全光通信

全光通信（精选7篇）

全光通信 篇1

0引言

随着我国社会经济的不断发展 , 我国的通信技术也获得了蓬勃发展 , 社会信息化的发展 , 对通信技术的需求呈现加速增长的趋势。光纤通信自上世纪七十年代发展至今仅20多年就取得了巨大的成就 , 发展速度之快远远超过了人们的想象。光纤拥有巨大的带宽资源 , 拥有大容量传输优势 , 质量高。是高效传输的理想介质。全光光纤通信是指信号在网络传输中始终以光的形式出现的一种通信网络 , 这种通信网络拥有超大的容量、极高的处理速度以及组网非常灵活等特点 , 给通信领域做出了重要的贡献 , 特别是在核心网方面的作用更加突出。

1 全光光纤通信网的概念

全光光纤通信网就是在通信网中直到用户节点之间的信号通道仍然保持光的形式 , 中间没有光电转换器 , 减少了信息传输的拥塞。这样 , 在全光光纤通信网内光信号的流动就不会受到光电转换的影响 , 避免了电子器件传输速率低对信号传输造成的影响 , 大大提高了网络传输速率。全光网由含有光交叉连接设备组成的全光内部部分和由通信网络控制的外部部分组成 , 外部控制部分能够实现网络的重构 , 使网络容量和波长在全光光纤通信网内实现动态分配 , 为用户提供一个容错能力强和生存性好的网络。内部全光光纤通信网是透明的 , 网络节点能够通过和选择波长进行透明的发送和接收数据 , 能够容纳多种业务格式 , 还可以通过对波长路由的调控实现透明光传输扩展到更远的距离。

2 全光光纤通信网的网络结构

SDH传送网称之为同步光网络 , 它是由一整套分等级的标准传送结构组成的 , 适用于各种经适配处理的净负荷在物理媒质如光纤、微波、卫星等上进行传送。SDH网是对原有PDH网的一次革命 , PDH是异步复接 , 在任一网络节点上接入接出低速支路信号都要在该节点上进行复接、码变换、解扰码等过程。

物理层包含物理联网媒介 , 物理层的协议产生并检测电压以便发送和接收携带数据的信号 ;数据链路层控制网络层与物理层之间的通信 , 主要功能是如何在不可靠的物理线路上进行数据的可靠传递。为了保证传输 , 从网络层接收到的数据被分割成特定的可被物理层传输的帧网络层 ;传输层是最重要的一层 , 传输协议同时进行流量控制或是基于接收方可接收数据的快慢程度规定适当的发送速率 ;会话层负责在网络中的两节点之间建立和维持通信 ;表示层是应用程序和网络之间的翻译官 , 在表示层 , 数据将按照网络能理解的方案进行格式化 ;应用层负责对软件提供接口以使程序能使用网络服务 ;具体分层结构如图1所示。

3 全光光纤通信关键技术及发展趋势

3.1 全光传输技术

随着我国社会经济的不断发展 , 光纤通信的巨大容量和抗干扰性优越等特点已经逐渐被人们所认识 , 并逐步取代传统的电子通信而成为现代通信的主要方式。全光传输技术的关键技术之一就是要用光放大器作为全光中继器而取代传统的中继器。光放大器克服了传统的中继器造成的电子瓶颈问题 , 还使得传输线路变得透明 , 这就使得通信系统变得易于进行改造升级 , 也利于系统实现波分复用。光弧子通信也是全光传输的关键技术之一, 光弧子是一种光强达到甚至超过非线性阀值的脉冲, 光弧子的非线性效应可以抵消色散带来的不利影响。但是在光纤传输中仍存在着能量脉冲的损耗 , 当光强低于非线性阀值时就会变成线性脉冲, 传输的信息就会失真, 所以就需要采用光放大器进行能量放大 , 使其达到最初设计的要求。这样光弧子的非线性才会发挥作用 , 保证光弧子沿着光纤稳定传播。光放大器的应用大大提高了光纤传输性能 , 光弧子通信实现了超长距离、超高速传输的全光通信系统 , 这具有无限广阔的应用前景。

3.2 光波分复用技术

光波分复用技术是将多个电信号调制的光载波经过复用在一根光纤中同时传输的光信号技术 , 这种技术在接收端可以将光信号解复用 , 然后进行进一步处理 , 最终实现恢复原信号并输送到不同的终端。为了在模拟通信中充分利用电缆的宽带资源 , 在光纤通信中可以采用频分复用方法来提高传输系统的传输容量 , 由于在光频域上的信号频率差异比较大 , 所以人们采用波长来定义频率上的差异 , 这样的复用方法被称为波分复用。光波分复用技术大大提升了系统的传输容量 , 充分利用了光纤的巨大宽带资源。而且对于早期安装的芯数较少的光缆 , 采用波分复用技术可以在不对系统做较大改变的情况下对系统进行扩容。光波分复用技术具有超高速、大容量的特点 , 还可以实现超长距离的传输 , 减少了中继设备的数量 , 节省了成本 , 使得其不仅仅成为了扩大传输系统容量的基本手段 , 而且还成为加速新业务量的基础 , 在未来肯定会拥有更加广泛的应用 , 促进我国通信技术的发展。

3.3 全光交换技术

全光交换技术是指光纤传输的信息进行直接交换 , 全光交换技术与传统的电子程控交换相比拥有很多明显的优势 , 全光交换实现了光纤直接进行信息交换 , 效率得到大大提升。全光交换技术主要有五种交换方式 , 一是时分交换方式 , 这种交换方式能够与光传输系统进行完美匹配 , 而且还能构成大容量的光交换机 , 这能够大大减少硬件设备的使用 , 节省了使用成本 ;二是空分交换方式 , 这种方式可以将光交换元件组成门阵列开关 , 并且能够适当的对其进行控制 , 在任一路输入光纤和任一路输出光纤之间构成通路 , 这种技术大大提升了信号传输效率 ;三是复合型光交换方式 , 这种方式可以在一个交换网络中同时用两种以上的光交换方式 ;四是波分光交换方式 , 这种交换方式能够充分利用光路的宽带 , 与电子电路相比 , 这种方式能实现波分型交换网 ;五是自由空间交换, 自由空间交换可以看作是一种空分交换, 但这种方式具有明显的优点 , 尤其是在毫米范围内拥有10微米量级的分辨率。全光交换技术大大提升了光交换的效率 , 具有广泛的应用前景。

