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1、第10章光交換技術概述10.1光交換器件10.2光交換網10.3光交換系統(tǒng)10.4光交換的現狀和發(fā)展10.5【本章內容簡介】光交換技術是交換技術未來的發(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)展簡史及主要特點，闡述了光交換技術的實現方式與原理，主要涉及光交換器件、各種光交換網絡、光交換系統(tǒng)等內容，同時對光交換技術的現狀和發(fā)展概況進行了簡要介紹?！颈菊轮攸c難點】重點掌握光交換器件和光交換網絡。難點是光存儲器的工作原理。10.1概述光交換（photonicswitching）技術是在光域直接將輸入光信號交換到
2、不同的輸出端，完成光信號的交換。10.1.1光纖通信1．光纖通信技術的發(fā)展光纖用于通信是1978年，首先應用于商業(yè)性實驗。1980年美國建成了長度為1?241.6km的干線光纜。1985年，縱貫日本的干線光纖宣告完成，全長為3?400km。1988年，大西洋海底光纜宣告建成，長度為13?000km。進入21世紀，光纖通信發(fā)展較快的幾項技術是波分復用技術、光纖接入網技術（OAN）和全光網技術。2．光纖通信技術所謂光纖通信，就是利用光纖來傳送攜帶信息的光波以達到通信之目的。（1）光纖通信的基本原理光纖通信的原理是：在發(fā)送
3、端首先要把傳送的信息（如語音）變成電信號，然后調制到激光器發(fā)出的激光束上，使光的強度隨電信號的幅度（頻率）變化而變化，并通過光纖發(fā)送出去；在接收端，檢測器收到光信號后把它變換成電信號，經解調后恢復原信息。（2）數字光纖通信系統(tǒng)圖10-1數字光纖通信系統(tǒng)3．光纖通信的優(yōu)點大家知道，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數量級。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，易于運輸和施工。光纖的衰耗很低，故無中斷，通信距離很長。此外，光纖是絕緣體，不會受高壓
4、線和雷電的電磁感應，抗核輻射的能力也強，因而在某些特殊場合，電通信受干擾不能工作而光纖通信卻能照常工作。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。當通信容量較大，距離較遠時，光纖通信系統(tǒng)的每話路公里的造價較電纜通信的為低。光纖通信因有這些優(yōu)點而得到迅速發(fā)展。10.1.2全光通信網全光通信是指用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術，即數據從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸過程都在光域內進行，而其在各網絡節(jié)點的交換則采用全光網絡交換技術。全光通信技術是針對普通光纖系統(tǒng)中存在著較多的光電/轉換設備而進行改進
5、的技術。1．全光通信的發(fā)展過程全光通信的實現，可以分為兩個階段來完成。2．全光通信的特點（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”問題3．全光網絡的基本技術全光網絡的基本技術有全光交換、全光交叉連接、全光中繼、全光復用與解復用等。10.2光交換器件實現光交換的設備是光交換機。光交換器件是實現全光網絡的基礎。光交換機的光交換器件有光開關、光波長轉換器和光存儲器等。10.2.1光開關光開關在光通信中的作用一是將某一光纖通道中的光信號切斷或開通；其次是將某波長光信號由一個光纖通道轉換到另一個光纖通
6、道中去；再是在同一光纖通道中將一種波長的光信號轉換成另一種波長的光信號。依據開關實現技術的物理機理來分，可分為機械式光開關、熱光開關和電光開關等。1．半導體光開關圖10-2半導體光放大器及等效開關示意圖2．耦合波導開關圖10-3耦合波導光開關3．液晶光開關液晶是介于液體與晶體之間的一種物質狀態(tài)。一般的液體內部分子排列是無序的，而液晶具有流動性，其分子又按一定規(guī)律有序排列，使它呈現晶體的各向異性。當光通過液晶時，會產生偏振面旋轉，雙折射等效應。液晶分子是含有極性基因團的極性分子，在電場作用下，偶極子會按電場方向取向，導
7、致分子原有的排列方式發(fā)生變化，從而液晶的光學性質也隨之發(fā)生改變，這種引外電場引起液晶光學性質的改變稱為液晶的光電效應。4．微電子機械光開關（MEMS）10-4液晶光開關工作原理10.2.2光調制器在光纖通信中，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程就是調制。光調制器是實現電信號到光信號轉換的器件，也就是說，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)。目前廣泛使用的光纖通信系統(tǒng)均為強度調制——直接檢波系統(tǒng)，對光源進行強度調制的方法有兩類，即直接調制和間接調制。1．
8、直接調制直接調制：又稱為內調制，即直接對光源進行調制，通過控制半導體激光器的注入電流的大小來改變激光器輸出光波的強弱。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制方式。2．間接調制間接調制，這種調制方式又稱為外調制。即不直接調制光源，而是在光源的輸出通路上外加調制器對光波進行調制，此調制器實
