空間光調(diào)制器的應(yīng)用

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空間光調(diào)制器在光網(wǎng)絡(luò)中主要是用于全光網(wǎng)絡(luò)的光交換和光互連。光交叉互連設(shè)備主要用于骨干網(wǎng)中，完成任一光纖中的某個(gè)波長信號到其它光纖的傳送連接。

光交換技術(shù)是指，不經(jīng)過任何光/電轉(zhuǎn)換，直接在光域上完成輸入端到輸出端的信息交換。光交換的優(yōu)點(diǎn)：提高了交換節(jié)點(diǎn)的吞吐量、降低了交換節(jié)點(diǎn)成本、以及良好的升級能力。

光交叉互連（OXC）定義

WDM光網(wǎng)絡(luò)要求光節(jié)點(diǎn)具備交換功能，來自不同光纖通道的信號或同一光纖的不同波長通道的信號根據(jù)實(shí)際情況需要直通或交換通道進(jìn)行傳輸，這一功能叫做光的交叉連接（Optical Cross Connection,簡稱OXC） 。OXC的主要功能是完成光通道的交叉連接，同時(shí)還具備本地的上下路功能。

OXC節(jié)點(diǎn)的交叉互連原理

     在下圖中，用戶通道1,3的信號需要在用戶通道3’，1’中傳輸，而通道2的信號需要直通。

   

                          圖（1）

OXC節(jié)點(diǎn)的交叉互連原理

在圖（2）中，用戶通道1中波長為的信號需要交換到通道2’中進(jìn)行傳輸，用戶通道2中波長為信號需要交換到通道1’中進(jìn)行傳輸，其余的信號需要在原通道中傳輸，即直通。上述交叉連接功能就是由OXC節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。

                              圖（2）

OXC的光交換中有兩種基本交換機(jī)制：空間交換和波長交換。實(shí)現(xiàn)空間交換的器件有各種類型的光開關(guān)，它們在空間域上完成通信信道之間的交換。實(shí)現(xiàn)波長交換的器件是指各種類型的波長交換器，它們將信號從一個(gè)波長轉(zhuǎn)換到另一個(gè)波長，即實(shí)現(xiàn)波長域上的交換。

光交換模塊中還廣泛使用波長選擇器（如各種類型的可調(diào)諧光濾波器和解復(fù)用器），它實(shí)現(xiàn)對WDM信號中一個(gè)或多個(gè)波長信號的選擇，并濾掉其它波長的信號。這些器件的不同組合可以構(gòu)成不同結(jié)構(gòu)的OXC。目前已提出的OXC結(jié)構(gòu)很多，大致分為兩大類：一類是基于空間交換的OXC結(jié)構(gòu)，另一類是基于波長交換的OXC結(jié)構(gòu)。

基于空間交換的OXC結(jié)構(gòu)

    空間交換結(jié)構(gòu)主要包括：

•       基于空間光開關(guān)矩陣和波分復(fù)用/解復(fù)用器對、

•       基于空間光開關(guān)矩陣和可調(diào)諧濾波器、

•       基于分送耦合開關(guān)、

•       基于平行波長開關(guān)的OXC結(jié)構(gòu)。

這些不同結(jié)構(gòu)的OXC具有不同的特點(diǎn)，但其核心部分——交換功能都是由不同的空間光開關(guān)來完成的。

    基于空間光開關(guān)矩陣和波分復(fù)用/解復(fù)用器對的兩種典型的OXC結(jié)構(gòu)如下圖所示：

在上圖中，波分解復(fù)用器將鏈路中的WDM信號在空間上分開，空間光開關(guān)矩陣在空間上實(shí)現(xiàn)交換。完成空間交換后各波長信號直接經(jīng)波分復(fù)用器復(fù)用到輸出鏈路中。結(jié)構(gòu)（a）中只能實(shí)現(xiàn)一個(gè)輸入光信號被唯一地交叉連接到一條輸出光通道中，而不能被廣播發(fā)送到多條輸出光通道中，它不具備廣播發(fā)送能力。另外，這種結(jié)構(gòu)無波長交換器，只能支持波長通道，并不支持虛波長通道。

結(jié)構(gòu)（b）中，MN X MN開關(guān)矩陣可以實(shí)現(xiàn) MN X MN無阻塞交換，任一輸入鏈路中的任一波長都可以根據(jù)需要交換到任一輸出鏈路中的任一波長，它支持虛波長通道。此外，它與結(jié)構(gòu)（a）一樣，也不具備廣播發(fā)送能力。

空間光調(diào)制器用作光開關(guān)矩陣的原理

空間光交換是由空間光開關(guān)矩陣來完成的，用可動態(tài)控制的空間光調(diào)制器作為空間光開關(guān)矩陣。空間光調(diào)制器的主要組成部分有液晶屏和控制器，液晶屏上的像素相當(dāng)于光開關(guān)器件。下面以一個(gè)簡單的OXC結(jié)構(gòu)說明空間光調(diào)制器作為空間光開關(guān)矩陣的技術(shù)原理。

如上圖所示，用戶信號分別用紅、綠、藍(lán)三個(gè)可見點(diǎn)光源來表示，分別代表WDM信號中已被解復(fù)用的三個(gè)信號。利用柱面透鏡將用戶信號發(fā)散的球迷波轉(zhuǎn)換成準(zhǔn)直的平面波，并讓它們同時(shí)照射到空間光調(diào)制器上。空間光調(diào)制器上光信號分布如下圖所示：

空間光調(diào)制器后面的柱面透鏡將傳輸過來的平面波轉(zhuǎn)換為水平方向匯聚的柱面波，因此在不同水平位置上的光波將匯聚到輸出端面的不同位置上。

如上面圖（a）和圖（b）所示，當(dāng)a行開關(guān)（像素）打開而其它開關(guān)全部關(guān)閉時(shí)，即僅（a,1）,(a,2),(a,3)為開狀態(tài)時(shí)，（a,1）,(a,2),(a,3)處透過的光信號經(jīng)柱面透鏡后將重合于A處，從而實(shí)現(xiàn)了從多點(diǎn)到一點(diǎn)的連接。當(dāng)僅（a,2）打開時(shí)，A處只能接收到信號2的信號而收不到1,3的信號，從而實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)到點(diǎn)的連接。

同理，b或c行信號如果在相應(yīng)像素開關(guān)打開的情況下，光信號經(jīng)柱面透鏡后將到達(dá)接收端上的另一位置B或C。可見，只要控制空間光調(diào)制器就可使輸入端面上的紅、綠、藍(lán)三路光信號交換在接收端上的不同光線上，從而實(shí)現(xiàn)了光的交叉互連。