光纤通信中全光器件的研究.docVIP

光纤通信中的全光器件研究摘 要：全光器件是当今光纤通信技术中的研究热点，本文就实现全光网络的关键器件及技术，包括光开关、可调式激光器、可调式滤波器及光纤传感技术，特别是光纤熔锥器件及其技术作了详细的阐述，同时指出了今后发展的方向和趋势。 　　光纤通信正朝着密集波分复用DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）结合光放大器OA（Optical Amplifier）的高性能、大容量、灵活的全光网络AON（All Optical Network）发展。AON是以光纤为基本传播媒质，采用WDM技术提高网络的传输容量，以波长路由分配（RAW, Routing and Assignment of Wavelength）为基础，在光节点采用光/分插复用（OADM，Optical Add-Drop Multiplexing）和光交叉连接（OXC，Optical Cross-Connect）技术来提高吞吐量，从而使得光网络具有高度灵活性和生存性。由于WDM的技术的不断发展，提高了光互联网技术满足不断增长带宽需求的能力，特别是未来的太比特率通信网只有使用光子交换技术才能满足网络容量的要求，这要依赖于合理成本下的可重构联网技术以及结构简单的用于复用和交换的光器件不断走向实用化。 　　AON的实现依赖于光器件和系统的发展，尤其是以DWDM为基础的全光网络引入交叉连接和分/插复用等一些全新的技术，这些功能的实现很大程度上取决于新型关键器件的开发和研制。同时，一种新技术或新型器件可使整个系统的性能大大改善，有时会推翻整个旧系统，因此许多公司或科研单位都投入较大的力量开发AON和WDM中的新技术和新型的光器件，其中包括集成开关矩阵、滤波器、波长变换器、新型光纤、OADM和OXC等关键器件，还要重点解决高速光传输、复用器、高性能的探测器和可调激光器阵列以及集成阵列波导器件等关键器件，这些光器件与光纤一起构成了全光网络的物质基础。由于对机械稳定性和热稳定性要求的不断提高，人们希望利用全光纤器件来组成光路，这是因为：一方面，信号被限制在纤芯范围内传输，从而提高了稳定性；另一个原因则是单模光纤具有非常低的散射和本征损耗，因此，上述因素在全光纤器件的设计和开发过程中扮演了决定性的角色，使得部分全光纤器件的性能已远远超过了材料光学组件和集成光学器件。 　　1.实现全光网的关键器件 　　目前为止全光网络设备还未完全进入商用化的阶段，究其原因主要是：一方面网络传输标准的发展未完善，另一方面则是由于光器件的技术发展也还待突破。从器件的角度来看，未来光网络设备与系统发展的关键器件包含了光开关、波分复用器、分插复用器、光交叉连接设备、可调式激光和可调式滤波器等。 光开关是新一代全光网络的关键器件，主要应用在光交换设备中，实现全光层次的路由选择、波长选择、光交叉连接、自愈保护等功能。在目前也是一个相当热门的研究领域。在实现光开关的众多技术之中，MEMS（Micro-electromechanical system）技术由于可在极小的晶片上排列大规模机械矩阵，解决了OXC发展中容量限制瓶颈的一大问题，同时在技术不断改进之后，MEMS开关的回应速度和可靠性也将大大提升。因此，从目前的情况来看，利用MEMS设计的OXC，极有可能成为今后OXC的主要发展方向。 　　采用可调式激光源，就可以1个激光器取代多个固定波长的激光器，同时备用品总共也只需要3至5个即可，大大的降低了系统成本。能实现可调式的激光源主要有3种，即超周期结构光栅形DBR激光器、取样光栅耦合型反射式激光器和取样光栅DBR（Distributed Bragg Reflector）激光器。如图2所示，为一种基于布拉格反射系统的可调式激光源。它们的CW（Continuous Wave）调谐范围都大于40nm，最大可达100nm。可调式激光技术目前发展并不成熟，大部分产品都处在实验室阶段或试用初期，它在未来光网络中的应用主要表现在动态波长分配，通过可调激光以及可调滤波器等器件，实现基于波长的通道分配。对于小于16个节点的光网路，利用可调激光器可以提供简单可靠的光网络方案，而更大的网络架构可同时结合OXC器件。另外，利用可调式激光源，可实现光谱分析系统。目前，日本的Santec公司开发出了基于可调激光器的光谱分析扫描系统，能在2.5秒时间内完成40nm宽度的扫描，并且激光波长的精确控制可以达到1 picometer的测量分辨率。 　　可调式滤波器的发展对于推动全光网络架构扮演着决定性的角色，而发展全光网络的一个先决条件是必须做到光层面的网络监控与管理，以目前的技术而言，若要对光信号做监控，必须先将光信号取样后，经过光电转换，才能做下一步的信号监控或路由控制。然而，这种方式不但所需的设备昂