Author Affiliations
Abstract
1 Faculty of Electrical Engineering and Computer Science, Ningbo University, Ningbo 315211, China
2 College of Electrical and Electronic Engineering, Wenzhou University, Wenzhou 325035, China
3 College of Science and Technology, Ningbo University, Ningbo 315300, China
4 Laboratory of Infrared Materials and Devices, The Research Institute of Advanced Technologies, Ningbo University, Ningbo 315211, China
5 Department of Information Science and Electronics Engineering and Cyrus Tang Center for Sensor Materials and Applications, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
A flexible-grid mode- and wavelength-selective switch which comprises counter-tapered couplers and silicon microring resonators has been proposed, optimized, and demonstrated experimentally in this work. By carefully thermally tuning phase shifters and silicon microring resonators, mode and wavelength signals can be independently and flexibly conveyed to any one of the output ports, and different bandwidths can be generated as desired. The particle swarm optimization algorithm and finite difference time-domain method are employed to optimize structural parameters of the two-mode (de)multiplexer and crossing waveguide. The bandwidth-tunable wavelength-selective optical router composed of 12 microring resonators is studied by taking advantage of the transfer matrix method. Measurement results show that, for the fabricated module, cross talk less than , an extinction ratio larger than 17.41 dB, an in-band ripple lower than 0.79 dB, and a 3-dB bandwidth changing from 0.38 to 1.05 nm are obtained, as the wavelength-channel spacing is 0.40 nm. The corresponding response time is measured to be 13.64 µs.
integrated optics optical waveguide mode- and wavelength-selective switch Chinese Optics Letters
2024, 22(1): 011301
1 东南大学 电子科学与工程学院, 江苏 南京210096
2 剑芯光电科技有限公司, 江苏 南京210000
3 剑桥大学 工程系 光电器件及传感器中心, 英国 剑桥 CB3 0FA
现代光纤通信网络使用波分复用技术极大地提升了网络传输容量。基于硅基液晶技术的波长选择开关使光纤网络运营商在网络节点处可以灵活地调度各个波长信道, 让光纤通信网络在波长级具有可重构性, 大幅降低了网络的传输和运营成本。因此, 波长选择开关已经成为现代光纤通信网络的核心组件。本文回顾了波长选择开关的发展历程, 重点介绍了其在光纤通信网络中扮演的角色, 阐述了硅基液晶器件各项特性对波长选择开关关键技术指标的影响和改进方法。本文从器件、系统和网络等方面对硅基液晶技术在通信系统中的应用进行了系统的综述, 旨在让广大读者对硅基液晶器件和可重构光纤通信网络有比较全面的了解, 并从一定程度上对该领域的研究发展有所促进。
硅基液晶 波长选择开关 全光通信 可重构全光分插复用器 liquid crystal on silicon wavelength selective switch all-optical networks ROADM
1 中央民族大学生命与环境科学学院, 北京 100081
2 北京交通大学电子信息工程学院, 北京 100044
波长选择开关(WSS)是目前及下一代可重构光分插复用器(ROADM)与动态全光网络的核心器件。WSS目前正向着多端口数与高光谱调制精细度的方向不断发展。利用光学设计软件ZEMAX模拟了整个WSS光学系统,通过建立傅里叶透镜组和双胶合柱面镜模型来改进WSS光学结构。利用评价函数、点列图及光学传递函数等评价手段对所设计的WSS光学系统进行评价与优化,并逐步改善整个WSS光学系统的成像情况。最终,得到了最小光谱滤波带宽在8 GHz范围内的65个端口的WSS光学系统。
光学设计 波长选择开关 液晶空间光调制器 ZEMAX 激光与光电子学进展
2019, 56(14): 142201
1 中国科学院大学, 北京 100049
