波長轉換

在WDM網絡中，由於受諸多因素的限制，可用的波長數是有限的，當相同波長的兩個信道選同一輸出端時，會由於波長爭用而出現阻塞。克服這些限制的一種方法是把信號從一個波長轉換到另一個波長，這就是波長轉換。波長轉換的優點是節約資源（如光纖、節點規模、波長），簡化網絡管理並降低網絡互聯的複雜性。 ^[1] 

在波長轉換的網絡中，一個波長對應一個信道，如果網絡中的中間節點沒有波長轉換功能，則只可以建立波長信道。各鏈路段必須有一個共同的波長是空閒的，才能通過波長轉換建立通信路由，否則這個連接請求就會被阻塞掉。這種波長路由網絡由於存在上述波長連續性的限制，具有很大的阻塞率。如果在交叉點引入交叉連接設備（OXC）和波長轉換器，則可以建立端到端之間的“虛波長”通道。在建立虛波長通道時，只要各鏈路之間分別存在未被佔用的空閒波長，就可以通過波長轉換建立通道路由。這樣就提高了波長的利用率，尤其是對大容量、多節點的網狀網，波長轉換器的加入能大大降低網絡的阻塞率。

普通光發射機的輸出波長不能滿足密集波分複用（DWDM）傳輸的需要時，需採用光轉換器（OTU）進行轉換。光-電-光（O-E-O）波長轉換器相當於光傳輸線路中的1R（Regeneration）或3R（RegenerationReshaping，Retiming）中繼器。當需要對某一波長的光信號進行波長轉換時，先用光電檢測器接收該光信號，實現光-電（O-E）轉換，電信號比特流存儲在先進先出隊列裝置中（FIFO）；然後再用電信號驅動可調激光器，將信號調製到所需波長的激光器發射出去，實現電-光（E-O）轉換，得到期望波長的輸出信號，從而實現波長變換。

O-E-O波長變換技術的優點是系統原理簡單，在較寬的輸入光功率範圍下都能夠適用，而且對偏振不敏感，但是電路結構相對複雜，不能對傳輸速率完全透明，同時經過光-電-光的轉換，原先光信號的相位、幅度等信息會丟失，無法實現光信號的完全透明傳輸。

全光波長轉換是指不經過光-電處理，直接在光域內將某一波長（頻率）的光信號直接轉換到另一波長（頻率）上的轉換技術，在光域中直接實現波長轉換可以克服光-電-光波長轉換器中電器件的速度瓶頸、透明性低等不足。對於解決全光傳輸網中的波長競爭問題，提高波長重用率和網絡配置的靈活性等均有重要的意義。

全光波長變換主要有光調製和光混頻兩種模式。很多波長變換器都是屬於光調製型，其原理是通過輸入的光信號來改變光器件的參數，用一束不同波長的探測光CW檢測到光器件參數的變化，再轉變成探測光的參數變化，從而完成輸入信號的波長轉換。光調製主要是由介質的非線性效應引起的，光介質的非線性效應的階數決定了波長轉換過程中選通探測光所需的信號光的強度。在現有的介質材料中，如果不使用使諧振增強的方法，介質的非線性效應是很弱的，但諧振非線性伴隨着諧振吸收，轉換時間限制了比特率等缺點，而且必須有很長的作用距離才能使非諧振的非線性效果得到加強。光調製型波長轉換器在透明度和閾值特性方面和光-電-光型類似，但技術不如光-電-光技術成熟。這種類型的波長轉換器包括交叉增益調製的SOA（半導體光放大器）波長轉換器、交叉相位調製的SOA波長轉換器、飽和吸收半導體激光器、非線性光學環鏡型波長轉換器等。混頻是指一個以上的光波在非線性介質中相互作用而產生的非線性響應，混頻的結果是產生了新波。新波的頻率、相位、幅度與混頻的光波有關，因而這是一種能夠提供嚴格透明度的波長轉換技術。 ^[2]