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光网络的具体含义到底是什么，这是一个仁者见仁，智者见智的问题。但有一点是取得了共识的，即：未来的光网络应该是一个应用灵活，可靠，性能稳定的网络。它应该满足传输各种信号，如SDH，ATM，IP等等，的所有基本要求（也就是其灵活性，可升级性和系统生存性能应独立于比特率和协议）。这样一个网络应该能够对各种信号进行有效的传输，调度，保护和管理。因此，如果我们希望能对光网络今后的发展做一点预测的话，必须综合考虑传输技术，光网络产品，光网络设计以及光标准研究等方面的发展情况，才能尽量避免偏颇。
传输技术的发展
现今的光传输技术发展主要分为两个方向：一是不断提高每信道传输速率，二是不断提高每根光纤中所复用的波长数。
众所周知，如果采用常规的电光调制TDM技术，由于电开关器件的限制，其理论速率不可能超过50Gb/s。而如今在实验室中已经开发出了单波速率为40Gb/s的TDM系统。因此，在今后单纯靠改良电器件来提高传输速率已经没有多少余地了。如果要进一步提高传输速率，改善传输效率，唯一可行的办法就是采用光调制时分复用（OTDM）技术。在去年日内瓦国际通讯展上，北电网络公司展出的80G 系统就是采用了OTDM技术。OTDM实质上就是将多个高速电调制信号分别转换为等速率光信号，然后在光层上利用超窄光脉冲进行时域复用，将其调制为更高速率的光信号。这样一来，限制传输速率的电子瓶颈就不复存在了。目前解决OTDM的关键在于三点：超窄脉冲产生与调制；全光时分复用；全光时分解复用及定时提取。超窄脉冲产生与调制的方法有增益开关法， 啁啾光纤光栅法等等，光时分复用的方法目前主要采用平面波导复用法，将光延迟和方向耦合集成在一起。原理图见下图。而光时分解复用和定时提取技术较为复杂，虽然现今有采用米克尔光开关矩阵，交叉相位调制频移开关，非线性光纤环路镜等方法，但总体来说，到目前为止还没有一种适宜于大批量工业生产的实用技术。因此，OTDM在今后一两年内仍然会是实验室的宠儿，而不可能成为光传输技术的基石。
近年来，DWDM技术有了突飞猛进的发展。单纤复用波道从1996年的8波，1998年的 40波，进而到1999年的160波。光纤的可利用带宽被大大拓展，从过去的C波段，到今天 的L波段，4年之内扩展了3倍。而S波段，Utrl-L波段器件的研制也正在如火如荼地 开展。在可以预见的将来，DWDM系统将占据整个光传输市场的绝大部分。
那么高速TDM（不包括OTDM）是将来中国传输技术的主流呢？还是DWDM应当是主流？我个人认为不可能下一个绝对的结论。对于今后的传输网而言，数据业务的压力是巨大的。而骨干IP路由器的速率已经开始超过2.5Gb/s。那么如果考虑到今后一至二年的发展，势必需要高速TDM系统来容纳如此巨大的IP数据流。此外，对于大都市而言，业务颗粒的交叉连接能力至关重要，远远超过了对传输容量的要求。在这种情况下，高速TDM系统远远比同等传输容量的DWDM系统为优。我们不妨假设现在有一个10G TDM系统与一个4×2.5G DWDM系统。二者的传输容量相同，但当次级业务颗粒在某点需要进行交叉连接时，情况就大大不同了。对10G系统来说，这不过是其中某两个时隙进行交换而已。但对DWDM系统，由于本身不具备交叉连接功能，任何时隙交换都必须通过外接电设备完成。即使将来OXC的使用，也只能解决波与波之间的交叉连接，无法对其次级业务颗粒进行调配。但从另一方面看，中国大量使用的G.652光纤又远比国外使用的G.655光纤利于C波段DWDM系统。因此，对于中国而言，尤其是象京汉广这样已没有光纤冗余，又有大量业务需求的线路，10G DWDM系统应该是一个较好的选择。当然，G.652光纤在传输多个40Gb/s信号时通过特殊色散补偿仍然可以满足要求，但此时补偿设备的成本已经无法使之进入商用系统了。
近年来，由于光孤子技术的逐渐成熟和喇曼激光放大器的使用，使得超长段光传输成为可能。目前一些公司也开始逐步推出这样的产品，如北电网络的LH 4000，当传输50波10G信号时，可以无电中继传输2400公里，也就是说从兰州至乌鲁木齐只需一次电中继即可。如果将波道数减少至30波，传输距离还可以加大到4000公里。
