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(zhǎng)信號(hào)到其它光纖的傳送連接。

光交換技術(shù)是指，不經(jīng)過(guò)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(jí)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(lái)自不同光纖通道的信號(hào)或同一光纖的不同波長(zhǎng)通道的信號(hào)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(jiǎn)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(hào)需要在用戶通道3’，1’中傳輸，而通道2的信號(hào)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(zhǎng)為的信號(hào)需要交換到通道2’中進(jìn)行傳輸，用戶通道2中波長(zhǎng)為信號(hào)需要交換到通道1’中進(jìn)行傳輸，其余的信號(hào)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(lái)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(zhǎng)交換。實(shí)現(xiàn)空間交換的器件有各種類型的光開(kāi)關(guān)，它們?cè)诳臻g域上完成通信信道之間的交換。實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)交換的器件是指各種類型的波長(zhǎng)交換器，它們將信號(hào)從一個(gè)波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)波長(zhǎng)，即實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)域上的交換。

光交換模塊中還廣泛使用波長(zhǎng)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(duì)WDM信號(hào)中一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)的選擇，并濾掉其它波長(zhǎng)的信號(hào)。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(zhǎng)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(kāi)關(guān)矩陣和波分復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)、

•       基于空間光開(kāi)關(guān)矩陣和可調(diào)諧濾波器、

•       基于分送耦合開(kāi)關(guān)、

•       基于平行波長(zhǎng)開(kāi)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(kāi)關(guān)來(lái)完成的。

    基于空間光開(kāi)關(guān)矩陣和波分復(fù)用/解復(fù)用器對(duì)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(hào)在空間上分開(kāi)，空間光開(kāi)關(guān)矩陣在空間上實(shí)現(xiàn)交換。完成空間交換后各波長(zhǎng)信號(hào)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(hào)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(wú)波長(zhǎng)交換器，只能支持波長(zhǎng)通道，并不支持虛波長(zhǎng)通道。

結(jié)構(gòu)（b）中，MN X MN開(kāi)關(guān)矩陣可以實(shí)現(xiàn) MN X MN無(wú)阻塞交換，任一輸入鏈路中的任一波長(zhǎng)都可以根據(jù)需要交換到任一輸出鏈路中的任一波長(zhǎng)，它支持虛波長(zhǎng)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(kāi)關(guān)矩陣的原理

空間光交換是由空間光開(kāi)關(guān)矩陣來(lái)完成的，用可動(dòng)態(tài)控制的空間光調(diào)制器作為空間光開(kāi)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(kāi)關(guān)器件。下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的OXC結(jié)構(gòu)說(shuō)明空間光調(diào)制器作為空間光開(kāi)關(guān)矩陣的技術(shù)原理。

如上圖所示，用戶信號(hào)分別用紅、綠、藍(lán)三個(gè)可見(jiàn)點(diǎn)光源來(lái)表示，分別代表WDM信號(hào)中已被解復(fù)用的三個(gè)信號(hào)。利用柱面透鏡將用戶信號(hào)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(hào)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(guò)來(lái)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(kāi)關(guān)（像素）打開(kāi)而其它開(kāi)關(guān)全部關(guān)閉時(shí)，即僅（a,1）,(a,2),(a,3)為開(kāi)狀態(tài)時(shí)，（a,1）,(a,2),(a,3)處透過(guò)的光信號(hào)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(kāi)時(shí)，A處只能接收到信號(hào)2的信號(hào)而收不到1,3的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)到點(diǎn)的連接。

同理，b或c行信號(hào)如果在相應(yīng)像素開(kāi)關(guān)打開(kāi)的情況下，光信號(hào)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(jiàn)，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(hào)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。