全光開關(guān)原理

前言

　　激光的產(chǎn)生標(biāo)志著光學(xué)有了與電學(xué)一樣的相干光源。自此以后光子技術(shù)與電子技術(shù)展開了長(zhǎng)期的競(jìng)賽，究竟誰(shuí)能成為信息技術(shù)的主角？半個(gè)世紀(jì)競(jìng)賽的結(jié)果證明，電子技術(shù)與光子技術(shù)各有所長(zhǎng)。電子技術(shù)在20世紀(jì)取得了輝煌的成就，計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信的普及，使人類的生活發(fā)生了徹底變化，這是因?yàn)殡娮蛹夹g(shù)擅長(zhǎng)信息處理，特別是數(shù)字化信息的處理。至于光子技術(shù)，則擅長(zhǎng)信息傳輸，并具有寬帶、大容量和并行處理等優(yōu)點(diǎn)，因此近30年來光子技術(shù)有很大的發(fā)展?，F(xiàn)在信息的有線傳輸和信息存儲(chǔ)等電子技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)被光子技術(shù)占領(lǐng)。例如，光纖通信代替了電纜通信；光盤存儲(chǔ)代替了磁盤存儲(chǔ)。在傳感領(lǐng)域光子技術(shù)也逐漸變成了主角：光纖光柵傳感器代替了電子應(yīng)變傳感器。甚至當(dāng)今廣泛使用的電子計(jì)算機(jī)，它的外部設(shè)備陣地（存儲(chǔ)、顯示、輸入／輸出等）也已經(jīng)被光子技術(shù)占領(lǐng)。但是計(jì)算機(jī)的芯片仍被電子技術(shù)壟斷，這是因?yàn)殡娮娱_關(guān)（或晶體管）還不能被光子開關(guān)（或光晶體管）。因此，電子技術(shù)的最后堡壘——數(shù)字化信息處理還沒有被光子技術(shù)攻占。光子技術(shù)最后勝利的標(biāo)志就是攻下這個(gè)電子技術(shù)的最后堡壘，即用全光開關(guān)代替現(xiàn)有的電子開關(guān)，實(shí)現(xiàn)真正的光子集成芯片和高速、海量的光子數(shù)字信息處理?！　】茖W(xué)家的夢(mèng)想之一是實(shí)現(xiàn)全光通信、全光網(wǎng)絡(luò)和全光計(jì)算機(jī)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)夢(mèng)想，就要研究出實(shí)用化的全光開關(guān)，即要求驅(qū)動(dòng)光開關(guān)的光功率可與被控光信號(hào)的功率相比（開關(guān)功率在毫瓦以下）；開關(guān)速度比現(xiàn)有電子開關(guān)速度更快（開關(guān)時(shí)間在皮秒以下）。全世界的科學(xué)家耗時(shí)半個(gè)世紀(jì)，耗費(fèi)大量資金，至今還沒有研究出可供上市的全光開關(guān)產(chǎn)品。但是，人們已經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間、多方面的探索，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。本書試圖把人們對(duì)全光開關(guān)研究的主要物理思想和基本原理系統(tǒng)地介紹給讀者，故本書取名為“全光開關(guān)原理”。書中也包含了作者多年來從事全光開關(guān)原理研究的主要研究成果。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)總結(jié)了自20世紀(jì)60年代以來國(guó)內(nèi)外研究的各種光開關(guān)的物理思想和基本原理，包含作者多年來在光開關(guān)方面的研究成果。全書分為10章，主要介紹以光控光的全光開關(guān)，內(nèi)容包括非線性干涉儀型全光開關(guān)(第4、5、7章1、光學(xué)雙穩(wěn)開關(guān)(第3章)、光學(xué)限制開關(guān)(第8章)等，還介紹了近年來基于納米光子學(xué)全光開關(guān)(第6章)，以及基于其他原理的全光開關(guān)(第9章)等。此外，本書還扼要介紹了目前已經(jīng)獲得應(yīng)用的電控光開關(guān)的基本原理(第2章)，以及光開關(guān)在光纖通信技術(shù)中的應(yīng)用(第10章)。    本書可以作為高等院校物理學(xué)和光學(xué)專業(yè)研究生的教材，高年級(jí)本科生的參考書，也可作為從事光通信、光計(jì)算、光傳感、光信息處理工作的科技人員和工程技術(shù)人員的參考書。

書籍目錄

前言第1章　光開關(guān)概論第2章　電控光開關(guān)第3章　光學(xué)雙穩(wěn)光開關(guān)第4章　非線性干涉儀全光開關(guān)第5章　含光放大器的全光開關(guān)第6章　納米　光子學(xué)全光開關(guān)第7章　非線性光纖光柵全光開關(guān)第8章　光學(xué)限制全光開關(guān)第9章　其他原理的全光開關(guān)第10章　光開關(guān)在光通信中的應(yīng)用參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　光開關(guān)在光子信息技術(shù)中被廣泛應(yīng)用，本書第10章將介紹光開關(guān)在光纖通信中的應(yīng)用。在光纖通信中，各種電子信息通過電光調(diào)制器轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑畔?，并且以脈沖數(shù)字信號(hào)（也就是比特信號(hào)）編碼的形式荷載于具有一定波長(zhǎng)的光波上，然后在光纖網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸和處理。具有一定波長(zhǎng)的、荷載比特信號(hào)的光束被稱為波長(zhǎng)信道，波長(zhǎng)信道以波長(zhǎng)為標(biāo)志。在光通信網(wǎng)絡(luò)中的光開關(guān)都屬于波長(zhǎng)開關(guān)，它們是在波長(zhǎng)域中工作的?！　≡诂F(xiàn)代光纖通信網(wǎng)絡(luò)中，光信號(hào)是按照波分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用兩種方式進(jìn)行傳輸?shù)?。也就是將波長(zhǎng)信道按空間的和時(shí)間的順序排列成隊(duì)進(jìn)行傳輸。光開關(guān)的作用就是將這些波長(zhǎng)信道經(jīng)過選擇后分送到不同的節(jié)點(diǎn)（或端口）去。因此，通信網(wǎng)絡(luò)中的波長(zhǎng)開關(guān)可以分成兩類：空域開關(guān)和時(shí)域開關(guān)，如圖1.2.1（b）所示?！　【€路開關(guān)（circuit switching）是對(duì)同一輸入波長(zhǎng)信道，在不同輸出端口間實(shí)現(xiàn)空間轉(zhuǎn)換，但該波長(zhǎng)信道所攜帶的比特譜在轉(zhuǎn)換輸出端口時(shí)保持不變。線路開關(guān)是波長(zhǎng)開關(guān)，又屬于空間開關(guān)。該開關(guān)適用于W13M網(wǎng)絡(luò)?！　〔ㄩL(zhǎng)轉(zhuǎn)換（wavelength conversion）的功能是將一個(gè)波長(zhǎng)信道轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)波長(zhǎng)信道，但其中的比特譜在波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換中保持不變。其實(shí)這是一種時(shí)域開關(guān)，但因?yàn)樽儞Q端口而具有空域開關(guān)的特性，常用于wDM網(wǎng)絡(luò)?！　　?/pre>








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