四無(wú)特性可重構(gòu)光分插復(fù)用器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與測(cè)試

陳超,張晨祥,尤全,2,劉子晨,2,謝德權(quán),2,楊奇,2

(1.武漢郵電科學(xué)研究院,武漢 430074; 2.光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430074)

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四無(wú)特性可重構(gòu)光分插復(fù)用器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與測(cè)試

陳超1,張晨祥1,尤全1,2,劉子晨1,2,謝德權(quán)1,2,楊奇1,2

(1.武漢郵電科學(xué)研究院,武漢 430074; 2.光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430074)

摘要:針對(duì)光網(wǎng)絡(luò)的智能化發(fā)展需求,在自主研制的1×9可變帶寬波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種多維ROADM(可重構(gòu)光分插復(fù)用器)節(jié)點(diǎn),并采用兩種固定帶寬波長(zhǎng)的信號(hào)(10 Gbit/s和1 Tbit/s)對(duì)該節(jié)點(diǎn)的各項(xiàng)性能進(jìn)行了測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該ROADM節(jié)點(diǎn)具備無(wú)向、無(wú)色、無(wú)阻塞和無(wú)柵格等四無(wú)特征。

關(guān)鍵詞:可變帶寬波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān);可重構(gòu)光分插復(fù)用器;無(wú)向、無(wú)色、無(wú)阻塞、無(wú)柵格

0　引 言

隨著光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展,光網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展更加趨向于智能化。智能光網(wǎng)絡(luò)主要是由一系列具有高度靈活性的系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成,其中WSS(波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān))是近年來(lái)發(fā)展迅速的ROADM(可重構(gòu)光分插復(fù)用器)子系統(tǒng)技術(shù),是智能光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最核心的功能模塊,可以通過(guò)軟件配置實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的上、下路和直通。目前國(guó)內(nèi)外所用的WSS大多基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))或LCOS(硅基液晶)技術(shù),相對(duì)于MEMS技術(shù),基于LCOS的WSS帶寬靈活可調(diào),能夠支持各種速率混傳,近年來(lái)發(fā)展迅速。本文首先介紹基于LCOS的TBWSS(可變帶寬波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān))的原理,然后在現(xiàn)有TBWSS基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一個(gè)多維ROADM節(jié)點(diǎn),并對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與分析。

圖1　基于LCOS的TBWSS原理圖

1　基于LCOS的TBWSS的原理

LCOS是一種基于反射模式、尺寸非常小的矩陣液晶顯示裝置,是采用半導(dǎo)體材料等技術(shù)在硅芯片上加工制作而成,是一種結(jié)合半導(dǎo)體工藝和液晶顯示器的新興技術(shù)。LCOS技術(shù)最早被應(yīng)用于液晶顯示領(lǐng)域,它是在一片硅基底上制作液晶像素陣列單元,在每個(gè)液晶單元上面都有一個(gè)透明電極,下面有一個(gè)電子控制單元,當(dāng)光信號(hào)射入LCOS的液晶單元時(shí),通過(guò)控制電壓來(lái)改變液晶單元的相位,就可調(diào)節(jié)反射光的相位,從而控制反射光的反射方向。

基于LCOS的TBWSS原理如圖1所示。從光纖準(zhǔn)直器陣列入射的隨機(jī)偏振光束先經(jīng)過(guò)偏振轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換為線偏振光,然后經(jīng)過(guò)透鏡組的擴(kuò)束作用后入射到衍射光柵上,線偏振光衍射后經(jīng)過(guò)透鏡組合入射到LCOS芯片的不同區(qū)域,通過(guò)控制LCOS芯片上不同區(qū)域的液晶相位,就可以分別控制不同波長(zhǎng)的光反射方向,反射光再經(jīng)過(guò)透鏡組合、衍射光柵、透鏡組合、偏振控制單元,最后輸入到準(zhǔn)直器陣列的輸出端口。由于不同波長(zhǎng)的光是被LCOS芯片上的不同區(qū)域單獨(dú)控制,因此該TBWSS器件可以將任意波長(zhǎng)切換到任一輸出端口。

