全光交换透明传输网络的挑战及创新

图4  使用LiNbO3晶体的EO开关    

图5  数字式TO波动开关

图6  Sagnac开关实现方法概览  

图7  Sagnac开关实现方法概览
差，从而改变输出端口的选择性。尽管PDL性能优异，由于 加热过程，数字式TO开关功耗较高(约70mW)，开关时间较 慢(ms)。
磁-光(MO)开关基于偏振光的法拉第效应，光以施加磁 场方向通过磁光材料时，会产生法拉第效应。电磁波偏振 的变化是间接控制其正交分量相对相位的方法。实现方法之 一是利用磁光材料中的法拉第效应，即将偏振态旋转θ F (法 拉第转角)。磁-光开关利用干涉仪将这种相位调制转换为调 幅；这些开关的明显优点是可以处理较高功率。尽管之前已 经做了一些工作来研究这些类型的开关，但由于缺乏高质量 的MO材料，阻碍了进一步发展。铋取代铁榴石和正铁氧体 领域的最新进展已经产生了具有高MO品质因数、较低IL、 超宽频带，并且施加较小磁场即可产生更大旋转的材料。

3 新技术、新成果
作者之前已经提出了马赫-曾德尔干涉仪(MZI)，基于 光纤的MO开关，使用铋取代铁榴石(BIG)作为法拉第旋转 器(FR)。尽管新开关设计显示出优良的性能并且兼容当代的 光网络元件，但由于干涉仪通路上存在不可避免的不匹配， 消光比较低。
为了解决基于光纤的MZI开关的缺点，最近提出了集成 版本，并正在紧张开发中。在调研的同时，提出了一种塞 格纳克(Sagnac)干涉仪配置，其中将BIG FR安装在光缆回路 中，如图6所示。利用混合耦合器将线性偏振输入波(E1+)分为两个幅值相等、相差90°的对向传播波(E3-、E4-)。将这两个波注入Sagnac环路，随后到达FR。然后FR将其偏振态旋 转法拉第转角θ F，该转角与应用至FR的磁场强度成比例， 然后再回到耦合器(E 3+、E 4+)。 由于法拉第旋转的不可逆 性，两个对向传播波经过大小相等、方向相反的旋转(即， θ F 和-θ F)。利用琼斯计算法将其体现在(式1)和(式2)中， 其中Ex和Ey分别为入射波的x和y分量；T为透射系数；φ 为 Sagnac环路长度引起的相位变化。
假设端口2没有输入波，那么干涉仪端口的输出可表示 为(式3)。未施加磁场时(θ F = 0°)时，输入波返回到端口1 的相移为90°。如果施加足够大的磁场(θ F  = 90°)，将输 入波重定向到端口2。

假设端口2没有输入波，那么干涉仪端口的输出可表示为(式3)。未施加磁场时(θ F  = 0°)，输入波返回到端口1的 相移为90°。如果施加足够大的磁场(θ F  = 90°)，将输入 波重定向到端口2。如图7所示，磁场密度为3.58kA/m时，开关时间达到700ns，远远优于MZI开关(12.7kA/m时为2μs)。然而，仍然 可以改进，因为原理上可达到的开关速度取决于磁畴壁的速 度，而后者已经测得可达到10km/s数量级。
改进开关性能的可能方法包括采用不同的线圈结构和 驱动器配置。作者最近已经提出了这两种概念，并且取得了 非常可喜的成果，证明上升时间可缩短至77ns，下降时间缩 短至129ns。

5  结束语
文 章 总 结 了 现 代 光 通 信 系 统 的 发 展 趋 势 和 存 在 的 问 题。执行基本功能(路由、交换及多路复用)的透明网络元件 是实现更可靠、扩展性强、互联性强光网络的关键。文章还 介绍了用于全光通路的小规模、高速交换技术的最新进展。 展示了美国爱荷华州立大学(Iowa State University)最新设计的 交换技术试验结果。