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1、全光通信网中的波长变化技术n n全光通信网的概述n n一级学科和二级学科n n全光网是通信网发展的目标n n全光通信网的五大关键技术n n全光通信网的波长变换技术全光通信网n n中文名称：全光网中文名称：全光网n n英文名称：英文名称：all-opticalall-opticalnetwork;network;n n定义：定义：信号只是在进出网络信号只是在进出网络时才进行电光和光电时才进行电光和光电转换转换,而在网络中传输而在网络中传输和交换的过程信号始和交换的过程信号始终以光的形式存在终以光的形式存在 n n所属学科：通信科技所属学科：通信科技（一级学科）；光纤（一级学科）；光纤传输与接入（
2、二级学传输与接入（二级学科）科）一级学科和二级学科n n我国高等学校本科教育专业设置按我国高等学校本科教育专业设置按“学科门类学科门类”、“学科大类（一级学科）学科大类（一级学科）”、“专业专业”（二级学（二级学科）三个层次来设置。科）三个层次来设置。按照国家按照国家19971997年颁布年颁布授授予博士、硕士学位和培养研究生的的学科、专业予博士、硕士学位和培养研究生的的学科、专业目录目录，分为哲学、经济学、法学、教育学、文，分为哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、军事学学、历史学、理学、工学、农学、医学、军事学和管理学和管理学1212大门类，每大门类下设若干一级
3、学科，大门类，每大门类下设若干一级学科，如理学门类下设数学、物理、化学等如理学门类下设数学、物理、化学等1212个一级学个一级学科。科。一级学科再下设若干二级学科，如数学下设一级学科再下设若干二级学科，如数学下设基础数学、计算数学等基础数学、计算数学等5 5个二级学科。个二级学科。一级学科：一级学科：一级学科：一级学科：物理学：物理学：物理学：物理学：理论物理、粒子物理与原子核物理、原理论物理、粒子物理与原子核物理、原子与分子物理子与分子物理、等离子体物理、等离子体物理、凝聚态物理、凝聚态物理、声学、声学、光学、无线电物理。光学、无线电物理。立身要高一步 处世须退一步n n博士、硕士学位就授至
4、二级学科，一般意义上的博士、硕士学位就授至二级学科，一般意义上的博硕士点数指的就是可以授予博士和硕士学位的博硕士点数指的就是可以授予博士和硕士学位的二级学科的数目。二级学科的数目。所谓获得一级学科博士学位授所谓获得一级学科博士学位授权，即是指在这个一级学科下的所有二级学科都权，即是指在这个一级学科下的所有二级学科都有博士学位授予权，也就意味着，一个学生只要有博士学位授予权，也就意味着，一个学生只要选择了这个学科中的任何一个专业，进了校门就选择了这个学科中的任何一个专业，进了校门就可以从本科一直念到博士。这能反映出一个大学可以从本科一直念到博士。这能反映出一个大学或科研院所在这个学科的实力和水平
5、。但要看这或科研院所在这个学科的实力和水平。但要看这个学科是否全国领先，就要看它里面的二级学科个学科是否全国领先，就要看它里面的二级学科有没有国家重点学科以及重点学科的多少。有没有国家重点学科以及重点学科的多少。我国我国高校学位点高校学位点(硕士硕士)的申报一般是依托二级学科来的申报一般是依托二级学科来进行的，学位点申报成功后，也多设在二级学科进行的，学位点申报成功后，也多设在二级学科之下。重点学科基本属于二级学科范畴。之下。重点学科基本属于二级学科范畴。苦中有乐 乐中有苦n n几何光学几何光学:是从几个由实验得来的基本原理出发，来研究光的传播问题的学科。它利用光线的概念、折射、反射定律来描述
