第2章 全光通信网-光开关(2)
光网络中的光开关技术
光网络中的光开关技术随着光纤通信技术的进展和密集波分复用系统的应用，光联网已经成为网络进展的趋势。
光联网络技术的实现要紧依托于光开关、光滤波器、光放大器、密集波分复用(DWDM)技术等器件和技术的进展。
密集波分复用技术的进展是推动全光通信进展的重要因素，而光联网的提出将使设备制造商、电信运营商都面临庞大的机缘与挑战。
光开关是全光互换中的关键器件，可实此刻全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接和自愈爱惜等功能。
目前光开关要紧应用包括：光交叉连接（OXC）。
OXC由光开关阵列组成，要紧实现动态的光途径治理、光网络的故障爱惜、灵活增加新业务等。
光交叉连接对开关的要求要紧有低插损、低串扰、低开关时刻和无阻塞运作。
目前微机电系统技术已经在光互换应用中进入实验时期，由于其对波长、数据速度和信号格式都透明，在不远的以后有希望实现光层上的互换。
用光开关实现网络的自动爱惜倒换。
当光纤断裂或传输发生故障时，就能够够通过光开关改变业务的传输途径，实现对业务的爱惜。
通常这种爱惜倒换只需1×2端口的光开关就能够够实现。
用1×N光开关实现网络监控。
在远端光纤测试点通过1×N光开关把多根光纤接到一个光时域反射仪(OTDR)上，通过光开关倒换实现对所有光纤的监测。
或插入网络分析仪实现网络在线分析。
光纤通信器件测试。
光器件、光缆和子系统产品在测试进程中，能够利用光开关同时测试多个器件，从而简化测试，提高效率。
光分插复用器（OADM）。
要紧应用于环形的城域网中，实现单个波长和多个波长从光路自由上下。
用光开关实现的OADM能够通过软件操纵动态上下任意波长，如此将增加网络配置的灵活性。
传统的光开关技术要紧采纳固态波导和光机械两种技术：固态波导开关由于有较高的串音、损耗和功耗，只能在有限的开关阵列中应用，不适合向大规模的开关阵列中扩展；机械开关尽管有比较低的插入损耗和串音，但其设备庞大、可扩展性一样，也不适用于大规模的开关阵列。
全光通信网的特点及其关键技术
全光通信网的特点及其关键技术摘要：全光通信网是一种利用光学技术传输信息的高速数据传输网络。
该网络具有高带宽、低能耗、安全可靠、无电磁干扰等特点，适合用于音视频传输、数据中心、云计算等领域。
本文首先介绍了全光通信网的基本架构及其特点，然后重点阐述了光纤通信技术、光光转换技术、光路交换技术、无源光网络技术和光网络安全性技术等关键技术的实现原理与应用。
关键词：全光通信网，光纤通信技术，光光转换技术，光路交换技术，无源光网络技术，光网络安全性技术。
正文：一、全光通信网的基本架构及其特点全光通信网是指在通信网络中全部使用光学器件来完成光信号的生成、放大、传输和接收等工作，避免了电信号到光信号的转换。
全光通信网具有以下特点：1.高带宽：由于光信号的频率非常高，因此可以实现高速、大容量的数据传输，大大提高了网络的数据通信速度。
2.低能耗：光学器件本身具有低能耗和高可靠性，可以有效地减少网络的能耗和维护成本。
3.安全可靠：光信号无法被窃听和干扰，使网络具有更高的安全性和可靠性。
4.无电磁干扰：由于全光通信网仅仅使用光学信号传输数据，因此避免了电磁干扰现象的产生，可以更好地保障通信质量。
二、光纤通信技术全光通信网中，光纤是一种重要的传输介质。
光纤通信技术采用光纤作为传输媒介，可以实现高速、远距离的数据传输。
光纤通信技术主要包括以下方面：1.波分复用技术（WDM）：利用不同颜色（波长）的光来传输不同的信号，以实现多路复用和高速数据传输。
2.光放大器技术：将信号通过光纤传输时，信号会因为衰减而逐渐变弱，光放大器可以增强光信号，使信号能够在长距离的光纤中传输。
三、光光转换技术光光转换技术是指将光信号转换成另一种波长或者将光能量转换成电能量。
光光转换技术包括以下方面：1.光电转换器件：将光信号转换成电信号或将电信号转换成光信号，以实现光电互换。
2.光调制技术：将不同波长的多个光信号调制为一个复合信号，可以将多个同时传输的光信号合并。
全光开关原理
全光开关原理一、光的传播光是一种电磁波，具有波粒二象性。
在真空中，光的传播速度为光速，而在介质中光的传播速度会小于光速。
光的传播方向与电场和磁场的振动方向相互垂直。
光波的振动方向决定了它的偏振状态，偏振状态会影响光与物质相互作用的方式。
二、光路的控制全光开关是利用光路的控制来实现开关功能的。
通过改变光路的传播方向、强度等参数，可以实现对光信号的切换、路由和合路等功能。
在全光开关中，常用的光路控制方法包括反射、折射、干涉和衍射等。
三、光波的转换全光开关通常利用光学元件对光波进行转换，从而实现开关功能。
常用的光学元件包括反射镜、透镜、光栅、波片和液晶等。
通过这些光学元件，可以实现光波的聚焦、反射、衍射、偏振和调制等功能。
四、干涉与衍射干涉和衍射是全光开关中常用的物理现象。
干涉是指两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，产生加强或减弱的现象。
在全光开关中，可以利用干涉现象实现光的路由和合路等功能。
衍射是指光波在障碍物边缘或孔径上发生散射的现象，可以用来实现光的调制和转换等功能。