4 结论

随着我国社会经济的不断进步 , 我国对通信技术的需求也在不断扩大。近年来 , 光纤通信技术发展迅猛 , 并逐步向全光光纤通信发展 , 现在全光网络仍处于发展阶段 , 很多关键技术仍处于研发阶段或者相对局限的使用阶段。随着我国科学技术的进步 , 诸多全光网络的关键技术将会被我们逐步掌握 , 通信系统将会从电子时代进入光子时代 , 人类将会进入更加先进的光通信时代。

摘要：全光光纤通信网是以光纤通信为基础传输链路所组成的一种新型通信体系网络结构, 全光光纤通信网具有良好的透明性、兼容性、可开性和扩展性, 并且具有能提高巨大宽带、拥有较低误码率以及网络结构比较简单等优势, 是目前光纤通信领域的研究热点。本文详细介绍了全光光纤通信网的概念和网络结构, 并对包括全光传输技术、光波分复用技术、全光交换技术在内的全光光纤通信关键技术及其发展趋势进行了详细论述。

关键词：全光光纤通信,关键技术,全光中继,光电转换

参考文献

[1]陶建胜.浅谈光通信网络技术及发展趋势[J].硅谷, 2009 (13) .

[2]翟锦华.全光通信中的光交换技术[J].科技信息, 2009 (6) .

[3]白玉清, 孙云山, 张立毅.基于全光通信的信息处理[J].科技情报开发与经济, 2006 (18) .

[4]鲜继清, 张德民.现代通信系统.西安电子科技大学出版社, 2002:233.

[5]孙学康.张金菊, 等.光纤通信技术[M].北京邮电大学出版社, 2000:297.

全光网建设的经验及思考 篇2

【关键词】全光网建设；经验分析；问题思考；

随着经济建设速度的加快，我国的互联网技术、云计算等信息行业的发展取得了令人瞩目的成绩。而相应的我国宽带类业务得到了快速的发展，信息基础建设已经成为了当代社会中非常重要的基础建设。而乡镇、县城的光网建设工作对于提高我国光网的普及率，促进光网技术的发展具有非常重要的作用。

一、全光网建设的重要作用

全光网建设对于推进我国城市的信息基础建设具有重要作用。具体来说，全光网建设具有以下几方面的重要意义。

1.加强“宽带中国”战略的落实。

全光网建设能够有效的推进“宽带中国”战略的落实。如今，互联网已经成为了人们生活中密不可分的一部分，互联网衍生的产业在人们的生产生活中扮演着越来越重要的角色。当前，我国城市的信息基础建设还有较大的提高空间。而全光网建设能有效的加强信息基础建设，推动智慧城市的发展，促进“互联网+”行动的有效展开[1]。

2.有效的节约能源。

全光网建设还能有效的节约能源。在传统的网络建设中，对于电能的需求量非常大。根据统计发现，对于我国南方某中等规模的城市来说，过去的一年中，通过光网建设，在信息基础设施方面节约了电能1100万度左右，根据国家发布的能源转化系数，可以算出大约减少了1.4万吨的碳排放。可见，全光网建设能有效的达到节能减排的目的，促进环境保护工作的开展。

3.加大了信息化的应用。

全光网建设能有效的加大信息化的应用。如今，信息衍生产业的种类越来越多，规模越来越大，产生的价值已经成为了国民生产总值中非常重要的组成部分。而信息衍生产业存在和发展的基础就是互联网的存在。加强全光网建设，能够有效的促进互联网衍生企业的发展，降低网络故障发生的概率，有效提高网络运营商的水平。

二、全光网建设的经验分析

全光网建设对于我国城市基础信息建设的发展具有重要的推动作用。本文通过对我国南方某比较发达的县城进行研究，探讨全光网建设的经验。

1.城市全光网建设的优势分析。

该县城在全光网建设方面具有以下方面的优势。县城的经济比较发达，具有优良的信息化环境。政府对于信息基础建设工作非常重视，开展了较多的应用创新活动，包括推进免费WIFI，建立大数据中心，推进信息化在民生政务方面的应用等。全光网建设的启动时间较早，在2009年左右就开始了局部试点规划，为后续的全光网建设工作的开展提供了良好的基础。

2.全光网建设目标的提出。

为了更好的推进全光网的建设，当地政府在2015年提出了建设的目标，在目标中明确规定要在2015年末实现全光网的全天候、全区域覆盖，要做到新增的光网业务受理率达到100%，传统装置设备的退网率达到100%，并保证县城居民和企业的平均带宽超过30M。

3.全光网建设的经验。

该县市通过各方的努力，在2015年底达到了全光网建设的目标，有力的促进了城市信息急促建设的发展。在该县市的全光网建设中，主要有以下方面的发展经验。首先，该县市开展了创新性的“窄带资源的迭代利用”模式，从而给采用传统设备的退网的工作提供了非常便利的条件。同时，政府和电信公司进行了有力的合作，在退网时，利用对现有窄带资源的归并，建设了资源池，进而有效的拓宽了对窄带资源的利用，减小了窄带的改造成本[2]。其次，通过“双上行网关”政策对政府和企事业单位进行了有效的光网改造。“双上行网关”政策能够有效的推进无线宽带的部署，同时也提高了双路接入的可靠性，减小了企事业单位客户的顾虑。最后，通过新产品和新技术的尝试，有效的加强了光猫入户工作的开展，并加大了隐性光缆的应用，对解决二次布线方面的问题起到了很好的解决效果。

