准相位匹配级联二阶非线性全光开关的分析

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1、第一章绪论人们对光开关和光开关阵列的研究已经有二三十年的历史。传输容量的飞速发展给交换系统带来了很大的压力；Intemet数据业务的迅猛增长产生了对光纤通信技术带宽资源的极大需求。基于波长路由概念而发展起来的全光通信网正是适应这种需要而诞生的，它可以克服交换系统引入的“电子瓶颈”问题，因此被认为是网络升级的优选方案。DWDM技术能在一根光纤上创造出160根虚拟光纤，如NortelNetwoeks公司[1]已经研制出能在每根光纤上传送6．4Tb／s和在每束光纤上传送1pb／s的设备，这将使未来建设一个P比特水平的全光

2、通信网成为可能。而这种全光网络的发展趋势也就决定了全光型光器件必然是当今研究的热点。为保证全光网业务的透明性，全光型光器件中，光开关的研究曰益成为光通信领域关注的焦点。通信网络的发展为光开关的应用提供了新的要求：即未来的全光通信网络需要全光开关，并且由全光开关构成的全光交换机能完成信号路由功能以实现网络的高速率和协议透明性。全光开关以光的形式控制光，可以摆脱目前光通信网络中光一电一光的繁琐变换，实现宽带、高速、大容量的交换，满足全光通信网络的要求，并在网络通讯中起到关键作用[2、3】。近年来，各种机理的全光开关的研

3、究引起人们广泛的关注和研究热情，各种新材料也相继地被研制并被应用于全光开关的制作[4—11]。尤其是铌酸锂晶体(LiNb03)，它具有很大的二阶非线性系数d"其铁电畴在外加电场下可以进行极化反转，通过人为地设计极化反转光栅的周期可以实现准相位匹配，因此对铌酸锂晶体的研究迅速发展。其加工工艺日趋成熟，外加电场周期极化铌酸锂方法也迅速发展起来『12-15]。人们通过理论分析[161已经证明二阶非线性的级联效应可以产生比三阶非线性效应更大的非线性相移，因此二阶非线性的级联效应很快被应用于各种非线性过程，其中很重要的应用就

4、是用级联二阶非线性效应实现波长变换和用级联二阶非线性效应实现全光开关。基于准相位匹配和频与差第一章绪论频级联二阶非线性效应的全光开关具有全光透明特性，且开关速度快(fs量级)【17、18]、噪声低、无啁啾、所需控制光功率小并保持着互作用光波的强度和相位信息等优点，将在网络发展中起到更为重要的作用[19-21]。近年来，用周期极化铌酸锂(PPLN)实现的基于准相位匹配和频与差频级联二阶非线性基础上的全光开关的研制成为热点。第一节光开关随着DWDM(密集波分复用)系统的成熟及其被大量地投入使用，DWDM光网络正在成为现

5、代通信网络的主要发展方向。而作为网络核心的开关元件，其性能的好坏成为决定网络性能的关键。不论是网络的构造，还是网络故障下的恢复，都需要光开关的控制。当今信息领域正在经历一场由电子时代向光子时代演进的革命，光开关技术是这场革命中的首要技术也是实现全光网络的核心技术。随着信息量需求的不断增加，当系统速度达到Gb／s以上时，电交换成为高速信息光传输的“瓶颈”，采用光交换技术将是必然途径。此外，当电子线路达到最小极限时，计算机速度就成为一个难题，而且，互联网容量的迅速增长要求比电子线路更快的速度和更宽的带宽。而光予交换技术

6、作为～种新的网络技术，与未来的多媒体网络通信技术、HDTV技术以及B．ISDN技术紧密地联系在一起。它将摆脱目前光通信网络中光一电一光的繁琐变换，并以其宽待、高速、大容量的特点取代电交换，在网络通讯中起到关键作用，尤其在数据包交换及ATM技术，以及在多媒体的多种传输速率的信息交换中，光子交换将是至关重要的。而在光子交换中，光开关是必需的。一、光开关的应用分析光开关可实现在全光层的路由选择、波长选择、光交叉连接以及自愈保护等功能，它不仅构成了波分复用光网络中关键设备，如OADM／OXC的交换核心，本身也是光网络中的关

7、键器件，其应用范围主要有：I、光开关构成最基本的全光交换机结构。2、光开关可以实现网络监视功能。使用简单的l×N光开关可以将多纤联第一章绪论系起来，当需要监视网络时，只需要在远端监测点将多纤经光开关连接到网络监视仪器上(如OTDR)，通过光开关的动作，可以实现网络在线监测。3、光开关可以实现光器件的测试。将多个待测光器件通过光纤连接，通过1×N光开关，可以通过监测光开关的每个通道信号来监测器件。4、光开关在现有的DWDM(密集波分复用)传送网中已经得到了广泛应用，用1XN光开关实现网络监控，在远端光纤测试点通过1×

8、N光开关把多根光纤接到一个光时域反射仪上，通过光开关倒换实现对所有光纤的检测，也可以在光纤线路中插入网络分析仪，实现网络在线分析。5、光开关将在未来全光网络中发挥主要作用，它是全光网络核心交换单元如OXC(光路交换)、OADM(分插复用设备，)、光分组路由器的最基本的组件。①光开关构建OXC设备的交换核心，OXC主要运用于骨干网，对不同子网的业务进行汇聚和交