五、光的调制与检测在全光开关中，需要对光信号进行调制和解调。
调制是指将低频信号加载到高频载波上，以便于传输和检测。
在全光开关中，常用的调制方式包括强度调制、相位调制和偏振调制等。
检测是指将调制后的光信号转换为电信号，以便于后续处理和应用。
六、光学元件的应用在全光开关中，光学元件的应用非常重要。
常用的光学元件包括反射镜、透镜、光栅、波片和液晶等。
这些光学元件可以实现对光路的控制、光波的转换和调制等功能。
在全光开关的设计和制造过程中，需要考虑光学元件的性能参数、精度和稳定性等方面。
七、开关的逻辑控制全光开关的逻辑控制是指通过一定的逻辑关系和控制算法，实现对光信号的切换和控制。
在全光开关中，通常采用光电效应、热光效应和液晶技术等手段来实现逻辑控制。
通过逻辑控制，可以实现全光开关的自适应和智能化等功能。
八、系统的集成与优化全光开关系统需要经过集成和优化才能实现高性能和高稳定性。
光传送网中光开关器件的进展
光传送网中光开关器件的进展摘要：随着波分复用技术的广泛应用和光联网的发展，光开关将成为组建未来光网络的关键器件。
光开关的类型有光微电机械开关、马赫-曾德干涉仪型开关、热光效应光开关、液晶光开关、喷墨气泡光开关、光栅开关和声光开关等。
文章概述了这些光开关的原理，并进而介绍了光开关器件的最新进展。
关键词：光开关；光联网；光微电机械开关；多功能集成ABSTRACT:With the wide application of the DWDM technology and the rapid development of the optical transport network, optical switches will become the key components for the construction of future optical networks. At present, various optical switches in terms of micro-opto-electro-mechanical system, Mach-Zender interferometer, thermo-optic effect,liquid crystals, bubbles, holograms and acousto-optic effect are under comprehensive research and development. In this paper, the basic principles of those devices are illustrated and the state-of-the-art advances ofoptical switches are introduced.KEY WORDS:Optical switch;Opticalnetworking;Micro-opto-electro-mechanical system switch;Multi-function integration1、引言光传送网(OTN)是当前全光网络的发展趋势, 光联网的实现将依赖于新一代光开关、波分复用器、光衰减器和光放大器等元器件的进展。
全光通信网
五、光交叉连接
OXC光交叉主要功能：1光交叉连接2分插复用和带宽管理3保护和恢复4波长变换5网元管理
OXC的主要性能：1交叉连接容量大小取决于OXC的端口数2通道特性指OXC只支持波长通道还是也可以支持虚波长通道，波长通道指OXC没有波长转换功能，光通道在不同的光纤段中必须使用同一波长。虚波长通道是指OXC具有波长转换功能，光通道在不同的光纤段中可以占用不同的波长，从而提高了波长的利用率，降低了阻塞概率。
六、光分叉复用
OADM是波分复用光传送网的主要节电设备，其主要功能是能从线路传输光信号中将某些波长通道分出和插入，并具有操作、管理与维护功能
OADM的主要性能：1容量大小2业务接入及汇聚能力3多种粒度的业务调度能力4模块性5支持保护倒换的能力6色散管理能力7网管能力
光纤光栅和光环形器的OADM结构
图6-5
光纤级的交叉连接就是将一根光线中的业务作为整体一起进行交换，交换力度最大。波长级的交叉连接就是将光纤中的波长进行交换，交换力度较大是当前主要的交叉连接形式，是OXC的核心模块。
缩略语
ADM分插复用器AON全光网络APS自动保护倒换ASON自动交换光网络ATM异步传输模式AWG阵列波导光栅CTPS复合型光交换DWDM密集波分复用EDFA掺铒光纤放大器FDL光纤延时线IP因特网协议LAN局域网LMP链路管理协议LSC波长交换能力LSL链路子路MAN城域网MPLS多协议标签交换MSP服用段保护MSTP多业务传送平台NSL网络子网OADM光分叉复用OBS光突发交换OCH光通道层OCh光通道OS光开关OPS光分组交换
全光网路是指信号以光的形式穿过整个网络，直接在光域内进行信号的传输、再生、光交叉连接、光分叉复用和交换／选路，中间不需经过光电、电光转换，因此它不受检测器、调制器等光电器件响应速度的限制，对比特速率和调制方式透明，可以大大提高整个网络的传输容量和交换节点的吞吐量。
全光网络中的光开关
