互动科普

 最终的全光网络将需要光交换技术的非凡进步

 利用标记把途经相同大城市的所有信件打包到同一个邮包中。每个中间路由点的邮局工作人员只读取标记而不是读取每一个信封。

 在通信网络中光路由器只是读取数据包的小标记，就决定把数据包传输到哪个输出光纤或波长，而不是读取数据包中的信头目前的光子技术要实现这个过程并不容易。执行读取和处理标记的集成元件功能的光器件大多还处在实验研究阶段，远未商业化。

 工程师们采用了某种如同缓冲器一样简单的东西来临时存储数据包中的信息。在设计电子路由器时，工程师把数据包放入一个缓冲器，它类似于计算机中的动态随机存取存储器（DRAM）。然而，光子并不容易存储。因此，设计者必须利用复杂的光线路找出使数据包得到缓冲的方法，这些复杂的光线路并不是存储光子，而是把光脉冲聚集在类似于汽车环形道的固定区域其它方法利用的技术是匹配数据包中的光脉冲通过交换机的时间。这种技术把光脉冲进入固定长度的光纤，光脉冲穿过这段光纤所花费的时问正好等于交换机采集数据包标记、读取包含于其中的路由信息的时间。

 目前，实验室工作台上的光缓冲器比亚微米级的电子缓冲器大几百倍。类似于奔腾机芯片中晶体管集成块的光集成线路是否会用于实际，目前仍不得而知。

 除了缓冲器以外，实验室中还展示了能够处理基于光控制光的标记的逻辑电路，但这种电路比起制造完全意义上的路由器来说还相距甚远，所以这种光路由器的第一部样机仍然将部分地依赖电子设备在进入第一代AOLS路由器的数据包中，将有少量光能量分流到一条单独的通路，在那儿被光电探测器转换成电子数据包和电子标记。电子标记再进入电子处理器，此处理器可读出其内容并计算出数据包在网络中的下一条路由。它产生一个新的标记附着在原来的数据包上，并给交换机发出一个控制信号，为数据包的继续传输指定一个特定波长或一条光纤。尽管需要为小的标记(大约20比特)进行光电转换．但是光变换机能放弃大数据包(从40比特到几千比特不等)的电子处理过程。大的数据包以更高速的光比特率通过交换机而转换整个数据包则可能造成费用高昂，耗电极大，并且电子设备的等待时问太长。

 一旦把标记处理完，数据包就最终到达了将它从输入光纤转换到输出光纤的物理元件。光交换元件面临着又一个主要的工程挑战，因为交换元件必须能够在1纳秒或更短的时问内把数据包传送到新的输出光纤中。有几种满足这种交换速度的技术已经出现。半导体光放大器就是其中的一例，这是一种利用光的受激辐射作为交换基础的设备，它与激励激光的过程相同。

 如果放大器能把输入光纤中的信号转换到任何输出光纤中去，这种放大器就构成了理想输入与理想输出之间的光桥。当载有数据的光信号到达光桥时，控制信号中的电流给放大器中注入电子和空穴，进入放大器的光使得电子和空穴复台，释放出更多的光子，这些光子与通过光桥的光信号具有相同的特征。一旦信号达到一定的能量，它将从光桥的一端移动到另一端；当控制信号关闭时，放大器输入端的光被吸收而不能到达输出光纤。尽管打开通道的控制信号是电子信号，但载有数据包的光子流通过交换机时并没有被转换成电子信号。

 这种技术仍然处于发展初期。研究者已经设计出了8输入／8输出的快速交换机，但是对于商品化的产品而言，还需要研制出几百或几千对输入／输出端口的交换机。半导体光放大器也可在实现直接光波转换的技术中充当一个重要角色，这种波长转换器与波长多路复用器(类似一个棱镜，能把光分离成单色)相结合，能把数据包转换到多条输出光纤中波长转换器决定怎样为数据包选择路由，以避免交换冲突。如果不同光纤中的两个数据包都需要被传输到一个给定的输出光纤(例如红色波长的光纤)中，波长转换器就将把其中一个传输到绿色波长的光纤中以保证它们不发生冲突。

 相互作用的波长

 实验性的转换器已经采用了光集成线路(PIC)技术，这些光器件相当于微芯片上的集成电子元件。在一个用PIC制作的转换器中，来自激光器的光沿着类似于光纤的波导传输。在一些光处理模式中，载有信息流的波长与另一个波长相互作用，并使其带上原波长的信息特征。当光信息流使得波导改变接收方光波的相位时，发生了光到光的转换，然后接收方光波从输出光纤传出。相位的改变代表数字“l”，没有改变代表“0”。

 为了使转换器实际可行，研究者投入大量的精力发展可调谐激光器，这种激光器可以调谐到不同的波长，使得来自数据包的信息能够在其中进行调制。目前，实验性的可调谐激光器可把输入数据流转换到80个波长的任何一个上，而将来这个数目将会增加到几百个。

 最终．数据包路由的选择也许必然会成为全光方式。当给定波长中的数据包速度超过每秒l60吉比特时，一个典型的数据包将在1纳秒内通过交换机，然而用电设备处理标记却要花费100纳秒。实质上，地址标记将变得比粘贴它的信封(数据包)还大，尽管可将速度提高到每秒lO0吉比特以上的新奇电子技术正在测试之中，但是，如果使标记通过处理器的速度增大(超过每秒100吉比特)，就可能达到电子控制线路的极限。

 考虑到这个问题，一些实验室已经制作了超高速光逻辑门的早期原型、它可用建造光控交换机的相同技术制成。这些设备由普林斯顿大学，麻省理工学院林肯实验室和英国电信实验室等机构开发，它们利用半导体光放大器或其它光材料的不同接法，实现简单的光布尔逻辑门（即与门，异或门和非门)．它能以超过每秒250吉比特的速度处理光信号。

 这些逻辑门已经能够在实验室中作出极为简单的数据包路由选择，但仍不能达到商品化交换机所要求的复杂路由选择的数日。尽管如此．设备集成和新的光交换技术也许会在某一天使光控成为可能，这标志着全光路由器的真正出现。如果这个问题得到解决．从纽约到洛杉矶的数据包就可能通过全光的IP路由器传输，再也不会通过电于设备。

 光路由器

全光标记交换是一项用于单个数据包光交换的技术，它正在形成之中。数据包进入交换机.被分离开来，并以电子化的方式读取(A)或进入光处理单元(B)，然后由处理器决定数据包从交换机的哪条光纤输出。一个新的标记被加在数据包上，之后数据包彼转换到-条新的输出光纤中。

 多路复用器

1.输入光纤的数据按擅长被分离到路由器中不同的通道。

2.光分离器将数据包复制.并将它是送入电子控制模块(A)章先控制模块(B)。控制模块只读取标记.丢弃数据包的其余部分。

3数据包的另一个复制品进入一个标记擦除器，在这里去除标记。

4一个标记写入器在接收到的来自控制器模块的信号上写入一个新标记，注明数据包在网络中的下一个传输目的地

5来自控制模块的另一个信号引导波长转换器把数据包从一个波长转换成另一个擅长。（数据包转换到蓝色、绿色和红色的输入渡长的过程是相同的）。

6光缓冲器保留住数据包，直到控制模块命令它把数据包传输到多路复用器。

7多路复用器把载有数据包的波长指定到多条输出光纤的一根。