6、光在各种媒质中传播的途径，它得出的结果通常总是波动光学在某些条件下的近似或极限。n n量子光学量子光学:量子光学是以辐射的量子理论研究光的产生、传输、检测及光与物质相互作用的学科。人死留名 豹死留皮n n物理光学物理光学物理光学物理光学:是从光的波动性出发来研究光在传播过是从光的波动性出发来研究光在传播过程中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。程中所发生的现象的学科，所以也称为波动光学。波动光学的基础就是经典电动力学的麦克斯韦方波动光学的基础就是经典电动力学的麦克斯韦方程组。波动光学不详论介电常数和磁导率与物质程组。波动光学不详论介电常数和磁导率与物质结构的关系，而侧重于解释光波的表现规律
7、。波结构的关系，而侧重于解释光波的表现规律。波动光学可以解释光在散射媒质和各向异性媒质中动光学可以解释光在散射媒质和各向异性媒质中传播时现象，以及光在媒质界面附近的表现；也传播时现象，以及光在媒质界面附近的表现；也能解释色散现象和各种媒质中压力、温度、声场、能解释色散现象和各种媒质中压力、温度、声场、电场和磁场对光的现象的影响。电场和磁场对光的现象的影响。全光网是通信网发展的目标 n n第一个阶段为全光传送网，即在点对点光纤传输第一个阶段为全光传送网，即在点对点光纤传输系统中，全程不需要任何光电和电光的转换。系统中，全程不需要任何光电和电光的转换。长距离传输完全靠光波沿光纤传播，称为发端与长距
8、离传输完全靠光波沿光纤传播，称为发端与收端间点对点全光传输。收端间点对点全光传输。n n第二个阶段为完整的全光网。在完成上述用户间第二个阶段为完整的全光网。在完成上述用户间全程光传送网后，有不少的信号处理、储存、交全程光传送网后，有不少的信号处理、储存、交换以及多路复用分用、进网出网等功能都要换以及多路复用分用、进网出网等功能都要由光子技术完成。完成端到瑞的光传输。交换和由光子技术完成。完成端到瑞的光传输。交换和处理等功能，这是全光网发展的第二阶段，即完处理等功能，这是全光网发展的第二阶段，即完整的全光网。整的全光网。全光通信网的五大关键技术n n关键技术一关键技术一 光交叉连接光交叉连接(O
9、XC)(OXC)n nOXCOXC是全光网中的核心器件，它与光纤组成了是全光网中的核心器件，它与光纤组成了一个全光网络。一个全光网络。OXCOXC交换的是全光信号，它在网交换的是全光信号，它在网络节点处，对指定波长进行互连，从而有效地利络节点处，对指定波长进行互连，从而有效地利用波长资源，实现波长重用，也就是使用较少数用波长资源，实现波长重用，也就是使用较少数量的波长，互连较大数量的网络节点。当光纤中量的波长，互连较大数量的网络节点。当光纤中断或业务失效时，断或业务失效时，OXCOXC能够自动完成故障隔离、能够自动完成故障隔离、重新选择路由和网络重新配置等操作，使业务不重新选择路由和网络重新配
10、置等操作，使业务不中断。中断。天道酬勤 宁静致远n n关键技术二关键技术二关键技术二关键技术二n n光分插复用光分插复用(OADM)OADM(OADM)OADM具有选择性，可以具有选择性，可以从传输设备中选择下路信号或上路信号，也可仅从传输设备中选择下路信号或上路信号，也可仅仅通过某个波长信号，但不要影响其他波长信道仅通过某个波长信号，但不要影响其他波长信道的传输。的传输。OADMOADM在光域内实现了在光域内实现了SDHSDH（同步数字体（同步数字体系）中的分插复用器在时域内完成的功能，且具系）中的分插复用器在时域内完成的功能，且具有透明性，可以处理任何格式和速率的信号，能有透明性，可以处理
11、任何格式和速率的信号，能提高网络的可靠性，降低节点成本，提高网络运提高网络的可靠性，降低节点成本，提高网络运行效率，是组建全光网必不可少的关键性设备。行效率，是组建全光网必不可少的关键性设备。有一分热 发一分光 n n关键技术三关键技术三关键技术三关键技术三全光网的管理、控制和运作全光网的管理、控制和运作 n n全光网对管理和控制提出了新的问题：全光网对管理和控制提出了新的问题：现行的传输系统现行的传输系统(SDH)(SDH)有自定义的表示故障状态监控的协议，这就存在着有自定义的表示故障状态监控的协议，这就存在着要求网络层必须与传输层一致的问题；要求网络层必须与传输层一致的问题；由于表示网络状