全光网络中的光开关摘要随着信息技术、光通信技术的发展，全光网络（AON）成为信息时代的主流，OXC（光交叉连接）、OADM（光分插复用）是全光网络的核心，而光开关是实现OADM.OXC的关键器件，光开关的研究已成为全光通信领域研究的焦点,研制应用于全光网络的光开关具有重大意义。
本文首先对光开关在全光网络中的应用做概要的介绍，然后着重分析光开关在OADM和OXC中的应用，最后通过对光开关性能评价指标体系的比较，指出不同类型光开关的优点和不足之处。
关键词全光网络光开关OADM OXC引言随着通信技术的发展、通信数据量的急剧增加，自光纤被引入到通信网络中依赖，光纤通信技术也得到了飞速的发展，迄今为止，光纤通信技术是传输量最大，传输速度最快的通信传输方式。
但是在当前的光纤通信系统中，通信网络的各个节点还是要通过光/电/光的信号转换过程，为充分发挥光纤通信的优势，人们提出了全光通信技术概念。
全光网包括交换和传送两方面，核心技术包括全光交换技术、全光波长变换技术、光分插复用（OADM）、光交叉连接（OXC）、全光放大技术（OA）、密集波分复用技术（DWDM）及AON的控制和管理技术等，而光开关作为切换光路的功能器件，则是OXC 中的关键部分。
随着光传送网向超高速、超大容量的方向发展，网络的生存能力、网络的保护倒换和恢复问题成为网络关键问题，而光开关在光层的保护倒换对业务的保护和恢复起到了更为重要的作用。
光开关光开关（Optical Switch，OS）是一种具有一个或多个可选择的传输窗口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。
光开关基本的形式是2×2:即入端和出端各有两条光纤，可以完成两种连接状态：平行连接和交叉连接，如图 1 所示。
图1 光开关的平行连接和交叉连接较大型的空分光交换单元可由基本的2×2 光开关以及相应的1×2 光开关级联、组合构成。
光开关在光网络中起到十分重要的作用，在波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）传输系统中，光开关可用于波长适配、再生和时钟提取；在光时分复用（Optical Time Division Multiplex，OTDM）系统中，光开关可用于解复用；在全光交换系统中，光开关是光交叉连接（Optical Cross-connect，OXC）的关键器件，也是波长变换的重要器件。
全光开关PDF
光开关在光通信与信息技术中的作用??两类光开关电控开关与光控开关?? 光计算——巨型计算机内光互连——计算机芯片内光互联——光逻辑芯片?? 光通信——光通信交换系统——光通信监护系统?? 光传感——光传感互连网络??高速率时分复用2.5—10Gb/s→ 波分复用10—1Tb/s ??集成化混合器件→ 光纤器件→ 集成器件→ 纳米器件??全光化全光传输EDFA、WDM→ 全光交换OADM、OXC 密集波分复用DWDM光通信系统传输速率40Gb/s — 160Gb/s —1Tb/s —… 162.5Gb/s 1610Gb/s 10010Gb/s 光通信网络中的OXC 和OADM 光分插复用器OADM — Optical Add-Drop Multiplexer 光交叉连接器OXC — Optical Crass-Connect 电控光开关—加电场产生电光、热光、磁光、声光、旋光、微电机械等效应产生的开关。
开关速度慢ms-ns。
光控光开关—无需经过电光转换用非线性光学方法实现以光控制光的全光开关。
开关速度快ns-ps。
器件类型热光效应微电机械旋光液晶磁光效应声光效应电光效应开关时间2ms 1ms 100s 30s 10ns 1ns 光纤通信光开关原理” 李淳飞杂志光纤通信产品03年第1期物理实验特邀光纤新闻网下载3000次DC1和DC2为3dB耦合器。
从①端输入光信号加半波电压VV输出从④至③。
1. 非线性相移光克尔效应I n 开关自相位调制SPM—信号光自泵浦交叉相位调制XPM—控制光泵浦02InnnA222ILnLnAA平均截面积 2. 非线性吸收二相色性双光子吸收饱和、反饱和吸收 3. 非线性折射自聚焦自散焦4. 非线性反射非线性界面全内反射透射 5. 非线性旋光液晶、手性介质中的非线性旋光6. 非线性变频倍频、四波混频、……频率转换。
场振幅耦合方程IIIIIIdEziEzdzdEziEzdz2.1 对称光耦合器0cos0sin0cos0sinIIIIIIIIIEzEziEzEzEziEz稳态解: 改写为00cossinsincosIIIIIIEzEkzikzEzEikzkz11CiCiCCkzC2sin耦合器矩阵耦合系数2.3 2.4 设: EI 0 E1 EII 0 E2 EI z E3 EII z E4 2.2 改写为: 312412ErEitEEitErE2.5 r 与t 关系221rt2.6 r——耦合器反射率rcoskzr2 cos2kz 1-C t——耦合器透射率tsinkzt2sin2kzC 直通臂——没有相移0 交叉臂——有相移/ 2 . 设P1E12 P2E220P3E32P4E42 输入输出功率关系231241cossinPPzPPz耦合器长度LL0/2是3-dB耦合器. 长度LL0时’ P4P1P30. 4kz2zM-Z由两个3dB 耦合器组成两臂长度不同导致相位差1- 2 。
