需要的控制電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將會(huì)變得較為復(fù)雜。
利用mems技術(shù)制作的新型光開(kāi)關(guān)，體積小、重量輕、能耗低，可以與大規(guī)模集成電路制作工藝兼容，易于大批量生產(chǎn)、集成化、方便擴(kuò)展、有利于降低成本。此外mems光開(kāi)關(guān)與信號(hào)的格式、波長(zhǎng)、協(xié)議、調(diào)制方式、偏振作用、傳輸方向等均無(wú)關(guān)，同時(shí)在進(jìn)行光處理過(guò)程中不需要進(jìn)行光／電或電／光轉(zhuǎn)換。特別是大規(guī)模光開(kāi)關(guān)陣列，幾乎非mems技術(shù)而不能實(shí)現(xiàn)。而oxc必需使用大規(guī)模光開(kāi)關(guān)陣列。因此大規(guī)模mems光開(kāi)關(guān)陣列已經(jīng)成為目前發(fā)展全光通信技術(shù)中極其重要的技術(shù)路線(xiàn)。
另外mems光開(kāi)關(guān)及其陣列在現(xiàn)有光通信中的應(yīng)用范圍也很廣。長(zhǎng)途傳輸網(wǎng)中的光開(kāi)關(guān)／均衡器，發(fā)射功率限幅器；城域網(wǎng)中的監(jiān)控保護(hù)開(kāi)關(guān)、信道均衡器、增益均衡器；無(wú)源網(wǎng)中的調(diào)制器等都需要光開(kāi)關(guān)及其陣列。
一些國(guó)際通信公司也大力開(kāi)發(fā)制造新型光開(kāi)關(guān)。泰克公司已經(jīng)推出了osw8000系列光開(kāi)關(guān)模塊，通過(guò)有效地分布多通道信號(hào)，利用了用戶(hù)在光通信測(cè)試設(shè)備中的投資，降低了測(cè)試時(shí)間和測(cè)試成本。此外，這些模塊可以隨時(shí)集成到用戶(hù)現(xiàn)有的工作臺(tái)環(huán)境和測(cè)試系統(tǒng)中，允許用戶(hù)在測(cè)試環(huán)境內(nèi)簡(jiǎn)便地共享資源。通過(guò)0sw8000系列光開(kāi)關(guān)模塊，系統(tǒng)和元器件設(shè)計(jì)人員和制造測(cè)試工程師可以把光信號(hào)選擇性地分布到不同的信號(hào)源和目的地，有效地節(jié)約成本。開(kāi)關(guān)模塊采用*新的微型機(jī)電系統(tǒng)鏡像(mems)技術(shù)，在測(cè)試系統(tǒng)中點(diǎn)到點(diǎn)提供了上乘的光信號(hào)，解決了保持可行的測(cè)試重復(fù)性的挑戰(zhàn)。osw8000系列非常靈活，可以把一個(gè)單一來(lái)源的測(cè)試信號(hào)開(kāi)關(guān)到多達(dá)八個(gè)目的地。相反，一個(gè)目的地可以從多達(dá)八個(gè)不同信號(hào)源接收輸入。
2.2 液晶光開(kāi)關(guān)技術(shù)
液晶光開(kāi)關(guān)是利用液晶材料的電光效應(yīng)，偏振光經(jīng)過(guò)未加電壓的液晶后，其偏振態(tài)將發(fā)生900改變，而經(jīng)過(guò)施加了一定電壓的液晶時(shí)，其偏振態(tài)將保持不變。由于液晶材料的電光系數(shù)是linbo3的百萬(wàn)倍，因而成為*有效的電光材料。液晶光開(kāi)關(guān)一般由三部分組成，入射光首*人偏振光分束器，被起偏后射人液晶，從液晶輸出的光的偏振態(tài)取決于該液晶是否加電壓，然后進(jìn)人偏振光合束器。液晶光開(kāi)關(guān)沒(méi)有可移動(dòng)部分，所以其可靠性高。spectra switch公司的hubert kostal指出：“與那些有移動(dòng)部分的光開(kāi)關(guān)相比，液晶光開(kāi)關(guān)具有幾乎無(wú)限的使用壽命?！币壕Ч忾_(kāi)關(guān)還具有無(wú)偏振依賴(lài)性，驅(qū)動(dòng)功率低等優(yōu)點(diǎn)。在液晶光開(kāi)關(guān)發(fā)展的初期有兩個(gè)主要的制約因素，即切換速度和溫度相關(guān)損耗?，F(xiàn)在已有技術(shù)使鐵電液晶光開(kāi)關(guān)的切換時(shí)間達(dá)到1ms以下，其典型插入損耗也優(yōu)于1db。預(yù)計(jì)液晶光開(kāi)關(guān)在網(wǎng)絡(luò)自愈保護(hù)應(yīng)用中將大有發(fā)展。理論上，液晶光開(kāi)關(guān)的規(guī)模可以做得非常大，但在現(xiàn)實(shí)中似乎很難實(shí)現(xiàn)。corning公司和chorum tech公司都宣布已做出40×40端口的液晶光開(kāi)關(guān)。
