第五章_光纖制造工藝和光器件第一頁(yè)，共122頁(yè)。光纖的制造工藝原料(SiO2和摻雜物質(zhì))制作預(yù)制棒對(duì)檢驗(yàn)合格的預(yù)制棒進(jìn)行拉絲原料檢驗(yàn)成品預(yù)制棒檢驗(yàn)第二頁(yè)，共122頁(yè)。光纖預(yù)制棒的制作

光纖預(yù)制棒簡(jiǎn)稱光棒，是一種在橫截面上有一定折射率分布和芯/包比的的透明的石英玻璃棒。根據(jù)折射率的不同光棒可從結(jié)構(gòu)上分為芯層和包層兩個(gè)部分，其芯層的折射率較高，是由高純SiO2材料摻雜折射率較高的高純GeO2材料構(gòu)成的，包層由高純SiO2材料構(gòu)成。

光纖預(yù)制棒制造技術(shù)是光纖制作工藝的核心，光纖的制作方法取名于預(yù)制棒的制造方法。第三頁(yè)，共122頁(yè)。光纖預(yù)制棒的制作制作方法四十年來(lái)，發(fā)展出很多種光纖制造工藝，經(jīng)淘汰選擇，目前比較流行且保持批量生產(chǎn)的有四種。OVDVADMCVDPCVD外部氣相沉積法；

氣相軸相沉積法；

改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積法；

等離子化學(xué)氣相沉積法。

外包技術(shù)。第四頁(yè)，共122頁(yè)。拉絲第五頁(yè)，共122頁(yè)。拉絲

拉伸爐使預(yù)制棒在高溫下(2000~22000C)熔融，在重力的作用下往下垂，并形成細(xì)絲，經(jīng)直徑監(jiān)控設(shè)備檢測(cè)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，(最初的一滴熔融熱玻璃從預(yù)制棒的底部拉出，延展成光纖的起點(diǎn)，一般情況這一起始段都是廢品)，就可以穿過(guò)涂覆器，這樣光纖表面就涂上了保護(hù)層。再經(jīng)過(guò)紫外固化爐的固化，涂層就緊密結(jié)合在光纖表面，涂覆后的光纖由牽引輪牽引收到線軸上。

正確地控制拉絲溫度、收絲速度是至關(guān)重要的。

第六頁(yè)，共122頁(yè)。成品光纖的測(cè)試：性能測(cè)試：帶寬、損耗、拉力強(qiáng)度等。光纖的外徑為125±1μm，涂覆后的直徑為250±10μm。單模光纖的波段劃分(單位：nm)O(原始)波段:1260-1360E(擴(kuò)展)波段:1360-1460S(短)波段:1460-1530C(常規(guī))波段:1530-1560L(長(zhǎng))波段:1560-1625U(超長(zhǎng))波段:1625-1675第七頁(yè)，共122頁(yè)。其他材料制作的光纖(1)多組分玻璃光纖：特點(diǎn)是纖芯-包層折射率變化范圍大，NA大，但材料損耗大；(2)塑料光纖：成本低，但損耗很大，溫度性能差；(3)中紅外光纖：大于1.55um散射損耗低；(4)液芯光纖：纖芯為液體，可以滿足特殊需要；(5)晶體光纖：纖芯為晶體，可用于制造各種有源和無(wú)源光器件。第八頁(yè)，共122頁(yè)。***自聚焦透鏡（GradeindexLens）

漸變折射率材料有徑向漸變和軸向漸變折射率材料，自聚焦透鏡是使用徑向漸變折射率材料制成的透鏡，其折射率分布式沿徑向漸變的柱狀光學(xué)透鏡。具有準(zhǔn)直、聚焦和成像功能。光線在空氣中傳播當(dāng)遇到不同介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)的折射率不同會(huì)改變其傳播方向。傳統(tǒng)的透鏡成像是通過(guò)控制透鏡表面的曲率，從而完成聚焦和成像功能的。自聚焦透鏡同普通透鏡(球透鏡)的區(qū)別在于，自聚焦透鏡材料不僅能夠使沿徑向傳輸?shù)墓猱a(chǎn)生折射，而且其沿徑向逐漸減小的折射率分布，能夠?qū)崿F(xiàn)出射光線被平滑且連續(xù)的匯聚到一點(diǎn)。第九頁(yè)，共122頁(yè)。1、均勻折射率分布材料2、依靠彎曲的光學(xué)界面實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像3、通過(guò)非球面來(lái)克服像差，提高成像質(zhì)量1、漸變折射率分布材料2、依靠光線軌跡的彎曲實(shí)現(xiàn)光學(xué)成像3、通過(guò)優(yōu)化折射率分布，提高成像質(zhì)量第十頁(yè)，共122頁(yè)。自聚焦光纖：折射率按平方分布的光纖－光纖的傳播軌跡為正弦曲線－經(jīng)一周期后又會(huì)聚到另一點(diǎn)。自聚焦透鏡原理上就是一段自聚焦光纖。不同點(diǎn)：芯徑大(2mm或更大)，長(zhǎng)度短(僅1~2個(gè)周期)，數(shù)值孔徑大(0.2~0.6，可由長(zhǎng)短決定大小)；制作工藝也不同，采用離子交換工藝。第十一頁(yè)，共122頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)：1、直徑小，體積微型化，焦距超短；2、端面平面，便于光學(xué)加工、系統(tǒng)調(diào)節(jié)；3、長(zhǎng)度和折射率改變可引起透鏡焦距和成像特性的變化，可以起幾個(gè)普通透鏡的作用；4、像差可通過(guò)改變透鏡材料組分和離子交換工藝來(lái)控制；5、還可用于彎曲傳像;6、光線軌跡為sin或cos曲線，可形成“自聚焦”。主要應(yīng)用：光纖通信中的光無(wú)源器件、復(fù)印傳真機(jī)、攝影物鏡、顯微物鏡和醫(yī)用內(nèi)窺鏡等。第十二頁(yè)，共122頁(yè)。自聚焦透鏡利用了梯度變折射率分布沿徑向逐漸減小的變化特征，其折射率變化由下式表述。N0——表示自聚焦透鏡的中心折射率A——表示自聚焦透鏡的折射率沿徑向分布的常數(shù)(聚焦參數(shù))，可以是A或。

折射率分布的簡(jiǎn)化表示：第十三頁(yè)，共122頁(yè)。自聚焦透鏡的重要特性：重要性能參數(shù)：焦距：f=-1/[n0A1/2sin(A1/2L)]聚焦參數(shù)：A=2D/a2數(shù)值孔徑：NA=n0(2D)1/2自聚焦透鏡的直徑：D節(jié)距：P=2p/A1/2，沿正弦軌跡傳播，完成一個(gè)正弦波周期的長(zhǎng)度即成為一個(gè)截距P；長(zhǎng)度Z——自聚焦透鏡的長(zhǎng)度為透鏡兩端面軸心間的距離

。

成像特性：與透鏡長(zhǎng)度有關(guān)：1/4節(jié)距透鏡1/2節(jié)距透鏡0.23節(jié)距透鏡0.29節(jié)距透鏡第十四頁(yè)，共122頁(yè)。0.25Plens:onaxis第十五頁(yè)，共122頁(yè)。0.25Plens：offaxis雙光纖準(zhǔn)直器,波分復(fù)用器件第十六頁(yè)，共122頁(yè)。0.23Plens：anglecompress第十七頁(yè)，共122頁(yè)。0.29Plens：faculacompress第十八頁(yè)，共122頁(yè)。自聚焦透鏡的應(yīng)用：(1)聚焦與準(zhǔn)直透鏡在聚焦時(shí)存在著結(jié)構(gòu)尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聚焦光斑大，不能再端面聚焦的缺點(diǎn)，但自聚焦透鏡在聚焦時(shí)克服了這些缺點(diǎn)。根據(jù)自聚焦透鏡的傳光原理，對(duì)于Z=1/4P節(jié)距的自聚焦透鏡，當(dāng)從一端面輸入是一束平行光時(shí)，經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡后光線匯聚在另一端面上，由球差理論可得自聚焦透鏡聚焦點(diǎn)光斑的尺寸公式為：R為焦點(diǎn)處光斑的半徑,NA為數(shù)值孔徑,f為焦距,N0為軸上的折射率。準(zhǔn)直是聚焦功能的逆向運(yùn)用，根據(jù)自聚焦透鏡的傳光原理，對(duì)于Z=1/4P節(jié)距的自聚焦透鏡，當(dāng)匯聚光從自聚焦透鏡一端面輸入時(shí)，經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡后會(huì)轉(zhuǎn)變成平行光線。第十九頁(yè)，共122頁(yè)。(2)光耦合