光通信器件-光开关
一、光开关的概念及作用、性能参数与分类1.光开关的概念及作用一种具有一个或多个可选择的传输端口，可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作的器件。
目前主要是：光交换系统和主备倒换，即利用光开关技术实现全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈保护等功能。
1，将某一光纤通道的光信号切断或开通；2，将某波长光信号由一光纤通道转换到另一光纤通道去；3，在同一光纤通道中将一种波长的光信号转换为另一波长的光信号（波长转换器）多信道光通信系统还需要光插／分复用技术和快速的网间信息交换技术以及光的交叉连接（ＯＸＣ）技术都需要超高速大规律集成的光开关矩阵。
网络监视功能：使用简单的13N光开关可以将多纤联系起来。
当需要监视网络时，只需在远端监测点将多纤经光开关连接到网络监视仪器上（如OTDR），通过光开关的动作，可以实现网络在线监测。
光器件的测试：可以将多个待测光器件通过光纤连接，通过13N光开关，可以通过监测光开关的每个通道信号来测试器件。
光传感系统:空分复用的光纤传感系统,节约解调系统,降低成本。
2.光开关的性能参数光开关的特性参数主要有插入损耗、消光比、开关时间、回波损耗、隔离度、远端串扰、近端串扰等。
插入损耗：输入和输出端口间光功率的减少。
回波损耗：从输入端返回的光功率与输入光功率的比值。
隔离度：两个相隔离输出端口光功率的比值。
消光比：端口处于导通和非导通状态的插入损耗之差。
开关时间：指开关端口从某一初始转为通或断所需的时间从在开关上施加或撤去转换能量的时刻起测量。
3.光开关的分类驱动方式可分为：机械式光开关、非机械式光开关。
原理可分为：机械光开关、热光开关、电光开关和声光开关。
交换介质可分为：自由空间交换光开关和波导交换光开关。
二、机械式光开关这是靠微型电磁铁或压电器件驱动光纤或反射光的光学元件发生机械移动，使光信号改变光纤通道的光开关。
传统机械光开关的工作原理：通过热、静电等动力，旋转微反射镜，将光直接送到或反射到输出端。
全光通信
（2）降低成本。在采用电子交换及光传输的体系中，光/电及电/光转换的接口是必要的，如果整个采用光 技术可以避免这些昂贵的光电转换器材。而且，在全光通信中，大多采用无源光学器件，从而降低了成本和功耗。
1．简单可靠。全光结构简单，端到端采用透明光通路连接，沿途没有光电转换与存储，中许多光器件都是无 源的，便于维护、可靠性高。
2．可扩展性好。加入新的络节点时，不影响原有的络结构和设备，降低成本，具有络可扩展性。
3．透明传输。全光以波长选择路由，对传输码率、数据格式及调制方式均具有透明性，可提供多种协议业务， 可不受限制地提供端到端业务。
关键技术
为了实现准确、有效、可靠的全光通信，应采用以下关键技术：
光多址技术
光多址技术是光纤通信系统的关键技术之一。选用哪一种光多址方式直接影响到系统的频谱利用率、系统容 量、设备的复杂度及成本等。光多址方式主要有3种：光波分多址、光时分多址、副载波多址。
（1）光波分多址(WDMA)是将多个不同波长且互不交叠的光载波分配给不同的光络单元（ONU），用以实现上 行信号的传输，即各ONU根据所分配的光载波对发送的信息脉冲进行调制，从而产生多路不同波长的光脉冲，然 后利用波分复用方法经过合波器形成一路光脉冲信号来共享传输光纤并送入到光交换局。在WDMA系统中为了实现 任何允许节点共享信道的多波长接入，必须建立一个防止或处理碰撞的协议。该协议包括固定分配协议、随机接 入协议（包括预留机制、交换和碰撞预留技术）及仲裁规程和改装发送许可等。
系统概述
全光通信，又称宽带高速光联，它以波长路由光交换技术和波分复用传输技术为基础，在光域上实现信息的 高速传输和交换，数据信号从源节点到目的节点的整个传输过程中始终使用光信号，在各节点处无光/电、电/光 转换。全光，从原理上讲就是中直到端用户节点之间的信号通道仍然保持着光的形式，即端到端的全光路，中间 没有光电转换器。这样，内光信号的流动就没有光电转换的障碍，信息传递过程无需面对电子器件处理信息速率 难以提高的困难。
全光网络光开关技术运用研究论文
全光网络光开关技术运用研究论文[关键词]全光网络光开关通信设备发展[摘要]光通信就是以光波为载波的通信，是将光信号先转换成为电信号，经传输后再还原成光信号。
随着近年来全光网络及光开关技术的应用，光通信网络技术得到飞速发展。
一、全光网络技术及发展趋势全光通信网络是指信息流在网络中的传输及交换时始终以光的形式存在，而不需要经过光/电、电/光变换。
因此，全光网络具有对信号的透明性。
它通过波长选择器件实现路由选择。
全光网络还应具有扩展性，可重构性和可操作性。
(一)密集波分复用设备(DWDM)光波分复用是用多个信源的电信号调制各自的光载波，经复用后。
在一根光纤上传输，在接收端实现信道的选择，DWDM技术实质上是在频域对高速信号复用，从而达到提高网络容量的目的。