三、全光网建设的思考

全光网建设对于我国信息基础建设的发展具有重要的推动作用。根据对我国城市全光网建设的推进情况进行调查，本文总结出了几点关于全光网建设的几点思考。

1.全光网建设和电商的关系。

全光网建设和电商之间具有非常重要的相互发展相互促进的关系，我国政府相关部门要深刻的认识到两者之间的这种关系。当前，我国互联网衍生产业蓬勃发展，“互联网+”这种新的经济形式已经成为了当前经济发展中非常重要的形式。因此，加大信息的基础化建设工作是非常重要的工作。而传统的网络建设不仅需要消耗更多的能源，同时在数据信息传输的质量和规模方面也已经渐渐适应不了当前电商的发展形式。因此，推进全光网建设势在必行。在推进建设的过程中，政府相关部门要和电商之间进行积极沟通，可以采取合作模式加强相关工作的推进。

2.全光网建设和资费的关系。

建设资费也是制约全光网建设的一个重要问题。在对多个城市全光网建设的分析中发现，光网的资费问题是需要进行慎重考虑的问题。对于普通群众和企业来说，如果在光网改造后，资费情况不能得到较好的保证，用户需要花费比以往高得多的资费才能享受到较好的网络速度和质量，那么很多用户会从成本考虑出发，而不选择进行光网升级。因此，如何有效的协调全光网建设和资费之间的关系，需要政府、运营商、专家、用户等多方面共同协商。例如，在我国南方某城市的全光网建设中，电信业的综合价格指数一直在稳步下降，无论是移动流量的平均费用还是用户的月平均网费情况，都随着光网建设的推进而降低，这给光网建设营造了非常好的环境，用户数量得到了有效的增长，最终实现了用户、企业和社会都受益的局面。

3.运营商对于全光网建设的作用。

在全光网建设中，运营商具有着举足轻重的作用。我国三大运营商，在光网建设过程中需要和政府相关部门有效配合，并积极开发成熟的互联网应用，例如城市交通管理的应用，民生政务方面的应用等，从而促进光网建设的展开。在“互联网+”的经济模式中，运营商是非常重要的因素，政府要给予高度的重视。虽然目前我国运营商在全光网建设中发挥了重要的促进作用，但同时我们要看到运营商的工作还有很大的提高空间。例如，运营商的在光网建设中如何实现稳定的盈利，如何更好的吸引电商的建立，在旧城区的光网改造中，运营商应该发挥什么样的作用等，这些都是运营商需要进行思考的问题。

四、结束语

全光网建设对我国基础信息建设具有重大的推动作用，如何加强全光网建设，促进我国通信行业更好的发展已经成为了当前社会各界非常关心的问题。对当地的实际情况进行分析，制定符合当地特色的全光网建设方案，从而促进全光网建设工作的有力展开。

参考文献：

[1]曹倩，朱平. 四川“全光网”建设模式引起全国业界瞩目[J]. 通信与信息技术，2015，04：19.

[2]梁华伟. 无锡电信对“全光网城市”建设的思考与实践[J]. 江苏通信，2015，05：34-35.

全光网络通信技术的成就与未来 篇3

关键词：波分复用,全光网络

一、光通信技术的逐年进步

光通信技术30年成就的主要标志是传输容量的逐年增长;技术进步主要表现在光器件、多种复用方式和新颖的光网络协议。

光纤是光传输的基本媒质。在数十年的发展过程中, 光纤通信系统经历了三代: (1) 工作波长为0.85μm多模光纤光通信系统; (2) 工作波长为1.3μm多模光纤光通信系统和单模光纤光通信系统; (3) 工作波长为1.55μm单模光纤光通信系统。而色散位移光纤 (DSF, G.653) 是应用于第三代光纤通信系统的一项重要成就。普通单模光纤的零色散点在1.31μm附近, 色散位移光纤将零色散点从1.31μm移到1.55μm, 有效地解决了1.55μm光通信系统的色散问题。

光纤通信系统中使用的光源经历了从发光二极管到半导体激光器的进步。目前, 半导体激光器不仅可以在室温下工作, 而且其直接调制速率可以达到10Gbit/s乃至更高, 逐渐满足了高效率、高速率、低啁啾、大功率、长寿命等要求。光纤与光源的逐年进步解决了衰减和色散问题, 其结果是增加了光纤系统的通信容量。

光纤放大器的发明和波分复用技术的采用迫使人们面对光纤的非线性效应。于是科学家、工程师又推出了非零色散位移光纤 (NZ-DSF, G.655) 。非零色散位移光纤的主要种类包括大有效面积光纤、低色散斜率光纤和反常色散光纤。为了将工作在1.55μm的采用波分复用技术的光纤系统应用到已铺设的第二代光纤系统 (工作波长为1.3μm) 的光缆中去, 色散补偿光纤也应运而生。通过色散补偿光纤和普通光纤的有效搭配, 可以在传输链路上实现色散管理传输, 显著地增加系统容量和传输距离。新近推出的所谓全波光纤 (All-wave fiber) , 消除了常规光纤在1385nm附近由于OH根离子吸收造成的损耗峰, 使光纤在1310~1600nm的损耗都趋于平坦。

二、全光网络

从1980年以来的20年间, 随着光器件的发展和光系统的演进, 光传输系统的容量已从Mbit/s发展到Tbit/s, 提高了近10万倍。我们能清楚地看到采用WDM系统改变了光传输系统容量的增长方式, 突破了"电子瓶颈"或电子极限的限制。虽然图4中没有涉及到光空分复用、光时分复用和光码分复用等复用技术, 但上述的复用技术分别从空间域、时间域和码字域的角度拓展了光通信系统的容量, 丰富了光信号交换和控制的方式, 开拓了全光放大和全光网络的新篇章。

从理论上讲, 全光网络是指光信息流在网络中的传输及交换始终以光的形式实现, 而不需要经过光/电、电/光变换。也就是说, 信息从源节点到目的节点的传输过程中始终在光域内。

