四無特性可重構光分插復用器節點設計與測試

陳超,張晨祥,尤全,2,劉子晨,2,謝德權,2,楊奇,2

(1.武漢郵電科學研究院,武漢 430074; 2.光纖通信技術和網絡國家重點實驗室,武漢 430074)

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四無特性可重構光分插復用器節點設計與測試

陳超1,張晨祥1,尤全1,2,劉子晨1,2,謝德權1,2,楊奇1,2

(1.武漢郵電科學研究院,武漢 430074; 2.光纖通信技術和網絡國家重點實驗室,武漢 430074)

摘要:針對光網絡的智能化發展需求,在自主研制的1×9可變帶寬波長選擇開關的基礎上,設計了一種多維ROADM(可重構光分插復用器)節點,并采用兩種固定帶寬波長的信號(10 Gbit/s和1 Tbit/s)對該節點的各項性能進行了測試。實驗結果表明:該ROADM節點具備無向、無色、無阻塞和無柵格等四無特征。

關鍵詞:可變帶寬波長選擇開關;可重構光分插復用器;無向、無色、無阻塞、無柵格

0　引 言

隨著光纖通信技術的飛速發展,光網絡的發展更加趨向于智能化。智能光網絡主要是由一系列具有高度靈活性的系統設備構成,其中WSS(波長選擇開關)是近年來發展迅速的ROADM(可重構光分插復用器)子系統技術,是智能光網絡系統中最核心的功能模塊,可以通過軟件配置實現波長的上、下路和直通。目前國內外所用的WSS大多基于MEMS(微機電系統)或LCOS(硅基液晶)技術,相對于MEMS技術,基于LCOS的WSS帶寬靈活可調,能夠支持各種速率混傳,近年來發展迅速。本文首先介紹基于LCOS的TBWSS(可變帶寬波長選擇開關)的原理,然后在現有TBWSS基礎上設計了一個多維ROADM節點,并對其進行實驗與分析。

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,是采用半導體材料等技術在硅芯片上加工制作而成,是一種結合半導體工藝和液晶顯示器的新興技術。LCOS技術最早被應用于液晶顯示領域,它是在一片硅基底上制作液晶像素陣列單元,在每個液晶單元上面都有一個透明電極,下面有一個電子控制單元,當光信號射入LCOS的液晶單元時,通過控制電壓來改變液晶單元的相位,就可調節反射光的相位,從而控制反射光的反射方向。

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

2　ROADM節點的實現及功能驗證

本文設計了一個多維度ROADM節點系統,如圖2所示,包括本地端和信號傳輸的8個方向。本地端和每個方向都由一個TBWSS和一個1×8 PS(光功率分束器)組成。

圖2　多維度ROADM節點系統圖

每個TBWSS選8個端口作為輸入端,1個端口作為輸出端;TBWSS的8個輸入端口分別與其他8個方向的PS的一個輸出端相連。每個方向的PS有一個輸入端,PS的8個輸出端口分別與其他8個方向的TBWSS連接。如圖2所示,ROADM節點的本地端能夠上/下路信號,其他8個方向都有輸入輸出端,用于信號傳輸。因此本地端能與其他8個方向中的任意一個連接,例如通過上路端上行信號能傳輸到任意一個方向上的TBWSS的輸入端,再經過TBWSS濾波、調節帶寬和波長選擇后傳輸到TBWSS的輸出端,最后TBWSS輸出的信號通往該端口對應的傳輸方向;同理,從任意一個方向上輸入的信號,先經過該方向上的PS輸入并傳輸到本地的TBWSS的輸入端,再經過TBWSS作用后輸出,作為下路信號。而8個方向中的任意兩個方向都能實現信號的互相傳輸,傳輸過程與本地端和任意一個方向之間的傳輸過程相同。

在系統實驗中,采用了10 Gbit/s和1 Tbit/s兩種信號做示例,10 Gbit/s信號的中心波長為1 545.171 nm,帶寬為0.109 nm;1 Tbit/ps信號的中心波長為1 558.100 nm,帶寬為4.108 nm。

2.1方向無關

方向無關:即無向性,節點的上下路端口無方向選擇性,支持來自節點所有維度的信號。在本文的多維ROADM系統中,從本地端輸入信號,任意選取方向1～8作為輸出信號端,即可證明此系統的方向無關性能。

從本地端上行一個10 Gbit/s信號,通過PS輸出到其他8個方向,再通過控制各個方向上的TBWSS,即可選擇是否輸出這個10 Gbit/s信號。如圖3所示,圖(a)為輸入到本地端之前的10 Gbit/s信號波形圖,實驗時選擇方向3和8作為信號輸出端,分別輸出了10 Gbit/s信號,見圖(b)和(c)。

圖3　方向無關實驗波形圖

圖4　波長無關實驗波形圖

2.2波長無關

波長無關:即無色,節點的上下路端口無波長選擇性,支持任何波長。在實驗中選擇本地上路端依次輸入10 Gbit/s和1 Tbit/s信號,選擇任意一個方向(例如方向8)輸出,圖4所示為不同光信號的輸入輸出波形。

2.3無柵格

無柵格:即帶寬靈活可調性,節點的上下路端口可以靈活改變頻譜帶通組合。在進行波長無關實驗時,在同一傳輸路徑中分別傳輸了10 Gbit/s和1 Tbit/s的信號,即已證明了上路不同信號時都能在同一端口輸出,帶寬靈活可調。

2.4無阻塞

無阻塞:即節點無內部阻塞性,當任何兩個上下路端口采用相同波長時,不會因為節點內部結構而導致沖突。由于實驗室現有的TBWSS是1×N 型,不能同時輸入兩個相同的信號,于是利用兩個TBWSS以OSW(光開關)組合的方式來完成無阻塞驗證,如圖5所示,本地的上路和下路都由兩個TBWSS和OSW組成,兩個相同的1 Tbit/s信號分別從上路端的TBWSS輸入,通過控制TBWSS,使光信號傳輸到對應方向的OSW上,再輸入到OSW所對應的方向上,第1個OSW對應方向1的TBWSS,第2個OSW對應方向2的TBWSS,即可實現上路端同時輸入的兩個1 Tbit/s信號同時傳輸到目標方向。圖6為該實驗對應的波形圖。圖中, (a)為輸入的1 Tbit/s信號波形圖,(b)和(c)分別為從方向1和方向2輸出的1 Tbit/s信號波形圖。

圖5　無阻塞系統圖

圖6　無阻塞實驗波形圖

3　結束語

基于自主研制的1×9 TBWSS,本文搭建了具備“無色、無向、無阻塞、無柵格”四無特性的ROADM節點,并進行了實驗驗證。實驗結果表明,構造的ROADM節點能夠支持多種速率傳輸,是未來智能光交換網絡的核心設備,作用不可替代。

參考文獻:

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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

中圖分類號:TN256

文獻標志碼:A

文章編號:1005-8788(2016)01-0042-03

收稿日期:2015-07-03

基金項目:武漢市科學技術計劃資助項目(2014010202010080)

作者簡介:陳超(1989-),男,湖北咸寧人。碩士研究生,主要研究方向為通信與信息系統。

doi:10.13756/j.gtxyj.2016.01.013