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简介
本书比较全面地介绍了光通信网络中的光交换网络技术和关键器件―
―光开关，通过相关的应用实例，阐述了这些技术和产品在当前网络中的
应用情况，展望了未来光交换网络中可能采用的技术和器件。全书分为两
大部分，第一部分介绍各种光开关器件技术、产品及应用，包括已经商用
的电光开关、MEMS开关、声光开关和热开关，以及目前还处于研究阶段的
全光开关和光开关矩阵；第二部分介绍电信领域正在商用的光电路交换网
络及未来的光分组交换网络，介绍了分组交换网络在通信网络中的应用案
例，包括实验系统和光子网格等。
本书可供电信运营商、设备商以及高等院校和研究机构中从事光纤通
信系统和网络研发的科技人员阅读，使其对现有的和未来的光交换技术有
一个比较全面的了解，也可作为企业员工的光交换技术培训教材或相关院
校师生的教学参考资料。
目录
第0章 引言/1
0.1 光交换网络及其发展历程/2
0.2 光开关的性能参数/5
0.3 光开关矩阵的性能参数/6
第1章 电光开关/9
1.1 晶体中的电光效应/11
1.1.1 光在晶体中的传播特性/11
1.1.2 铌酸锂晶体的电光特性/14
1.2 马赫-泽德干涉型（MZI）电光开关/17
1.3 定向耦合器电光开关/19
1.3.1 波导中的耦合模理论/19
1.3.2 定向耦合器型电光开关/21
1.4 Y分叉型电光开关/23
1.5 多模电光开关/28
1.6 掺镧锆钛酸铅（PLZT）电光开关/29
1.6.1 PLZT的电光特性/30
1.6.2 PLZT电光开关/31
1.7 PLZT电光开关的商业应用/33
参考文献/34
第2章 MEMS光开关/37
2.1 MEMS光开关的工作原理和驱动方式/38
2.1.1 MEMS光开关的工作原理/38
2.1.2 MEMS光开关的驱动技术/40
2.2 MEMS光开关的结构/42
2.2.1 二维平面结构MEMS光开关/42
2.2.2 三维空间光束结构MEMS光开关/45
2.3 MEMS光开关的设计与制作/46
2.3.1 高斯光束及损耗/46
2.3.2 光束成像系统/47
2.3.3 光程变化的影响/48
2.3.4 偏振相关损耗/48
2.3.5 MEMS开关的制作工艺/49
2.4 MEMS光开关的集成/51
2.4.1 传统矩阵型MEMS光开关架构/51
2.4.2 L型MEMS光开关架构/52
2.4.3 Spark-Benes型MEMS光开关架构/54
2.4.4 5镜型MEMS光开关架构/55
2.4.5 大规模MEMS光开关的集成架构/57
2.5 MEMS光开关的商业应用/58
参考文献/59
第3章 声光开关/61
3.1 晶体中的声光效应/62
3.1.1 声致折射率调制/62
3.1.2 声致布喇格衍射/63
3.2 基于光束偏振的声光开关/66
3.2.1 声光耦合模方程/66
3.2.2 声光开关的工作原理/67
3.2.3 AOTF的理论分析及制作/69
3.3 其他类型的声光开关/73
3.4 声光开关的商业应用/74
参考文献/75
第4章 热光开关/77
4.1 热光开关的结构和工作原理/78
4.1.1 光波导中的热光效应/78
4.1.2 定向耦合器热光开关/80
4.1.3 M-Z干涉仪热光开关/81
4.1.4 数字热光开关/82
4.2 热光开关的设计和制作/83
4.2.1 硅基热光开关/83
4.2.2 聚合物热光开关/84
4.3 热光开关的商业应用/84
参考文献/86
第5章 全光开关/89
5.1 基于非线性光学环路镜的全光开关/90
5.2 马赫-泽德型光控光开关/94
5.3 基于SOA的全光开关/95
5.3.1 基于太赫兹光非对称解复用器的全光开关/95
5.3.2 基于UNI的全光开关/97
5.4 光子晶体全光开关/98
5.4.1 通过光子带隙迁移/99
