四无特性可重构光分插复用器节点设计与测试

陈超,张晨祥,尤全,2,刘子晨,2,谢德权,2,杨奇,2

(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)



四无特性可重构光分插复用器节点设计与测试

陈超1,张晨祥1,尤全1,2,刘子晨1,2,谢德权1,2,杨奇1,2

(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)

摘要: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。

关键词: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

0　引 言

随着光纤通信技术的飞速发展,光网络的发展更加趋向于智能化。智能光网络主要是由一系列具有高度灵活性的系统设备构成,其中WSS(波长选择开关)是近年来发展迅速的ROADM(可重构光分插复用器)子系统技术,是智能光网络系统中最核心的功能模块,可以通过软件配置实现波长的上、下路和直通。目前国内外所用的WSS大多基于MEMS(微机电系统)或LCOS(硅基液晶)技术,相对于MEMS技术,基于LCOS的WSS带宽灵活可调,能够支持各种速率混传,近年来发展迅速。本文首先介绍基于LCOS的TBWSS(可变带宽波长选择开关)的原理,然后在现有TBWSS基础上设计了一个多维ROADM节点,并对其进行实验与分析。

图1　基于LCOS的TBWSS原理图

1　基于LCOS的TBWSS的原理

LCOS是一种基于反射模式、尺寸非常小的矩阵液晶显示装置,是采用半导体材料等技术在硅芯片上加工制作而成,是一种结合半导体工艺和液晶显示器的新兴技术。LCOS技术最早被应用于液晶显示领域,它是在一片硅基底上制作液晶像素阵列单元,在每个液晶单元上面都有一个透明电极,下面有一个电子控制单元,当光信号射入LCOS的液晶单元时,通过控制电压来改变液晶单元的相位,就可调节反射光的相位,从而控制反射光的反射方向。

基于LCOS的TBWSS原理如图1所示。从光纤准直器阵列入射的随机偏振光束先经过偏振转换单元转换为线偏振光,然后经过透镜组的扩束作用后入射到衍射光栅上,线偏振光衍射后经过透镜组合入射到LCOS芯片的不同区域,通过控制LCOS芯片上不同区域的液晶相位,就可以分别控制不同波长的光反射方向,反射光再经过透镜组合、衍射光栅、透镜组合、偏振控制单元,最后输入到准直器阵列的输出端口。由于不同波长的光是被LCOS芯片上的不同区域单独控制,因此该TBWSS器件可以将任意波长切换到任一输出端口。

2　ROADM节点的实现及功能验证

本文设计了一个多维度ROADM节点系统,如图2所示,包括本地端和信号传输的8个方向。本地端和每个方向都由一个TBWSS和一个1×8 PS(光功率分束器)组成。

图2　多维度ROADM节点系统图

每个TBWSS选8个端口作为输入端,1个端口作为输出端;TBWSS的8个输入端口分别与其他8个方向的PS的一个输出端相连。每个方向的PS有一个输入端,PS的8个输出端口分别与其他8个方向的TBWSS连接。如图2所示,ROADM节点的本地端能够上/下路信号,其他8个方向都有输入输出端,用于信号传输。因此本地端能与其他8个方向中的任意一个连接,例如通过上路端上行信号能传输到任意一个方向上的TBWSS的输入端,再经过TBWSS滤波、调节带宽和波长选择后传输到TBWSS的输出端,最后TBWSS输出的信号通往该端口对应的传输方向;同理,从任意一个方向上输入的信号,先经过该方向上的PS输入并传输到本地的TBWSS的输入端,再经过TBWSS作用后输出,作为下路信号。而8个方向中的任意两个方向都能实现信号的互相传输,传输过程与本地端和任意一个方向之间的传输过程相同。

在系统实验中,采用了10 Gbit/s和1 Tbit/s两种信号做示例,10 Gbit/s信号的中心波长为1 545.171 nm,带宽为0.109 nm;1 Tbit/ps信号的中心波长为1 558.100 nm,带宽为4.108 nm。

2.1方向无关

方向无关:即无向性,节点的上下路端口无方向选择性,支持来自节点所有维度的信号。在本文的多维ROADM系统中,从本地端输入信号,任意选取方向1～8作为输出信号端,即可证明此系统的方向无关性能。

从本地端上行一个10 Gbit/s信号,通过PS输出到其他8个方向,再通过控制各个方向上的TBWSS,即可选择是否输出这个10 Gbit/s信号。如图3所示,图(a)为输入到本地端之前的10 Gbit/s信号波形图,实验时选择方向3和8作为信号输出端,分别输出了10 Gbit/s信号,见图(b)和(c)。

图3　方向无关实验波形图

图4　波长无关实验波形图

2.2波长无关

波长无关:即无色,节点的上下路端口无波长选择性,支持任何波长。在实验中选择本地上路端依次输入10 Gbit/s和1 Tbit/s信号,选择任意一个方向(例如方向8)输出,图4所示为不同光信号的输入输出波形。

2.3无栅格

无栅格:即带宽灵活可调性,节点的上下路端口可以灵活改变频谱带通组合。在进行波长无关实验时,在同一传输路径中分别传输了10 Gbit/s和1 Tbit/s的信号,即已证明了上路不同信号时都能在同一端口输出,带宽灵活可调。

2.4无阻塞

无阻塞:即节点无内部阻塞性,当任何两个上下路端口采用相同波长时,不会因为节点内部结构而导致冲突。由于实验室现有的TBWSS是1×N 型,不能同时输入两个相同的信号,于是利用两个TBWSS以OSW(光开关)组合的方式来完成无阻塞验证,如图5所示,本地的上路和下路都由两个TBWSS和OSW组成,两个相同的1 Tbit/s信号分别从上路端的TBWSS输入,通过控制TBWSS,使光信号传输到对应方向的OSW上,再输入到OSW所对应的方向上,第1个OSW对应方向1的TBWSS,第2个OSW对应方向2的TBWSS,即可实现上路端同时输入的两个1 Tbit/s信号同时传输到目标方向。图6为该实验对应的波形图。图中, (a)为输入的1 Tbit/s信号波形图,(b)和(c)分别为从方向1和方向2输出的1 Tbit/s信号波形图。

图5　无阻塞系统图

图6　无阻塞实验波形图

3　结束语

基于自主研制的1×9 TBWSS,本文搭建了具备“无色、无向、无阻塞、无栅格”四无特性的ROADM节点,并进行了实验验证。实验结果表明,构造的ROADM节点能够支持多种速率传输,是未来智能光交换网络的核心设备,作用不可替代。

参考文献:

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[2] 戴海涛.LCOS相位空间光调制器的特性及其应用研究[D].上海:复旦大学,2005.

[3] Strasser T A,Wagener J L.Wavelength-Selective Switches for ROADM Applications[J].Journal of Quantum Electronics,2010,16(5):1150-1157.

[4] Li Yongcheng,Li Gao,Shen Gangxiang,et al.Impact of ROADM Colorless,Directionless,and Contentionless(CDC)Features on Optical Network Performance [J].Journal of Optical Communications and Networking,2012,4(11):

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

中图分类号:TN256

文献标志码:A

文章编号:1005-8788(2016)01-0042-03

收稿日期:2015-07-03

基金项目:武汉市科学技术计划资助项目(2014010202010080)

作者简介:陈超(1989-),男,湖北咸宁人。硕士研究生,主要研究方向为通信与信息系统。

doi:10.13756/j.gtxyj.2016.01.013