光交換技術

前言

　　近年來，信息技術正深刻影響全球社會和經(jīng)濟發(fā)展。作為引領信息技術發(fā)展的通信技術獲得長足進步，并方興未艾，各種通信新業(yè)務隨著人類社會信息化時代的不斷發(fā)展正在迅速增長，并以驚人的速度遞增。人們對網(wǎng)絡的依賴程度從來沒有像今天這樣高，一個能夠支持多種業(yè)務融合、終端用戶易于獲得、價格低廉的網(wǎng)絡，已經(jīng)成為當前通信領域發(fā)展的重要方向和目標?！　」饫w巨大的頻帶資源和優(yōu)異的傳輸性能，使之成為通信業(yè)務高速、大容量傳輸?shù)睦硐虢橘|；自20世紀90年代以來，涌現(xiàn)出的波分復用技術為我們帶來了幾乎“取之不盡”的物理帶寬資源；寬帶光放大技術的重大突破以及大量新型光器件的成功研發(fā)和應用，使得光纖傳輸在短短幾年時間里發(fā)生了翻天覆地的變化，引起了人們的極大興趣和關注。然而，電處理技術發(fā)展的步伐遠遠不能滿足當今發(fā)展的需求，電子交換已經(jīng)成為通信技術發(fā)展的瓶頸。光電轉換設備也成為降低成本、提高通信質量的主要目標之一。人們呼喚基于光子技術的交換及其設備的到來；期盼早日實現(xiàn)傳輸和交換的全光化網(wǎng)絡。新一代智能化光網(wǎng)絡被認為是當今國內(nèi)外發(fā)展最快、最具潛力、最具前景的重要承載平臺，必將在未來的通信領域中占據(jù)重要的地位和巨大的市場。全光網(wǎng)絡的研究和應用正孕育著一場新的革命，并將開創(chuàng)通信工程的新紀元。

內(nèi)容概要

　　《光交換技術》系統(tǒng)地介紹了現(xiàn)代通信中的光交換技術，主要包括通信交換的發(fā)展歷程、光交換技術涉及的物理機理、關鍵功能器件、各種光交換方式和系統(tǒng)；重點介紹光交換中的光波技術、光標記交換、光突發(fā)交換、智能光交換等新技術及其關聯(lián)的全光網(wǎng)絡，并對下一代全光網(wǎng)絡中的光交換技術進行展望?！　　豆饨粨Q技術》可供具有一定通信理論基礎的科研人員和工程技術人員閱讀，可作為高等院校、科研院所光通信專業(yè)及其相近專業(yè)研究生課程的教科書或參考書。

作者簡介

　　余重秀：北京郵電大學教授，校學術委員會委員，?！肮鈱W”、“光學工程”學科主任，校教材建設委員會副主任，教育部重點實驗室“光纖通信與光波技術”學術帶頭人、“通信光電子材料及器件”研究中心主任。兼任中國光學學會全息與光信息處理專業(yè)委員會副主任、光電技術專業(yè)委員會常委、纖維光學和集成光學專業(yè)委員會委員，美國SPIE會員。