WDM系统除了波长数和传输总容量不断突破以外，全光传输距离(即无电中继传输距离)也在大幅度扩展。
而随着技术的进展和业务的发展，WDM技术正在从长途传输领域向本地网领域扩展。
首先，低成本是本地网WDM系统的最重要的特点，特别是按每波长成本必须明显低于长途网用的WDM系统。
本地网WDM系统能提供透明的以波长为基础的业务，这样用户可以灵活的传送任何格式的信号而不必受限于SDH的结构和格式。
包括SDH、ATM、IP、FDDI、千兆比以太网和光纤通路等。
而对于应用在本地网核心的系统，可能要求支持10Gb/s 的SDH信号和10Gb/s的以太网信号。
(二)光分插复用设备(OADM)除了使用WDM系统之外，另一个能提高网络效率的选择是在网络中使用OADM，其优势在于：更加经济，对通过在线光放大器的业务可灵活地分插。
可提供通道光层的保护。
光分插复用(OADM)设备的基本功能是在波数为4、8、16或32渡的复用波长中插入或从其中取出单个或多个作为信道的波长。
根据OADM设备上下波长的方式，OADM设备可分为信道固定型(POQDM)和信道灵活型(DOADM)。
信道固定型OADM设备能够上下一个或N个固定信道，而信道灵活型OADM设备能够灵活地选择上下指定的一个或N个信道。
光开关工作原理
光开关工作原理
光开关是一种利用光信号控制电路开闭的装置，其工作原理可以大致分为以下几个步骤：
1. 光源：光源发出的光线作为输入信号。
常见的光源有LED （发光二极管）、光电二极管等。
2. 光传输：光线通过光传输介质（如光纤）传输到光开关器件中。
光纤常采用全反射原理使光信号能够在光纤中传输。
3. 光开关器件：光开关器件通常由光探测器和光调制器组成。
- 光探测器：光探测器用于接收并转换入射光信号为电信号，常见的光探测器有光电二极管和光电管等。
光探测器的选择一般会考虑到灵敏度、响应速度和工作波长等因素。
- 光调制器：光调制器用于根据接收到的光信号控制电路的
开闭状态。
常见的光调制器有光电晶体开关（EOM）、光电
晶体晶格调制器等。
光调制器可以通过电压、电流或其他控制信号来调节光的传输状态，从而实现光开关的开闭操作。
4. 控制信号输入：控制信号（一般为电信号）通过控制电路输入光调制器，改变光的传输状态。
控制信号的变化可以使得光开关在接通或断开状态之间转换。
5. 输出信号：开关器件将根据控制信号的输入，调节光的传输状态，最终输出光信号。
输出光信号可以用来驱动其他光学组
件或用于数据传输等。
光开关工作原理的具体实现方式有多种，可以根据实际需求选择合适的光源、光传输介质和光开关器件等，以实现不同的应用。
【精选】光开关的原理及种类
一、前言光纤通信技术的问世和发展给通信业带来了革命性的变革，目前世界大约85％的通信业务经光纤传输，长途干线网和本地中继网也已广泛使用光纤。
同时，密集波分复用(DWDM)技术的发展和成熟为充分应用光纤传输的带宽和容量开拓了广阔的空间，具有高速率、大带宽明显优势的DWDM光通信网络已经成为目前通信网络发展的趋势。
特别是近几年，以IP为主的Internet业务呈现爆炸性增长，这种增长趋势不仅改变了IP 网络层与底层传输网络的关系，而且对整个网络的组网方式、节点设计、管理和控制提出了新的要求。
一种智能化网络体系结构—自动交换光网络(ASON：automatic switched optical networks)成为当今系统研究的热点，它的核心节点由光交叉连接(OXC：optical cross connect)设备构成，通过OXC，可实现动态波长选路和对光网络灵活、有效的管理。
光交叉互连(OXC)技术在日益复杂的DWDM网中是关键技术之一，而光开关作为切换光路的功能器件，则是OXC中的关键部分。
光开关矩阵是OXC的核心部分，它可实现动态光路径管理、光网络的故障保护、波长动态分配等功能，对解决目前复杂网络中的波长争用，提高波长重用率，进行网络灵活配置均有重要的意义。
光开关不仅是OXC中的核心器件，它还广泛应用于以下领域。
（1）光网络的保护倒换系统，实际的光缆传输系统中都留有备用光纤，当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度，光开关将主信号自动转至备用光纤系统传输，从而使接收端能接收到正常信号而感觉不到网路已出了故障，其会将网络节点连成环形以进一步改善网络的生存性。
（2）网络性能的实时监控系统，在远端光纤测试点，通过1×N多路光开关把多根光纤接到光时域反射仪上，进行实时网络监控，通过计算机控制光开关倒换顺序和时间，实现对所有光纤的检测，并将检测结果传回网络控制中心，一旦发现某一路出现问题，可在网管中心直接进行处理。
全光通信中的光开关技术
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第2章 光开关技术
OXC
《全光通信网》
39
光开关在光通信中的应用
光网络的保护倒换系统 光纤测试中的光源控制 网络性能的实时监控系统 光器件的测试 构建OXC设备的交换核心 光分插复用 光传感系统 光学测试
2020/2/5
《全光通信网》
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光网络的保护倒换系统