在光网络协议标准方面, 同步数字序列 (SDH) 、异步传递模式 (ATM) 、传输控制协议/因特网协议 (TCP/IP) 以及近期确定的多标记协议交换 (MPLS) , 都是最近十几年来具有里程碑意义的技术成果, 是目前人们组建全光网络的主要依据。

在波分复用技术提出以后, 波长本身成为组网 (分插、交换、路由) 的资源。一旦组网成功, 光通信技术将不仅仅提供巨大带宽, 同时衍生出一系列的可优化使用这些带宽的组网资源。这种组网资源目前集中在波长上, 将来会细化到光时隙上或光分组上。

WDM全光网络是基于WDM技术, 以波长作为组网资源, 灵活可靠、性能稳定的光网络, 它可以划分为长途骨干网、区域网和城域网三个等级。本地数据业务通过本地节点提供的业务接口, 如以太网接口、SDH接口、ATM接口等, 接入WDM全光网络。WDM全光网络通过波长路由机制实现路由选择, 具有良好的可扩展性、可重构性和可操作性。

当然, 从具体技术角度看, WDM全光网络还存在着许多亟待解决的问题。首先, 还没有光逻辑器件, 这就使得电层的许多结论和应用方案必须要加上许多限制条件才能用到光层上;其次, 光集成技术可以说刚刚起步, 还很难预测其发展速度和对光网络建设的影响力;第三, 光节点技术本身的稳定性、成本还是个难于确知的问题;第四, 技术竞争和市场竞争都是复杂的事情, 网络功能的增强一般是以增加复杂性和成本为代价的, 要取得较好的性价比不是容易的事情;最后, 兼容现有网络、充分利用已铺设的光纤资源和开拓全新的建网思想, 两者之间还具有许多冲突。随着这些问题的解决, 未来的全光网络将进入Tbit/s容量的网络时代, 同时为用户提供速率透明、性能可靠的多业务 (包括IP业务) 接入。

据统计, IP业务每年翻一番, 而语音业务每年增长7%;2000年, 北美地区的IP业务已超过语音业务。光纤通信系统为宽带网络提供了更高速率、更高可靠性的链路传输, 同时光网络提供的组网能力进一步提高了现有网络和协议的灵活性和可扩展性。

随着在光域进行的信息处理能力的提高, 光网络技术突破了物理层的限制, 逐渐进入数据链路层和网络层。光纤通信系统承载IP协议的方式也在实现从IP-ATM-SDH-光网络、IP-SDH-光网络到IP-MPLS-光网络的过渡。

光时分复用 (OTDM) 技术和光码分多址 (OCDMA) 技术也是未来全光网络的候选技术。OTDM和OCDMA在概念上分别与传统通信网络中TDM和无线CDMA对应。展望未来的全光网络, OT-DM和OCDMA技术将丰富未来的WDM全光网络的接入方式和业务类型, 同时提供多种粒度接入和多种服务质量;以WDM技术为主导、结合OTDM和OCDMA技术, 将成为未来全光网络的主要构架。

三、结束语

一项产业的发展, 技术是推动力, 市场是牵引力。光通信技术已经经历了30年的发展, 技术的进步使得全光网络的发展成为可能。而以IP为主流的数据业务爆炸性地增长是发展全光网络的市场需求。

随着全光网络的规模逐渐扩大, 对网络的管理和控制显得越来越重要。通过网络管理软件, 用户才能对整个网络进行操作和控制, 实现网络的配置管理、安全管理、告警管理、计费管理和性能管理。因此, 软件技术在全光网络的发展中的作用举足轻重。

全光通信 篇4

二十一世纪是信息高度发展的世纪, 信息技术已经逐渐渗透到人们日常生活中的各个方面, 并发挥着不可替代的作用。随着人们对于信息技术的需求不断增加, 信息传递技术的创新迫在眉睫, 如何才能满足信息量日益增多的现状成为信息传递首要解决的难题。根据生产经验而言, 激光是满足日益复杂信息传递的最佳工具, 因此催生了全光通信技术的发展。

目前研究的重点就是利用何种技术结合先进的光学材料来实现对于光信号的随意控制。上世纪末美国率先解决了对于光脉冲群速度的随意控制难题, 实现了对于光信息的人工控制, 这意味着光存储已经实现。

二、电磁感生透明及原子介质中的光群速减慢

电磁感生透明也是由美国科学家提出的新概念, 电磁感生透明是种量子干涉效效应, 电磁感生透明的意思是指在光吸收的介质中, 假设用两个具有轻微失谐的光脉冲共同作用于该介质, 在共振的情况下, 光吸收介质就变为了光透明介质。一旦出现电磁感生透明现象, 光脉冲的群速度也会相应降低, 而且降低的幅度也比较大, 并且可以将光信息以原子态的形式储存。现阶段研究人员提出要想实现电磁感生透明现象, 必须要满足两个基本条件, 其一就是必须有两束光, 而且相位和频率必须固定, 一束光作为控制光线, 一般情况下都是脉宽比较宽的脉冲, 另外一束则为信号光束, 其光束的强度比控制光束的强度要小很多。再者两束光线必须都能与三能级原子介质发生相互作用, 还必须满足共振条件。上述两种条件都能满足的光束能够使原子处于暗态, 进而提高光介质的透明率。换句话说调整光的强度就能够控制原子介质的投射率, 也就是色散情况, 进而实现对于光脉冲信号群速度的控制。

电磁感生透明现象的发现, 最为重要的应用就是控制光脉冲的速度, 在此之前已经能够将光脉冲的群速度降低, 但是降低的幅度较小, 还不能满足人们生活生产的需要, 电磁感生透明技术能够有效降低光脉冲的群速度, 并且通过进一步的研究发现, 利用相干操控技术, 光脉冲群速度与慢光之间还能进行相互转化。

光存储的暗态极化声子理论及原子介质中的光存储

随着电磁感生透明技术的发展, 人们不仅要控制光脉冲群速度, 而且要让其完全停下来。如果能够将光脉冲的群速度完全的停止下来, 就能实现全光通信中的光储存。经过人们不懈努力, 现在终于能够通过冷原子和热原子实现将光脉冲的群速度完全的控制下来, 光储存技术的关键就是要创设合适的环境, 也就是说在对光脉冲群速度的完全停止过程中, 绝热地关掉, 并打开控制光束, 对于绝热开关的过程其实就是光储存的过程。