書籍目錄

第1章　緒論　11.1　通信交換技術的發(fā)展歷程　11.2　光交換的產(chǎn)生　31.3　光交換研究的基本內(nèi)容及特點　61.4　光交換技術的研究現(xiàn)狀　7第2章　光交換的物理基礎　92.1　光學雙穩(wěn)　92.1.1　光學雙穩(wěn)現(xiàn)象　92.1.2　光學雙穩(wěn)的分類　102.1.3　光學雙穩(wěn)的非線性　142.2　光折變效應　152.2.1　光折變的機理　152.2.2　光折變效應的特性　172.2.3　光折變效應的應用簡介　182.3　光放大　202.3.1　光放大的基本性能　202.3.2　半導體光放大　232.3.3　光纖型光放大　242.4　多量子阱　282.4.1　多量子阱結構　282.4.2　MQW的特性　282.4.3　應變量子阱　302.5　自電光效應　302.5.1　量子限制Stark效應　302.5.2　自電光效應及其特性　312.6　光纖（或介質）的非線性效應　322.6.1　非線性折射率效應　322.6.2　光Kerr效應　332.6.3　自相位調制　342.6.4　交叉相位調制　372.7　非線性光混頻　382.7.1　差頻產(chǎn)生及其特性　382.7.2　四波混頻及其特性　392.8　光孤子　412.8.1　光孤子的描述　412.8.2　光孤子的特性　432.8.3　光孤子的應用簡介　46第3章　光交換器件　503.1　光交換器件的分類及其性能指標　503.1.1　分類　503.1.2　性能指標　513.2　基于不同機理的光開關　523.2.1　傳統(tǒng)的機械光開關　523.2.2　電光開關　533.2.3　熱光開關　543.2.4　聲光開關　553.2.5　全息光開關　563.2.6　MEMS開關　563.2.7　其他光開關　603.3　光雙穩(wěn)器件　613.3.1　F-P腔光觸發(fā)器　613.3.2　分支波導光邏輯門　623.3.3　定向耦合器光雙穩(wěn)開關　633.3.4　半導體光雙穩(wěn)高速開關　653.3.5　光電反饋式光學多穩(wěn)器件　663.4　多量子阱SEED　673.4.1　SEE雙穩(wěn)二極管　673.4.2　對稱SEE邏輯門　683.4.3　多穩(wěn)態(tài)SEE光運算器　703.4.4　晶體管偏置SEED　703.4.5　SEE靈巧像素　713.4.6　SEE波長轉換與再生　723.5　空間光調制器　723.5.1　SLM及其分類　733.5.2　磁光SLM　743.5.3　液晶光閥　763.5.4　普克爾斯SLM　773.5.5　微通道SLM　783.5.6　表面形變SLM　783.5.7　Si-PLZT陶瓷SLM　793.5.8　數(shù)字微鏡器件SLM　803.6　波長變換器　813.6.1　利用SOA的WC　813.6.2　利用LD的WC　833.6.3　利用EAM的WC　843.6.4　利用光纖非線性的WC　863.7　可調諧光器件　873.7.1　可調諧濾波器　873.7.2　可調諧激光器　923.7.3　可調諧波長變換器　983.7.4　波長可調諧光探測器　1023.7.5　可變光衰減器　105第4章　光交換方式和系統(tǒng)　1124.1　光交換方式　1124.1.1　光路交換與光分組交換　1124.1.2　復用光交換方式　1134.2　空分光交換　1144.2.1　基本結構及特點　1154.2.2　空分光交換網(wǎng)絡　1164.2.3　不同器件構成的SDOSN　1194.2.4　典型的空分光交換系統(tǒng)　1244.3　自由空間光交換　1274.3.1　不同器件構成的FSOSN　1274.3.2　典型的自由空間光交換系統(tǒng)　1334.4　時分光交換　1384.4.1　時分光交換分類　1384.4.2　基本結構及特點　1404.4.3　TDOSN及其主要功能　1424.4.4　時分光交換網(wǎng)絡　1454.4.5　典型的TDOS系統(tǒng)　1474.5　波/頻分光交換　1524.5.1　基本結構及特點　1524.5.2　波長變換的實現(xiàn)技術　1534.5.3　波/頻分光交換節(jié)點　1594.5.4　典型的WD/FD-OS系統(tǒng)　1644.6　ATM光交換　1674.6.1　ATM信元及其光交換原理　1674.6.2　ATM光交換節(jié)點　1684.6.3　典型的ATM光交換系統(tǒng)　1694.7　光分組交換　1724.7.1　光分組的格式、交換原理及特點　1724.7.2　OPS節(jié)點及其關鍵技術　1744.7.3　光分組交換的協(xié)議　1774.7.4　典型的OPS系統(tǒng)　1794.8　多維、復合光交換系統(tǒng)　1814.8.1　多維、復合光交換的提出　1824.8.2　MOS方式及系統(tǒng)分類　1824.8.3　基于平行背板和總線的多維MOS系統(tǒng)　185第5章　光交換中的光波技術　1905.1　高重復率超短光脈沖產(chǎn)生技術　1905.1.1　利用增益開關激光器　1905.1.2　利用外腔鎖模激光器　1905.1.3　利用鎖模光纖(環(huán))激光器　1915.1.4　利用集成電吸收半導體激光器　1925.1.5　利用超連續(xù)譜激光器　1935.2　超高速全光開關技術　1945.2.1　無源非線性高速光開關　1945.2.2　有源非線性高速光開關　1995.3　光波分復用/解復用技術　2025.3.1　光波色散型DeWDM　2035.3.2　光波干涉型DeWDM　2075.3.3　光波偏振型DeWDM　2085.4　光分組/信元的編碼及地址識別　2135.4.1　光分組/信元的幾種編碼方法　2135.4.2　基于不同機制的地址識別技術　2145.5　光分組壓縮與解壓縮　2205.5.1　光分組比特的壓縮　2205.5.2　光分組比特的解壓縮　2205.5.3　三種壓縮與解壓縮技術的應用　2215.6　光緩存技術　2265.6.1　利用FDL的光緩存方式　2265.6.2　不同的光緩存器技術　2275.6.3　光存儲研究新方案　2315.7　光的同步與時鐘恢復　2365.7.1　時延抖動的產(chǎn)生　2365.7.2　光同步措施　2375.7.3　光時鐘提取（或恢復）的實現(xiàn)技術　2375.7.4　相位對準光同步技術　2455.8　全光再生技術　2465.8.1　光信號再生及其關鍵技術　2465.8.2　全光2R技術研究　2475.8.3　全光3R技術研究　249第6章　光交換技術的新進展及展望　2556.1　光標記交換技術　2556.1.1　光標記交換的產(chǎn)生　2556.1.2　光標記技術　2576.1.3　OLSP與光子IP路由器　2606.1.4　典型的光標記交換系統(tǒng)　2636.2　光突發(fā)交換　2686.2.1　基本原理及特點　2686.2.2　幀結構與偏置時延　2696.2.3　體系結構及實現(xiàn)技術　2716.2.4　OBS的控制協(xié)議　2756.2.5　波長路由OBS系統(tǒng)　2786.2.6　基于環(huán)網(wǎng)的OBS系統(tǒng)　2816.3　全光網(wǎng)絡中的光交換技術應用　2856.3.1　美國的ARPA計劃和NGI計劃　2856.3.2　歐洲的RACE計劃和e-Europe計劃　2896.3.3　日本的高速寬帶光網(wǎng)絡研究　2916.3.4　中國的光網(wǎng)絡研究與發(fā)展　2946.4　智能光交換　2986.4.1　體系結構及特點　2986.4.2　ASON的核心技術　3016.4.3　相關協(xié)議與標準　3106.4.4　ASON試驗平臺　3126.5　軟交換技術　3166.5.1　軟交換的產(chǎn)生　3166.5.2　體系結構及設備　3176.5.3　主要功能及技術規(guī)范　3186.5.4　軟交換的應用及發(fā)展　3206.6　NGN中的MPL隨、GMPLS及多粒度光交換　3216.6.1　MPL隨與波長路由器　3216.6.2　GMPLS技術　3256.6.3　多粒度光交換技術　326參考文獻　330