2　ROADM節(jié)點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)及功能驗(yàn)證

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)多維度ROADM節(jié)點(diǎn)系統(tǒng),如圖2所示,包括本地端和信號(hào)傳輸?shù)?個(gè)方向。本地端和每個(gè)方向都由一個(gè)TBWSS和一個(gè)1×8 PS(光功率分束器)組成。

圖2　多維度ROADM節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)圖

每個(gè)TBWSS選8個(gè)端口作為輸入端,1個(gè)端口作為輸出端;TBWSS的8個(gè)輸入端口分別與其他8個(gè)方向的PS的一個(gè)輸出端相連。每個(gè)方向的PS有一個(gè)輸入端,PS的8個(gè)輸出端口分別與其他8個(gè)方向的TBWSS連接。如圖2所示,ROADM節(jié)點(diǎn)的本地端能夠上/下路信號(hào),其他8個(gè)方向都有輸入輸出端,用于信號(hào)傳輸。因此本地端能與其他8個(gè)方向中的任意一個(gè)連接,例如通過(guò)上路端上行信號(hào)能傳輸?shù)饺我庖粋€(gè)方向上的TBWSS的輸入端,再經(jīng)過(guò)TBWSS濾波、調(diào)節(jié)帶寬和波長(zhǎng)選擇后傳輸?shù)絋BWSS的輸出端,最后TBWSS輸出的信號(hào)通往該端口對(duì)應(yīng)的傳輸方向;同理,從任意一個(gè)方向上輸入的信號(hào),先經(jīng)過(guò)該方向上的PS輸入并傳輸?shù)奖镜氐腡BWSS的輸入端,再經(jīng)過(guò)TBWSS作用后輸出,作為下路信號(hào)。而8個(gè)方向中的任意兩個(gè)方向都能實(shí)現(xiàn)信號(hào)的互相傳輸,傳輸過(guò)程與本地端和任意一個(gè)方向之間的傳輸過(guò)程相同。

在系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中,采用了10 Gbit/s和1 Tbit/s兩種信號(hào)做示例,10 Gbit/s信號(hào)的中心波長(zhǎng)為1 545.171 nm,帶寬為0.109 nm;1 Tbit/ps信號(hào)的中心波長(zhǎng)為1 558.100 nm,帶寬為4.108 nm。

2.1方向無(wú)關(guān)

方向無(wú)關(guān):即無(wú)向性,節(jié)點(diǎn)的上下路端口無(wú)方向選擇性,支持來(lái)自節(jié)點(diǎn)所有維度的信號(hào)。在本文的多維ROADM系統(tǒng)中,從本地端輸入信號(hào),任意選取方向1～8作為輸出信號(hào)端,即可證明此系統(tǒng)的方向無(wú)關(guān)性能。

從本地端上行一個(gè)10 Gbit/s信號(hào),通過(guò)PS輸出到其他8個(gè)方向,再通過(guò)控制各個(gè)方向上的TBWSS,即可選擇是否輸出這個(gè)10 Gbit/s信號(hào)。如圖3所示,圖(a)為輸入到本地端之前的10 Gbit/s信號(hào)波形圖,實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇方向3和8作為信號(hào)輸出端,分別輸出了10 Gbit/s信號(hào),見(jiàn)圖(b)和(c)。

圖3　方向無(wú)關(guān)實(shí)驗(yàn)波形圖

圖4　波長(zhǎng)無(wú)關(guān)實(shí)驗(yàn)波形圖

2.2波長(zhǎng)無(wú)關(guān)

波長(zhǎng)無(wú)關(guān):即無(wú)色,節(jié)點(diǎn)的上下路端口無(wú)波長(zhǎng)選擇性,支持任何波長(zhǎng)。在實(shí)驗(yàn)中選擇本地上路端依次輸入10 Gbit/s和1 Tbit/s信號(hào),選擇任意一個(gè)方向(例如方向8)輸出,圖4所示為不同光信號(hào)的輸入輸出波形。

