今天定义的WDM IP限制了数据网络和光网络可以提供的功能。对于某些网络应用程序来说，由单个协议栈引入的约束(而不是通过在光学层上充分利用联网功能)会带来很大的限制。

上面提到的网络趋势要求光网络平台能够以独立于客户端信号的方式支持各种协议栈，网络体系结构以及保护和恢复选项。基于点对点WDM的POS选择最适合于高速数据网络中的某些网络应用，但并非全部。同样，为实现和部署这些未来数据网络而选择的光学平台必须确保可以轻松容纳新的意外协议栈映射，并且它们可以从光学层网络接收相同的联网功能，而无需中间协议转换。

光数据网络是一种替代方法，它不会尝试减少协议栈和网络体系结构的异质性，而是利用异质性为每个特定的应用程序和网络提供商细分市场提供量身定制的网络解决方案。光学数据网络在服务和传输层都结合了网络功能。

光学数据网络的主要组成部分

协议栈的多样性反映在OTN中要支持的多种客户端信号类型中，这可以通过使用数字包装器来解决。真正的光网络功能的使用通过OCh路由，故障和性能监视，保护和恢复提供了额外的灵活性和鲁棒性，所有这些操作均根据每个OCh进行选择。所有这些元素结合在一起，提供了一个强大而灵活的网络解决方案，该解决方案可以面向未来，并且对数据服务提供商的任何特定愿景开放。

该技术具有成本效益，并且在升级信道容量，增加/删除信道，重新路由和流量分配，支持所有类型的网络拓扑和保护系统以及同步方面更具灵活性。以下是主要组成部分-

• TP(应答器)
• VOA(可变光学衰减器)
• MUX(多路复用器)
• DEMUX(解复用器)
• BA(升压放大器)
• 线(OFC介质)
• LA(线路放大器)
• PA(前置放大器)
• OSC(光监控通道)

应答器

该单元是STM-n宽脉冲光信号与MUX / DEMUX设备之间的接口。该光信号可以位于同一位置，也可以来自不同的物理介质，不同的协议和流量类型。它将宽脉冲信号转换为间距为1.6 nm的纳米级(nm)量级的窄波长(斑点或有色频率)；发送到MUX。

在相反的方向上，从DEMUX输出的彩色信号将转换为宽脉冲光信号。两个方向上的输出功率电平均为+1至–3 dBm。以2R或3R方法进行光到电和电到光(O到E和E到O)的转换。

在2R中，执行再生和重新塑形，而在3R中，执行再生，重新塑形和重新定时。 TP可能取决于波长颜色和比特率，或者两者都可调(昂贵且未使用)。但是，在2R中，任何比特率，PDH，STM-4或STM-16均可为信道速率。本机在接收器灵敏度和过载点方面有局限性。

尽管中间电子级不可访问，但STN-n的开销字节用于监控目的。该单元还支持ITU-T G.957建议书中的光安全操作(ALS)。

可变光衰减器(VOA)

这是一个像预加重这样的无源网络，需要进行调整以调整EDFA频段上信号电平的均匀分布，从而使Mux单元的各个通道光输出功率保持相同，而与系统中加载的通道数无关。

光学衰减器类似于用于降低信号电平的简单电位计或电路。每当必须进行性能测试时，就使用衰减器，例如，以查看通过改变链路中的信号电平如何影响误码。一种方法是进行精确的机械设置，其中光信号穿过具有不同暗度的玻璃板，然后返回到光纤，如图所示。

玻璃板的灰度密度从一端的0％到另一端的100％不等。随着板移动穿过间隙，或多或少的光能被允许通过。这种类型的衰减器非常精确，可以处理任何波长的光(因为平板衰减任何量的光能，而不管波长如何)，但是它的机械价格昂贵。

多路复用器(MUX)和多路分解器(De-MUX)

当DWDM系统通过一条光纤从多个站点发送信号时，它们必须包括一些组合输入信号的方法。这是在多路复用器的帮助下完成的，多路复用器从多根光纤获取光波长并将其会聚成光束。在接收端，系统必须能够分离出光束的透射波长，以便可以谨慎地检测到它们。

