14、光交换技术与硅光子集成ROADM节点应用

光交换技术与硅光子集成ROADM节点应用

1 光交换技术概述

在光通信领域，光交换技术至关重要。其中，阵列波导光栅（AWG）能将延时的波长组合，使每个波长在特定波导中输出，且使用的波导数量不必等于要解复用或复用的波长数量，通常波导数量越多，AWG分离波长越精确。

1.1 波长选择开关（WSS）

波长选择开关（WSS）有多种实现方式：
- 基于MEMS的WSS ：通过在独特硅平台的平面光波电路（PLC）中级联布拉格衍射光栅，并利用微机电系统（MEMS）的潜力实现。这类设备可作为自由空间光矩阵（1XN）中的波导开关和均衡器，有二维或基于纳米技术的三维设备。但存在机械惯性约束，限制了开关速度（毫秒级）和处理卸载数据包流量的光机械操作。
- 基于LCoS的WSS ：基于纳米技术的另一种解决方案，通过液晶覆盖波导的硅芯片实现。当由电场适当驱动时，液晶会改变折射率，实现对导光的选择性切换和精细可调的光谱整形。LCoS技术在灵活的1xN交换矩阵中切换不同波长、不同带宽的多个光信号方面具有显著潜力，能实现不同传输容量的分离信道共存，且光信号通过网络时可能不受固定WSS带来的带宽限制。不过，由于控制系统复杂，要正确驱动LCoS交换矩阵的每个像素，开关速度不能低于毫秒级。

一个标准的基于LCoS的WSS系统配置如下：
1. 输入/输出单模光纤线性阵列。
2. 光束调节光学元件：
- 光纤准直透镜：减少光纤光束发散。
- 偏振分集光学元件：将每束光分离为两个共偏振光束。
- 变形棱镜：沿一个方向扩展光束，以照亮宽光栅区域而不增加模块高