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1、 黄河科技学院结课论文 单位代码 11834 学 号_ 密 级_ _一级_ 课程设计 全光网络与光开关技术概述 院（系）名称信息工程学院 专业名称光电信息工程 学生姓名 熊凤华 指导教师李利平2014年6月8日中小企业和大企业，这些大大小小经济细胞的多样性和互补性，形成了经济生活中丰富多彩的“生态平衡”。作为以适应环境而生存、自保甚至做强做大作为理由的企业，面对这局面惟一办法就是转型“健身”找出路。several group number, then with b a, =c,c is is methyl b two vertical box between of accurate size.
2、 Per-23 measurement, such as proceeds of c values are equal and equal to the design value, then the vertical installation accurate. For example a, b, and c valueswhile on horizontal vertical errors for measurement, General in iron angle code bit at measurement level points grid errors, specific meth
3、od is from baseline to methyl vertical box center line distance for a, to b vertical box distance for b, list can measured 目录关于光开关技术的概述1摘 要1第1章 绪论21.1 全光网络与光开关21.2 光开关技术及进展31.2.1 光开关的应用领域31.2.2 光开关的性能指标41.2.3 几种新型光开关的技术特点分析51.3 光控光开关的研究现状及分析71.3.1 非线性耦合器型71.3.2 Mach-Zehnder 型光开关81.3.3 非线性 Sagnac 干涉仪
4、光开关91.4 本章小结9第2章 光开关阵列简述112.1 基于M-Z干涉仪的光开关矩阵设计112.1.1 M-Z干涉仪的原理112.1.2 光开关矩阵的性能参数112.2 基于MEMS的光开关矩阵设计122.2.1 MEMS静电式光开关122.2.2 MEMS光发大器的可扩展型的光开关矩阵132.2.3喷墨气泡MEMS光开关142.2.4 电磁驱动移动式微型光开关152.3 本章小结16第3章 开关矩阵的无阻塞性173.1 网络结构的简介173.1.1 Crossbar173.1.2 Benes183.2开关矩阵的无阻塞性和光路选择的算法203.2.1 无阻塞性203.2.2 光路选择的算法
5、简介213.3 本章小结22结束语22参考文献：23 关于光开关技术的概述 摘 要随着现代社会对信息传输容量和速度要求的不断提高，基于密集波分复用技术和全光交换技术的全光网络将成为新一代高速宽带综合业务网络首选。光开关作为全光交换的核心器件，它的作用也日益突出，主要应用于全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接及自愈保护等功能。同时，随着通信速率的飞速增长，对光开关的开关速度等指标提出了更高的要求。光控光开关，即全光开关，因为有着稳定、高速、大容量、无须光电转换等许多优点，越来越受到研究者的重视。光开关可以实现光束在时间、空间、波长上的切换，在光网络中有很多应用场合，是光通讯、光计算机、光信息处
6、理等光信息系统的关键器件之一。 广义上来说，光开关可以分为两个类型：干涉仪型和非干涉仪型。干涉仪型依靠于光路之中的相位关系，通过普克尔(Pockels)效应或热效应一般就可以达到相位控制。这类器件对环境非常敏感，尤其是对环境温度。它们对控制信号有循环响应，这些控制信号通常需要对光输出进行监视，亦即反馈，以维持所要求的状态。方向耦合器就是典型的干涉仪型开关。非干涉仪型可用多种多样的方式制成，它们对偏振、波长、温度和其他影响的敏感性低于干涉仪型器件，要控制这些影响很困难。对于非干涉仪型光开关，开关功能的动态范围(或开关比)可以非常高，而另一方面，在干涉仪型开关中的动态范围，则依靠于干涉束的光功率的
7、精确平衡，而且通常精度较低并较难保持。本文将对课题的背景进行简要说明，并对比分析目前该课题国内外研究的现状，指出课题研究的意义。背景进行简要说明，并对比分析目前该课题国内外研究的现状，指出课题研究的意义。其中详细分析了不同技术原理光开关的优缺点。其次，交待出本次课题研究所需要的研究条件，阐述光开关设计制作方面的关键技术。最后，对本次课题研究进行总结。关键词：光开关、干涉仪型光开关、非干涉仪型光开关、88及1616光开关阵列 第1章 绪论1.1 全光网络与光开关 最近几年来通信网络的传输和交换容量增长如此迅速， 特别是INTERNET、电子商务、数字音频、视频分布业务的飞速发展，通信流量出现了爆
