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8.3 光 交 换 技 术 8.3.1 光交换技术简介 未来的全光网仍是以交换节点为核心构建，因此研究和开发具有高速宽带大容量交换潜力的光交换机势在必行。 和电交换节点一样，光交换节点按功能结构可分为接口、光交换网络、信令和控制系统四大部分。接口完成光信号接入，包括电/光或光/电信号的转换、光信号的复用/分路或信号的上路/下路。信令协调光交换节点和接入设备以及光节点设备间的工作。光交换网络在控制系统的控制下交换光信号，实现任意用户间的通信。 上述四个功能中，如何实现交换网络和控制系统的光化是光交换系统主要的研究课题。要将光技术应用于处理控制设备，就应解决类似于在计算机中遇到的许多问题，包括光逻辑操作和数据操作算法。但至今光计算机还没有广泛投入使用，涉及的光交换系统还是一个光交换网络与电子控制系统相结合的交换系统。有信令支持的自动交换光网络ASON(Automatic Switched Optical Network)具有动态连接能力，但目前还未实现。目前的光交换系统中控制选路的路由表由人工配置，控制光交换网络交换的转发表通过网管系统配置。 光信号复用可以提高光纤的传输容量。目前可用于超高速光纤网络的复用技术主要有：光波分复用OWDM(Optical WaveLength Division Multiplexing)、光频分复用OFDM(Optical Frequency Division Multiplexing)、光时分复用OTDM(Optical Time Division Multiplexing)、光码分复用OCDM(Optical Code Division Multiplexing)和副载波复用SCM(SubCarrier Multiplexing)等。其中，OFDM和OWDM在本质上相似，都是用不同的光载波传输信息，但两者又有区别：在同一根光纤中传输的光载波路数不多，载波之间的间隔又较大的复用方式通常称为OWDM；若光载波路数较多，波长间隔较小而又密集的复用方式称为OFDM，OFDM是密集波分复用系统使用的复用技术。 按交换方式划分，光交换系统有两类：光路交换和分组交换，见图8. 9。光路交换又可分为空分(SD)、时分(TD)和波分/频分(WD/FD)光交换，以及由这些交换组合而成的结合型。其中空分交换按光矩阵开关所使用的技术又分成两类，一类是采用波导技术的波导空分，另一类是使用自由空间光传播技术的自由空间光交换。光分组交换中，异步传送模式(ATM)是近来被广泛研究的一种光交换方式，它的特征是用硬件交换信元脉冲串。 图8.9 光交换分类 8.3.2 光交换器件 1．光开关 构成一个电交换系统的最简单方法是用电开关。同样，构成一个光交换系统的最简单方法是用光开关。与电开关不同的是，光开关接通或断开的是光信号。 光开关可分为机械式和非机械式两大类。机械式光开关靠光纤或光学元件移动, 使光路发生改变。非机械式光开关依靠电光效应、磁光效应、声光效应和热光效应来改变波导折射率, 使光路发生改变。衡量各种光交换开关性能的指标有：插入损耗、串扰、消光比(开关比)、开关响应速度和功耗。 机械式光开关的特点是：插入损耗低，串扰小，消光比和波长透明度大，但其开关响应速度低(ms级)，仅适合于光路的恢复等面向连接的应用。典型的器件是机械光纤开关。 非机械式光开关的特点是开关响应速度相对较高和易于集成。典型的器件有使用聚合物(如全氟环丁烷PFCB 、铌酸锂LiNbO3、磷化铟InP)和半导体等材料，利用其热光、电光、磁光或声光效应形成的方向耦合器制成的光开关；有采用半导体光放大器制成的光开关；也有利用成阵列的空间电—光调制器 (SLM)来控制入端光纤和出端光纤之间光路通断组成的光开关阵列等。 1) 光放大器 光放大器就是放大光信号的器件。它的输入、输出信号均是光波。光放大器件有两大类：一类称为光纤放大器；另一类是半导体光放大器。 光纤放大器最基本的组成有三部分：一是掺稀土离子的光纤，这是激光激活物质，其长度一般在十几米范围内；二是光耦合器，这里主要是波分复用器(WDM)，它将泵浦光与信号光耦合进掺稀土的光纤中；三是泵浦源，是激励激光活性物质的。泵浦源是输出功率较大(几十mW到100多mW)而输出波长一定(980 nm、1480 nm)的激光器。 半导体光放大器可以对输入的光信号进行放大，并且通过偏置电信号可以控制它的放大倍数。如果偏置信号为零，那么输入光信号就会被这个器件完全吸收，使输出信号为零，相当于把光信号关断。