目前德国科学家又提出一个新的概念叫做暗态极化声子, 该概念已经能够定量的计算出操控光脉冲群速度并且将信息储存的具体方式, 主要方法就是将光脉冲函数与原子函数共同组成一个波函数, 当进行光储存过程时, 在两束光束处于暗态的前提下, 光脉冲与原子脉冲组成的新粒子将会稳定的传递, 这其中最为关键的就是光脉冲携带的信息和原子态可以通过光强的改变而被人工控制, 随着暗态极化声子技术的出现, 大大缩短了人们研究光储存的时间, 很快就有研究人员表示能够实现光脉冲的储存和自由释放, 时间长达一毫秒甚至是两百微秒, 并且随着研究的不断深入, 光储存的时间还会更长。现阶段人们不单单是研究其他介质的光储存, 而且将研究对象转向了固体介质中的光储存, 并且已经在常温晶体中取得了较为明显的成就。

我国在光储存及光脉冲群速度的控制研究中, 一直处于世界前列。对于电磁感生透明技术为代表的量子干涉技术的研究也一直在不断的深入中。我国率先提出了将电磁感生透明技术以量子形式储存应用在全光通信中这一概念。并且已经开始致力与研究多能级构型的原子介质中不同光束的相干控制及稀有气体原子的电磁感生透明现象, 而且已经实现了长达二十五微秒的光储存。随着量子技术的发展, 人们的研究范围也将突破现有的光脉冲储存, 进一步扩大到远距离量子通信技术的研究。

三、总结语

现阶段人类在量子光学研究尤其是量子干涉中已经取得了巨大的成就, 为全光通信的实现提供了技术可能, 但是还有很长的研究之路要走, 我们要在现有的基础上, 继续深入研究量子干涉技术, 争取早日实现全光通信。

参考文献

[1]罗有华.冷原子在静电势阱中的量子力学效应[J].物理学报.2002

[2]王波.三能级院子系统中单光子频率失谐对光减速的影响[J].物理学报.2005

全光通信 篇5

无线光通信(OWC)正成为一项越来越受人关注的技术,因为它融合了光通信的高信息速率与无线移动通信的优点［１］。早期的无线光通信系统是以室内和室外系统出现的,现在人们正在努力攻克这些新光通信网络的技术挑战［２］。新兴的无线光通信网络与当前的光纤网络有很大的不同,无线光通信收发器通常在广泛分布的收发器之间建立双向链路［３］。双向通信可以通过简单的主动下行链路来实现,在这样的链路中所有的收发器之间通过发散的LED光束或校准的激光光束相互发送已编码的光信号［４］。或者,双向通信也可以通过被动下行链路实现,在这样的链路中,一个固定的光源发出光束,远程的收发器反射并调制入射光束［５］,然后将已编码的光信息返回给光源。被动上行链路的双向逆向调制有多个优点,包括更低的能耗、实施的便捷性、移动性,以及对远程收发器布局的非敏感性［８］。但是部署的收发器必须能够高效地将入射光束反射到光源,并调制入射光束［６］。无线光通信收发器的高效逆向调制的首要问题是反射的方向性。最简单的反射器(RR),即角形反射器,可以将入射光束反射到其各自的光源,反射方向立体角最大可以达到π/2球面度,占到整个球体立体角即4π球面度的1/8［７］。角形反射器通常被用作双向无线光通讯收发器,因为其与调制器的整合简单方便,但是,还必须考虑到更大反射角的需求。因此球形反射器的方案被提出来［８］。因为其对称性,球形反射器可以实现在整个球面上的反射,即4π球面角的反射立体角［９］。但是,球形反射器的反射最终取决于折射,所以,必须审慎地确定球体的折射率,从而实现理想的反射水平［１０］。无线光通信收发器的高效逆向调制的另一个问题是调制速度。调制的目的是在远程收发器上将光信息编码,然后收发器将光信息返回给光源,多项技术已经被用于此目的［１１］。

1 基于超快全光技术的双向光无线通信系统原理

本文采用了双向无线光通信收发器的一个新结构。这个结构整合了球形反射和全光学调制,因为球形反射能够实现更大的方向角,而全光学调制能够保证高速率的运行。本文对球形反射和全光学调制的整合方案进行了理论分析,并在三种有着不同折射率和非线性的球形逆向调制器上进行了实验测试。

通过图1所示的球形逆向调制器,反射和调制功能被整合进建议的无线光通信收发器中。斜视图见图1(a),横截面图见图1(b)。平行的入射信号束照在球体上。信号束在入口处聚集,在后部反射,并在入口处再次成为平行信号束,然后返回光源。同时,无线光通信收发器生成一个本地控制光束,这个光束照在球体的后部,它对反射的入射信号束进行调制。球体后部非线性信号束的相互作用可以实现本地光信息在反射信号束上的编码,然后编码后的信号束返回其光源。

整个反射调制过程的效果取决于球形反射调制器的材料特征。针对反射和调制,有必要确定合适的折射率n以及非线性系数n２。本文研究了不同类型的球体,并对三种玻璃进行了测试:N-BK７被用作基准玻璃,因为它表现出较低的折射率(n=1.51)和较低的非线性(n２=3.2×10－１６cm２/W);对N-LASF９进行了测试,它表现出中度的折射(n=1.85)和中度的非线性(n２=1.7×10－１５cm２/W);还对S-LAH79 进行了测试,它表现出较高的折射(n=2.00)和较高的非线性(n２=2.8×10－１５cm２/W)。这里的n２值是根据Boling-Glass-Owy-oung(GBO)模型［１２］计算的。所有三种玻璃都有很高的透明度,且在可见和高达2 000nm波长的近红外光谱中有比较稳定的折射,因此能够实现室内链路或室外链路。