此外，光传输技术的一个重点在于人们普遍不重视的接入网方面。DWDM技术之所以被称为光通讯历史上的一次革命，除了它释放出了大量过去闲置的带宽以外，还为我们解决光接入网的难题带来了一线曙光。目前有的实验室已经宣布可以在多模光纤上将8X2.5Gb/s信号传输300米。这看似一个小新闻，但对于研究DWDM系统的人士而言不啻于一声惊雷。在多模光纤上传输DWDM系统，就意味着更低功率的激光器，更方便灵活的布线，更廉价的发射接收系统。这一切都是过去限制光接入网发展的瓶颈。因此有人断言，当传输距离能增加到700米时，光接入网就将进入我们的生活。
传输产品的发展
在今后一至二年中，我们可以看到哪些新的光器件投入商用运行系统呢？我个人认为，主要有下面三种设备：灵活调配上下波长的OADM，OXC，以及喇曼激光放大器。
OADM是一个从去年就炒得沸沸扬扬的话题。但一年过去了，却给人一种雷声大，雨点小的感觉。其实这并不是OADM本身有什么问题，而是人们过去对它的期望有失偏颇。目前业界主要认为OADM应使用在长途DWDM系统中，对此我不敢苟同。一则对于长途业务而言，光波直接调配上下的压力是最小的。国家骨干网也好，省骨干网也好，其业务流向相对固定，业务颗粒相对规范。而且在何处上下业务，上下业务的流向都是事先经过精心规划，相对稳定的。很难想象如京汉广这样的国家干线，在某一点上需要一月一改业务的上下方向。二则，即使是利于OADM在一点上下了业务。对于骨干网而言，其上下的业务仍然需要在次级收集层中进行传输。目前，我们还不可能在光层次上对模拟量（OSNR，Q参数等）的劣化进行再处理，而从OADM直接下行出来的光波本身已传输了相当的距离，信号已经有所劣化，因此在某些情况下，我们不能保证其在次级收集层中传输相应的距离。如果考虑到这个问题，势必会影响到收集层网络的整体设计，得不偿失。
OADM最佳的使用地点是大型城域DWDM系统。因为在城域网络中，对交换能力的要求远远高于长途传输网络。但随着而来的问题是，过去我们研究的OADM不管是布拉格光纤光栅型，干涉薄膜滤波器型，还是光电开关型，都是固定波长上下的OADM，也就是需在出厂前设置好上下的波道数及其对应波长。这对于城域网而言，是远远不能满足要求的。对于城域网，迫切需要能灵活调配波长的OADM系统。从目前我们所掌握的技术来看，我认为能实行这一功能的最佳方式是采用干涉薄膜滤波器型。众所周知，当我们改变干涉薄膜滤波器的厚度时，也就是改变了等效光程差，与之对应的不同波长也就被解复用出来。反之亦然。过去我们是通过更换薄膜滤波器模块来做到这一点的，如果要做到灵活调配，就必须通过软件来改变等效厚度。方法有二：一，利于软件改变干涉介质膜的偏转角度，使之改变等效光程差。这种方法的优点在于实施简便，但缺点是它是一个纯机械运动，其精度和可靠性都值得怀疑。二，利于偏致电压改变干涉介质膜的等效光程差。这是一个现在看来比较正确的方向。但它的难点也在于改变等效光程差的精度问题。因为这样的干涉介质波俗称四分之一波长膜片，如果不能解决精度问题，轻则会引起合波后交叉相位调制问题，重则无法将相应波道正确上下。关于这一问题，我个人认为最迟在明年的上半年能够得到相应解决，为OADM的大规模使用奠定基础。
光交叉连接设备（OXC）是未来光网络的关键设备。光层上的保护，恢复以及分布式网管都与其息息相关。通过这几年的讨论和研究，对于OXC所应用的范围有了一个相对统一的看法，也就是OXC主要用在基于DWDM的大规模光网中，实现波与波之间的交换，也就是速率高于2.5G信号间的交换。而对于低速率的信号交换，应该由电设备完成。OXC应该能够担负起整个大型网络的恢复功能，从目前来看，其转换速度能够满足需求，但大型光网的恢复功能还取决于分布式网管的发展。从目前来看，这一点滞后于光器件的发展。