12、由于表示网络状况的正常数字信号不能从透明的光网络中取得，所以存在况的正常数字信号不能从透明的光网络中取得，所以存在着必须使用新的监控方法的问题；着必须使用新的监控方法的问题；在透明的全光网中，在透明的全光网中，有可能不同的传输系统共享相同的传输媒质，而每一不同有可能不同的传输系统共享相同的传输媒质，而每一不同的传输系统会有自己定义的处理故障的方法，这便产生了的传输系统会有自己定义的处理故障的方法，这便产生了如何协调处理好不同系统、不同传输层之间关系的问题。如何协调处理好不同系统、不同传输层之间关系的问题。从现阶段的从现阶段的WDMWDM全光网发展来看，网络的控制和管理要全光网发展来看，网络的控
13、制和管理要比网络的实现技术更具挑战性，网络的配置管理、波长的比网络的实现技术更具挑战性，网络的配置管理、波长的分配管理、管理控制协议、网络的性能测试等都是网络管分配管理、管理控制协议、网络的性能测试等都是网络管理方面需解决的技术。理方面需解决的技术。之所以能 是相信能 n n关键技术四：关键技术四：关键技术四：关键技术四：光交换技术光交换技术 n n光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技光交换技术可以分成光路交换技术和分组交换技术。光路交换又可分成术。光路交换又可分成3 3种类型，即空分（种类型，即空分（SDSD）、）、时分（时分（TDTD）和波分）和波分/频分（频分（WD/FDWD/FD
14、）光交换，以）光交换，以及由这些交换形式组合而成的结合型。其中空分及由这些交换形式组合而成的结合型。其中空分交换按光矩阵开关所使用的技术又分成两类，一交换按光矩阵开关所使用的技术又分成两类，一是基于波导技术的波导空分，另一个是使用自由是基于波导技术的波导空分，另一个是使用自由空间光传播技术的自由空分光交换。光分组交换空间光传播技术的自由空分光交换。光分组交换中，异步传送模式是近年来广泛研究的一种方式。中，异步传送模式是近年来广泛研究的一种方式。退即是进 与即是得n n关键技术五：关键技术五：全光中继技术n n在传输方面，光纤放大器是建立全光通信网的核心技术之一。DWDM系统的传统基础是掺饵光纤
15、放大器（EDFA）。光纤在1.55m窗口有一较宽的低损耗带宽（3OTHz），可以容纳DWDM的光信号同时在一根光纤上传输。美国和欧盟的全光网发展举措美国和欧盟的全光网发展举措n n为开发先进的光纤通信网络，美国国防部高级研究计划署为开发先进的光纤通信网络，美国国防部高级研究计划署DARPADARPA资助了宽带信息基础技术资助了宽带信息基础技术(BIT)(BIT)研究计划，研究计划，BITBIT计划计划的核心是多波长光网络的核心是多波长光网络MONETMONET项目，它是一个建立在波项目，它是一个建立在波分复用基础上的美军未来全球多波长网络试验床，其目标分复用基础上的美军未来全球多波长网络试验床
16、，其目标是推进、演示和使各种网络结构、先进技术和网络管理集是推进、演示和使各种网络结构、先进技术和网络管理集成在一起，以实现大容量、高性能、经济、可靠的多波长成在一起，以实现大容量、高性能、经济、可靠的多波长全国全国(或全球或全球)透明光网，供商业和政府通信之用。透明光网，供商业和政府通信之用。n n欧盟也资助了欧洲先进通信研究和技术发展欧盟也资助了欧洲先进通信研究和技术发展(RACE)(RACE)计划以计划以及先进通信技术和业务及先进通信技术和业务(ACTS)(ACTS)研究计划。欧盟资助的研究计划。欧盟资助的ACTSACTS研究计划中，光技术领域由多个项目组成，其重点研究计划中，光技术领域