解复用器通过将接收到的光束分成其波长分量并将它们耦合到单独的光纤中来执行此函数。

多路复用器和多路解复用器在设计上可以是被动的也可以是主动的。无源设计使用棱镜，衍射光栅或滤光片，而有源设计则将无源器件与可调滤光片结合在一起。

这些设备的主要挑战是最小化串扰并最大化通道间隔(两个相邻通道之间的波长差)。串扰是衡量信道分离程度的指标，而信道分离是指区分每个波长的能力。

多路复用器/多路解复用器的类型

棱镜类型

可以使用棱镜完成波长复用或解复用的简单形式。

多色光的平行光束入射到棱镜表面，并且每个分量的波长都有不同的折射。这就是彩虹效应。在输出光中，每个波长与下一个波长分开一个角度。然后，透镜将每个波长聚焦到需要进入光纤的点。这些组件可以反向使用，以将不同波长复用到一根光纤上。

衍射光栅类型

另一种技术基于衍射和光学干涉原理。当多色光源入射到衍射光栅上时，每个波长都会以不同的角度衍射，因此会衍射到空间中的不同点。使用透镜，可以将这些波长聚焦到单个光纤上，如下图所示。布拉格光栅是一种简单的无源组件，可以用作波长选择镜，并广泛用于在DWDM系统中添加和删除通道。

布拉格光栅是通过使用紫外激光束通过相位掩模照亮单模光纤的纤芯而制成的。光纤中掺有磷，锗或硼，以使其对光敏感。在光通过掩模之后，会产生条纹图案，该条纹图案被“印刷”到光纤中。这产生了纤维芯玻璃的折射率的永久周期性调制。制成的光栅反射布拉格波长的光(等于高折射率区域和低折射率区域之间的光学间隔的两倍)，并透射所有其他波长。

可调布拉格光栅

布拉格光纤光栅可以粘贴到压电元件上。通过向元件施加电压，元件会拉伸，从而光栅会被拉伸，并且布拉格波长会移动到更长的波长。当前的设备可为150v输入提供2 nm的调谐范围。

阵列波导光栅

阵列波导光栅(AWG)也基于衍射原理。 AWG设备(有时称为光波导路由器或波导光栅路由器)由弯曲的通道波导阵列组成，相邻通道之间的路径长度具有固定的差异。波导在输入和输出处连接到空腔。

光多路复用器

当光进入输入腔时，它会发生衍射并进入波导阵列。因此，每个波导的光学长度差在输出腔中引入相位延迟，在输出腔中耦合光纤阵列。该过程导致不同波长在不同位置具有最大干扰，这对应于输出端口。

多层干扰滤波器

另一种技术是在称为薄膜滤波器或多层干涉滤波器的设备中使用干涉滤波器。通过在光路上放置由薄膜组成的滤光片，可以对波长进行解复用。每个滤光片的特性使得它可以透射一个波长，同时反射其他波长。通过级联这些设备，可以解复用许多波长。

滤波器以适中的成本提供了良好的稳定性和通道之间的隔离性，但具有较高的插入损耗(AWG表现出平坦的频谱响应和较低的插入损耗)。过滤器的主要缺点是它们对温度敏感，因此可能无法在所有环境中实际使用。但是，它们的最大优点是可以将它们设计为同时执行多路复用和多路分解操作。

OM的耦合类型

耦合器OM是一个表面，与两个或多个焊接在一起的纤维相互作用。通常，它用于OM，其工作原理如下图所示。

耦合OM仅能以低制造成本执行多路复用函数。其缺点是高插入损耗。当前，ZTWE的DWDM设备中使用的OM使用耦合OM。 OD采用AWG组件。

升压放大器(光放大器)

由于衰减，在必须重新生成信号之前，光纤段可以完整传播信号的时间有限制。在光放大器(OA)到来之前，每个传输的信号都必须有一个中继器。 OA使立即放大所有波长成为可能，而无需进行光电光学(OEO)转换。除了用于光链路(作为转发器)之外，光放大器还可以用于在复用之后或在解复用之前提高信号功率。