在SDH网络中，有环网与网状网结构的不同组网考虑。SDH的ADM中一般都具有交叉连接功能，在光网络中，因为目前的OADM不具备交叉连接功能，如果想要完成光层交叉连接，必然需要OXC。关于这方面的详细资料，可以参见IEEE出版社1999年出版的“Photonic Switching Technology”一书。因此， 各大通讯公司和研究机构纷纷立项开发OXC设备。
其中MEMS（中文为微电子机械系统）技术最为看好。MEMS技术可以在极小的晶片上排列大规模机械矩阵，其响应速度和可靠性也大大提高。因此，利用MEMS设计的OXC应运而生，从目前的情况来看，它极有可能成为今后OXC发展的方向，因为它解决了OXC发展中的最大一个问题，也就是容量限制瓶颈。如果一切发展顺利的话，我们将有希望在明年的年中或秋季见到商用的MEMS/OXC系统。
MEMS/OXC
从图中可以看到，基于MEMS的OXC实质是一个两维的镜片阵，当需要将入射波长进行转换的时候，可以通过改变镜片的角度，将光波反射到相应光纤中。所以，MEMS/OXC可以轻而易举地组成大型光交叉矩阵，同时具有极佳的光学特性。如果组成一个256x256的OXC，其体积只有25x50x50mm大小，光路转换时间小于5毫秒，串扰小于-50dB，当 布置在波分系统中时，插入损耗为6dB。OXC主要用于长途核心网络和大型城域网络的汇接点。其主要作用是进行交叉连接，光层保护和恢复，以及作为光通道管理器。
OXC应用
而这一两年中的另一个闪光点就是喇曼激光放大器。我们知道，如果DWDM系统进一步扩展使用带宽的话，势必会使用L波段。在L波段，由于光纤损耗值增大，掺铒光纤放大器（EDFA）的量子转换效率降低等等因素，使得在整个L波段都采用EDFA的方案变得非常昂贵与复杂。在这样的情况下，喇曼激光放大器产生了。喇曼放大器的工作原理是光纤材料本身的喇曼散射效应。也就是说，光信号在光纤中传输时，某些低波长的信号将由于喇曼散射效应，将自身的能量传递给相应的高波长信号。因此我们不妨在一些低波长上注入泵浦光信号，当信号和泵浦光共同传输一段距离后，泵浦光将作用于对于的L波段信号，将其放大。很明显，在这种情况下，整个光纤系统就是一个喇曼放大器了，喇曼放大效应无时无刻不存在。因此，喇曼放大器特别适合于L波段放大，也适合于超长距光传输。在北电网络的LH4000系统中就采用了喇曼放大系统。
目前喇曼放大器的研制已经有了很大的突破。如果不出意外，在今年末，基于喇曼放大器的DWDM商用传输系统就将面世。
传输技术的发展
现今的光传输技术发展主要分为两个方向：一是不断提高每信道传输速率，二是不断提高每根光纤中所复用的波长数。
众所周知，如果采用常规的电光调制TDM技术，由于电开关器件的限制，其理论速率不可能超过50Gb/s。而如今在实验室中已经开发出了单波速率为40Gb/s的TDM系统。因此，在今后单纯靠改良电器件来提高传输速率已经没有多少余地了。如果要进一步提高传输速率，改善传输效率，唯一可行的办法就是采用光调制时分复用（OTDM）技术。在去年日内瓦国际通讯展上，北电网络公司展出的80G 系统就是采用了OTDM技术。OTDM实质上就是将多个高速电调制信号分别转换为等速率光信号，然后在光层上利用超窄光脉冲进行时域复用，将其调制为更高速率的光信号。这样一来，限制传输速率的电子瓶颈就不复存在了。目前解决OTDM的关键在于三点：超窄脉冲产生与调制；全光时分复用；全光时分解复用及定时提取。超窄脉冲产生与调制的方法有增益开关法， 啁啾光纤光栅法等等，光时分复用的方法目前主要采用平面波导复用法，将光延迟和方向耦合集成在一起。原理图见下图。而光时分解复用和定时提取技术较为复杂，虽然现今有采用米克尔光开关矩阵，交叉相位调制频移开关，非线性光纤环路镜等方法，但总体来说，到目前为止还没有一种适宜于大批量工业生产的实用技术。因此，OTDM在今后一两年内仍然会是实验室的宠儿，而不可能成为光传输技术的基石。
近年来，DWDM技术有了突飞猛进的发展。单纤复用波道从1996年的8波，1998年的 40波，进而到1999年的160波。光纤的可利用带宽被大大拓展，从过去的C波段，到今天 的L波段，4年之内扩展了3倍。而S波段，Utrl-L波段器件的研制也正在如火如荼地 开展。在可以预见的将来，DWDM系统将占据整个光传输市场的绝大部分。