由于自聚焦透鏡可以通過(guò)水平端面完成聚焦功能，加之其簡(jiǎn)單圓柱外形，使得其在進(jìn)行光能量鏈接及轉(zhuǎn)換中有著很廣泛的用途，自聚焦透鏡的這種聚焦功能使其能夠應(yīng)用于多種光耦合場(chǎng)所，從而改善普通透鏡的光耦合效果。第二十頁(yè)，共122頁(yè)。為了達(dá)到更好的聚焦效果，會(huì)在平端面透鏡一端面加工一個(gè)1~3mm的曲面，此曲面與使得透鏡彌散斑小，因此球面自聚焦透鏡可減小聚焦光斑尺寸。第二十一頁(yè)，共122頁(yè)。L1為光源或光纖到自聚焦透鏡端面的距離，Z為自聚焦透鏡的長(zhǎng)度，L2為自聚焦透鏡端面到光纖的距離。為了使光源或光纖發(fā)出的光經(jīng)過(guò)自聚焦透鏡聚焦后能夠有效地耦合進(jìn)光纖，需要調(diào)節(jié)L1和L2的距離來(lái)達(dá)到最佳耦合效率。

第二十二頁(yè)，共122頁(yè)。準(zhǔn)直透鏡：

許多應(yīng)用中需要將光纖發(fā)出的發(fā)散光束變換為平行光束，可通過(guò)在光纖輸出端加一準(zhǔn)直透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)。

準(zhǔn)直透鏡是將光纖置于自聚焦透鏡的焦點(diǎn)上。經(jīng)自聚焦透鏡后，輸出端光束的半徑和發(fā)散角為其中為光纖纖芯半徑，為數(shù)值孔徑；Z為自聚焦透鏡的長(zhǎng)度，稱為透鏡的聚焦常數(shù)。第二十三頁(yè)，共122頁(yè)。上式中，若透鏡長(zhǎng)度Z取為節(jié)距的1/4時(shí)，，上式成為這表明，光束的束寬(半徑)正比于光纖的數(shù)值孔徑，而發(fā)散角正比于光纖纖芯半徑。單模光纖(芯徑10μm,數(shù)值孔徑0.1)：光束直徑為0.67mm，光束發(fā)散角為1.5mrad,是很好的平行光束。多模光纖(芯徑50μm,數(shù)值孔徑0.2)：光束直徑為1.33mm，光束發(fā)散角為7.5mrad,光束平行度稍差些。第二十四頁(yè)，共122頁(yè)。耦合透鏡：

將光源(LD或另一光纖輸出光)的功率有效地耦合進(jìn)入光纖時(shí)，可利用自聚焦透鏡作為耦合透鏡，將光纖置于自聚焦透鏡端面上，也可將多個(gè)自聚焦透鏡級(jí)聯(lián)。這時(shí)有式中，l是光源到透鏡前端面的距離；是經(jīng)透鏡輸出光光斑最大半徑；是經(jīng)透鏡輸出光束的張角；是光源半徑；是光源輸出光張角對(duì)應(yīng)的數(shù)值孔徑?？梢钥吹?，選擇合適的物距l(xiāng)值與透鏡長(zhǎng)度Z，與接收光纖參數(shù)匹配，可以使與盡可能地小，可取得最良好的耦合效果。第二十五頁(yè)，共122頁(yè)。(3)自聚焦透鏡成像自聚焦透鏡除了具備一般曲面透鏡的成像功能還具備端面成像的特性。對(duì)于P/2及1P截距的自聚焦透鏡其端面成像機(jī)理如圖2.5所示。P/2截距的自聚焦透鏡其端面成等大倒像，而1P截距的自聚焦透鏡其端面成等大正像。對(duì)于P/4截距的自聚焦透鏡物在無(wú)窮遠(yuǎn)處時(shí)象在其后端面（只要物距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于透鏡長(zhǎng)度時(shí)可理解為無(wú)窮遠(yuǎn)）。第二十六頁(yè)，共122頁(yè)。等高成像透鏡：

在復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、印刷機(jī)等成像光學(xué)系統(tǒng)中需要采用1：1成像系統(tǒng)。這時(shí)采用自聚焦透鏡最為簡(jiǎn)便，因?yàn)橐桓跃劢雇哥R可滿足正立、等倍、實(shí)像的條件。而普通透鏡至少需要三塊透鏡組合成復(fù)合透鏡。實(shí)際使用時(shí)，將物置于自聚焦透鏡物方主平面上，在像方主平面上就會(huì)成一個(gè)物等高的實(shí)像。透鏡長(zhǎng)度應(yīng)在半倍節(jié)距和一倍節(jié)距之間。采用自聚焦透鏡可使物象變換系統(tǒng)大大縮短物像共軛長(zhǎng)度。同時(shí)，它在整條直線上成像分辯率相同，可使整個(gè)視場(chǎng)的傳遞函數(shù)值比較均勻，從而提高成像質(zhì)量。第二十七頁(yè)，共122頁(yè)。光纖準(zhǔn)直器：

利用自聚焦透鏡構(gòu)成體積小巧的準(zhǔn)直器?；蛘吣嫦騻鬏敚瑢?shí)現(xiàn)聚焦功能，把平行光束聚焦到光纖傳輸。第二十八頁(yè)，共122頁(yè)。2.光環(huán)行器光環(huán)行器的基本工作原理:通過(guò)一系列端口沿一個(gè)方向傳送光信號(hào)。即:在端口1輸入的光信號(hào)只會(huì)在端口2輸出；在端口2輸入的光信號(hào)只會(huì)在端口3輸出；在端口3輸入的光信號(hào)只會(huì)在端口1輸出。方向性一般大于50dB。端口1端口2端口3第二十九頁(yè)，共122頁(yè)。-450+450-450+450+450+450+450+450端口1(只有輸入)端口2(輸出/輸入)端口3(輸出/輸入)端口4(只有輸出)+450+450+450+450-450+450-450+450+450+450-450+450+450+450:光束位移器:波片:法拉第旋轉(zhuǎn)片:垂直偏振:水平偏振第三十頁(yè)，共122頁(yè)。光束位移器:

由強(qiáng)雙折射材料(晶體)制成，它將不同偏振的光沿有微小差別的方向偏折。輸入光是非偏振的，但是進(jìn)入晶體后分成兩束，一束垂直偏振，另一束水平偏振；垂直偏振的一束向上偏折而水平偏振的一束直線通過(guò)。法拉第旋轉(zhuǎn)片:

對(duì)光的偏振面的旋轉(zhuǎn)具有非互異性，設(shè)計(jì)成正向通過(guò)時(shí)偏振面被旋轉(zhuǎn)+450角，反向通過(guò)時(shí)依然被旋轉(zhuǎn)+450角。波片片:

對(duì)光的偏振面的旋轉(zhuǎn)具有互異性，設(shè)計(jì)成正向通過(guò)時(shí)偏振面被旋轉(zhuǎn)+450角，反向通過(guò)時(shí)被旋轉(zhuǎn)-450角。第三十一頁(yè)，共122頁(yè)。第三十二頁(yè)，共122頁(yè)。光環(huán)行器的主要應(yīng)用光纖光柵型WDM；OADM以及其他波長(zhǎng)路由器件；雙向傳輸系統(tǒng)；光發(fā)射機(jī)1光發(fā)射機(jī)2光接收機(jī)1光接收機(jī)2122331第三十三頁(yè)，共122頁(yè)。光環(huán)行器的主要應(yīng)用反射鏡。第三十四頁(yè)，共122頁(yè)。3.光衰減器光衰減器是隨著光纖通信的發(fā)展出現(xiàn)的一種光器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)能量進(jìn)行預(yù)期地衰減，可用于光通信線路/系統(tǒng)的評(píng)估、研究以及調(diào)整、校正等。分類位移型光衰減器直接鍍膜型光衰減器(吸收膜或反射膜型光衰減器)衰減片型光衰減器液晶型光衰減器橫向位移型光衰減器縱向位移型光衰減器第三十五頁(yè)，共122頁(yè)。(1)位移型光衰減器橫向位移型光衰減器單模光纖的模場(chǎng)分布:光纖軸線橫向錯(cuò)位d后傳輸?shù)降诙鶈文９饫w的端面時(shí)，模場(chǎng)分布變化為:第三十六頁(yè)，共122頁(yè)。相對(duì)于第二根光纖纖芯，入射光束的模場(chǎng)分布發(fā)生了變化，帶來(lái)了由于模場(chǎng)失配產(chǎn)生的能量損失。忽略光纖的軸向間隙，橫向位移引起的光能量損耗為:因此，可以設(shè)計(jì)出相應(yīng)于不同損耗的橫向位移參數(shù)，并通過(guò)一定的機(jī)械定位方式予以實(shí)現(xiàn)，得到所需要的光衰減器。通常，橫向位移參數(shù)的數(shù)量級(jí)在微米量級(jí)，所以一般不用來(lái)制作可變衰減器，僅用于固定衰減器類型。第三十七頁(yè)，共122頁(yè)。軸向位移型光衰減器光纖端面的間隙s同樣也會(huì)帶來(lái)光能量的損失，也可以通過(guò)高斯光束失配的方法，求得由于光纖端面間的軸向間隙引起的光能量損失:在設(shè)計(jì)橫向位移型光衰減器時(shí)，只要用機(jī)械的方式將兩根光纖拉開(kāi)一定距離進(jìn)行對(duì)中，就可實(shí)現(xiàn)衰減的目的。這種類型的固定光衰減器可以看成是損耗大的光纖連接器，設(shè)計(jì)時(shí)通常與連接器的結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)考慮，外形也酷似光纖連接器。第三十八頁(yè)，共122頁(yè)。(2)直接鍍膜型光衰減器直接鍍膜型光衰減器通常的做法是直接在光纖端面鍍制金屬吸收膜或反射膜，利用吸收膜或反射膜來(lái)衰減光能量。(3)衰減片型光衰減器衰減片型光衰減器直接將具有吸收特性的衰減片固定在光纖的端面上或光路中，從而達(dá)到衰減光信號(hào)的目的。這種方法可以用來(lái)制作固定光衰減器，也可以用來(lái)制作可變光衰減器。第三十九頁(yè)，共122頁(yè)。衰減片型光衰減器的具體做法是通過(guò)機(jī)械裝置，將衰減片直接固定在準(zhǔn)直光路中，當(dāng)光信號(hào)經(jīng)過(guò)第一個(gè)光纖準(zhǔn)直器準(zhǔn)直后，通過(guò)衰減片時(shí)光能量被衰減，再經(jīng)過(guò)第二個(gè)光纖準(zhǔn)直器聚焦耦合到輸出光纖。使用不同衰減量的衰減片，就可以得到相應(yīng)衰減值的光衰減器。衰減片常用的材料主要有:紅外有色光學(xué)玻璃、晶體、光學(xué)薄膜和濾光片等。第四十頁(yè)，共122頁(yè)。衰減片型可變光衰減器衰減片型可變光衰減器可以分為三種:a雙輪式可變光衰減器(a)步進(jìn)式雙輪可變光衰減器盤(pán)1盤(pán)2衰減片第四十一頁(yè)，共122頁(yè)。這種結(jié)構(gòu)的光路采用平行光路，在光路中插入兩個(gè)具有固定衰減量的圓盤(pán)，不同衰減量的衰減片分別裝在兩個(gè)圓盤(pán)上，通過(guò)旋轉(zhuǎn)兩個(gè)這兩個(gè)圓盤(pán)，使兩個(gè)圓盤(pán)上的不同衰減片相互組合，即可獲得不同檔位的衰減量。衰減片可采用鍍膜或吸收型玻璃片制作。(b)連續(xù)可變雙輪式光衰減器步進(jìn)圓盤(pán)連續(xù)可變衰減片衰減片第四十二頁(yè)，共122頁(yè)。連續(xù)可變光衰減器的總體結(jié)構(gòu)和工作原理同雙輪式可變光衰減器相似。不同的是在衰減元件上做了相應(yīng)的設(shè)計(jì)變化，它由一個(gè)步進(jìn)圓盤(pán)和一片連續(xù)變化的衰減片組合而成。步進(jìn)圓盤(pán)有相應(yīng)的衰減檔位，這樣通過(guò)步進(jìn)圓盤(pán)的粗檔和連續(xù)變化衰減片的細(xì)檔共同作用即可達(dá)到連續(xù)衰減光能量的目的。連續(xù)衰減片:采用真空鍍膜的方法，在圓形光學(xué)玻璃片上鍍制金屬吸收膜而制成；鍍膜時(shí)，采用特殊的專用扇形裝置(可連續(xù)均勻地改變其張角)來(lái)覆蓋玻璃基片，使得所鍍的膜層厚度逐漸均勻變化，從而使衰減量連續(xù)變化。第四十三頁(yè)，共122頁(yè)。b平移式光衰減器這種光衰減器的衰減元件改用全量程連續(xù)變化的慮光片，慮光片的制作方法同扇形連續(xù)變化衰減片相似，使所鍍膜的光學(xué)密度隨慮光片平移的方向呈線性變化；其他元件與雙輪式結(jié)構(gòu)一樣。連續(xù)可變衰減片光纖準(zhǔn)直器1光纖準(zhǔn)直器1第四十四頁(yè)，共122頁(yè)。連續(xù)變化慮光片的透過(guò)率:式中，k是常數(shù)，由慮光片吸收系數(shù)和慮光片的幾何尺寸決定；s是慮光片垂直于光路的位移量；T0是慮光片起始處的透射率。這種光學(xué)結(jié)構(gòu)的衰減器，其連續(xù)變化的衰減量的線性度依賴于吸收膜的均勻性、慮光片位移面的平整性。第四十五頁(yè)，共122頁(yè)。c智能型機(jī)械式光衰減器前面所講的幾種光衰減器都采用了機(jī)械定位或機(jī)械調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)衰減量、刻度盤(pán)讀數(shù)等方法，不可避免地或多或少帶來(lái)一定的精度誤差。智能型光衰減器通過(guò)電路控制電動(dòng)齒輪，驅(qū)動(dòng)可調(diào)衰減元件按預(yù)定的衰減量變化，同時(shí)將檢測(cè)到的實(shí)際衰減量作為反饋信號(hào)，反饋到電路中對(duì)衰減量進(jìn)行修正，從而達(dá)到自動(dòng)驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)檢測(cè)和顯示光衰減量的目的。光衰減部件驅(qū)動(dòng)電路監(jiān)控電路顯示電路計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)端控制第四十六頁(yè)，共122頁(yè)。(4)液晶型光衰減器液晶型光衰減器利用分子軸扭向排列的液晶。:光束位移器:玻璃基片:透明電極:液晶層第四十七頁(yè)，共122頁(yè)。工作原理:光纖入射的光信號(hào)被光束位移器分成兩束線偏振光，經(jīng)過(guò)液晶層時(shí)，如果液晶層沒(méi)有加電壓，則兩束線偏振光的振動(dòng)面同時(shí)被旋轉(zhuǎn)450角，旋轉(zhuǎn)后的偏振光再經(jīng)過(guò)第二個(gè)光束位移器合為一束平行光出射，然后耦合進(jìn)光纖。當(dāng)液晶層加相應(yīng)的電壓以后，液晶晶向旋轉(zhuǎn)θ角，兩束偏振方向互相垂直的線偏振光經(jīng)過(guò)此時(shí)的液晶時(shí)同時(shí)被旋轉(zhuǎn)(450+θ)角度，經(jīng)過(guò)第二個(gè)光束位移器時(shí)合為一束平行光時(shí)造成光能量的損耗。液晶晶向旋轉(zhuǎn)角θ隨外加電壓的變化而變化。第四十八頁(yè)，共122頁(yè)。光衰減器基于功能的分類光衰減器的特性參數(shù):固定光衰減器可變光衰減器a衰減量和插入損耗；b衰減精度；c回波損耗。第四十九頁(yè)，共122頁(yè)。4光開(kāi)關(guān)光開(kāi)關(guān)是光纖通信中作為光路切換之用的，實(shí)現(xiàn)光通道的通斷和轉(zhuǎn)換。比如主用光纖和備用光纖之間的切換，或者光交換機(jī)中的光路切換，實(shí)現(xiàn)全光層的路由選擇、光交叉連接、自愈保護(hù)等功能。光開(kāi)關(guān)是實(shí)現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一。光開(kāi)關(guān)的性能參數(shù):a插入損耗:輸出端口相對(duì)于輸入端口光能量的損耗，以分貝表示。光開(kāi)關(guān)是以光為核心實(shí)現(xiàn)光的通斷的系統(tǒng)部件，不存在光電轉(zhuǎn)換。