光学放大器的类型

在每条光路中，光放大器都以单工模式用作转发器。在发送路径中使用一根光纤，在返回路径中使用第二根光纤。最新的光放大器将同时在两个方向上运行。如果采用两种不同的比特率，我们甚至可以在两个方向上使用相同的波长。因此，单根光纤可用于双工操作。

光放大器还必须具有足够的带宽，以传递在不同波长下工作的一系列信号。例如，光谱带宽为40 nm的SLA可以处理大约十个光信号。

在565 mb / s的系统中，对于500 kms的光链路，需要五个SLA光放大器，其间隔为83 kms。每个放大器提供大约12 dB的增益，但也会给系统带来噪声(BER为10-9。)

SLA放大器具有以下缺点-

• 对温度变化敏感
• 对电源电压变化敏感
• 对机械振动敏感
• 不可靠
• 容易串扰

掺Do光纤放大器(EDFA)

在DWDM系统中，使用EDFA。是一种稀土元素，当被激发时，它会发出约1.54微米的光，这是DWDM中使用的光纤的低损耗波长。弱信号进入掺b光纤，然后使用泵浦激光器将980 nm或1480 nm的光注入该信号中。

注入的光刺激the原子释放出额外的1550 nm光，从而释放出它们存储的能量。信号变强。 EDFA中的自发辐射还会增加EDFA的噪声系数。 EDFA的典型带宽为100 nm，并且沿光路间隔为80-120 kms。

由于相邻通道之间的非线性相互作用，EDFA还遭受一种称为四波混频的影响。因此，增加放大器功率以增加中继器之间的距离会导致更多的串扰。

拉曼放大器

如已描述的那样，在WDM中使用SLA和EDFA放大器受到限制，现代WDM系统正在转向拉曼放大，其带宽约为300 nm。在此，泵浦激光器位于光纤的接收端。串扰和噪声大大降低。但是，拉曼放大需要使用高泵浦激光器。

光纤中的分散实际上有助于最大程度地减少“四波混频”效应。不幸的是，当升级这些相同的光纤以承载WDM信号时，早期的光链路通常使用零色散光纤以尽量减少长距离上的色散。它们不是宽带光信号的理想介质。

正在开发特殊的单模光纤以供WDM使用。这些具有正负色散纤维的交替部分，因此，总色散总计为零。但是，各个段提供色散以防止四波混频。

线路放大器

它是一个两级EDFA放大器，由前置放大器(PA)和升压放大器(BA)组成。没有这两个阶段，就不可能按照EDFA原理将信号放大到33 dB(以避免自发发射产生的噪声)。线路放大器(LA)分别针对长距离和超长距离系统补偿22 dB或33 dB的线路损耗。它完全是一个光学平台设备。

线(OFC)媒体

这是DWDM信号在其上传播的光纤介质。衰减和色散是决定传输距离，比特率容量等的主要限制因素。通常，对于长距离和超长距离系统的跳段长度，分别将22dB和33dB作为线路损耗。

没有中继器(LA)的情况下，非常长的运输线路波长可能为120 kms。但是，在级联多个中继器的情况下，长度可能长达600 kms，使用色散补偿模块可以将其进一步增加到1200 kms。在这样的距离之后，它需要在电子平台中进行再生，而不是仅在光学平台中的中继器。

前置放大器(PA)

单独使用此放大器在终端上连接DEMUX和线路以接收来自远端站的信号。因此，在进入DEMUX单元之前，已衰减的线路信号被放大到+3 dBm至10 dBm的水平。

光学监控频道

附加数据的传输的函数：下光学水平中的一个单独的波长(2 Mbps的EOW，用户专用数据等经由接口)(1480nm的依照ITU-T建议G-692)没有任何光学安全规定，伴随着与OSC执行独立于主要STM-n光通信信号的信号。在8位PCM代码中，选择性和综合通道的EOW(0.3至3.4 KHz)为64 kbps。

光学监控通道(OSC)有助于控制和监视光学线路设备，以及使用LCT实现的故障定位，配置，性能和安全性管理。