那么高速TDM（不包括OTDM）是将来中国传输技术的主流呢？还是DWDM应当是主流？我个人认为不可能下一个绝对的结论。对于今后的传输网而言，数据业务的压力是巨大的。而骨干IP路由器的速率已经开始超过2.5Gb/s。那么如果考虑到今后一至二年的发展，势必需要高速TDM系统来容纳如此巨大的IP数据流。此外，对于大都市而言，业务颗粒的交叉连接能力至关重要，远远超过了对传输容量的要求。在这种情况下，高速TDM系统远远比同等传输容量的DWDM系统为优。我们不妨假设现在有一个10G TDM系统与一个4×2.5G DWDM系统。二者的传输容量相同，但当次级业务颗粒在某点需要进行交叉连接时，情况就大大不同了。对10G系统来说，这不过是其中某两个时隙进行交换而已。但对DWDM系统，由于本身不具备交叉连接功能，任何时隙交换都必须通过外接电设备完成。即使将来OXC的使用，也只能解决波与波之间的交叉连接，无法对其次级业务颗粒进行调配。但从另一方面看，中国大量使用的G.652光纤又远比国外使用的G.655光纤利于C波段DWDM系统。因此，对于中国而言，尤其是象京汉广这样已没有光纤冗余，又有大量业务需求的线路，10G DWDM系统应该是一个较好的选择。当然，G.652光纤在传输多个40Gb/s信号时通过特殊色散补偿仍然可以满足要求，但此时补偿设备的成本已经无法使之进入商用系统了。
近年来，由于光孤子技术的逐渐成熟和喇曼激光放大器的使用，使得超长段光传输成为可能。目前一些公司也开始逐步推出这样的产品，如北电网络的LH 4000，当传输50波10G信号时，可以无电中继传输2400公里，也就是说从兰州至乌鲁木齐只需一次电中继即可。如果将波道数减少至30波，传输距离还可以加大到4000公里。
此外，光传输技术的一个重点在于人们普遍不重视的接入网方面。DWDM技术之所以被称为光通讯历史上的一次革命，除了它释放出了大量过去闲置的带宽以外，还为我们解决光接入网的难题带来了一线曙光。目前有的实验室已经宣布可以在多模光纤上将8X2.5Gb/s信号传输300米。这看似一个小新闻，但对于研究DWDM系统的人士而言不啻于一声惊雷。在多模光纤上传输DWDM系统，就意味着更低功率的激光器，更方便灵活的布线，更廉价的发射接收系统。这一切都是过去限制光接入网发展的瓶颈。因此有人断言，当传输距离能增加到700米时，光接入网就将进入我们的生活。
传输产品的发展
在今后一至二年中，我们可以看到哪些新的光器件投入商用运行系统呢？我个人认为，主要有下面三种设备：灵活调配上下波长的OADM，OXC，以及喇曼激光放大器。
OADM是一个从去年就炒得沸沸扬扬的话题。但一年过去了，却给人一种雷声大，雨点小的感觉。其实这并不是OADM本身有什么问题，而是人们过去对它的期望有失偏颇。目前业界主要认为OADM应使用在长途DWDM系统中，对此我不敢苟同。一则对于长途业务而言，光波直接调配上下的压力是最小的。国家骨干网也好，省骨干网也好，其业务流向相对固定，业务颗粒相对规范。而且在何处上下业务，上下业务的流向都是事先经过精心规划，相对稳定的。很难想象如京汉广这样的国家干线，在某一点上需要一月一改业务的上下方向。二则，即使是利于OADM在一点上下了业务。对于骨干网而言，其上下的业务仍然需要在次级收集层中进行传输。目前，我们还不可能在光层次上对模拟量（OSNR，Q参数等）的劣化进行再处理，而从OADM直接下行出来的光波本身已传输了相当的距离，信号已经有所劣化，因此在某些情况下，我们不能保证其在次级收集层中传输相应的距离。如果考虑到这个问题，势必会影响到收集层网络的整体设计，得不偿失。
