文摘:本文对全光网络中的光开关技术进行了讨论和研究。下一代光通信网络发展的关键在于其光器件技术的突破。为了克服光网络节点处理的速度瓶颈,实现全光组网,高效传输和交换IP业务,必须积极研究和开发新型光设备。光开关技术等关键光器件技术的突破是构建全光网络的关键。
关键词:全光网络、光开关、光器件
(1) 导言
随着以IP为代表的数据业务的爆炸性增长,出现了新的高速和大容量传输技术,以满足网络不断增长的带宽需求。随着带宽和通信容量的快速增长,网络最终将向全光网络发展。全光网络(AON)是指用户之间的信号传输和交换都采用光技术,即从源节点到目的节点的数据传输过程在光域中进行。在全光网络中,不需要处理电信号,因此允许各种协议和编码形式,信号传输是透明的。
在传统的光-电-光骨干网络节点中,特别是集线器节点,通常约70-80%的流量是直通的。为了处理少量的交通,它们都必须经过光电转换,将着陆光信号转换成电信号,交换和路由它们,然后将它们转换成光信号并发送到适当的光路。这种电处理技术极大地限制了WDM技术的优势,降低了网络节点甚至网络的吞吐量,形成了“电子瓶颈”。考虑到当前网络的运行情况,为了进一步克服“电子瓶颈”现象,全光网络应运而生。
全光网络是一种高速宽带通信网络。DWDM技术用于扩展干线上的容量,光分插复用器(OADM)和光交叉连接器(OXC)用于实现交叉节点。由于光通信网络发展的每一步都离不开一些关键光器件技术的成果,因此,如果没有先进光器件技术支持,就不可能构建新一代全光网络。可以说,未来能否建成新一代全光网络,取决于关键的光器件技术。
(2) 光开关技术
在全光网络的各种设备和设备中,光交叉连接设备(OXC)和光分插复用设备(OADM)可以说是全光网络中的核心设备技术。全光交叉连接OXC和分插复用OADM设备的开发已成为建设大容量通信干线网络的一项非常紧迫的任务。光开关和光开关阵列是OXC和OADM的核心技术。随着光通信技术的快速发展,新的光网络核心设备技术也对光交换机提出了更高的要求。在光开关的技术指标方面,要求光开关器件具有更高的工作速度、更低的插入损耗和更长的工作寿命[1];在设备体积方面,由于全光网络单元设备的增加,为了使设备小型化,要求设备具有更高的集成度;在成本方面,由于网络的扩展,所需的设备将大大增加,这也带来了光网络设备的高成本。因此,必须采取技术措施,开发新技术,降低光学器件的成本,以便被用户接受。传统方法制造的光开关难以满足上述要求。
2.1 MEMS光开关技术
MEMS技术被认为是一项革命性技术,为光通信应用带来了一系列前所未有的MEMS研究热点[2,3]。这些研究被称为MOEMS(微光机电系统)。MEMS光开关的研究始于20世纪90年代中期。虽然起步晚,但发展迅速,有许多研究单位和研究人员。它已经成为最流行的光开关制造技术。贝尔实验室的“落板”光开关被称为世界上第一个具有实用价值的MEMS光开关;美国OMM公司的“交叉关”光开关被称为世界上第一个MEMS光开关。公司的小型阵列(4×4和8×8)光开关产品已进入实用阶段,超过32×32阵列光开关也在开发中;此外美国Onix公司也生产了基于微镜技术的光开关,其中微镜技术是该公司的专利技术。在MEMS光开关的制造中,国外的研究单位和公司大多采用MEMS平面技术。
在传统的光-电-光骨干网络节点中,特别是集线器节点,通常约70-80%的流量是直通的。为了处理少量的交通,它们都必须经过光电转换,将着陆光信号转换成电信号,交换和路由它们,然后将它们转换成光信号并发送到适当的光路。这种电处理技术极大地限制了WDM技术的优势,降低了网络节点甚至网络的吞吐量,形成了“电子瓶颈”。考虑到当前网络的运行情况,为了进一步克服“电子瓶颈”现象,全光网络应运而生。
全光网络是一种高速宽带通信网络。DWDM技术用于扩展干线上的容量,光分插复用器(OADM)和光交叉连接器(OXC)用于实现交叉节点。由于光通信网络发展的每一步都离不开一些关键光器件技术的成果,因此,如果没有先进光器件技术支持,就不可能构建新一代全光网络。可以说,未来能否建成新一代全光网络,取决于关键的光器件技术。
(2) 光开关技术
在全光网络的各种设备和设备中,光交叉连接设备(OXC)和光分插复用设备(OADM)可以说是全光网络中的核心设备技术。全光交叉连接OXC和分插复用OADM设备的开发已成为建设大容量通信干线网络的一项非常紧迫的任务。光开关和光开关阵列是OXC和OADM的核心技术。随着光通信技术的快速发展,新的光网络核心设备技术也对光交换机提出了更高的要求。在光开关的技术指标方面,要求光开关器件具有更高的工作速度、更低的插入损耗和更长的工作寿命[1];在设备体积方面,由于全光网络单元设备的增加,为了使设备小型化,要求设备具有更高的集成度;在成本方面,由于网络的扩展,所需的设备将大大增加,这也带来了光网络设备的高成本。因此,必须采取技术措施,开发新技术,降低光学器件的成本,以便被用户接受。传统方法制造的光开关难以满足上述要求。