2.3 聲光光開(kāi)關(guān)技術(shù)
聲光光開(kāi)關(guān)是利用介質(zhì)的聲光效應(yīng)。其基本原理可描述如下：控制電信號(hào)經(jīng)換能器后產(chǎn)生一定頻率的聲表面波，聲表面波在聲光介質(zhì)中傳播，使介質(zhì)折射率發(fā)生周期性變化，形成了一個(gè)運(yùn)動(dòng)的衍射光柵，當(dāng)入射光束滿(mǎn)足布拉格衍射條件時(shí)，就可引起光的偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)角由聲波的頻率和入射光波長(zhǎng)決定。聲光光開(kāi)關(guān)的切換速度在毫秒量級(jí)，該技術(shù)可方便地用來(lái)制作端口數(shù)較少的光開(kāi)關(guān)。但復(fù)雜而昂貴的控制電路限制了聲光光開(kāi)關(guān)向大規(guī)模方向的發(fā)展。并且聲光光開(kāi)關(guān)的波長(zhǎng)相關(guān)損耗(wdl)比較高。
日本富士通公司采用聲光可調(diào)濾波器研制的oadm頗有特色。聲光可調(diào)濾波器aotf (acousto-optic tunable filter)具有多波長(zhǎng)帶阻功能，aotf是用無(wú)線(xiàn)電頻率rf控制可任意阻止1個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)通過(guò)。其波長(zhǎng)間隔0.8nm，阻帶波長(zhǎng)衰減>42db。波長(zhǎng)偏差< 0.006nm。該oadm內(nèi)，采用了波長(zhǎng)可調(diào)ld模塊，共有4個(gè)8波長(zhǎng)dfb-ld陣列。共32波長(zhǎng)，工作速率10gb/s。
2.4 mach-zehnder干涉儀型光開(kāi)關(guān)
m-z干涉儀型光開(kāi)關(guān)由兩個(gè)3db精合器和兩個(gè)波導(dǎo)臂組成，通常在鈮酸鋰襯底上制作一對(duì)平行光波導(dǎo)，波導(dǎo)兩端分別連接一個(gè)3db的y形分束器。向波導(dǎo)臂注入電流將改變光開(kāi)關(guān)的折射串，使光程相應(yīng)變化，形成相干增強(qiáng)或相消，達(dá)到開(kāi)關(guān)的目的。其優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)速度快，在微秒量級(jí)；缺點(diǎn)是消光比僅20db左右。
為提高開(kāi)關(guān)速度和實(shí)現(xiàn)更低的插入損耗，可利用半導(dǎo)體光放大器集成對(duì)稱(chēng)m-z型全光開(kāi)關(guān)，將半導(dǎo)體光放大器集成在硅基平面干涉儀的兩臂上。通過(guò)對(duì)兩臂施加超短控制光脈沖(寬度2ps，頻率10ghz)，利用半導(dǎo)體光放大器的非線(xiàn)性，實(shí)現(xiàn)接近矩形的開(kāi)關(guān)窗口，開(kāi)關(guān)速度不受限于載流子壽命，*快能達(dá)到皮秒(ps)量級(jí)。在m-z干涉儀型光開(kāi)關(guān)中采用多模干涉耦合器(mml)替換3db耦合器能得到更好的性能。mmi的原理是利用多模波導(dǎo)中的自映像效應(yīng)，即在傳播方向上周期性出現(xiàn)輸入場(chǎng)的映像。貝爾實(shí)驗(yàn)室報(bào)道了4x4光開(kāi)關(guān)的研究結(jié)果，研究中使用1個(gè)多模干涉耦合器m-z代替3個(gè)1x2的光開(kāi)關(guān)，使得器件結(jié)構(gòu)更加緊湊，隨之損耗降低為2.8db，串?dāng)_為35.2db。利用這種結(jié)構(gòu)可很容易擴(kuò)展到8x8、16x16的光開(kāi)關(guān)矩陣。