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　上世紀60年代，激光器的誕生開創(chuàng)了人類的激光技術時代，相繼出現(xiàn)了許多新興的研究方向和領域，通信中的光交換技術就是在20世紀70年代初被提出的新研究課題。利用光波的優(yōu)勢和特點，借鑒電交換技術的發(fā)展經(jīng)驗，使光交換技術的研究不斷地向前推進，在隨后的幾十年中，光波技術及光電或光器件的形成機理和實現(xiàn)技術上的每一次突破，都推動了光交換技術的進一步發(fā)展，至今已形成了種類繁多的光交換器件、光交換機制、實現(xiàn)方法及系統(tǒng)等。　　人類社會進入多媒體信息時代以來，大量的話音、數(shù)據(jù)、圖像信息需要傳輸、交換和處理，需要提供Tbit/s的傳輸速率、Tbi/s的交換速率和Tbit的信息存儲能力，這是電子技術無法做到的事情。光子技術在Tbit/s量級的傳輸、交換和存儲上顯示出電交換無法比擬的優(yōu)勢，充分利用光子技術建立全光傳輸/交換網(wǎng)的要求被提出來，國際電聯(lián)ITu—T特別規(guī)定：在全光網(wǎng)中，增加光層上實現(xiàn)路由交換及其智能化的功能等。于是，光交換技術在這些需求的驅動下，得以快速發(fā)展。在全世界范圍內(nèi)，大量的通信研究機構和高校致力于高速光交換器件、寬帶交換技術、靈活高速的路由控制等技術的研究；在國際主流的光通信期刊上、每年的國際光通信學術會議及產(chǎn)品交流會議上，均有大量的光交換技術研究成果和應用產(chǎn)品報道；全光試驗網(wǎng)在全球紛紛建立，光交換技術正在適應新時代的發(fā)展需求，而不斷地發(fā)展成熟并被廣泛應用。

編輯推薦

　　國家高技術研究發(fā)展計劃（“863”計劃），是一項具有明確國家目標的國家科技計劃，是發(fā)展高科技、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、建設創(chuàng)新型國家的重大舉措?！?63”通信高技術叢書，是對通信信息領域的課題以及相關重大專項的成果總結，被新聞出版總署列入“十一五”國家重點圖書出版規(guī)劃項目中的國家重大出版工程?！　　豆饨粨Q技術》特點：選材新穎，反映了作者承擔的多項“863”計劃項目、”973“計劃項目、國家自然科學基金項目的成果。匯集了作者多年的”光交換技術”課程教學實踐經(jīng)驗。

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