第五十頁(yè)，共122頁(yè)。b回波損耗:從輸出端口返回到輸入端口的光功率與輸入端輸入的光功率的比值，以分貝表示。c隔離度:兩個(gè)相隔離輸出端口之間，非輸出端口的光功率與輸出端口光功率之間的比值，也以分貝表示。d開(kāi)關(guān)時(shí)間:指開(kāi)關(guān)端口從某一初始狀態(tài)轉(zhuǎn)為通或斷所需的時(shí)間，測(cè)量開(kāi)關(guān)時(shí)間時(shí)從施加或撤去轉(zhuǎn)換能量的時(shí)刻開(kāi)始。第五十一頁(yè)，共122頁(yè)。輸出光纖輸出光纖各種類型的光開(kāi)關(guān)光開(kāi)關(guān)可以分為機(jī)械式和非機(jī)械式光開(kāi)關(guān)。(1)機(jī)械光開(kāi)關(guān)機(jī)械光開(kāi)關(guān)通過(guò)移動(dòng)光纖或其他光學(xué)器件從而達(dá)到改變光信號(hào)方向的目的。機(jī)械裝置控制光纖或其他光器件切換光路第五十二頁(yè)，共122頁(yè)。光開(kāi)關(guān)器件中，準(zhǔn)直和會(huì)聚光器件分別在輸入端和輸出端將光束進(jìn)行準(zhǔn)直以便控制以及會(huì)聚聚焦到輸出光纖。機(jī)械光開(kāi)關(guān)的共同點(diǎn)是它們運(yùn)作都涉及到光器件的移動(dòng)，精確的移動(dòng)設(shè)計(jì)要求非常嚴(yán)格。機(jī)械光開(kāi)關(guān)是最簡(jiǎn)單最便宜的光開(kāi)關(guān)，在光通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用；主要應(yīng)用于保護(hù)交換、以及必要時(shí)能夠交換信號(hào)但又不經(jīng)常發(fā)生光路切換的場(chǎng)合。機(jī)械裝置使輸入光纖的一小段長(zhǎng)度發(fā)生彎曲，或通過(guò)機(jī)械觸發(fā)/電觸發(fā)的方式改變光路方向。第五十三頁(yè)，共122頁(yè)。(2)電光/磁光/聲光光開(kāi)關(guān)利用晶體在外加電壓/磁場(chǎng)，或者聲波通過(guò)晶體材料時(shí)光學(xué)特性會(huì)相應(yīng)的發(fā)生變化，最終導(dǎo)致光信號(hào)之間的相位變化或者偏振態(tài)發(fā)生預(yù)期的變化。第五十四頁(yè)，共122頁(yè)。(3)熱光光開(kāi)關(guān)熱光光開(kāi)關(guān)技術(shù)主要是用來(lái)制造小型光開(kāi)關(guān)，通過(guò)集成多個(gè)1×2光開(kāi)關(guān)也可組成較大的陣列。熱光光開(kāi)關(guān)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)效應(yīng)的機(jī)理是熱光效應(yīng)。熱光效應(yīng)通過(guò)加熱的方法，使光傳輸?shù)慕橘|(zhì)的溫度發(fā)生變化，導(dǎo)致光在介質(zhì)中傳播的折射率和相位發(fā)生變化。折射率隨溫度的變化關(guān)系:式中，n0為溫度變化之前的折射率，ΔT為溫度的變化，α為熱光系數(shù)，單位是/0C。第五十五頁(yè)，共122頁(yè)。溫度變化最終導(dǎo)致相位的變化:a干涉式熱光光開(kāi)關(guān)(M-Z干涉型)1243在Si或NiLiO3基底上生成3dB耦合器構(gòu)成的對(duì)稱M-Z干涉儀，其中一個(gè)干涉臂上鍍有金屬加熱器，形成相位延遲器。多采用Si基底，因?yàn)樯岜容^好。金屬膜加熱器NiLiO3基底第五十六頁(yè)，共122頁(yè)。設(shè)定溫度為T(mén)0時(shí)，兩條干涉臂產(chǎn)生的相位差為0，對(duì)于3端口來(lái)說(shuō)，光信號(hào)產(chǎn)生干涉加強(qiáng)輸出，而4端口干涉相消沒(méi)有光能量輸出；當(dāng)溫度為(T0+ΔT)時(shí)，3端口和4端口正好反過(guò)來(lái)，4端口產(chǎn)生干涉加強(qiáng)輸出光信號(hào)，而3端口沒(méi)有光能量輸出，達(dá)到3端口和4端口切換光路的目的。干涉式熱光光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)緊湊，但是對(duì)光波長(zhǎng)敏感，而且需要進(jìn)行精密溫度控制。b數(shù)字式熱光光開(kāi)關(guān)(DOS)第五十七頁(yè)，共122頁(yè)。數(shù)字式熱光光開(kāi)關(guān)的原理和結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般是通過(guò)模式重組來(lái)實(shí)現(xiàn)光路切換的動(dòng)作，通過(guò)加熱光路分支的折射率，從而控制光路的改變。最簡(jiǎn)單的數(shù)字式是1×2的Y型光纖耦合器分支結(jié)構(gòu):金屬膜加熱器式中，T0為設(shè)定室溫，TC為光通路改變的臨界溫度，α為熱光系數(shù)。第五十八頁(yè)，共122頁(yè)。為了實(shí)現(xiàn)模式選擇的絕熱狀態(tài)，要求分支角很小，一般在零點(diǎn)幾度或者零點(diǎn)零幾度。通常采用熱光系數(shù)高的聚合物制作波導(dǎo)。不加熱時(shí)，n上大于n下，光信號(hào)從1端口輸出，加熱到一定溫度時(shí)，

n上小于于n下，光信號(hào)切換到2端口輸出。數(shù)字式熱光光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容差大、當(dāng)輸入電壓控制溫度變化時(shí)光強(qiáng)呈階躍特性。(4)噴墨氣泡光開(kāi)關(guān)第五十九頁(yè)，共122頁(yè)。氣泡光開(kāi)關(guān)技術(shù)是利用氣泡和波導(dǎo)之間的全反射來(lái)達(dá)到光路切換的目的。安捷倫(Agilent