当工作通道传输中断或性能劣化到一定程度，光开关 将主信号自动转至备用光纤系统传输。
4
光开关
定义2：光开关是一种具有一个或多个可选择的传输窗 口、可对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转 换或逻辑操作的器件。——《全光通信网技术》
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《全光通信网》
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光开关基本的形式 2×2
平行连接
交叉连接
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《全光通信网》
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2*2光开关级联构成8*8光开关
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源端桥接 TX
光耦合器
工作通道 保护通道
目的端优收 RX
光开关
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光网络的保护倒换系统
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光纤测试中的光源控制 1×2光开关在光纤测试技术中主要应用于
控制光源的接通和切断。 网络性能的实时监控系统
在远端光纤测试点，通过1×N多路光开关把多根 光纤接到光时域反射仪上，进行实时网络监控。
《全光通信网》
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光开关的性能参数
插入损耗
串扰
开关时间
隔离度
消光比
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1. 插入损耗（Insertion Loss)
某一输出端口与输入端口光功率的比值。
输入功率 Pi
直通功率 Pn
全光网络与光开关技术概述
全光网络与光开关技术概述单位代码11834学号_1101021065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目录关于光开关技术的概述 (1)摘要 (1)第1章绪论 (2)1.1全光网络与光开关 (2)1.2光开关技术及进展 (3)1.2.1 光开关的应用领域 (3)1.2.2 光开关的性能指标 (4)1.2.3 几种新型光开关的技术特点分析 (5)1.3光控光开关的研究现状及分析 (7)1.3.1 非线性耦合器型 (8)1.3.2 Mach-Zehnder 型光开关 (9)1.3.3 非线性Sagnac 干涉仪光开关 (10)1.4本章小结 (11)第2章光开关阵列简述 (13)2.1基于M-Z干涉仪的光开关矩阵设计 (13)2.1.1 M-Z干涉仪的原理 (13)2.1.2 光开关矩阵的性能参数 (13)2.2基于MEMS的光开关矩阵设计 (14)2.2.1 MEMS静电式光开关 (14)2.2.2 MEMS光发大器的可扩展型的光开关矩阵 (15)2.2.3喷墨气泡MEMS光开关 (17)2.2.4 电磁驱动移动式微型光开关 (17)2.3本章小结 (18)第3章开关矩阵的无阻塞性 (20)3.1网络结构的简介 (20)3.1.1 Crossbar (20)3.1.2 Benes (21)3.2开关矩阵的无阻塞性和光路选择的算法 (23)3.2.1 无阻塞性 (23)3.2.2 光路选择的算法简介 (24)3.3本章小结 (25)结束语 (26)参考文献： (26)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。
第2章 全光通信网-光开关(2)
低电压处于关断(OFF)状态时，SOA对入射光不透明， 即光信号在SOA内部被吸收；高电压泵浦处于导通 (ON) 状态时，允许入射光线穿过SOA,并同时可获得增益。
SOA开关是一种有源器件，泵浦增益补偿了开关损耗，在实 现无插损的同时可以提供大约12dB（数据由Alcatel提供）的 典型增益。SOA开关还具有消光比高 （大于50dB）、偏振 不敏感（小于1dB）、开关速度快（小于1ns）、易于集成等 特点，在未来的光联网应用中（尤其是构造高速分组光网络） 代表了一类颇具潜力的光交换技术。
作 业
1、简述MZI型热光开关(见图2-9)的工作原理.
双MZ型热光开关
数字式光开关
原理：加热时下面的波导折射率减小，从而阻止光沿 着该分支传输（即处于“关”的状态）
薄膜加热器 i 输出1 输入 c 输出2 j
Y分支器型热光开关一般功耗比较大(200mW左右)， 插损约3 - 4dB消光比约20dB。
数字光开关的原理和结构都很简单，最基本的1x2热光开 关由在硅基底上制作的Y形分支矩形波导构成。在波导分 支表面沉积金属钛或铬形成微加热器。当对Y形的一个分 支加热时，相应波导的折射率会发生改变，从而阻止光沿 该分支的传输。数字光开关的性能稳定，在于只要加热到 一定温度，光开关就保持同样的状态。它通常用硅或高分 子聚合物制备，聚合物的导热率较低而热光系数高，因此 需要的功耗小，但插人损耗较大，一般为 4dB