5.4.2 通过缺陷模式迁移/100
5.4.3 通过非线性频率转换/100
5.4.4 利用光子态密度/100
5.4.5 利用双稳态/101
5.4.6 利用波导和微腔的耦合/101
5.5 几种光开关的性能分析和比较/102
参考文献/103
第6章 光交换矩阵/105
6.1 光交换矩阵的特性/106
6.2 空间交换矩阵/108
6.2.1 基本光开关模型/108
6.2.2 Crossbar交换矩阵/109
6.2.3 Clos交换矩阵/111
6.2.4 Benes交换矩阵/113
6.2.5 Spanke交换矩阵/114
6.3 交换矩阵的连接控制算法/115
6.3.1 路径搜索算法/116
6.3.2 重排算法/119
6.4 AWG交换/121
6.4.1 AWG的结构和原理/122
6.4.2 AWG波长路由选择器/122
6.5 波长选择开关交换/127
6.5.1 波长选择开关/127
6.5.2 基于MEMS的波长选择开关/128
6.5.3 基于AOTF的波长选择开关/131
参考文献/135
第7章 光电路交换/137
7.1 光电路交换概述/138
7.1.1 光电路交换的原理/138
7.1.2 光路保护及恢复/142
7.2 自动交换光网络/150
7.2.1 传送平面/152
7.2.2 控制平面/152
7.2.3 管理平面/157
7.2.4 DCN/158
7.2.5 接口和参考点/158
7.3 光电路交换商用系统/159
参考文献/161
第8章 光分组交换/163
8.1 光分组交换（OPS）/164
8.1.1 光分组交换的原理/164
8.1.2 光分组交换网络的关键技术/169
8.2 光突发交换（OBS）/173
8.2.1 OBS网络原理/174
8.2.2 OBS网络节点结构/174
8.2.3 OBS网络关键技术/176
8.3 光分组交换技术的应用/183
8.3.1 光突发交换试验平台与现场实验/183
8.3.2 基于OBS的以太网EtherBurst/184
参考文献/186
第9章 光子网格/189
9.1 网格技术/190
9.2 光子网格技术/192
9.2.1 基于OCS网络的光子网格/193
9.2.2 基于OBS网络的光子网格/195
9.2.3 基于OBS/OCS混合式网络的光子网格/200
参考文献/202
0.1 光交换网络及其发展历程/2
0.2 光开关的性能参数/5
0.3 光开关矩阵的性能参数/6
第1章 电光开关/9
1.1 晶体中的电光效应/11
1.1.1 光在晶体中的传播特性/11
1.1.2 铌酸锂晶体的电光特性/14
1.2 马赫-泽德干涉型（MZI）电光开关/17
1.3 定向耦合器电光开关/19
1.3.1 波导中的耦合模理论/19
1.3.2 定向耦合器型电光开关/21
1.4 Y分叉型电光开关/23
1.5 多模电光开关/28
1.6 掺镧锆钛酸铅（PLZT）电光开关/29
1.6.1 PLZT的电光特性/30
1.6.2 PLZT电光开关/31
1.7 PLZT电光开关的商业应用/33
参考文献/34
第2章 MEMS光开关/37
2.1 MEMS光开关的工作原理和驱动方式/38
2.1.1 MEMS光开关的工作原理/38
2.1.2 MEMS光开关的驱动技术/40
2.2 MEMS光开关的结构/42
2.2.1 二维平面结构MEMS光开关/42
2.2.2 三维空间光束结构MEMS光开关/45
2.3 MEMS光开关的设计与制作/46
2.3.1 高斯光束及损耗/46
2.3.2 光束成像系统/47
2.3.3 光程变化的影响/48
2.3.4 偏振相关损耗/48
2.3.5 MEMS开关的制作工艺/49
2.4 MEMS光开关的集成/51
2.4.1 传统矩阵型MEMS光开关架构/51
2.4.2 L型MEMS光开关架构/52
2.4.3 Spark-Benes型MEMS光开关架构/54