)公司的噴墨氣泡光開(kāi)關(guān)第六十頁(yè)，共122頁(yè)。每個(gè)溝道中填充有與波導(dǎo)相同折射率的匹配液，中部有一個(gè)微電阻，HP的噴墨技術(shù)控制微電阻，使其發(fā)熱產(chǎn)生氣泡，并使氣泡移動(dòng)到交叉點(diǎn)，光信號(hào)在氣泡界面發(fā)生全反射，此時(shí)光信號(hào)處于關(guān)的狀態(tài)，切換到另一條光路傳輸，否則光路處于開(kāi)的狀態(tài)。氣泡盡管在移動(dòng)，但是氣泡光開(kāi)關(guān)不存在機(jī)械移動(dòng)部分，開(kāi)關(guān)時(shí)間(氣泡產(chǎn)生消失時(shí)間)在ms量級(jí)。第六十一頁(yè)，共122頁(yè)。:波導(dǎo):溝道第六十二頁(yè)，共122頁(yè)。(5)液晶光開(kāi)關(guān)液晶光開(kāi)關(guān)技術(shù)利用液晶晶向在外電場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生改變，晶向又影響在液晶中傳輸?shù)钠窆獾钠駪B(tài)。一般情況，設(shè)計(jì)液晶光開(kāi)關(guān)時(shí)，液晶在未加電壓時(shí)對(duì)偏振光的偏振態(tài)不會(huì)施加影響，保持原來(lái)的的偏振態(tài)在液晶中傳播，當(dāng)給施加一定電壓后，液晶晶向的變化導(dǎo)致偏振態(tài)發(fā)生改變，使其旋轉(zhuǎn)900，從而改變光信號(hào)的傳輸方向。第六十三頁(yè)，共122頁(yè)。端口1端口2輸入端端口1端口2輸入端:水平偏振:垂直偏振:光束位移器:液晶第六十四頁(yè)，共122頁(yè)。(6)全息光開(kāi)關(guān)全息光開(kāi)關(guān)利用布拉格光柵實(shí)現(xiàn)對(duì)光的選擇性反射。通過(guò)全息技術(shù)在晶體內(nèi)部生成布拉格光柵，當(dāng)沒(méi)有外加電壓時(shí)，光能直接通過(guò)晶體，從輸出端口輸出；反之，給晶體施加電壓改變布拉格光柵的結(jié)構(gòu)參數(shù)，此時(shí)布拉格光柵把光信號(hào)反射到另一個(gè)輸出端口，達(dá)到切換光路的目的。

(7)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)光開(kāi)關(guān)MEMS(或MOEMS:微光學(xué)電子機(jī)械系統(tǒng))光開(kāi)關(guān)被認(rèn)為是全光網(wǎng)絡(luò)中最有應(yīng)用前景的一項(xiàng)光開(kāi)關(guān)技術(shù)。第六十五頁(yè)，共122頁(yè)。MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystem)是指將微型機(jī)械、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理和控制電路等集于一體的可批量制作的微型器件或系統(tǒng)。而MOEMS(Micro-Opto-Electro-MechanicalSystem)把微光學(xué)應(yīng)用到微機(jī)電系統(tǒng)中，這是微機(jī)電系統(tǒng)在光纖通信中的重要應(yīng)用。

微光學(xué)電機(jī)械芯片是包含一個(gè)或一個(gè)以上微機(jī)械元件的光系統(tǒng)或光電子系統(tǒng)，其應(yīng)用遍及光纖通信、光顯示、及光學(xué)傳感等多個(gè)方面。

第六十六頁(yè)，共122頁(yè)。MEMS光開(kāi)關(guān)的控制原理MEMS光開(kāi)關(guān)是利用機(jī)械開(kāi)關(guān)的原理，同時(shí)利用平面波導(dǎo)技術(shù)，將微機(jī)械系統(tǒng)集成在單片硅基底上；實(shí)用化的MEMS光開(kāi)關(guān)原理十分簡(jiǎn)單，其結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是微鏡片陣列，當(dāng)進(jìn)行光交換時(shí)，通過(guò)移動(dòng)或改變鏡片角度，把光信號(hào)直接送到或反射到光開(kāi)關(guān)陣列的不同輸出端。

鏡片的移動(dòng)、鏡片角度的改變多采用靜電法驅(qū)動(dòng)或磁感應(yīng)法驅(qū)動(dòng)、光功率驅(qū)動(dòng)、熱驅(qū)動(dòng)、電致伸縮法驅(qū)動(dòng)。不同的驅(qū)動(dòng)方式?jīng)Q定了MEMS光開(kāi)關(guān)的控制和驅(qū)動(dòng)電路的形式不同，由于MEMS對(duì)光器件的改變精度要求很高，因此對(duì)相關(guān)的控制和驅(qū)動(dòng)電路很嚴(yán)格。

第六十七頁(yè)，共122頁(yè)。5光分插復(fù)用器(OADM)OADM的作用是在通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處分下和插入一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào)，它以光信號(hào)為操作對(duì)象，直接在光層上實(shí)現(xiàn)中間局站業(yè)務(wù)的分出和插入，拋棄了SDH的相關(guān)電設(shè)備；SDH的分插復(fù)用速率為155Mb/s，最大是2.5Gb/s，而OADM分插光信道，每個(gè)光信道的速率可以是2.5Gb/s或者是10Gb/s甚至更大，這也是OADM的分插復(fù)用速率，有效地克服了SDH終端設(shè)備的電子瓶頸問(wèn)題。第六十八頁(yè)，共122頁(yè)。OADM的實(shí)現(xiàn)方法(1)光纖光柵+環(huán)行器型OADM環(huán)行器1環(huán)行器2123123n個(gè)波長(zhǎng)輸入n個(gè)波長(zhǎng)輸出控制部分固定多波長(zhǎng)OADM波長(zhǎng)可調(diào)諧OADM…DEMUXdrop…MUXadd…DEMUXdrop…MUXadd第六十九頁(yè)，共122頁(yè)。(2)

光纖光柵+M-Z干涉儀型OADM

FBGλdropλaddn個(gè)輸入MZI3dB耦合器3dB耦合器n個(gè)輸出M-Z干涉儀的其中一個(gè)臂可以由PZT(壓電陶瓷)控制，從而控制輸出耦合器的相位。

