作者：黃智偉、李富英

    光纖通信技術(shù)的發(fā)展為解決傳輸容量的問題提供了極佳的方案，從理論上講，光纖在1.3μm和1.5μm兩個波長窗口能夠提供幾十THz的可用帶寬，隨著通信網(wǎng)絡(luò)逐漸向全光平臺發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化、路由、保護和自愈功能在光通信領(lǐng)域中越來越重霎。光交換機能夠保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性和提供靈活的信號路由平臺，盡管現(xiàn)有的通信系統(tǒng)都采用電路交換，但發(fā)展中的全光網(wǎng)絡(luò)卻需要由純光交換機來完成信號路由功能以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率和協(xié)議透明性。目前已有多種商用光電和光機械交換機，基于熱學(xué)、液晶、聲學(xué)、微機電技術(shù)的光交換機也在研究開發(fā)中。
　　光電交換機內(nèi)包含帶有光電晶體材料(如鋰鈮)的波導(dǎo)。交換機通常在輸入輸出端各有兩個波導(dǎo)，波導(dǎo)之間有兩個波導(dǎo)通路，構(gòu)成MachZennder干涉結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)1×2和2×2的交換配置。最近采用鋇鈦材料的波導(dǎo)交換機已開發(fā)成功，這種交換機使用了一種分子束取相附生的技術(shù)，與鋰鈮交換機相比，新的交換機使用的驅(qū)動電能少。光電交換機的主要優(yōu)點就是交換速度較快，可達(dá)到納秒級。缺點是：介入損耗、依極化損耗和串音都比較嚴(yán)重，對電漂移較為敏感，需要較高工作電壓，這些限制了光電交換機的商業(yè)應(yīng)用。
　　光機械交換機是目前常見的交換機，基于成熟的光機械技術(shù)。在交換機中，通過移動光纖終端或棱鏡來來將線引導(dǎo)或反射到輸出光纖，實現(xiàn)輸入光信號的機械交換。光機械交換機交換速度為毫秒級，但它成本較低，設(shè)計簡單和光性能較好，而得到廣泛應(yīng)用。光機械交換機最適合應(yīng)用于1×2和2×2的配置中，可以很方便地構(gòu)建小規(guī)模的矩陣無阻塞M×N光交換機。通過使用多級的配置也可以實現(xiàn)大規(guī)模(如64×64)的局部阻塞交換機。
　　熱光交換機采用可調(diào)節(jié)熱量的聚合體波導(dǎo)。交換由分布于聚合體堆中的薄膜加熱元素控制。當(dāng)電流通過加熱器時，它改變波導(dǎo)分支區(qū)域內(nèi)的熱量分布，從而改變折射率，將光從主波導(dǎo)引導(dǎo)自目的分支波導(dǎo)。熱光交換機體積非常小，能實現(xiàn)微秒級的交換速度。缺點是介入損耗較高、一串育較嚴(yán)重、消光率較低。耗電量較大，并要求散熱良好。
　　過去，液晶被認(rèn)為是一種很難成為光交換機的材料，其主要原因是其溫度特性和開關(guān)速度的局限性。在液晶材料和交換結(jié)構(gòu)上取得的進(jìn)展大大提高了液晶光交換機的溫度和頻率特性。液晶光交換機內(nèi)包含有液晶片、極化光束分離器(PBS)成光束調(diào)相器。液晶片的作用是旋轉(zhuǎn)入射光的極化角。當(dāng)電極上沒有電壓時，經(jīng)過液晶片的光線極化角為90°，當(dāng)有電壓加在液晶片的電極上時，入射光束將維持它的極化狀態(tài)不變。PBS或光束調(diào)相器起路由器的作用，將信號引導(dǎo)到目的端口。對極化敏感或不敏感的矩陣交換機都能利用這種技術(shù)。當(dāng)使用向列的液晶時，交換機的交換速度大約為100毫秒，當(dāng)使用鐵電的液晶時，交換速度為10微秒。使用液晶技術(shù)可以構(gòu)造多通路交換機，缺點是損耗、熱漂移量較大，串音較嚴(yán)重，驅(qū)動電路復(fù)雜。
　　基于聲光技術(shù)的光交換機，通過在光介質(zhì)(如TeO2晶體)中加入橫向聲波，可以將光線從一根光纖準(zhǔn)確地引導(dǎo)到另一根光纖。聲光交換機可以實現(xiàn)微秒級的交換速度，可方便地構(gòu)成端口較少的交換機。但它不適合用于矩陣交換機。因為這需要復(fù)雜的系統(tǒng)來改變頻率控制交換機。聲光交換機衰耗隨波長變化，驅(qū)動電路復(fù)雜。
　　目前已開發(fā)出多種MEM交換機，它們采用了不同類型的特殊微光器件，這些器件由小型化的機械系統(tǒng)激活。MEM交換機的優(yōu)點在于體積小，集成度高，可大規(guī)模生產(chǎn)，但這需要生產(chǎn)工藝技術(shù)的進(jìn)一步提高。
　　據(jù)預(yù)測，光子網(wǎng)絡(luò)將是下一代光互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，需要不受限地承載數(shù)字信息，這些將促進(jìn)交光換技術(shù)的不斷發(fā)展。在評價一種新的光交換技術(shù)時，必須考慮以下幾個關(guān)鍵指標(biāo)：
1、系統(tǒng)具有5個9以上的長期可靠性;
2、低損耗;
3、低串音，典型的隔離度要求為40或50dB;
4、保持對溫度的穩(wěn)定性，不需精確溫控電路;
5、快速切換，切換速率必須控制在毫秒級以下;
6、寬工作窗口，光開關(guān)需要工作在從1300nm到1650nm的整個帶寬上;
7、低的技術(shù)成本。


來源：通信世界網(wǎng)