2.5 熱光光開(kāi)關(guān)
熱光光開(kāi)關(guān)技術(shù)主要是用來(lái)制造小型的光開(kāi)關(guān)。通過(guò)集成多個(gè)1x2光開(kāi)關(guān)也可組成較大的陣列。目前主要有2種類(lèi)型熱光光開(kāi)關(guān)：干涉式光開(kāi)關(guān)、數(shù)字光開(kāi)關(guān)(dos)。干涉式光開(kāi)關(guān)主要利用m-z干涉原理制造，光的相位與光的傳輸距離有關(guān)，輸入光被分成兩路，在兩個(gè)分開(kāi)的光波導(dǎo)里面進(jìn)行傳輸。在兩個(gè)波導(dǎo)臂上鍍有金屬薄膜加熱器形成相位延時(shí)器，通過(guò)控制加熱器實(shí)現(xiàn)干涉的相長(zhǎng)或相消，達(dá)到開(kāi)關(guān)的目的。干涉式光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)緊湊，但對(duì)光波長(zhǎng)敏感，需要進(jìn)行精密溫度控制。數(shù)字光開(kāi)關(guān)的原理和結(jié)構(gòu)都很簡(jiǎn)單，*基本的1x2熱光開(kāi)關(guān)由在硅基底上制作的y形分支矩形波導(dǎo)構(gòu)成。在波導(dǎo)分支表面沉積金屬鈦或鉻形成微加熱器。當(dāng)對(duì)y形的一個(gè)分支加熱時(shí)，相應(yīng)波導(dǎo)的折射李會(huì)發(fā)生改變，從而阻止光沿該分支的傳輸。數(shù)字光開(kāi)關(guān)的性能穩(wěn)定，在于只要加熱到一定溫度，光開(kāi)關(guān)就保持同樣的狀態(tài)。它通常用硅或高分子聚合物制備，聚合物的導(dǎo)熱率較低而熱光系數(shù)高，因此需要的功耗小，但插人損耗較大，一般為4db。
2.6 噴墨氣泡光開(kāi)關(guān)
agilent公司利用其噴墨打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)了一種利用液體的移動(dòng)來(lái)改變光路全反射條件，實(shí)現(xiàn)光傳播路徑改變的光開(kāi)關(guān)。該器件由多條交叉的硅波導(dǎo)和位于每個(gè)交叉點(diǎn)的刻痕組成，刻痕里填充折射率匹配的液體用以允許缺省條件下的無(wú)交換傳輸。其工作原理是：當(dāng)入射光進(jìn)人并需要交換時(shí)，一個(gè)熱敏硅片會(huì)在液體中產(chǎn)生一個(gè)小泡，小泡將光從入射波導(dǎo)中的光信號(hào)全反射*輸出波導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)所需要的兩個(gè)狀態(tài)。這種開(kāi)關(guān)具有ms的交換速度，優(yōu)點(diǎn)是對(duì)偏振相關(guān)損耗pdl和偏振模色散pmd不敏感，由于器件本身沒(méi)有活動(dòng)部件，因而可靠性很好。它可應(yīng)用在光分插復(fù)用設(shè)備oadm中，實(shí)現(xiàn)任意一根光纖或單波長(zhǎng)的上下路，也可以用于光交叉連接設(shè)備oxc中。由于子系統(tǒng)中任意一根波導(dǎo)可以連接到另外一根波導(dǎo)上，所以，由這種光開(kāi)關(guān)組成的網(wǎng)絡(luò)具有很好的重構(gòu)性。
2.7 全息光開(kāi)關(guān)
全息光開(kāi)關(guān)依靠布拉格光柵實(shí)現(xiàn)對(duì)光的選擇性反射。通過(guò)全息的形式在晶體內(nèi)部生成布拉格光柵，當(dāng)加電時(shí)，布拉格光柵把光反射到輸出端口；反之，光就直接通過(guò)晶體。這項(xiàng)技術(shù)可以很容易地組成具有上干個(gè)端口的光開(kāi)關(guān)陣列，并且開(kāi)關(guān)速度很快，可達(dá)納秒(ns)量級(jí)，但它也有不足之處，那就是該器件的功率消耗比較大，并且需要高壓供電。
2.8 液體光柵光開(kāi)關(guān)