2 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
3 中国科学院上海光学精密机械研究所中科院量子光学重点实验室, 上海 201800
4 中国科学技术大学, 合肥 安徽 230026
5 中国科学院电磁空间信息重点实验室, 合肥 安徽 230027
为了适应高精度光纤时频传递与光纤通信网融合的发展趋势, 对光纤通信网中常用的波长选择开关(WSS)的时频传递性能进行了研究。基于波分复用、单纤双向还回和光学真时延补偿的方案搭建了一套高精度光纤时频传递系统, 研究了WSS的输出端口、输出损耗和输入光信号的偏振态变化对时频传递性能的影响, 并在此基础上研究了含WSS的时频传递系统的开闭环特性以及闭环情况下WSS的动态切换对时频传递系统的影响。实验结果表明, WSS的引入对光纤时频传递性能的影响是可以控制的, 证实了在含WSS的商用光纤通信网中进行高精度时频传递是可行的。
光纤光学 波长选择开关 光纤时频传递 光纤通信网络
华中科技大学 光学与电子信息学院, 武汉430074
LCOS(硅基液晶)芯片的相邻像素之间存在电场边缘效应, 产生的寄生光栅效应劣化了WSS(波长选择开关)端口之间的串扰水平。文章建立了简化的2f光学模型, 并基于傅里叶光学方法仿真分析了LCOS芯片中电场边缘效应对WSS性能指标的影响。结果表明, 光束经LCOS光栅的衍射角越大, 则WSS输出端口间的串扰越大; 通过减小WSS端口间距或增大透镜焦距可以减小串扰, 继而增大WSS的端口数。该研究结果对WSS的参数设计和优化具有重要的参考价值。
全光网络 波长选择开关 硅基液晶 相位光栅 all optical network wavelength selective switch liquid crystal on silicon phase grating
1 武汉邮电科学研究院, 武汉 430074
2 光纤通信技术和网络国家重点实验室, 武汉 430074
针对光网络的智能化发展需求, 在自主研制的1×9可变带宽波长选择开关的基础上, 设计了一种多维ROADM(可重构光分插复用器)节点, 并采用两种固定带宽波长的信号(10 Gbit/s和1 Tbit/s)对该节点的各项性能进行了测试。实验结果表明：该ROADM节点具备无向、无色、无阻塞和无栅格等四无特征。
可变带宽波长选择开关 可重构光分插复用器 无向、无色、无阻塞、无栅格 tunable bandwidth wavelength selective switch ROADM colorless directionless contentionless and gridless
可重构光分插复用器(ROADM)和多维光交叉连接(OXC)作为实现下一代动态全光网络的关键设备受到了光通信领域研究机构和产业界的高度重视。1×N 端口波长选择开关(WSS)是目前及下一代ROADM 的核心器件。针对现有WSS 存在的光学系统复杂、系统插损与端口串扰大，以及端口数和通道数有限等不足，提出一种具有通带调谐灵活性的基于硅基液晶处理芯片(LCoS)的1×32 高端口数WSS。通过软件远程控制LCoS 上加载的全息相位图像，使光通信C 波段密集波分复用(DWDM)信号中任意一个或一组波长灵活切换至任意输出端口输出，各波长通道切换独立可控。研究结果表明：系统插入损耗为5 dB~25 dB；栅格为100 GHz 时波长信道的3 dB 带宽均为40 GHz；带宽从50 GHz 起连续可调，调谐步长1 GHz。这一研究为M×N 高端口数WSS 的研制奠定了坚实的理论实验基础。
光通信 波长选择开关 硅基液晶空间光调制器 可重构光分插复用器 激光与光电子学进展
2015, 52(12): 120605
1 中央民族大学理学院, 北京 100081
2 北京交通大学电子信息工程学院, 北京 100044
硅基液晶(LCoS)是一种新型可编程的衍射光学元件，已广泛应用于光学显示、通信与存储等领域。研究了LCoS 的光束衍射特性，并将其作为波长切换器应用于1×N 型波长选择开关中，成功实现了输入与任意输出端口之间的波长切换。利用光学标量衍射理论计算得到LCoS 上1 级光强分布及衍射效率与各物理参量的关系。结果表明：单位周期内相位阶数不低于10 时，衍射损耗可稳定控制在5 dB 内。在此基础上，巧妙设计了基于LCoS 的1×N 型波长选择开关(WSS)，利用LCoS 相位光栅设置的高度灵活性实现输出通道间隔的灵活可调。通道之间低串扰且独立可控。实验测得WSS 系统损耗为10 dB~14 dB。
光栅 硅基液晶 波长选择开关 衍射 二元阶梯光栅 相位阶数 激光与光电子学进展
2015, 52(9): 090502
光纤通信技术和网络国家重点实验室 武汉邮电科学研究院，湖北 武汉 430074
随着光传送网(OTN)的广泛商用，可重构型光分插复用器(ROADM)技术逐渐成为OTN的重要光节点技术。文章分析了ROADM的3种主要技术，并针对不同的网络用途给出了选用建议。最后提出一种复合型ROADM设备形态，该设备形态结合了波长阻断器和波长选择开关型ROADM技术的优点，具有更强的适用性。
可重构型光分插复用器 波长选择开关 波长阻断器 复合结构 ROADM wavelength selective switch wavelength blocker composite structure
1 华中科技大学 光电子科学与工程学院,湖北 武汉 430074
2 武汉光迅科技股份有限公司,湖北 武汉 430074
3 新一代光纤通信技术和网络国家重点实验室(筹),湖北 武汉 430074
波长选择开关(WSS)被认为是最重要的波长引擎技术,已成为运营商在下一代网络部署中的关键器件。提出了一种新型的波长选择开关结构,用基于一维的微电机系统(MEMS)转镜实现切换的功能和透射式MEMS衰减器技术实现无干扰(Hitless)功能,相对于使用二维MEMS转镜同时实现波长切换和Hitless功能的WSS。其具有技术成熟,成本相对低廉等优点。理论分析并数值模拟了该WSS的几个关键参数,实际制作并测试了这种新型的WSS,实现了最大衰减量约34 dB,插入损耗约6.4 dB,通道内色散变化范围为-1.64-6 ps/nm,与数值模拟结果能够较好地吻合。
波长选择开关 无干扰功能 微机电系统转镜 微机电系统衰减器