OADM最佳的使用地点是大型城域DWDM系统。因为在城域网络中，对交换能力的要求远远高于长途传输网络。但随着而来的问题是，过去我们研究的OADM不管是布拉格光纤光栅型，干涉薄膜滤波器型，还是光电开关型，都是固定波长上下的OADM，也就是需在出厂前设置好上下的波道数及其对应波长。这对于城域网而言，是远远不能满足要求的。对于城域网，迫切需要能灵活调配波长的OADM系统。从目前我们所掌握的技术来看，我认为能实行这一功能的最佳方式是采用干涉薄膜滤波器型。众所周知，当我们改变干涉薄膜滤波器的厚度时，也就是改变了等效光程差，与之对应的不同波长也就被解复用出来。反之亦然。过去我们是通过更换薄膜滤波器模块来做到这一点的，如果要做到灵活调配，就必须通过软件来改变等效厚度。方法有二：一，利于软件改变干涉介质膜的偏转角度，使之改变等效光程差。这种方法的优点在于实施简便，但缺点是它是一个纯机械运动，其精度和可靠性都值得怀疑。二，利于偏致电压改变干涉介质膜的等效光程差。这是一个现在看来比较正确的方向。但它的难点也在于改变等效光程差的精度问题。因为这样的干涉介质波俗称四分之一波长膜片，如果不能解决精度问题，轻则会引起合波后交叉相位调制问题，重则无法将相应波道正确上下。关于这一问题，我个人认为最迟在明年的上半年能够得到相应解决，为OADM的大规模使用奠定基础。
光交叉连接设备（OXC）是未来光网络的关键设备。光层上的保护，恢复以及分布式网管都与其息息相关。通过这几年的讨论和研究，对于OXC所应用的范围有了一个相对统一的看法，也就是OXC主要用在基于DWDM的大规模光网中，实现波与波之间的交换，也就是速率高于2.5G信号间的交换。而对于低速率的信号交换，应该由电设备完成。OXC应该能够担负起整个大型网络的恢复功能，从目前来看，其转换速度能够满足需求，但大型光网的恢复功能还取决于分布式网管的发展。从目前来看，这一点滞后于光器件的发展。
在SDH网络中，有环网与网状网结构的不同组网考虑。SDH的ADM中一般都具有交叉连接功能，在光网络中，因为目前的OADM不具备交叉连接功能，如果想要完成光层交叉连接，必然需要OXC。关于这方面的详细资料，可以参见IEEE出版社1999年出版的“Photonic Switching Technology”一书。因此， 各大通讯公司和研究机构纷纷立项开发OXC设备。
其中MEMS（中文为微电子机械系统）技术最为看好。MEMS技术可以在极小的晶片上排列大规模机械矩阵，其响应速度和可靠性也大大提高。因此，利用MEMS设计的OXC应运而生，从目前的情况来看，它极有可能成为今后OXC发展的方向，因为它解决了OXC发展中的最大一个问题，也就是容量限制瓶颈。如果一切发展顺利的话，我们将有希望在明年的年中或秋季见到商用的MEMS/OXC系统。
MEMS/OXC
从图中可以看到，基于MEMS的OXC实质是一个两维的镜片阵，当需要将入射波长进行转换的时候，可以通过改变镜片的角度，将光波反射到相应光纤中。所以，MEMS/OXC可以轻而易举地组成大型光交叉矩阵，同时具有极佳的光学特性。如果组成一个256x256的OXC，其体积只有25x50x50mm大小，光路转换时间小于5毫秒，串扰小于-50dB，当 布置在波分系统中时，插入损耗为6dB。OXC主要用于长途核心网络和大型城域网络的汇接点。其主要作用是进行交叉连接，光层保护和恢复，以及作为光通道管理器。
OXC应用
而这一两年中的另一个闪光点就是喇曼激光放大器。我们知道，如果DWDM系统进一步扩展使用带宽的话，势必会使用L波段。在L波段，由于光纤损耗值增大，掺铒光纤放大器（EDFA）的量子转换效率降低等等因素，使得在整个L波段都采用EDFA的方案变得非常昂贵与复杂。在这样的情况下，喇曼激光放大器产生了。喇曼放大器的工作原理是光纤材料本身的喇曼散射效应。也就是说，光信号在光纤中传输时，某些低波长的信号将由于喇曼散射效应，将自身的能量传递给相应的高波长信号。因此我们不妨在一些低波长上注入泵浦光信号，当信号和泵浦光共同传输一段距离后，泵浦光将作用于对于的L波段信号，将其放大。很明显，在这种情况下，整个光纤系统就是一个喇曼放大器了，喇曼放大效应无时无刻不存在。因此，喇曼放大器特别适合于L波段放大，也适合于超长距光传输。在北电网络的LH4000系统中就采用了喇曼放大系统。
目前喇曼放大器的研制已经有了很大的突破。如果不出意外，在今年末，基于喇曼放大器的DWDM商用传输系统就将面世。