第七十頁(yè)，共122頁(yè)。環(huán)行器11111111222233333332222多個(gè)波長(zhǎng)輸入多個(gè)波長(zhǎng)輸出濾波器2濾波器環(huán)行器光開(kāi)關(guān)可變光衰減器(3)薄膜濾波器+光開(kāi)關(guān)型OADMAddλ1Addλ2Addλ3Addλ4Dropλ1Dropλ2Dropλ3Dropλ4λ1λ2λ3λ4λ1λ2λ3λ433第七十一頁(yè)，共122頁(yè)。(4)波分復(fù)用器+光開(kāi)關(guān)型OADM………………λaddλdropn個(gè)輸入信號(hào)n個(gè)輸出信號(hào)光開(kāi)關(guān)DEMUXMUX…………第七十二頁(yè)，共122頁(yè)。任意波長(zhǎng)的業(yè)務(wù)都可以分插的OADM利用波長(zhǎng)變換器對(duì)上下路波長(zhǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行變換。n個(gè)輸入信號(hào)n個(gè)輸出信號(hào)DEMUXMUX…………波長(zhǎng)變換器adddrop光開(kāi)關(guān)陣列第七十三頁(yè)，共122頁(yè)。波長(zhǎng)變換器波長(zhǎng)變換器:顧名思義，就是改變信號(hào)光的波長(zhǎng)，同時(shí)又保持信號(hào)光所承載的信息不變。對(duì)早期鋪設(shè)的1310nm窗口的通信光纖不適合采用WDM系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)容，因此在復(fù)用和解復(fù)用處就需要波長(zhǎng)變換器對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行變換。不同的網(wǎng)絡(luò)管理可能沒(méi)有協(xié)調(diào)一致的波長(zhǎng)分配，此時(shí)也需要波長(zhǎng)變換器。波長(zhǎng)變換有光/電/光的方法和全光方法。前者首先將光信號(hào)解復(fù)用后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)再調(diào)制所需波長(zhǎng)的激光器；后者還不成熟，正在研究中。第七十四頁(yè)，共122頁(yè)。光分插復(fù)用可以在光碼分多址組網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成的全光網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放結(jié)構(gòu)中按需要在光交叉連接設(shè)備的節(jié)點(diǎn)或光交換網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間自由分接和復(fù)用。第七十五頁(yè)，共122頁(yè)。6光交叉連接器(OXC)光交叉連接技術(shù)和光分插復(fù)用技術(shù)一樣，都是是全光網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)。對(duì)于無(wú)波長(zhǎng)變換能力的OXC構(gòu)成的光網(wǎng)絡(luò)，路由選擇受到波長(zhǎng)連續(xù)性限制，即一條光通道的各復(fù)用段必須采用相同的波長(zhǎng)。這樣的光通道稱為波長(zhǎng)通道。光交叉連接設(shè)備中的路由/波長(zhǎng)分配對(duì)于具有(或部分具有)波長(zhǎng)變換能力的OXC構(gòu)成的光網(wǎng)絡(luò)，路由選擇有更多的自由度。這樣的光通道稱為虛波長(zhǎng)通道。第七十六頁(yè)，共122頁(yè)。波長(zhǎng)通道必須在光通道層找到一條鏈路，在這條鏈路的所有復(fù)用段中，有一個(gè)共同的波長(zhǎng)是空閑的，如果找不到這樣的鏈路，這個(gè)傳送請(qǐng)求被阻塞，采用集中控制方式；而虛波長(zhǎng)通道因?yàn)椴捎昧瞬ㄩL(zhǎng)變換器使得業(yè)務(wù)在不同的復(fù)用段可以占用不同的波長(zhǎng)，大大降低了業(yè)務(wù)的阻塞，采用分布式控制。從光交叉連接器的功能和內(nèi)部結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，其實(shí)現(xiàn)形式可以分為三類:(1)光纖交叉連接(FXC)1122MM……輸入光纖輸出光纖第七十七頁(yè)，共122頁(yè)。光纖交叉連接將任意一根輸入光纖中的所有波長(zhǎng)業(yè)務(wù)一次性地交叉連接到任意一根輸出光纖，交換的基本單位是一路光纖，并不對(duì)多波長(zhǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行解復(fù)用，可以看成是自動(dòng)光纖配線架。FXC結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，交叉連接的顆粒度最大，可提供最簡(jiǎn)單的配置和網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)能力,對(duì)于光纖切斷的大故障，F(xiàn)XC是一種較好的解決方案。但是這種交叉連接器在WDM光網(wǎng)絡(luò)中不能實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)通道的靈活性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)路由，即端到端的波長(zhǎng)業(yè)務(wù)。第七十八頁(yè)，共122頁(yè)。(2)波長(zhǎng)選擇交叉連接(WSXC)光纖1光開(kāi)關(guān)DEMUXMUX光纖2光纖n光纖1光纖2光纖n………………………………λ1λ2λnλ1λ2λnλ1λ2λn第七十九頁(yè)，共122頁(yè)。波長(zhǎng)選擇交叉連接，又稱波長(zhǎng)固定交叉連接，將輸入光纖中任意波長(zhǎng)交叉連接到使用相同波長(zhǎng)的輸出光纖，不同光纖中的相同波長(zhǎng)之間進(jìn)行交換。即多路光纖中的光信號(hào)分別由各自的解復(fù)用器解復(fù)用，然后相同波長(zhǎng)的業(yè)務(wù)進(jìn)行交換，交換后的各路相同波長(zhǎng)的業(yè)務(wù)各自輸出端的復(fù)用器，復(fù)用后最后耦合進(jìn)各輸出光纖。顯然，WSXC實(shí)現(xiàn)了單波長(zhǎng)粒度的業(yè)務(wù)交換，具有提供端到端的波長(zhǎng)業(yè)務(wù)能力和波長(zhǎng)級(jí)業(yè)務(wù)量的疏導(dǎo)能力，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)波長(zhǎng)路由的保護(hù)和恢復(fù)。但這種結(jié)構(gòu)存在波長(zhǎng)阻塞問(wèn)題，即無(wú)法處理不同光纖中的相同波長(zhǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)入同一條輸出光纖。第八十頁(yè)，共122頁(yè)。(3)波長(zhǎng)交換交叉連接(WIXC)DEMUXMUX……波長(zhǎng)變換器光開(kāi)關(guān)陣列…………光纖1光纖2光纖m…光纖1光纖2光纖m…第八十一頁(yè)，共122頁(yè)。波長(zhǎng)交換交叉連接，或者叫波長(zhǎng)可變交叉連接，即采用了波長(zhǎng)變換器，具有波長(zhǎng)變換的能力，能夠?qū)⑷我庖桓斎牍饫w中的任意波長(zhǎng)交叉連接到使用不同波長(zhǎng)的任意一根輸出光纖上。因此各波長(zhǎng)光信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)完全靈活的交叉連接，在組網(wǎng)、業(yè)務(wù)提供和恢復(fù)方面有很大的靈活性。不會(huì)產(chǎn)生波長(zhǎng)阻塞。這種實(shí)現(xiàn)方法又分為專用波長(zhǎng)變換器和共用波長(zhǎng)變換器。前者是每一個(gè)波長(zhǎng)經(jīng)過(guò)交換后都配有波長(zhǎng)變換器，而后者是所有輸入波長(zhǎng)共用一組波長(zhǎng)變換器，經(jīng)過(guò)變換后的波長(zhǎng)業(yè)務(wù)再次由光開(kāi)關(guān)交換到所需要的輸出光纖，提高了波長(zhǎng)變換器的利用率。第八十二頁(yè)，共122頁(yè)。DEMUXMUX……:波長(zhǎng)變換器光開(kāi)關(guān)陣列……光纖1光纖2光纖m…光纖1光纖2光纖m…………第八十三頁(yè)，共122頁(yè)。光交叉連接器的功能:(1)路由選擇以及交叉連接功能。為不同的光通道業(yè)務(wù)進(jìn)行選路，對(duì)輸入輸出業(yè)務(wù)按照不同交換粒度的要求建立交叉連接。(2)對(duì)業(yè)務(wù)的疏導(dǎo)。OXC都是處于網(wǎng)絡(luò)之間的節(jié)點(diǎn)處，可能是主干網(wǎng)或城域網(wǎng)之間，或者不同網(wǎng)絡(luò)之間，在這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要求OXC對(duì)不同速率、不同波長(zhǎng)業(yè)務(wù)的信息進(jìn)行靈活的交換。(3)網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和恢復(fù)。通過(guò)動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)的光層直接進(jìn)行重新配置，拋棄O/E/O轉(zhuǎn)換，比電層更快、更高效，滿足超大容量的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，保證數(shù)據(jù)不丟失。第八十四頁(yè)，共122頁(yè)。多粒度交換:(4)模塊化升級(jí)功能。包括波長(zhǎng)模塊化和鏈路模塊化。波長(zhǎng)模塊化是指OXC添加新波長(zhǎng)時(shí)的升級(jí)能力；鏈路模塊化是指OXC添加鏈路時(shí)的升級(jí)能力。(5)無(wú)阻塞的全光網(wǎng)絡(luò)交換功能。由于未來(lái)的全光網(wǎng)絡(luò)通信是超大容量的通信，阻塞對(duì)系統(tǒng)的性能影響非常大。路由的選路算法和虛波長(zhǎng)通道。按照交換粒度的大小分，可以分為單波長(zhǎng)粒度、波帶粒度和光纖粒度交換，這就是所謂的多粒度交換，有靜態(tài)疏導(dǎo)和動(dòng)態(tài)疏導(dǎo)兩種方案。第八十五頁(yè)，共122頁(yè)。靜態(tài)疏導(dǎo)將輸入業(yè)務(wù)直接送到需要交換的端口處，即:將需要進(jìn)行光纖粒度交換的業(yè)務(wù)匯聚到光纖交叉連接(FXC)端口、將需要波帶粒度交換的業(yè)務(wù)匯聚到波帶交叉連接(BXC)端口、將需要波長(zhǎng)粒度交換的業(yè)務(wù)匯聚到波長(zhǎng)交叉連接端口(WXC)分別進(jìn)行交換并將交換的業(yè)務(wù)送到輸出端。動(dòng)態(tài)疏導(dǎo)首先讓所有的業(yè)務(wù)都通過(guò)FXC。其中需要較小粒度交換的業(yè)務(wù)將通過(guò)FXC交換到BXC輸入口，同時(shí)將需要更小粒度交換的業(yè)務(wù)交換到WXC輸入端口，然后交叉連接到對(duì)應(yīng)的輸出端。第八十六頁(yè)，共122頁(yè)。OXC的故障恢復(fù)功能:一般情況，實(shí)現(xiàn)OXC的故障恢復(fù)可分為兩個(gè)功能塊:路由功能塊和旁路功能塊。路由功能塊由分波器、光開(kāi)關(guān)和波長(zhǎng)變換器等構(gòu)成，主要完成:(1)、波長(zhǎng)交換，將輸入端任意鏈路的任意波長(zhǎng)倒換到任意輸出端；(2)、鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，將故障鏈路的工作波長(zhǎng)倒換到備份波長(zhǎng)并重新選擇正常的鏈路；(3)、由備份波長(zhǎng)返回到工作波長(zhǎng)并選擇其需要的鏈路。旁路功能塊由分波器、合波器等構(gòu)成，將備份波長(zhǎng)分配給所需要的鏈路而不經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)變換。第八十七頁(yè)，共122頁(yè)。7光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（WavelengthConverter）是一種實(shí)現(xiàn)將光信號(hào)從某一波長(zhǎng)的光載波轉(zhuǎn)換至另一波長(zhǎng)光載波的器件，是波分復(fù)用光通信系統(tǒng)向光網(wǎng)絡(luò)演變的一個(gè)關(guān)鍵性器件。它可以在光通信網(wǎng)絡(luò)中廣泛地用于光交換、波長(zhǎng)路由以及光信號(hào)的全光再生等。光/電/光式光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器第八十八頁(yè)，共122頁(yè)。波長(zhǎng)變換器的光通信網(wǎng)絡(luò)中的作用：