17、由多个项目组成，其重点放在实验演示上，同时对不同的光网络和相关器件进行研放在实验演示上，同时对不同的光网络和相关器件进行研究。究。中国：上海率先跨入全光通信时代中国：上海率先跨入全光通信时代n n上海在全国率先跨入了全光通信的商业化运营时代。由上上海在全国率先跨入了全光通信的商业化运营时代。由上海科技网升级改造的上海全光通信示范网正平稳顺利运行，海科技网升级改造的上海全光通信示范网正平稳顺利运行，863863高科技成果实现产业化。高科技成果实现产业化。n n上海科技网完成全光化改造后，单根光纤传输总带宽上海科技网完成全光化改造后，单根光纤传输总带宽达到达到40Gb/s40Gb/s，是原来，是原
18、来ATMATM网（网（ATMATM中文名为中文名为“异步传输模异步传输模式式”，它的开发始于，它的开发始于7070年代后期。年代后期。ATMATM是一种较新型的单是一种较新型的单元交换技术，同以太网、令牌环网、元交换技术，同以太网、令牌环网、FDDIFDDI网络等使用可变网络等使用可变长度包技术不同，长度包技术不同，ATMATM使用使用5353字节固定长度的单元进行交字节固定长度的单元进行交换。它是一种交换技术，它没有共享介质或包传递带来的换。它是一种交换技术，它没有共享介质或包传递带来的延时，非常适合音频和视频数据的传输延时，非常适合音频和视频数据的传输)155)155兆带宽的兆带宽的256
19、256倍，倍，1 1秒钟内可输送相当于秒钟内可输送相当于2.52.5亿个汉字的信息，做到了名亿个汉字的信息，做到了名副其实的副其实的“海量海量”传输。传输。全光网中的波长变换技术n n在含有波长变换器的网络中，光通道能在不同的链路上用在含有波长变换器的网络中，光通道能在不同的链路上用不同的波长而建立，从而大大提高网络的灵活性，消除光不同的波长而建立，从而大大提高网络的灵活性，消除光通道的波长冲突。引入波长变换技术，可以实现波长的再通道的波长冲突。引入波长变换技术，可以实现波长的再利用，更有效地进行路由的选择，降低网络阻塞率，提高利用，更有效地进行路由的选择，降低网络阻塞率，提高WDMWDM网的
20、灵活性和可扩充性。网的灵活性和可扩充性。n n最初的波长变换器是光最初的波长变换器是光/电电/光型波长变换器，即光信号经光型波长变换器，即光信号经光光/电转换成电信号，电信号再调制所需波长的激光器，电转换成电信号，电信号再调制所需波长的激光器，是目前一种非常成熟的波长变换器，可实现是目前一种非常成熟的波长变换器，可实现3R(3R(定时、再定时、再生、整形生、整形)功能，且具有输入动态范围较大、不需光滤波功能，且具有输入动态范围较大、不需光滤波器、对输入偏振不敏感等许多优点，但由于器、对输入偏振不敏感等许多优点，但由于EDFAEDFA在光纤在光纤通信系统中的大量使用以及光电变换中的电子瓶颈问题，
21、通信系统中的大量使用以及光电变换中的电子瓶颈问题，为了尽量保持光层的透明性，避免光为了尽量保持光层的透明性，避免光/电变换，因此现在电变换，因此现在主要致力于全光波长变换器的研究。主要致力于全光波长变换器的研究。作事勿太苦 待人勿太枯n n目前已提出的全光波长变换技术主要有基于半导目前已提出的全光波长变换技术主要有基于半导体光放大器的交叉增益体光放大器的交叉增益(XGM)(XGM)调制、交叉相位调制、交叉相位(XPM)(XPM)调制、四波混频调制、四波混频(FWM)(FWM)效应，基于非线性光效应，基于非线性光学环境学环境(NOLM)(NOLM)，基于光纤中的四波混频，基于光纤中的四波混频(F
22、WM)(FWM)效应效应及基于激光器来实现波长变换。其中基于交叉增及基于激光器来实现波长变换。其中基于交叉增益益(XGM)(XGM)调制的波长变换技术是目前研究最深入，调制的波长变换技术是目前研究最深入，也是最成熟的技术。也是最成熟的技术。n n利用激光器来实现波长变换的方法很多，其中有利用激光器来实现波长变换的方法很多，其中有基于光纤光栅外腔半导体激光基于光纤光栅外腔半导体激光(FBG-ECL)(FBG-ECL)的波长变的波长变换、基于光纤激光器的波长变换以及基于可饱和换、基于光纤激光器的波长变换以及基于可饱和吸收体的波长变换。吸收体的波长变换。读心中之名文读心中之名文听本真之妙曲听本真之妙曲谢谢谢谢