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光数据网络
目前定义的基于 WDM 的 IP 协议对数据网络和光网络的能力提出了限制性观点。单一协议栈带来的限制，以及没有充分利用光层网络能力，对于某些网络应用来说非常严格。
上述网络趋势需要一个光网络平台，该平台能够以独立于客户信号的方式支持各种协议栈、网络架构以及保护和恢复选项。对于高速数据网络中的一些网络应用，点对点 WDM 上的 POS 是最佳选择，但肯定不是所有应用都适用。此外，用于实现和部署这些未来数据网络的光平台必须确保能够轻松适应新的、意想不到的协议栈映射，并且能够从光层网络获得相同的网络功能，而无需进行中间协议转换。
光数据网络是一种替代方法，它并不试图减少协议栈和网络架构的异构性，而是利用这种异构性为每个特定的应用和网络提供商细分市场提供定制的网络解决方案。光数据网络结合了服务层和传输层的网络功能。
光数据网络的主要组成部分
通过使用数字封装器来适应OTN中需要支持的多种客户信号类型所反映的协议栈多样性。真正的光网络功能通过 OCh 路由、故障和性能监控、保护和恢复提供额外的灵活性和鲁棒性，所有这些都在选择性的每个 OCh 基础上执行。所有这些元素组合在一起，构成了一个功能强大且灵活的网络解决方案，具有面向未来的特性，并对数据服务提供商的任何特定愿景开放。
这项技术在升级信道容量、添加/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具有成本效益和更高的灵活性。以下是主要组件：
- 转发器 (TP)
- 可变光衰减器 (VOA)
- 多路复用器 (MUX)
- 解复用器 (DEMUX)
- 放大器 (BA)
- 线路 (OFC 介质)
- 线路放大器 (LA)
- 预放大器 (PA)
- 光监控信道 (OSC)
转发器
该单元是 STM-n 宽脉冲光信号与 MUX/DEMUX 设备之间的接口。此光信号可以是共址的，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约纳米 (nm) 量级的窄波长（点或彩色频率），间距为 1.6 nm；发送到 MUX。
在反方向上，来自 DEMUX 的彩色输出被转换为宽脉冲光信号。双向输出功率电平为 +1 至 –3 dBm。转换是光电和电光 (O 到 E 和 E 到 O) 的 2R 或 3R 方法。
在 2R 中，进行再生和重塑，而在 3R 中，进行再生、重塑和重新定时。TP 可以是波长颜色和比特率相关的，也可以是两者都可调的（成本高且未使用）。但是，在 2R 中，任何比特率、PDH、STM-4 或 STM-16 都可以是信道速率。该单元的接收灵敏度和过载点有限制。
虽然中间电气级不可访问，但 STN-n 的开销字节用于监控目的。该单元还支持根据 ITU-T 建议 G.957 进行光安全操作 (ALS)。
可变光衰减器 (VOA)
这是一种无源网络，类似于预加重，用于调整 EDFA 频段上的信号电平均匀分布，以便 Mux 单元的单个信道光输出功率保持不变，而与系统中加载的信道数量无关。
光衰减器类似于用于降低信号电平的简单电位器或电路。当必须运行性能测试时，例如查看比特误码率如何受链路中信号电平变化的影响时，使用衰减器。一种方法是在光信号通过具有不同暗度量的玻璃板然后返回光纤的精确机械装置中，如图所示。
玻璃板的灰度密度从一端 0% 到另一端 100% 不等。随着板材在间隙中移动，允许通过的光能或多或少。这种类型的衰减器非常精确，可以处理任何光波长（因为板材以相同的量衰减任何光能，而不管波长如何），但它在机械上成本很高。
多路复用器 (MUX) 和解复用器 (De-MUX)
由于 DWDM 系统通过单根光纤发送来自多个站点的信号，因此它们必须包含一些组合传入信号的方法。这是借助多路复用器完成的，多路复用器接收来自多根光纤的光波长并将它们汇聚成一束光束。在接收端，系统必须能够分离出光束的传输波长，以便可以单独检测它们。
解复用器通过将接收到的光束分离成其波长分量并将它们耦合到各个光纤中来执行此功能。
多路复用器和解复用器在设计上可以是无源的或有源的。无源设计使用棱镜、衍射光栅或滤波器，而有源设计将无源器件与可调滤波器结合在一起。
这些器件的主要挑战是最小化串扰和最大化信道分离（两个相邻信道之间的波长差）。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/解复用器的类型
棱镜型
可以使用棱镜进行简单的波长多路复用或解复用。
一束平行多色光入射到棱镜表面，每个分量波长都会发生不同的折射。这就是**彩虹效应**。在输出光中，每个波长与下一个波长之间都有一定的角度差。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，将不同的波长复用到一根光纤上。
衍射光栅型
另一种技术基于衍射和光学干涉的原理。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，因此在空间中的不同点。使用透镜，这些波长可以聚焦到单个光纤上，如下图所示。**布拉格光栅**是一个简单的无源组件，可以用作波长选择性反射镜，并广泛用于在 DWDM 系统中添加和删除信道。