盡管DWDM的傳輸帶寬可以滿足每個(gè)用戶的要求，但是目前的可用波長(zhǎng)數(shù)目卻大大少于實(shí)際所需的數(shù)量，因?yàn)楣馔ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)中的波長(zhǎng)數(shù)量決定了具有獨(dú)立地址的節(jié)點(diǎn)數(shù)或可選路由數(shù)?？捎貌ㄩL(zhǎng)數(shù)的匱乏使DWDM通信網(wǎng)絡(luò)的阻塞率大大提高，同時(shí)兩個(gè)或兩個(gè)以上波長(zhǎng)信號(hào)向相同的路由連接時(shí)，就會(huì)造成波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)。如果沒(méi)有波長(zhǎng)變換器，要在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間建立光的連接，光路上所有光路的連接必須采用同一波長(zhǎng)。第八十九頁(yè)，共122頁(yè)。

有了波長(zhǎng)路由器，只要各鏈路有未被占用的空閑波長(zhǎng)，就可通過(guò)波長(zhǎng)變換器建立通信路由，從而把路由的全局分配變?yōu)楸镜胤峙?，并?shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的再利用，大大提高波長(zhǎng)利用率，有效解決波長(zhǎng)阻塞/波長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)，動(dòng)態(tài)路由選擇。另外，波長(zhǎng)變換器的使用，有利于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理、控制和通道的保護(hù)倒換。波長(zhǎng)變換器使得光通信網(wǎng)絡(luò)變得更加靈活，可以使用非標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)進(jìn)行本地通信。OADM和OXC也能實(shí)現(xiàn)在不同波長(zhǎng)間進(jìn)行交換功能，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且成本高，有時(shí)候必須經(jīng)過(guò)電/光、光/電轉(zhuǎn)換，存在著“電子瓶頸效應(yīng)”。第九十頁(yè)，共122頁(yè)。光/電/光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)原理圖

功能定義：

首先利用光探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再將此信號(hào)存儲(chǔ)于電存儲(chǔ)器中，然后用此電信號(hào)驅(qū)動(dòng)可調(diào)諧激光器，變成另一波長(zhǎng)的光信號(hào)。特點(diǎn)：(1)信噪比高、偏振無(wú)關(guān)、轉(zhuǎn)換速率可達(dá)10Gbit/s、可實(shí)現(xiàn)消光比增強(qiáng)及信號(hào)再生、技術(shù)成熟；(2)透明性受影響、光電轉(zhuǎn)換線路復(fù)雜，終究要受電子瓶頸的限制。(1)光/電/光式光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器：第九十一頁(yè)，共122頁(yè)。(2)全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器(WC--WavelengthConerter):

全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器是將信號(hào)從一個(gè)波長(zhǎng)變?yōu)榱硪粋€(gè)波長(zhǎng)而不需要變換到電域，因此具有高速、寬帶、透明(與信號(hào)格式無(wú)關(guān))的特點(diǎn)。利用SOA中的交叉增益調(diào)制(SOA-XGM)利用SOA中的交叉相位調(diào)制(SOA-XPM)利用SOA中的四波混頻效應(yīng)(SOA-FWM)第九十二頁(yè)，共122頁(yè)。SOA-XGM型全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)原理圖

a.基于SOA-XGM的WC工作原理：隨著輸入光功率的增加，由于受激輻射，SOA中載流子的消耗相應(yīng)增加，載流子濃度下降，導(dǎo)致SOA增益減少，即發(fā)生增益飽和現(xiàn)象。此時(shí)，如果把一束波長(zhǎng)為λS（與目標(biāo)波長(zhǎng)相同）的連續(xù)探測(cè)光注入SOA，當(dāng)信號(hào)光處于高功率（邏輯1）時(shí)，由于SOA的增益飽和效應(yīng)，探測(cè)光不能得到放大（邏輯0）；相反，當(dāng)信號(hào)光處于邏輯0時(shí)，探測(cè)光被放大（邏輯1）。此即為交叉增益調(diào)制效應(yīng)（XGM）。于是，強(qiáng)度調(diào)制信息就從信號(hào)光λC加載到了探測(cè)光λS上，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)變換，只是輸出信號(hào)在邏輯上與原信號(hào)相反。CSFilterSSOACW第九十三頁(yè)，共122頁(yè)。SOA-XGM的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可以達(dá)到較高的轉(zhuǎn)換速率，可到10Gb/s；輸出光與原信號(hào)光反相；轉(zhuǎn)換效率高；偏振無(wú)關(guān)（要求使用的SOA偏振無(wú)關(guān)）；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：比特流倒置；信號(hào)的消光比惡化。第九十四頁(yè)，共122頁(yè)。b.基于SOA-FWM的WCSOASignalSPumpPFiltercSPcc=2p-sSOA-FWM型全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)原理圖

第九十五頁(yè)，共122頁(yè)。優(yōu)點(diǎn)：與信號(hào)格式無(wú)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)透明的波長(zhǎng)變換，信號(hào)比特率大于40Gbit/s，是目前唯一能對(duì)輸入信號(hào)光的調(diào)制方式和傳輸速率進(jìn)行透明變換的方法；對(duì)偏振敏感??；變換后的碼型不反轉(zhuǎn)。缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換效率低、偏振相關(guān)、輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍小、轉(zhuǎn)換效率與波長(zhǎng)有關(guān)（即當(dāng)輸入信號(hào)波長(zhǎng)與轉(zhuǎn)換波長(zhǎng)間隔增大時(shí)，轉(zhuǎn)換效率隨之降低）。SOA-FWM的特點(diǎn)第九十六頁(yè)，共122頁(yè)。c.基于SOA-XPM的WC（MZI型）SOA-XPM型全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)原理圖