液晶光开关通过电场控制液晶分子的方向实 现开关功能。其典型工作原理如图
2.9
半导体光放大器开关
半导体光放大器开关利用半导体光放大器 （Semiconductor Optical Amplifier，简写为 SOA）的放大特性，实现特定波长的交换。 半导体光放大器（SOA）是采用通信用激光 器相类似的工艺制作而成的一种行波放大器， 当偏置电流低于振荡阈值时，激光二极管就 能对输入相干光实现光放大作用。
光电子技术--光开关
移动自聚焦透镜型光开关
自聚焦透镜特别适用于光纤与光纤的远场 耦合，因此广泛适用于各种光学器件中。在 光开关中，除λ/4的自聚焦透镜可用于准直耦 合外，λ/2的自聚焦透镜还可用于移动光束的 开关元件。 电磁铁
λ/4棒透镜
λ/2棒透镜
移动自聚焦透镜型光开关
2 MEMS式光开关
MEMS式光开关是利用MEMS技术制作的 微型化的自由空间光学平台，它能够将光束从 一根光纤转移到另一根光纤。
光 耦 合 器 件
光 纤 连 接 器
光 衰 减 器
光 隔 离 器
在光纤通信向宽带、大容量、高速率发展的今天，光 无源器件技术的重要性将更加突出，一种新型器件有关技 术的解决往往会有力地促进光纤通信的进步，有时甚至使 其跃上一个新台阶。 下面我们将主要介绍一种光无源器件-—光开关，通过下 面的简介来全面了解这种器件。
当两透镜成互相准直状态后，光被输出透镜、 聚焦并进入输出光纤。用微处理器控制的步进电 机可实现精密的定位。
移动反射型光开关
与移动透镜型光开关类似，移动反射型光开关的输 入、输出端口光纤都是固定的。它依靠旋转球面或平面 反射镜，使输入光与不同的输出端口接通。
用16个移动反射镜光开关构成的两组4x4MEMS开关阵列
缺点： 插入损耗大；隔离度低。
集 成 光 波 导 式 光 开 关
集成电光波导光开关
集成声光波导光开关
集成热光波导光开关
集成电光波导光开关
集成电光波导光开关中，使用最多的是马赫-曾 德尔干涉仪，它是由一对平行的条波导以及分布在条 波导上面的表面电级构成。
电光波导光开关
当电极外加大小相等、方向相反的偏压后，出
声 光 波 导 光 开 关
集成热光波导光开关
宽带光网络第2章 全光光纤网
1. 什么是全光网？ 2. 光网络为什么要向全光网发展？ 3. 全光网络的优越性 4. 全光网的分类 5. 全光网的构成 6. 全光网的分层结构 7. 全光网的拓扑结构 8. 全光网技术难点 9. 全光网络的存活性和网络保护 10. 全光网的演进路线和发展状况
全光通信网是指在光域上实现传输和交换的网络。
6. 全光网的分层结构
7. 全光网的拓扑结构 8. 全光网技术难点 9. 全光网络的存活性和网络保护 10. 全光网的演进路线和发展状况
（1）光信道层：为电层的用户提供合适的光通道，以及性能监测、故
障恢复等等；
（2）光复用层：完成多个信道的复用，将多个光信道放在一根光纤上
完整的传输；
（3）光传输层：根据不同类型的光纤，提供相应的传输能力，包括光
（1）波分复用（WDM）网络 （2）光时分复用（OTDM）网络 （3）光码分复用（OCDM）
WDM技术已经是非常成熟的技术，在国内外的网络建设中得到了 大规模应用，是SDH网络扩容的主要手段。现阶段以WDM技术为基 础，通过逐步演变的方式构建全光网络，是一个比较实际的选择。
1. 什么是全光网？ 2. 光网络为什么要向全光网发展？ 3. 全光网络的优越性 4. 全光网的分类
3. 全光网络的优越性
4. 全光网的分类 5. 全光网的构成 6. 全光网的分层结构 7. 全光网的拓扑结构 8. 全光网技术难点 9. 全光网络的存活性和网络保护 10. 全光网的演进路线和发展状况
（1）传输透明：支持各种业务和各种格式的信号传输； （2）网络存活性强：具有很强的网络保护和故障恢复能力； （3）可扩展性好：能够根据需求对网络容量进行平滑升级； （4）兼容性好：具备后向兼容和前向兼容能力。
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2.4.3热光效应开关
热光开关和电光开关的结构可以是相同的， 但是产生开关效应的机理不同。这里的热 光效应是指通过电流加热的方法，使介质 的温度变化，导致光在介质中传播的折射 率和相位发生改变的物理效应。
热光光开关分类
目前主要有两种类型热光光开关： 干涉式光开关(Interferometric Switches) 数字光开关(DOS: Digital Optical Switches ) 也叫分支器型热光开关
第 二 章
光
开
关 (2)
2.4.2 声光开关技术
声光开关是利用介质的声光效应制作的光开 关。 声光效应是指声波通过材料产生机械应变， 引起材料的折射率周期性变化，形成布拉格 光栅，衍射一定波长的输入光的现象。利用 声致光栅使光偏转做成光开关
声光开关原理