2.4.4 5镜型MEMS光开关架构/55
2.4.5 大规模MEMS光开关的集成架构/57
2.5 MEMS光开关的商业应用/58
参考文献/59
第3章 声光开关/61
3.1 晶体中的声光效应/62
3.1.1 声致折射率调制/62
3.1.2 声致布喇格衍射/63
3.2 基于光束偏振的声光开关/66
3.2.1 声光耦合模方程/66
3.2.2 声光开关的工作原理/67
3.2.3 AOTF的理论分析及制作/69
3.3 其他类型的声光开关/73
3.4 声光开关的商业应用/74
参考文献/75
第4章 热光开关/77
4.1 热光开关的结构和工作原理/78
4.1.1 光波导中的热光效应/78
4.1.2 定向耦合器热光开关/80
4.1.3 M-Z干涉仪热光开关/81
4.1.4 数字热光开关/82
4.2 热光开关的设计和制作/83
4.2.1 硅基热光开关/83
4.2.2 聚合物热光开关/84
4.3 热光开关的商业应用/84
参考文献/86
第5章 全光开关/89
5.1 基于非线性光学环路镜的全光开关/90
5.2 马赫-泽德型光控光开关/94
5.3 基于SOA的全光开关/95
5.3.1 基于太赫兹光非对称解复用器的全光开关/95
5.3.2 基于UNI的全光开关/97
5.4 光子晶体全光开关/98
5.4.1 通过光子带隙迁移/99
5.4.2 通过缺陷模式迁移/100
5.4.3 通过非线性频率转换/100
5.4.4 利用光子态密度/100
5.4.5 利用双稳态/101
5.4.6 利用波导和微腔的耦合/101
5.5 几种光开关的性能分析和比较/102
参考文献/103
第6章 光交换矩阵/105
6.1 光交换矩阵的特性/106
6.2 空间交换矩阵/108
6.2.1 基本光开关模型/108
6.2.2 Crossbar交换矩阵/109
6.2.3 Clos交换矩阵/111
6.2.4 Benes交换矩阵/113
6.2.5 Spanke交换矩阵/114
6.3 交换矩阵的连接控制算法/115
6.3.1 路径搜索算法/116
6.3.2 重排算法/119
6.4 AWG交换/121
6.4.1 AWG的结构和原理/122
6.4.2 AWG波长路由选择器/122
6.5 波长选择开关交换/127
6.5.1 波长选择开关/127
6.5.2 基于MEMS的波长选择开关/128
6.5.3 基于AOTF的波长选择开关/131
参考文献/135
第7章 光电路交换/137
7.1 光电路交换概述/138
7.1.1 光电路交换的原理/138
7.1.2 光路保护及恢复/142
7.2 自动交换光网络/150
7.2.1 传送平面/152
7.2.2 控制平面/152
7.2.3 管理平面/157
7.2.4 DCN/158
7.2.5 接口和参考点/158
7.3 光电路交换商用系统/159
参考文献/161
第8章 光分组交换/163
8.1 光分组交换（OPS）/164
8.1.1 光分组交换的原理/164
8.1.2 光分组交换网络的关键技术/169
8.2 光突发交换（OBS）/173
8.2.1 OBS网络原理/174
8.2.2 OBS网络节点结构/174
8.2.3 OBS网络关键技术/176
8.3 光分组交换技术的应用/183
8.3.1 光突发交换试验平台与现场实验/183
8.3.2 基于OBS的以太网EtherBurst/184
参考文献/186
第9章 光子网格/189
9.1 网格技术/190
9.2 光子网格技术/192
9.2.1 基于OCS网络的光子网格/193
9.2.2 基于OBS网络的光子网格/195
9.2.3 基于OBS/OCS混合式网络的光子网格/200
参考文献/202
面向未来的光交换网络及其器件技术
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