光开关主要性能指标及各类光开关比较

光开关主要性能指标及各类光开关比较

【内容摘要】：前面已经讲到光开关是光交换的关键器件，其主要任务是切换光路，是全光网中全光交换的核心器件。本文讲述如何评价光开关质量优劣的主要性能参数并对现有光开关作一定的比较，希望帮助读者对光开关有一个更好的理解。

【关键字】：光开关 性能参数 质量比较

【正文】：

一、 光开关的主要性能参数

1、开关时间：开关时间是光开关的主要指标。不同的应用场合,对光开关的开关时间要求不同。如下图是实现一些特定功能对光开关的时间需求：

2、损耗：光信号通过光开关时，将伴随着能量损耗。依据功率预算设计网络时，光开关及其级联损耗对网络性能的影响很大。损耗和干扰将影响到功率预算。光开关损耗产生的原因主要有两个：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。在这里主要强调插入损耗。

插入损耗：光信号通过连接器之后，其输出光功率相对输入光功率的比率的分贝数。

其中Pin 为进入开关的光功率，Pout 为出开关的光功率。

一个好的光开关要求有较低的插入损耗。

10lg (dB)out in

P IL P =-

3、光路回波损耗：反射损耗，光纤连接处，后向反射光相对输入光的比率的分贝数：

其中Pt 表示回射波的功率，Pl 表示入射波的功率。

光路回波损耗是源于光开关与电缆链路中由于阻抗不匹配而产生反射的而造成的损耗。

4、交换矩阵的大小：光开关交换矩阵的大小反映了光开关的交换能力。光开关处于网络不同位置，对其交换矩阵大小要求也不同。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。

HP/Agilent Bubble 开关阵列

5、交换速度：交换速度是衡量光开关性能的重要指标。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。如SDH/SONET 来说，因故障而重新选路时，50ms 的交换时间几乎可以使上层感觉不到。当交换时间到达ns 量级时，可以支持光互联网的分组交换。这对于实现光互联网是十分重要的。

6、升级能力：基于不同原理和技术的光开关，其升级能力也不同。一些技术允许运营商根据需要随时增加光开关的容量。很多开关结构可容易地升级为8×8或32×32，但却不能升级到成百或上千的端口，因此只能用于构建OADM 或城域网的OXC ，而不适用于骨干网上。

7、可靠性：光开关要求具有良好的稳定性和可靠性。在某些极端情况下，光开关可能需要完成几千几万次的频繁动作。有些情况（如保护倒换），光开关倒换10lg (dB)R in P RL P =-

的次数可能很少，此时，维持光开关的状态是更主要的因素。如喷墨气泡光开关，如何保持其气泡的状态是需要考虑的问题。

除此之外还有很多因素会影响光开关的性能，如光开关之间的串扰、隔离度、消光比等都是影响网络性能的重要因素。

二、各类光开关的比较

在这部分我将分析现在市场上主要的几种光开关技术及其优缺点、技术发展状况。

l、微电机械光开关MEMS

基于镜面的MEMS是一种受静电控制的二维或三维

器件，安装在机械底座上。MEMS器件的结构很像硅

IC的结构，它的基本原理就是通过静电的作用使可以

活动的微镜面发生转动，从而改变入射光的传播方向。

优点：

·MEMS可以利用lC工艺成批艇工技术来生产，制造

过程可能包括多工序的复杂工艺，但是它可以批量生

产，所以单个成本并不高。

·多个子系统可以连接起来形成大的交叉矩阵，最大可以达到512×512端口。·不受光信号的格式、波长、协议、调制方式、偏振传输方向的限制

缺点：

·开关时间比较慢；

·可靠性低：由于MEMS开关是通过镜面的机械转动来改变光路的传输方向，所以任何机械摩擦、磨损以及振动都可能使它的可靠性降低。

·损耗较大，OMM公司4×4光开关的插损可能达到3 dB，16×16矩阵的插损增加到7dB。随着连接的子系统数目的增加，插损也随之增加。

·插损变化大，由于光束在MEMS系统中可能沿着不同的路径传输，各种路径的传输距离也可能不同，结果导致端到端的插损可能因为光传输的路径不同而变化。OMM公司16×16 MEMS矩阵中的插损变化可能达烈3dB，尽管在小的子系统中这种变化很小。

·MEMS的功耗比其他几种光开关的功耗要大。

MEMS技术在其他工业领域已经得到很广泛的应用；在电信领域，MEMS

解决方案似乎已经是主要潮流，受到业界的推崇和追捧。

目前主要供应商包括OMM、Lucent、Nortel、IMM、Cronos、Menscap、Calient等。

2、喷墨气泡光开关

Agilent通过综合他们的热喷墨打印和硅平面光波电路两种技术，开发出一种

二维光交叉连接系统。该设备由许多交叉的

硅波导和位于每个交叉点的刻痕组成，刻痕

里填兖一种折射率匹配的液体用以允许缺

省条件下的无交换传输。当有入射光

照入并需要交换时，一个热敏硅片会在液体

中产生一个小泡，小泡将光从入射波导中的

光信号全反射至输出波导。Agilent把这种技

术称为“光子交换平台”。

优点：

·升级能力高：Agilent公司已经制造出32×32和32×16端口光开关子系统，并且可以把这些子系统连接起来组成更大的交换矩阵(具体能做到多大还得有待究人员的证实)。

·开关时间短：Agilent公司声称，他们的光开关响应时问远小于l0ms，可以用于光纤保护倒换。

·这种光开关对偏振相关损耗和偏振模色散都不敏感。

·这种光开关的可靠性很好，开关几百万次都没有出现问题。由于器件本身没有可活动部件，因此可以远远满足电信应用中时间可靠性要求。

·可大批量生产，利用成熟的硅平面光波电路技术，使光纤的耦合变成一种标准的流程，同时大大降低了这种光开关器件的成本。

这种光开关可以应用在光上下复用设备中，实觋任意一根光纤或单波长的上下路。也可以用于光交叉连接设备中，由于子系统中任意一根波导可以连接到另外一根波导上，所以，由其组成的网络具有很好的重构性。

目前供应商有Agilent公司。

3、液晶光开关