同樣是基于布拉格光柵技術(shù)，利用液晶與光柵技術(shù)相結(jié)合，也能實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)功能。如將液晶微滴置于高分子層面上，然后沉積在硅波導(dǎo)上面，形成液體光柵。當(dāng)沒(méi)有施加電壓時(shí)，光柵把一個(gè)特定波長(zhǎng)的光反射到輸出端口。加電壓后，光柵消失，致使晶體全透明，光信號(hào)將直接通過(guò)光波導(dǎo)。液體光柵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)時(shí)間可達(dá)100μs，插人損耗小于1db。由于沒(méi)有移動(dòng)部分，可靠性好。另外該器件的功耗比較低。
2.9 半導(dǎo)體多量子阱超快光開(kāi)關(guān)
在半導(dǎo)體量子阱帶間躍遷（isb-t）中有超快馳豫時(shí)間和大的躍遷偶極矩及躍遷波長(zhǎng)可調(diào)諧大的特點(diǎn)。；在一種材料ingaas/aiassb多量子阱中的通信波長(zhǎng)上得到了1.2ps的響應(yīng)時(shí)間，而在另外一種gan/aigan多量子阱中，得到了150fs的超快響應(yīng)時(shí)間，而這有可能制作成fs級(jí)超快光開(kāi)關(guān)。
3結(jié)論
光開(kāi)關(guān)是全光通信網(wǎng)相關(guān)器件中的一項(xiàng)核心技術(shù)。在全光網(wǎng)絡(luò)中，端到端用戶(hù)節(jié)點(diǎn)之間全是光路，始終保持光信號(hào)傳送，沒(méi)有任何光電變換器，也就是說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)對(duì)光信號(hào)是透明的。就透明性來(lái)說(shuō)，只要有光電變換，就只是半透明的。全透明當(dāng)然是人們所希望的，這樣可**充分地利用光纖的傳輸潛力，使網(wǎng)絡(luò)帶寬幾乎無(wú)限，對(duì)傳送的信號(hào)無(wú)任何限制，對(duì)信號(hào)的處理很少，這樣的網(wǎng)絡(luò)是*經(jīng)濟(jì)可靠。在全光網(wǎng)中，*關(guān)鍵的技術(shù)，還是全光交換與路由技術(shù)，主要就是oxc，oadm的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。但是，目前實(shí)現(xiàn)全透明光網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)上還有不少困難，例如，在直接組網(wǎng)與運(yùn)營(yíng)方面，還有不少全光組網(wǎng)技術(shù)及相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)需要研究開(kāi)發(fā)；此外，光交換機(jī)技術(shù)還未成熟。由于光開(kāi)關(guān)是全光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的一種重要的基本光器件，無(wú)論是在空分、時(shí)分或波分復(fù)用系統(tǒng)中，光開(kāi)關(guān)都有著廣泛的應(yīng)用，而光分插復(fù)用器、光交叉連接設(shè)備在長(zhǎng)途wdm系統(tǒng)中又被廣泛使用，因此，大力開(kāi)發(fā)光開(kāi)關(guān)技術(shù)并使之小型化，對(duì)全光網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非常重要的。mems光開(kāi)關(guān)技術(shù)由于利于集成以及在諸多方面的優(yōu)勢(shì)，將是末來(lái)全光開(kāi)關(guān)的重要發(fā)展方向之一。隨著光開(kāi)關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是多功能集成光開(kāi)關(guān)在關(guān)鍵技術(shù)上的突破，必將對(duì)全光通信網(wǎng)的發(fā)展起到巨大的促進(jìn)作用。
北京錦坤科技有限公司（ns高速光開(kāi)關(guān)）
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