布拉格光栅是通过使用紫外激光束通过相位掩模照射单模光纤的核心来制造的。光纤掺杂磷、锗或硼以使其具有光敏性。光通过掩模后，会产生条纹图案，该图案被“印刷”到光纤中。这会在光纤芯玻璃的折射率中产生永久性的周期性调制。成品光栅会在布拉格波长（等于高折射率区域和低折射率区域之间光学间距的两倍）处反射光，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，元件会伸展，从而使光栅伸展，布拉格波长移向更长的波长。目前的器件可以为 150V 的输入提供 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 器件，有时称为光波导路由器或波导光栅路由器，由一系列弯曲的通道波导组成，相邻通道之间的路径长度存在固定差值。波导连接到输入和输出端的腔体。
光学多路复用器
当光进入输入腔时，它会发生衍射并进入波导阵列。因此，每个波导的光程差会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涉，这对应于输出端口。
多层干涉滤光片
一种不同的技术在称为薄膜滤光片或多层干涉滤光片的器件中使用干涉滤光片。通过定位位于光路中的薄膜组成的滤光片，可以解复用波长。每个滤光片的特性是它传输一个波长，而反射其他波长。通过级联这些器件，可以解复用许多波长。
滤光片在中等成本下提供良好的稳定性和信道间的隔离，但插入损耗较高（AWG 表现出平坦的光谱响应和低插入损耗）。滤光片的主要缺点是它们对温度敏感，可能并非在所有环境中都实用。然而，它们的主要优点是可以设计成同时执行多路复用和解复用操作。
OM 的耦合类型
耦合 OM 是一个与两根或多根光纤焊接在一起的表面交互式。通常，它用于 OM，其工作原理如下图所示。
耦合 OM 只能以低制造成本执行多路复用功能。其缺点是插入损耗高。目前，ZTWE 的 DWDM 设备中使用的 OM 采用耦合 OM。OD 采用 AWG 组件。
放大器（光放大器）
由于衰减，光纤段传播信号的完整性存在限制，在必须再生信号之前。在光放大器 (OA) 出现之前，必须为每个传输的信号设置一个中继器。OA 使得能够一次放大所有波长，而无需光电光 (OEO) 转换。除了用于光链路（作为中继器）之外，光放大器还可以用于在多路复用后或解复用前增强信号功率。
光放大器的类型
在每条光路上，光放大器都以单工模式用作中继器。一根光纤用于发送路径，第二根光纤用于返回路径。最新的光放大器将同时在两个方向运行。我们甚至可以在两个方向上使用相同的波长，前提是采用两种不同的比特率。因此，一根光纤可用于双工操作。
光放大器还必须具有足够的带宽才能通过以不同波长运行的一系列信号。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 系统中，对于 500 公里的光链路，需要五个 SLA 光放大器，间隔 83 公里。每个放大器提供大约 12 dB 的增益，但也给系统引入噪声（误码率为 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
- 不可靠的
- 易受串扰影响
掺铒光纤放大器 (EDFA)
在DWDM系统中使用EDFA。铒是一种稀土元素，当被激发时，会在1.54微米左右发射光，这是DWDM系统中使用的光纤的低损耗波长。微弱的信号进入掺铒光纤，使用泵浦激光器注入980 nm或1480 nm的光。
注入的光刺激铒原子释放其储存的能量作为额外的1550 nm光。信号变得增强。EDFA中的自发辐射也会增加EDFA的噪声系数。EDFA的典型带宽为100 nm，需要在光路沿线每80-120公里间隔放置一个。
EDFA还会受到一种称为**四波混频**的影响，这是由于相邻信道之间的非线性相互作用造成的。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
如前所述，在WDM中使用SLA和EDFA放大器的应用有限，现代WDM系统正转向拉曼放大，其带宽约为300 nm。在这里，泵浦激光器位于光纤的接收端。串扰和噪声大大减少。然而，拉曼放大需要使用高功率泵浦激光器。
光纤中的色散实际上有助于最小化“四波混频”效应。不幸的是，早期的光链路经常使用零色散光纤，以尽量减少长距离的色散，当这些相同的纤升级以承载WDM信号时；它们不是宽带光信号的理想介质。
正在开发用于WDM的特殊单模光纤。这些光纤具有正色散和负色散光纤的交替段，因此总色散加起来为零。然而，各个段提供了防止四波混频的色散。
线路放大器
它是一个由预放大器 (PA) 和放大器 (BA) 组成的两级EDFA放大器。如果没有这两个阶段，就不可能根据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) 分别补偿长途和超长途系统的22 dB或33 dB的线路损耗。它完全是一个光学级设备。
线路 (OFC) 介质
这是DWDM信号传输的光纤介质。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，长途和超长途系统的跳跃长度线路损耗分别取22dB和33dB。
超长途线路波长可以在没有中继器 (LA) 的情况下达到120公里。然而，通过级联多个中继器，长度可以达到600公里，使用色散补偿模块可以进一步增加到1200公里。超过这样的距离，需要在电气级进行再生，而不是仅在光学级进行中继。
预放大器 (PA)
此放大器单独用于终端，用于连接解复用器和线路，接收来自远端站点的信号。因此，衰减的线路信号在进入解复用器单元之前被放大到+3 dBm到10 dBm的电平。
光学监控信道
OSC的功能是在单独的波长（根据ITU-T建议G-692为1480 nm）上以较低的电平传输附加数据（2 mbps：EOW，用户特定数据等通过接口），无需任何光学安全措施，并伴随和独立于主STM-n光信号。用于选择性和总线信道的EOW（0.3到3.4 KHz）为8位PCM码的64 kbps。
光学监控信道 (OSC) 有助于控制和监控光线路设备以及使用LCT完成的故障定位、配置、性能和安全管理。