波长为1 550nm的入射信号束沿着光轴(OA)照在球体上,照射方位角为,相对于xyz坐标系的极角为θ。波长为780nm的本地控制束照在整个球体后部。光束的分离通过系统中的一个1 550nm的带通二色向滤光片实现,滤光片穿过1 550nm的信号束并拦截780nm的本地控制束。在x-y平面放置了一个孔径以拦截杂散光。所有被测试的球体的半径为a=2.5mm。对长度为z=L= 3.00m范围内的反射光束进行了反射强度测量。

2 基于超快全光技术的双向光无线通信系统设计

针对反射调制,为了确定理想的反射水平,有必要研究球体的折射特征并定义出最优的折射率［１３］。本文使用了射线跟踪模型以研究折射的特征。在这个模型中,均一强度的入射信号束照在球体上。在两个关键点测量了信号束强度,以取得球体折射率n的不同值。

在近似n=2.00的折射率下,在球体的后部形成一个很强的焦点。这样的聚焦使得反射信号束变成平行信号束后返回光源,而这能提高反射性能;另外,这样的聚焦可以增强非线性信号控制束的相互作用,而这能提高调制性能。这样的观察结果与球形反射器中折射的理论近似研究结果是一致的,这说明n=2.00的球体可以将靠近光轴的近轴光线聚焦到光轴的交叉点和球体的后部［１４］。这样的观察结果也与对球体的严格电磁模拟结果一致,这个球体模型基于Mie理论［１５］创建,模拟结果显示出n=2.00的模拟球体在光轴交叉点和球体后部形成一个高强度的焦点。

信号束在长度L的范围内传播,然后反射到光源。标准化的反射信号束强度为Iｓ和n,对于S-LAH７９玻璃(n=2.00)球体而言,它能够实现有效的反射,其反射信号强度比N-LASF9玻璃(n=1.85)球体的大9×10５倍,比N-BK７玻璃(n=1.51)球体的大4×10６倍。这样的结论与球体实验测试结果整体上一致。实验测试结果显示S-LAH７９玻璃(n=2.00)球体的反射信号强度比N-LASF９玻璃(n=1.85)球体的大7 × 10５倍,而N-BK7玻璃(n=1.51)球体的反射信号强度更低,比测试系统的最低噪声还要低。对S-LAH７９玻璃(n=2.00)球体的进一步实验测试显示其反射光束与主要来自被照射球体近轴区域的反射光束有0.02°的发散角,近轴区域占球体中央截面积的3%。因为球面像差,球体近轴区域之外的部分入射光束丢失,而这会导致信号衰减(即信号减弱)。

为了确定球形逆向调制器全光学运行的特征,本文进行了一系列的随时间变化的脉冲激励研究。实验示意图如图2所示(未严格按比例)。时长为100fs,波长为780nm的本地控制脉冲波激活球形逆向调制器的后部,强度在0.52至2.10GW/cm２之间。时长为100fs,波长为1 550nm的入射信号脉冲波照射球体的入口处,完成后续的反射和调制。在随时间变化的试验中,本地控制脉冲波被一个电动平台延迟,随着时延变化的反射信号功率被相敏检波系统记录下来。请注意,反射束的传播长度取决于上面所述的0.02°光束发散角以及检波仪的尺寸。

3 系统测试与分析

脉冲光波激励测试的结果如图3所示。测试的方式是测量三种玻璃N-BK7 (n=1.51)、N-LASF９(n=1.85)和S-LAH79(n=2.00)球形逆向调制器(从下到上)的反射信号强度Iｓ(t),它随着时间t而变化。这些反射信号强度都参照S-LAH７９(n=2.00)球形逆向调制器的信号进行了标准化处理。很显然本地控制束可以在超短时标内有效地调制信号束。反射信号强度的特征脉冲波为大约120fs的半峰全宽(FWHM)波［１６］。

图3的逆向调制信号时域特征反映了全光学调制的机制。所有三种信号相对于时间零点都是对称的,每个信号都有与控制和信号脉冲时间相当的半峰全宽(FWHM)。因此,本地控制脉冲和信号脉冲之间的非线性被认为在性质上为非共振,其原因是玻璃的非线性电子极化而不是共振电荷载体的光子生成和重组。在施加本地控制束之后,反射信号强度增加。这种正极性说明正非线性系数使得本地控制束在球体后部表面的折射率有一个瞬时的增加,这导致反射信号强度的提升。对于780nm控制束和1 550nm信号束,按照Kramers-Kronig关系,图中的微小负旁瓣被认为导致了控制束引起的整个球体内信号束吸收量的增加。

对反射信号功率ΔPｓ的调制如图4所示,对于N-BK７(n=1.51)、N-LASF９(n=1.85)和S-LAH７９(n=2.00)球形逆向调制器,随着(峰值)本地控制束强度而变化。线性趋势在图中表现得很明显,而斜率被用来计算材料的非线性系数。对于N-BK７(n=1.51)球形调制器,其信号水平特别低,只在本地控制束最高强度2.1GM/cm２的时候才能明显看到,其估算非线性系数为n２=(3±1)×10－１６cm２/W。这个值基本上符合之前研究中的实验值3.5×10－１６cm２/W,这也与BGO模型计算值3.2×10－１６cm２/W处在相同的数量级。对于N-LASF９(n=1.85)球形逆向调制器,非线性系数n２=(1.3±0.1)×10－１５cm２/W。这个值与之前研究的实验值9.6×10－１６cm２/W相当,与BGO模型的计算值1.7×10－１５cm２/W在相同的数量级。对于S-LAH７９(n=2.00)球形逆向调制器,非线性系数n２=(1.8±0.1)×10－１５cm２/W。值得注意的是,从图中的球形逆向调制器线性趋势可以看出:如果有必要,可以进一步增加本地控制束强度以获得反射信号功率的更大调制深度,因为在施加的本地控制束强度水平中没有发现更大的非线性和/或信号破坏。