在y方向，控制电信号经换能器后产生一 定频率的声表面波， 声表面波在声光介 质中传播，使介质折射率发生周期性变化， 形成了一个运动的衍射光栅，在声波的作 用下，晶体的折射率将沿声波的传输方向 (y)呈周期性变化，在介质中形成一个相位 光栅。当入射光束满足布拉格衍射条件时， 就可引起光的偏转，偏转角由声波的频率 和入射光波长决定。
干涉式光开关主要利用马赫－增德尔（M-Z： Mach-Zehnder）干涉原理制造，主导思想是 利用光相位特性，光的相位与光的传输距离 有关，输入光被分成两路，在两个分开的光 波导里面进行传输，再合并。在两个波导臂 上镀有金属薄膜加热器形成相位延时器，通 过控制加热器实现干涉的相长或相消，达到 开关的目的
低电压处于关断(OFF)状态时，SOA对入射光不透明， 即光信号在SOA内部被吸收；高电压泵浦处于导通 (ON) 状态时，允许入射光线穿过SOA,并同时可获得增益。
SOA开关是一种有源器件，泵浦增益补偿了开关损耗，在实 现无插损的同时可以提供大约12dB（数据由Alcatel提供）的 典型增益。SOA开关还具有消光比高 （大于50dB）、偏振 不敏感（小于1dB）、开关速度快（小于1ns）、易于集成等 特点，在未来的光联网应用中（尤其是构造高速分组光网络） 代表了一类颇具潜力的光交换技术。
双MZ型热光开关
数字式光开关
原理：加热时下面的波导折射率减小，从而阻止光沿 着该分支传输（即处于“关”的状态）
薄膜加热器 i 输出1 输入 c 输出2 j
Y分支器型热光开关一般功耗比较大(200mW左右)， 插损约3 - 4dB消光比约20dB。
数字光开关的原理和结构都很简单，最基本的1x2热光开 关由在硅基底上制作的Y形分支矩形波导构成。在波导分 支表面沉积金属钛或铬形成微加热器。当对Y形的一个分 支加热时，相应波导的折射率会发生改变，从而阻止光沿 该分支的传输。数字光开关的性能稳定，在于只要加热到 一定温度，光开关就保持同样的状态。它通常用硅或高分 子聚合物制备，聚合物的导热率较低而热光系数高，因此 需要的功耗小，但插人损耗较大，一般为 4dB
2.如果对金属膜通电使其发热，将会导致其下面的波导 折射率发生变化，从而改变了MZI干涉臂的传播光程，引 入相位差。调节移相器使之形成兀相移，那么在O1和O2 端两束光的相位关系随之发生反转，信号此消彼长，整 个热光开关也由原先的交叉方式变换至平行连接状态。 通过控制热光移相器在0和兀两个状态之间动态转换，就 可以实现光开关的动作。
原理：
1. 若薄膜加热器处于关闭状态，此时MZI相移量为0,考虑到 3dB耦合器沿耦合臂输出方向与沿直通臂输出方向相比存在 π/2的相位滞后.在O2端，来自I1的两束入射光一路经过耦合 器的两次耦合，另一路则经过耦合器的两次直通，累积相位 差为π从而满足相干相消条件，输出光信号被大大削弱甚至 关断；而在O1端，两束光分别经历了一次直通，一次耦合， 总的相位保持同步从而发生相干相长现象，即入射光的能量 主要从O1口输出。热光开关为交叉连接状态。
作 业
1、简述MZI型热光开关(见图2-9)的工作原理.
2.5 喷墨气泡光开关
气泡光开关是Agilent在成熟的Si02平面光波电路(PLC)技术 基础上，结合喷墨打印驱动原理开发出的一种新型光开关器 件。整个开关分为上下两层结构：顶层由Si材料构成，用于 制作热喷墨元件；下面是Si02衬底层，采用PLC工艺集成了 纵、横分布的两束波导，每束波导又包括若干平行的波导线 路。纵向和横向波导大致成1200角交错排列，在经过每个线 路交叉点的地方另外刻蚀出一系列沟槽，从两侧的填充孔向 槽内注入某种与Si02材料折射率相匹配的液体
气泡光开关
交叉点
匹配液
波导
匹配液被加热形成气泡 对通过的光产生全反射 Agilent公司已制出32x32光开关子 系统开关时间小于10ms,串扰做到 -70dB
2.6 液晶光开关
液晶是介于液体与晶体之间的一种物质状态。它既 有液体的流动性，又有晶体的取向特性。 当液晶分子有序排列时表现出光学各向异性，光通 过液晶时，会产生偏振面旋转，双折射等效应 液晶分子是含有极性基团的极性分子，在电场作用 下，偶极子会按电场方向取向，导致分子原有的排 列方式发生变化，从而液晶的光学性质也随之发生 改变，这种因外电场引起的液晶光学性质的改变称 为液晶的电光效应。
MZI型热光开关
MZI型光开关包括一个MZI和两个3dB耦合器，两个波导臂具有相同 的长度，在MZI的干涉臂上，镀上金属薄膜加热器形成相位延时器， 波导一般生成在硅基底上，硅基底还可看作一个散热器。波导上的 热量通过它来散发出去。 3dB定向耦合器
I2
O1(不加热)
Δn
I1
L
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
O2(加热)
热光移相器(薄膜加热)
液晶光开关通过电场控制液晶分子的方向实 现开关功能。其典型工作原理如图
2.9
半导体光放大器开关
半导体光放大器开关利用半导体光放大器 （Semiconductor Optical Amplifier，简写为 SOA）的放大特性，实现特定波长的交换。 半导体光放大器（SOA）是采用通信用激光 器相类似的工艺制作而成的一种行波放大器， 当偏置电流低于振荡阈值时，激光二极管就 能对输入相干光实现光放大作用。