2.3無(wú)柵格

無(wú)柵格:即帶寬靈活可調(diào)性,節(jié)點(diǎn)的上下路端口可以靈活改變頻譜帶通組合。在進(jìn)行波長(zhǎng)無(wú)關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí),在同一傳輸路徑中分別傳輸了10 Gbit/s和1 Tbit/s的信號(hào),即已證明了上路不同信號(hào)時(shí)都能在同一端口輸出,帶寬靈活可調(diào)。

2.4無(wú)阻塞

無(wú)阻塞:即節(jié)點(diǎn)無(wú)內(nèi)部阻塞性,當(dāng)任何兩個(gè)上下路端口采用相同波長(zhǎng)時(shí),不會(huì)因?yàn)楣?jié)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致沖突。由于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的TBWSS是1×N 型,不能同時(shí)輸入兩個(gè)相同的信號(hào),于是利用兩個(gè)TBWSS以O(shè)SW(光開(kāi)關(guān))組合的方式來(lái)完成無(wú)阻塞驗(yàn)證,如圖5所示,本地的上路和下路都由兩個(gè)TBWSS和OSW組成,兩個(gè)相同的1 Tbit/s信號(hào)分別從上路端的TBWSS輸入,通過(guò)控制TBWSS,使光信號(hào)傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)方向的OSW上,再輸入到OSW所對(duì)應(yīng)的方向上,第1個(gè)OSW對(duì)應(yīng)方向1的TBWSS,第2個(gè)OSW對(duì)應(yīng)方向2的TBWSS,即可實(shí)現(xiàn)上路端同時(shí)輸入的兩個(gè)1 Tbit/s信號(hào)同時(shí)傳輸?shù)侥繕?biāo)方向。圖6為該實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的波形圖。圖中, (a)為輸入的1 Tbit/s信號(hào)波形圖,(b)和(c)分別為從方向1和方向2輸出的1 Tbit/s信號(hào)波形圖。

圖5　無(wú)阻塞系統(tǒng)圖

圖6　無(wú)阻塞實(shí)驗(yàn)波形圖

3　結(jié)束語(yǔ)

基于自主研制的1×9 TBWSS,本文搭建了具備“無(wú)色、無(wú)向、無(wú)阻塞、無(wú)柵格”四無(wú)特性的ROADM節(jié)點(diǎn),并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,構(gòu)造的ROADM節(jié)點(diǎn)能夠支持多種速率傳輸,是未來(lái)智能光交換網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備,作用不可替代。

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Design of and Test on Colorless,Directionless,Contentionless, and Gridless ROADM Nodes

CHEN Chao1,ZHANG Chen-xiang1,YOU Quan1,2,LIU Zi-chen1,2,XIE De-quan1,2,YANG Qi1,2
(1.Wuhan Research Institute of Post& Telecommunications,Wuhan 430074,China;
2.State Key Laboratory of Optical Communication Technologies and Networks,Wuhan 430074,China)

Abstract:In response to the demand for the development of intelligent optical networks,a multi-dimensional Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer(ROADM)node is proposed on the basis of the independently developed 1×9 tunable bandwidth wavelength selective switch in this paper,and the related tests are conductedon its various performancesby using signals at two fixed bandwidth wavelengths,i.e.10 Gbit/s and 1 Tbit/s.The test results show that this ROADM node is colorless,directionless,contentionless,and gridless.

Key words:tunable bandwidth wavelength selective switch;ROADM;colorless,directionless,contentionless,and gridless

中圖分類(lèi)號(hào):TN256

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1005-8788(2016)01-0042-03

收稿日期:2015-07-03

基金項(xiàng)目:武漢市科學(xué)技術(shù)計(jì)劃資助項(xiàng)目(2014010202010080)

作者簡(jiǎn)介:陳超(1989-),男,湖北咸寧人。碩士研究生,主要研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息系統(tǒng)。

doi:10.13756/j.gtxyj.2016.01.013