总的来说,S-LAH７９(n=2.00)球形逆向调制器最适合用作无线光通信收发器,因为它能同时提供有效的反射和调制性能。本文的实验研究显示了严格意义的全光学转换而不是随机输入波形数字调制的脉冲反应特征,而测得的脉冲反应的近乎实时特性证明这样的收发器结构可以有效实现GB/s或更快的高速信息调制。

4 结束语

本文提出了无线光通信收发器的一个双向运行结构。开发了球形逆向调制器,以实现广方向角(2π球面角)的反射以及在超快时标上(120fs时长)的全光学调制。 采用三种玻璃N-BK７、N LASF９和S-LAH７９设计了球形逆向调制器。实验结果显示S-LAH７９结构能够为反射和调制提供最佳的折射和非线性。这样的球形逆向调制器对于未来无线光通信系统的全光学运行来说将是重要的单元。通过对已有的提取光载波方式所组成的无线光双向通信系统的性能进行比较,结果表明本系统结构具有提取光载波功率较大、传输性能较优,适合更长距离传输的优点。

摘要：研究设计了新型基于球形逆向调制结构,这个结构采用球形反射实现较宽的方向角度反射,并使用全光学光束相互作用实现超快时标的调制。改进被动光学无线通信链路的双向收发器的设计从理论角度出发研究了球形逆向调制器,并使用三种玻璃制作了实验用球形逆向调制器。实验结果显示能够提供最佳的折射和非线性,从而实现理想的反射和调制性能。

全光网络安全分析 篇6

1 全光网络常见的光层攻击方法

1) 带内干扰攻击

全光网络中易受攻击的器件主要包括：光纤、发送器、接收器、 (解) 复用器、光交叉连接设备 (OXC) 、光滤波器、光开关、耦合器、光放大器等。因为全光网络的透明性，攻击不但可以衰减该链路上的信号，而且可以衰减连接到此节点的其它链路上的信号。带内干扰攻击是注入一个光信号专门来降低接收机正确解译数据的能力，它不但破坏攻击源所在链路上的信号，而且也影响与该链路节点相连的其他链路上的信号质量，目的是通过插入信号降低接收机正确解译被发射数据的能力。攻击将破坏该链路上的信号，这与传统的网络是不同的。图2所示 (4, 5) 单一攻击点，不但影响到节点5，而且影响到相连的节点1和节点2。目前的探测方法不能正确地定位攻击点。

2) 带外干扰

带外干扰攻击是利用器件的泄漏或交叉调制效应降低信号能量，攻击者注入一个与通信波段不同波长但又在放大器放大带宽内的信号，攻击信号就会掠夺其他信号的增益。这种攻击可以被安排在节点内或放大的光纤链路中, 对光纤放大器进行攻击。利用带外干扰实现攻击，攻击者可以利用交叉调制效应来降低通信信号成分，如图3所示。

3) 非法探测

在网络中, 非法探测在很多地方可以实现，正常的探测满足三种要求：对安全故障的识别、对攻击位置的确定和对攻击类别的划分、对攻击要有充分的反应并及时发出报警信号。但在全光网络中，对攻击的探测，远比传统的电光网络要困难得多。目前网络节点中的解复用器的串扰水平一般为0.03%～1.00%, 在电或光电再生网络中, 串扰水平一般要求小于0.03%, 以降低利用串扰监听的危险性。非法用户可以冒充合法用户，利用全光网络组件信道间的串扰进行非法窃听。如图所示，在正常状态下，用户A把数据传给用户C，用户B只能传给D，但由于存在非法干扰，用户A的数据有少量传到B上了，这部分数据随着B一起被D所接收。如果我们假设用户D是别有用心的非法用户，他完全可以利用窃听到的A或者B的护具或者信息，才从事违法犯罪行为。

2 全光网络光层的安全措施

在全光网络中，对于光层的安全管理最基本的原则就是:保护、探测以及探测到攻击以后的控制与恢复。

1) 改善硬件特性

首先对光纤的保护层进行加固，目的是防止光纤断裂。其次，使用安全系数高的组件和装备，以增强抵御外来攻击的能力。第三，组件的合理布局，将各组件之间的干扰降到最低。第四，使用限幅放大器来限定最大输出功率，防备功率过大引起的对组件的破坏。防止过强的功率对通信组件的破坏。图5中是已经设置了频率保护的交换装置。由于使用了放大器和隔离攻击信号的开关装置，安全系数较高。

2) 攻击探测

光谱分析法是用光谱分析仪测量光信号的频谱的变化来检测的攻击方法。可以获得比简单的功率探测更详细的诊断信息。可以检测光信号在频谱上的相位变化。但相应的反应时间要比其他检测方法长，需要时间长，反应慢，而且对不改变光谱形状的攻击则无法检测。监控信号分析法是利用传送监控信号来检测传输中断，也可以在传输带宽以外。监控信号也可以使用副载波复用技术来传送, 频率可以低于或高于通信信号的频率, 但监控信号并不能完全代表通信信息的质量，而且对通信信号质量有影响。参数比较法主要基于被检测器件的输入端和输出端信号应该满足一定的数学关系而得，不改变被检测器件结构，和传输链路的比特率无关，只是在器件周围形成一个环路，但这种方法检测速度依赖于光电转换时间，同时要提取信号，可能会影响信号功率，同时由于需要从输入和输出端提取信号，所以会影响信号功率。如图6。

3) 分布式光纤传感器

和传统的各类传感器相比，光纤传感器有一系列独特的优点，如灵敏度高、电绝缘性好、耐腐蚀、防爆、光路有可弯曲性。目前广泛应用的是光时域反射仪和光频域反射仪两种。随着技术不断更新发展，己出现一些能实用且可在接收现场测试的传感结构。尤其是分布传感技术进行动态分布测试，可用于全光网络中。分布式光纤传感器是一种有应用前景的光纤传感技术，利用光导纤维具有的传感运输双重特性，敷设在结构易出现损伤的部位，可以获得良好的监测效果。