第九十七頁(yè)，共122頁(yè)。波長(zhǎng)為λc的CW激光信號(hào)經(jīng)3dB光纖耦合器引入到MZI中，并沿MZI兩個(gè)臂傳輸。由于兩個(gè)臂中的SOA對(duì)稱，因此增益調(diào)制是相等的，不會(huì)引入附加相位差，λc光在MZI的出口端相干加強(qiáng)，維持原狀態(tài)輸出，只是經(jīng)MZI中的SOA單程光放大，使輸出光強(qiáng)度增強(qiáng)而已。如果此刻將波長(zhǎng)為λs的信號(hào)光（與目標(biāo)波長(zhǎng)相同）耦合到MZI一個(gè)臂上的SOA（上）中，那么SOA（上）的光增益將同時(shí)受到波長(zhǎng)為λs的信號(hào)光調(diào)制，使之處于飽和增益狀態(tài)，產(chǎn)生相位漂移，此附加相位差決定MZI兩個(gè)臂的光相干加強(qiáng)或相干抵消，抵消時(shí)λs便載入了λc的信息碼。第九十八頁(yè)，共122頁(yè)。SOA-XPM的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：可以克服SOA-XGM波長(zhǎng)變換中消光比降低的缺點(diǎn)；具有高速、低啁啾、波長(zhǎng)獨(dú)立的特點(diǎn)。缺點(diǎn)：干涉儀的輸入功率的動(dòng)態(tài)范圍??；干涉儀的工藝要求搞，可通過(guò)單片集成工藝解決。第九十九頁(yè)，共122頁(yè)。c.基于SOA-XPM的WC（MI型）λsλsSOAλcλcSOA-XPM型全光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)原理圖第一百頁(yè)，共122頁(yè)。波長(zhǎng)為λc的光信號(hào)被耦合到MI中，并被分成兩束光，通過(guò)不同的SOA后在半導(dǎo)體的端面處反射，兩個(gè)反向傳輸?shù)墓庑盘?hào)在原來(lái)的分束處重新合波，并發(fā)生干涉。MI的兩臂等長(zhǎng)，則相干加強(qiáng)，在下端輸出λc。如果從干涉儀右側(cè)輸入信號(hào)光λs（同目標(biāo)波長(zhǎng)），SOA（上）的折射率隨之改變，并因此改變它的有效長(zhǎng)度和相位延遲。當(dāng)兩個(gè)臂的相位延遲是半波長(zhǎng)的奇數(shù)倍時(shí)出現(xiàn)相干相消，輸出達(dá)到最小值；當(dāng)相位延遲為零時(shí)出現(xiàn)相干加強(qiáng)，輸出信號(hào)光為高功率，因此，λc的信息便以反碼形式復(fù)制到信號(hào)光λs上，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)變換。第一百零一頁(yè)，共122頁(yè)。光纖通信對(duì)WC器件的要求：大的轉(zhuǎn)換碼速（至少10Gbit/s）；低的輸入功率；寬的輸入/輸出波長(zhǎng)范圍；對(duì)輸入偏振不靈敏；快的轉(zhuǎn)換速度；小的啁啾；可級(jí)聯(lián)適用；應(yīng)用簡(jiǎn)單、成本低。第一百零二頁(yè)，共122頁(yè)。插入損耗的測(cè)量回波損耗的測(cè)量隔離度的測(cè)量方向性的測(cè)量偏振相關(guān)損耗的測(cè)量8光器件的測(cè)試第一百零三頁(yè)，共122頁(yè)。光纖寬帶光源BLS(Broadbandlasersource)可調(diào)激光器TLS(Tunablelasersource)偏振控制器PC(Polarizationcontroller)光功率計(jì)PM(Powermeter)光譜分析儀OSA(Opticalspectrumanalyzer)第一百零四頁(yè)，共122頁(yè)。插入損耗的測(cè)量-截?cái)喾ǎ航財(cái)喾y(cè)量步驟：(1)測(cè)量并記錄P1；(2)截?cái)嗯R時(shí)節(jié)點(diǎn)處光纖，L30cm測(cè)量并記錄P0；(3)計(jì)算插入損耗I.L.=－10lg(P1/P0)。PMTLSCACB臨時(shí)接點(diǎn)TJPMTLSCACB臨時(shí)接點(diǎn)TJL1P截?cái)帱c(diǎn)JPMTLSCA臨時(shí)接點(diǎn)TJ0P第一百零五頁(yè)，共122頁(yè)。插入損耗的測(cè)量-替代法：替代法是一種非破壞性的方法，與截?cái)喾ㄏ啾?，精度稍微低了些，測(cè)量步驟如下：(1)按圖(1)測(cè)試并記錄P1；(2)在P1穩(wěn)定后，按圖(2)（即直接將插頭CA插入光功率計(jì)）測(cè)量并記錄P0；(3)按公式I.L.=－10lg(2P1/P0)計(jì)算插入損耗。PMTLSCA臨時(shí)接點(diǎn)TJ0P(1)(2)PMTLSCACB臨時(shí)接點(diǎn)TJ1P第一百零六頁(yè)，共122頁(yè)。回波損耗的測(cè)量：0PTLSPMCA光耦合器CA1PTLSPM待測(cè)ISO光耦合器圖(2)測(cè)量P1圖(1)測(cè)量P0光隔離器回波損耗測(cè)試步驟:（1）選擇一個(gè)2×2插入損耗小，分光比為1：1帶連接器端口的光耦合器，按圖(1)的光路測(cè)量P0；（2）按圖(2)的光路接上待測(cè)光隔離器ISO（isolater），并測(cè)量回返光功率P1；（3）根據(jù)公式R.L.=－10lg(2P1/P0)即可計(jì)算出被測(cè)隔離器的回?fù)p。第一百零七頁(yè)，共122頁(yè)。光隔離器反向隔離度的測(cè)量:OSABBSCA1(l)P待測(cè)ISO圖(2)測(cè)量P1(λ)

OSABBS0(l)PCA圖(1)測(cè)量P0(λ)

反向隔離度的測(cè)量步驟：（1）按圖(1)光路記錄下輸入端的頻譜P0(λ)；（2）按圖(2)光路反向接入光隔離器，并測(cè)出輸出端的頻譜P1(λ)；（3）根據(jù)公式I.L.(λ)

=－10lg[P1(λ)

/P0(λ)]即可算出光隔離器的反向隔離度。第一百零八頁(yè)，共122頁(yè)。PMTLS0,1310PCA0,1550PPM1TLSCA1,1310PPM21,1550PCAWDM1310/1550nmWDM隔離度的測(cè)量：圖(1)測(cè)量P0,1310和P0,1550圖(2)測(cè)量P1,1310和P1,1550WDM隔離度的測(cè)量步驟：（1）按圖(1)光路分別記錄下TLS在1310nm和1550nm的輸入光功率P0，1310和P0，1550；（2）按圖(2)光路接上WDM，分別測(cè)出1310nm和1550nm輸出臂的功率P1，1310和P1，1550；（3）按照公式I.L.i=－10lg[P1i

/P0i]（式中i=1310,1550）分別計(jì)算出1310nm和1550nm的插入損耗。第一百零九頁(yè)，共122頁(yè)。PMTLS0PCATLSPM光耦合器1PCA方向性的測(cè)量:圖(1)測(cè)量P0

圖(2)測(cè)量P1方向性的測(cè)量步驟：（1）按圖(1)光路測(cè)出輸入端注入功率P0；（2）按圖(2)光路接上光耦合器，并測(cè)出非注入光端的輸出光功率P1；（3）根據(jù)公式D.L.=－10lg(P1/P0)即可算出上述端口的方向性。第一百一十頁(yè)，共122頁(yè)。

光時(shí)域反射儀OTDR(OpticalTimeDomainReflectometer)，是利用光線在光纖中傳輸時(shí)的瑞利散射所產(chǎn)生的背向散射而制成