[科普中国]-波长转换

基本概念

在WDM网络中，由于受诸多因素的限制，可用的波长数是有限的，当相同波长的两个信道选同一输出端时，会由于波长争用而出现阻塞。克服这些限制的一种方法是把信号从一个波长转换到另一个波长，这就是波长转换。波长转换的优点是节约资源（如光纤、节点规模、波长），简化网络管理并降低网络互联的复杂性。1

在波长转换的网络中，一个波长对应一个信道，如果网络中的中间节点没有波长转换功能，则只可以建立波长信道。各链路段必须有一个共同的波长是空闲的，才能通过波长转换建立通信路由，否则这个连接请求就会被阻塞掉。这种波长路由网络由于存在上述波长连续性的限制，具有很大的阻塞率。如果在交叉点引入交叉连接设备（OXC）和波长转换器，则可以建立端到端之间的“虚波长”通道。在建立虚波长通道时，只要各链路之间分别存在未被占用的空闲波长，就可以通过波长转换建立通道路由。这样就提高了波长的利用率，尤其是对大容量、多节点的网状网，波长转换器的加入能大大降低网络的阻塞率。

光-电-光波长转换技术普通光发射机的输出波长不能满足密集波分复用（DWDM）传输的需要时，需采用光转换器（OTU）进行转换。光-电-光（O-E-O）波长转换器相当于光传输线路中的1R（Regeneration）或3R（RegenerationReshaping，Retiming）中继器。当需要对某一波长的光信号进行波长转换时，先用光电检测器接收该光信号，实现光-电（O-E）转换，电信号比特流存储在先进先出队列装置中（FIFO）；然后再用电信号驱动可调激光器，将信号调制到所需波长的激光器发射出去，实现电-光（E-O）转换，得到期望波长的输出信号，从而实现波长变换。

O-E-O波长变换技术的优点是系统原理简单，在较宽的输入光功率范围下都能够适用，而且对偏振不敏感，但是电路结构相对复杂，不能对传输速率完全透明，同时经过光-电-光的转换，原先光信号的相位、幅度等信息会丢失，无法实现光信号的完全透明传输。

全光波长转换（AOWC）技术全光波长转换是指不经过光-电处理，直接在光域内将某一波长（频率）的光信号直接转换到另一波长（频率）上的转换技术，在光域中直接实现波长转换可以克服光-电-光波长转换器中电器件的速度瓶颈、透明性低等不足。对于解决全光传输网中的波长竞争问题，提高波长重用率和网络配置的灵活性等均有重要的意义。

全光波长变换主要有光调制和光混频两种模式。很多波长变换器都是属于光调制型，其原理是通过输入的光信号来改变光器件的参数，用一束不同波长的探测光CW检测到光器件参数的变化，再转变成探测光的参数变化，从而完成输入信号的波长转换。光调制主要是由介质的非线性效应引起的，光介质的非线性效应的阶数决定了波长转换过程中选通探测光所需的信号光的强度。在现有的介质材料中，如果不使用使谐振增强的方法，介质的非线性效应是很弱的，但谐振非线性伴随着谐振吸收，转换时间限制了比特率等缺点，而且必须有很长的作用距离才能使非谐振的非线性效果得到加强。光调制型波长转换器在透明度和阈值特性方面和光-电-光型类似，但技术不如光-电-光技术成熟。这种类型的波长转换器包括交叉增益调制的SOA（半导体光放大器）波长转换器、交叉相位调制的SOA波长转换器、饱和吸收半导体激光器、非线性光学环镜型波长转换器等。混频是指一个以上的光波在非线性介质中相互作用而产生的非线性响应，混频的结果是产生了新波。新波的频率、相位、幅度与混频的光波有关，因而这是一种能够提供严格透明度的波长转换技术。2