3 结束语

总之，全光网络以其高处理能力、高传输带宽以及抗电磁干扰能力强等优势，将逐步成为干线通信网的首选技术。但由于全光网络本身的脆弱性, 为多种恶意攻击方式提供了可乘之机。旦出现安全问题, 将会造成无法估量的损失。本文针对目前常见的一些攻击方法，提出有关全光网络通信网络安全防护的初步想法，采取一些较为有效的方法进行探测和定位，但是全光网络的发展目前还不完善，安全的完全实现还依赖于光器件的发展和密码技术的成熟，这应该是我们下一步要进行的一项很重要的工作。

摘要：全光纤网络 (AON) 是未来电信和数据网络发展的必然趋势, 与现有的电-光网络以及电网络相比, 它具有许多不同的安全特性。基于AON的网络攻击检测将成为保证AON安全的重要一环。鉴于此, 该文对全光网络安全问题进行了分析。

关键词：全光网络,安全分析,检测

参考文献

[1]赵文玉, 纪越峰.全光网络的安全管理研究[J].电信科学, 2007 (5) .

[2]汪超, 罗青松.光网络安全及防范技术研究[J].广西通信技术, 2007 (1) .

全光交换关键技术解析 篇7

IP信息业务的快速增长,对于计算机网络数据信息的传输速度提出了较高的要求标准[1]。因为密集波分复用技术的不断发展,促使Tbit/s量级的传输网络能够搭建起来。全光交换通常是指使用全光节点在光域实现对数据信号的传输、交换、路由、转发等功能,转变原有的信号交换模式,能够克服电速率对路由速度的有关限制,降低数据信息传输过程中出现的拥塞情况,有利于增大计算机网络的吞吐量。当前相对较有优势发展的研究方向是全光标签交换技术,AOLS的理论思想是把光波长用于交换标签,把光交换和路由转发实现无缝融合目的,直接在波长信道上通过标签交换方式来进行光分组包的交换,通过波长查找路由,同时标示出相应的光通路。在全光交换过程中一般使用光逻辑器件和非线性光器件能够达到高速的分组路由和转发目的。这种交换方法的优势在于分组的路由与分组速度、分组格式以及分组长度是相互独立的,这样能够提升计算机网络的灵活性与交换粒度,有利于解决路由器转发速度和计算机网络容量相互之间存在的矛盾问题,从而能够尽可能满足宽带光网络的实际需求。

二、全光交换的关键技术

2.1冲突解决机制

在全光交换的实现过程中,如果光波长一致的分组高于一组或者处在同一信号输出端口的分组超过四组时,则直接产生冲突,这需要增加输出或者输入缓存来相应地解决这种问题[2]。对于信号输出缓存的功能模块,需要具备全光分组冲突检测机制、全光可变光延迟控制以及全光可调波长转换等功能,然而当前的工艺技术水平仍然无法生产制造出理想的电子器件,这需要电控制来实现目标。另一种实施方法是在AOLS模块中增加相应的输入缓存,即通过配置数量更多的波长分配给相应的分组。这种方法主要使用16波长复用模式替代过去的4波长复用模式,这16个波长直接分为4组,每组分别有4个波长,进入到4X4的AWG路由器通过4波长一组的形式各自在AWG阵列中同时实现路由功能。

2.2分组标签的分离和读取

如果分组能够到达AOLS节点位置之后,首先应当把分组标签和净荷直接分离,节点才可以根据读取标签所携带的数据信息进行路由选择。光标签提取属于标签交换的关键技术之一,通常使用一个光分组时钟恢复电路和高速光逻辑门构成分离电路从而达到分离标签的目的。到达分组直接分成两个部分,其中一部分属于时钟恢复电路相应的输入信号,另外一部属于数据信号,被提取的时钟信号属于光逻辑门相应的控制信号。如果原始分组和提取时钟被迟延时间刚好与时钟获取时标签长度增加的时间一致,标签和净荷功能成功地分离。在实现标签地址和查找地址的比较功能时,通常使用光时域相关器在查找表中比较一系列的比特流,从而能够实现路由选择功能。分组路由实际上是节点根据到达分组的标签和查找表中地址进行比较之后进行的选择,所以标签的读取对于标签交换技术而言是重要的考虑因素。

在全光标签的交换过程中,路由选择是根据标签地址和本地地址的比较结果进行的,在比较地址之后,应当对分组进行新标签的重新插入,同时分配新的波长才能够送到阵列波导光栅选择输出端口。高速形式的光交换要求波长转换器使用不敏感极化以及较大范围的可操作波长。在LSANGNE的技术项目中,使用SOAMZI用于实现波长转换功能。然而系统需要SOA-MZI拥有强大的调制带宽,才可以处理40Gb/s或者更高速度的归零信号波长。高速的波长调谐同时要求转换器具备可调自由光滤波的功能结构,这就决定了SOA需要有迅速的增益恢复时间,这对于现阶段的技术水平而言仍然是一个重大挑战[3]。

三、结束语

全光标签交换技术能够充分解决路由转发速度和计算机网络容量相互之间的问题,同时消除了普通光交换过程中相应的转换开销,在很大程度上能够节约计算机网络资源。然而对于每一个接收信号的分组标签,都需要具备一个独立形式的硬件支持,这可以增加光元器件的相应开销,同时节点的集成度直接影响到全光标签交换的总开销状况,节点的集成度愈高。所以使用高集成度的光逻辑器件作为降低光开销的一个有效可行方法。

摘要：对于全光交换技术的关键点进行概述,通过分析全光交换技术的节点结构,从而探讨出在标签交换过程中使用的关键技术,比如光标签的提取、光逐跳分配器与可调光波长转换器等。伴随着光逻辑电子器件的技术发展,全光交换技术已经成为未来的重点研究发展方向。

关键词：全光交换,标签,关键技术

参考文献

[1]张宝富.全光网络[M].北京:人民邮电出版社,2002

[2]Blumenthal D J.All-Optical Label Swapping Networks and Technologies[J].Lightw Technol Dec,2000,18(12):2058-2075