8、炸式增长，用户对网络带宽的需求越来越大，对现有的电信传输网络带来了巨大的压力，因此，建设高速大容量的宽带综合业务网络已经成为现代信息技术发展的必然趋势。在众多的网络技术方案中，基于电子技术的网络方案受到器件工作的物理限制，难以完成高速宽带综合业务的传送和交换处理，为此，在干线传输方面，采用密集波分复用（Dense Wavelength Division Multiplexing, DWDM）技术进行光纤宽带的充分挖掘，使点到点的光纤大容量传输技术取得了突破进展；在交换方面，传输速率越高，交叉连接规模越大，多级体系结构中的电子交换构件的电子互联就会越复杂、越笨重、成本越昂贵，加之电子器件的极限限
9、制，传统的电子设备在交换容量上再难有本质的提高，交换过程带来的“电子瓶颈”问题就成为限制通信网络吞吐能力的主要因素，只有采用光互联方能克服上述局限。因此，从当前信息技术发展的潮流来看，基于光纤的全光网络方案因能提供高速、大容量的传输及处理能力，打破信息传输交换的“电子瓶颈”，并能在很长时间内适应高速宽带需要而成为新一代高速宽带综合业务网络首选1。所谓全光网络（All Optical Network, AON），就是指网络中直到端节点之间的信号通路保持着光的形式，即端到端的链路中间没有光电转换。也就是，只有信号在进入和离开网络时才进行电/光和光/电转换，而在网络中的传输和交换过程中始终以光的形式
10、存在2。从技术层面而言，AON 是建立在 DWDM 技术基础上的高速宽带通信网，在干线上采用 DWDM 技术扩容，在交叉节点上采用光分插复用器（Optical Add Drop Multiplexer , OADM）、光交叉连接器（Optical Crossing Connector ,OXC）来实现，并通过光纤接入技术实现光纤到家（Fiber To The Home ,FTTH）。由于全光网络中的信号传输与交换均在光域内进行，则可以允许存在各种不同的协议和编码形式，使信息传输具有透明性，解决了电子器件处理信息速率难以提高的问题，因此全光网络成为宽带通信网未来的发展目标。全光网的关键技术是 W
11、DM 传输技术和全光交换技术。在这两方面，光开关都起着重要作用。在 WDM 传输技术中，波长切换，波长适配，光定时的提取，光码流再生等功能，将需要多种不同类型的光开关来完成。在 WDM 全光交换技术中，用于光交叉连接的光交换矩阵，控制交叉连接的全光逻辑以及选择波长路由时所必需的波长交换，都离不开光开关。因此，光开关是全光网的基本器件之一，也是当前阻碍全光网发展的关键技术之一35。1.2 光开关技术及进展 1.2.1 光开关的应用领域光开关的应用范围很广3，前面已经提到了一些，下面将具体地介绍一下光开关的主要应用领域。 1. 自动保护切换 现在大多数光纤网络都由两条以上的路由连接到一个节点上，一
12、旦光纤系统某处发生故障，通过光开关来实现信号迂回路由，从主路由切换到备用路由上，这在高速通信系统中尤为重要，这是一种简单的开关方式，通常采用 12 光开关就可以实现。 2. 网络监视 在远端光纤测试点上，可以使用一个 1N 光开关，将多根光纤连接到一个光时域反射计（OTDR）上，通过光开关切换实现对所有光纤的监测。另外，利用光开关也可以在光纤线路中插入网络分析仪，实现网络在线分析，而不干扰正常的网络信息传输。 3. 元器件测试 采用多通道光开关，一个测试仪表通过切换与特测器件相连接的各个开关通道，可以在同一处测试多种光器件，不用把每个器件都单独与仪表连接，从而可简化测试，提高效率，降低成本。
13、4. 光交叉连接（OXC） 在全光网络中，OXC 起着重要的作用，它的功能是将一个波分复用（WDM）系统输出的任意波长切换到另一个 WDM 系统中。OXC 主要应用于骨干网，对不同子网的业务进行光信号汇聚和交换，它要求光开关具有透明性、高速、大容量和多粒度交换的特点。 5. 光交叉复用（OADM） 光分叉复用器是光网络关键设备之一，主要应用于环形的城域网中，实现单个波长和多个波长从光路上自由上下。这里需要的光开关必须具有波长选择功能，只对选择的波长实行开关操作。1.2.2 光开关的性能指标 光开关的性能参数有：交换速度、开关阈值功率、开关矩阵规模、损耗、无阻塞特性、升级能力、串扰、可靠性以及可
14、扩展性等。 交换矩阵规模：光开关的交换矩阵的规模反映了光开关的交换能力。处于网络中位置的不同，对其交换矩阵规模要求也不同。如在骨干网上要有超过10001000 的交换容量。随着通信业务需求的急剧增长，光开关的交换能力也需要大大提高，对于大交换容量的光开关，可以通过较多的小光开关叠加而成。 交换速度：交换速度是衡量光开关性能的重要指标。在目前的系统中所需要的开关速度一般在 1100ms 之间，对于未来 10Gb/s、40Gb/s 甚至更高的传输系统则需要微秒级的光开关。交换速度有两个重要的量级，当从一个端口到另一个端口的交换时间达到几个 ms 时，对因故障而重新选择路由的时间已经够了。系统中的故障自愈保护首先需要考虑的是操作时间，操作时间过长就会导致严重的传输数据丢失。当交换时间到达 ns 量级时，可以支持光互联网的分组交换。 损耗：当光信号通过光开关时，将伴随着能量损耗。光开关损耗的产生主要有两个原因：光纤和光开关端口耦合时的损耗和光开关自身材料对光信号产生的损耗。依据功率预算设计网络时，光开关及其级联对网络性能的影响很大。损耗和干扰将影响到功率预算。一般来说，自由空间交换的光开关的损耗低于波导交换的光开关。目前系统中较普遍的要求是：插损小于 1.5dB。 无阻塞特性：无阻塞特性是指光开关的任一输入端能在任意时刻将光波输出到任意输出端的特性。大型或级联光开关的阻塞特性更为明显
