[发明专利]基于光学扩束单元的高端口数波长选择开关及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通信与光学信号处理领域，具体涉及一种基于光学扩束单元的高端口数波长选择开关及其控制方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着光网络流量以10年100倍速度的持续巨幅增长，现有的电层交换技术在设备的数量与体积、信息交换容量、建设运营成本及能耗等多方面的“天花板效应”日益凸显。构建以全光交换、多维复用、高光谱利用率超信道传输与交换技术以及对网络资源的软件动态调整为基础的下一代低能耗和高谱效智能化全光通信网逐渐成为通信研究和产业领域的重要共识，是当前光通信技术领域最主要的研究热点和发展方向之一，具有极其重要的研究价值和广阔的国际市场需求，受到了国际范围内各研究机构以及器件与设备供应商的广泛关注。近10余年来的研究与发展结果表明，波长选择开关(WSS，wavelength selective switch)是目前唯一具有强大的信号处理功能的全光信号处理和全光交换设备，已经成为当前和未来对全球光网络进行全光化和智能化改造不可或缺的重要基础性设备。

波长选择开关通常具有一个光信号输入端口和多个光信号输出端口，可以实现将输入光信号中任意一个或一组波长信号从任意输出端口输出的功能。利用以硅基液晶(LCoS)大规模光学集成空间光调制器芯片为驱动元件的波长选择开关可以组成符合全光化和智能化等未来光网络发展需求，同时具有强大全光信号处理能力的各种高性能可重构光分插复用器(ROADM)、光交叉连接(OXC)设备和光学信号处理设备。显然，尽可能提高硅基液晶波长选择开关的端口数对于增加可重构光分插复用器和光交叉连接设备的信息吞吐量、网络扩展能力和上下话路端口数等主要技术指标具有十分重要的意义，同时也是推动全光正交频分复用(OFDM)超信道技术在骨干网、城域网和接入网等各种速率层级进行实际应用具有十分重要的意义。但由于受LCoS光束指向能力、光纤端口阵列的设计与制备以及光学系统设计与成像质量等多重因素的制约，使得目前硅基液晶WSS的端口数受到很大限制。目前国际上商品化WSS的最高端口数仅为1×23端口。在OFC’2015国际会议上，古河电工(Furukawa Electric Co.,Ltd)报道了通过采用专门研制的石英基平面光波回路(PLC)光斑变换器改进光纤端口阵列设计而实现的1×40端口硅基液晶WSS处理仪的研究成果(“LCOS-based Flexible Grid 1x40Wavelength Selective Switch Using Planar Lightwave Circuit as Spot Size Converter”,paper Tu3A.8,OFC’2015)；NTT(NTT Corporation)采用复杂的PLC波导光栅输入/输出端口阵列实现了1×95端口的硅基液晶WSS处理仪(“Ultra-High Port Count Wavelength Selective Switch Employing Waveguide-Based I/O Frontend”,paper Tu3A.7,OFC’2015)，但由于采用了较为复杂的PLC设计，设备的插损、插损均匀性和端口串扰等技术指标均没有达到能够实际应用的水平。

由于受硅基阵列芯片CMOS工艺和液晶像素点边际效应的双重限制，即使采用目前市场上所能获得的最高集成度通信波段LCoS芯片，其最大光学指向能力也仅为±1°左右，限制了输入/输出光纤端口阵列的最大允许宽度，从而使波长选择开关能够容纳的光纤端口数量受到限制。

发明内容

针对目前硅基液晶WSS的端口数限制，本发明通过设计一种结构简单、性能稳定的端口光学扩束单元，在硅基液晶空间光调制器光学指向能力十分有限的情况下，实现硅基液晶波长选择开关端口数的大幅提升。

本发明的一个目的在于提出一种基于光学扩束单元的高端口数波长选择开关。