现代交换原理 教学课件 作者李生红 第9章 光交换.ppt

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1、第9章光交换9.1光交换概述9.2典型光交换元器件9.3光交换技术分类9.4典型光路光交换9.5典型分组光交换9.6光交换机9.1光交换概述在通信领域中，传统的交换技术属于电交换，网络中交换机接续的信号是电信号。对于这种交换机，如果传输线路采用目前已经得到广泛使用的光纤传输光信号，则需要在交换机的输入端进行光-电转换，交换机内部对电信号进行接续，输出端口进行电-光转换。近二十多年来，光纤技术得到了飞速发展，光纤传输系统已经得到了商业化的生产和应用。然而电交换系统的处理能力远未匹配高速的光纤传输能力，已经成为限制网络高速通信的

2、一大瓶颈。为了克服上述局限性，光交换日益受到人们的关注。所谓光交换，即是对光纤传来的光信号直接进行交换接续。它是直接对光信号进行高速接续，所以其能够很好地匹配光纤传输能力，克服电交换系统的瓶颈效应，进而可以显著提升整个通信网络的通信能力。9.2典型光交换元器件一、光开关构成一个光交换系统最简单的方法是使用光开关。光开关接通或断开的是光信号。可以作为光开关的交换元器件种类繁多，下面主要介绍半导体光放大器、耦合波导开关和硅衬底平面光波导开关三种光开关元器件。9.2典型光交换元器件一、光开关1、半导体光放大器半导体光放大器可以对输

3、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”。当偏置信号不为零时，输入光信号就会出现在输出端上，相当于让光信号“导通”。这种半导体放大器可以用作光开关，如图。9.2典型光交换元器件一、光开关2、耦合波导开关半导体光放大器开关具有一个输入端和上个输出端，而耦合波导开关除一个控制电极外，却具有两个输入端和两个输出端，耦合波导开关的结构和工作模式如图所示。9.2典型光交换元器件一、光开关3、硅衬底平面光波导开关硅衬底平面光

4、波导开关是一个2×2硅衬底平面光波导开关器件，它具有马赫-曾德尔于涉仪（MZT）结构形式，包含两个3dB定向耦合器和两个长度相等的波导臂，波导芯和包层的折射率差只有0.3%，波导芯尺寸为8um×8um包层厚50um。9.2典型光交换元器件二、光耦合器光耦合器用于对一个或者多个输入端的光信号进行分配，之后从多个或者一个输出端送出。一些典型的光耦合器有X型耦合器、T型耦合器、星型耦合器、光波分复用/解复器等，其基本结构示意图如图所示。9.2典型光交换元器件三、波长转换器在光通信中最直接的波长变换是光/电/光变换，即把波长为的输入

5、光信号，由光电探测器转变为电信号，然后再去驱动波长为的输出激光器。9.2典型光交换元器件四、光缓存器1、基于光纤延迟的缓存器基于光纤延迟的缓存器是依靠光信号在光纤上传输的延迟时间来达到光信号存储的目的。代表性的有延迟线型缓存器、光纤环型缓存器、反射光纤(FP腔)型缓存器，原理如下图所示。9.2典型光交换元器件四、光缓存器2、光学双稳态存储型缓存器光学双稳态存储型缓存器是基于一些光学器件的构成介质具有双稳态特性来实现的。基于双稳态激光二极管的光存储器。9.2典型光交换元器件四、光缓存器2、光学双稳态存储型缓存器上图给出了一个基

6、于双稳态激光二极管所构成的存储器实例。该存储器由一个带有串列电极InGaAsP/InP双非均匀波导构成，其中，串列电极是一个被沟道隔离开的两个电流注入区，该沟道没有电流注入，其具有饱和吸收区的作用，该吸收区能够抑制双稳态触发器的自激振荡，使器件产生输入-输出滞后特性；I0是激活电流，用于达到维持连续振荡的目的；I1为控制电流，用于调整双稳态触发器的特性。9.3光交换技术分类一、从交换方式角度分类从交换方式角度来看，光交换技术可以分为：1）光路光交换以整个光纤链路或者整个波长通道作为交换对象，典型的技术包括空分光交换、时分光交

7、换、频分/波分光交换、自由空间光交换、码分光交换、混合光交换等2）分组光交换是以通道上的各数据包作为交换对象。典型技术包括光分组交换、光突发交换、光标记分组交换、光子时隙路由、ATM光交换和多粒度光交换等。相对来说，光路光交换比分组光交换出现的要早，一些光路光交换技术也比较成熟，但目前有关这两类交换的研发工作都还处于继续进行中，分组光交换的研发工作尤其如此。9.3光交换技术分类二、从控制方式角度分类从控制方式角度来看，光交换主要可以划分：1）电控光交换电控光交换以电信号驱动/控制光通信信号的接续，2）光控光交换。光控光交换是

8、以光信号驱动/控制光通信信号的接续。目前，电控光交换在光交换领域中是主要采用方式。但由于其仍存在响应速度相对较慢的固有局限性，因此，这种方式必然会被响应速度更快的光控光交换所取代。光控光交换实际上是实现了全光交换功能。9.3光交换技术分类三、从介质方式角度分类根据其使用的介质材料不同，可分