Селективное переключение длины волны
 | Эту статью может потребовать очистки Википедии , чтобы она соответствовала стандартам качества . Конкретная проблема: ссылки на несуществующие изображения (говорят, что их нужно загрузить). ( февраль 2023 г. ) |
Компоненты селективной коммутации по длине волны используются в сетях оптической связи WDM для маршрутизации (коммутации) сигналов между оптическими волокнами на основе каждой длины волны.
Что такое ВСС
[ редактировать ]WSS включает в себя коммутационную матрицу, которая работает со светом, рассеянным по длине волны, без необходимости физического демультиплексирования рассеянного света в отдельные порты. Это называется конфигурацией «рассеять и переключить». Например, 88-канальную систему WDM можно маршрутизировать от «общего» волокна к любому из N волокон, используя 88 коммутаторов 1 x N. Это представляет собой значительное упрощение архитектуры демультиплексирования, коммутатора и мультиплексирования, для которого потребуется (в дополнение к N +1 элементам мультиплексора/демультиплексирования) неблокирующий коммутатор для 88 каналов N x N. [1] Это будет серьезным испытанием пределов технологичности крупномасштабных оптических кросс-коммутаторов даже для умеренного количества волокон.
Более практичный подход, принятый большинством производителей систем водоснабжения и канализации, схематически показан на рисунке 1 (будет загружен) . Различные входящие каналы общего порта непрерывно распределяются по коммутационному элементу, который затем направляет и ослабляет каждый из этих каналов независимо на N портов коммутатора. Механизм дисперсии обычно основан на голографических или линейчатых дифракционных решетках, подобных тем, которые обычно используются в спектрометрах. Для достижения разрешения и эффективности связи может быть выгодно использовать комбинацию отражающей или пропускающей решетки и призмы, известную как GRISM . Работа WSS может быть двунаправленной, поэтому длины волн можно мультиплексировать из разных портов в один общий порт. На сегодняшний день в большинстве развертываний используется фиксированная полоса пропускания канала 50 или 100 ГГц и обычно используются 9 выходных портов.
Микроэлектромеханические зеркала (МЭМС)
[ редактировать ]Самые простые и ранние коммерческие WSS были основаны на подвижных зеркалах с использованием микроэлектромеханических систем (МЭМС). [2] Входящий свет разбивается на спектр с помощью дифракционной решетки (показана справа на рисунке), и каждый канал длины волны затем фокусируется на отдельном МЭМС-зеркале. Наклонив зеркало в одном измерении, канал можно направить обратно в любое из волокон массива. Вторая ось наклона позволяет минимизировать переходные перекрестные помехи, в противном случае переключение (например) с порта 1 на порт 3 всегда будет включать прохождение луча через порт 2. Вторая ось обеспечивает средства для ослабления сигнала без увеличения связи с соседними волокнами. Преимущество этой технологии заключается в единой управляющей поверхности, не обязательно требующей оптики с разнесением поляризации. Он хорошо работает при наличии непрерывного сигнала, позволяя схемам слежения за зеркалом размывать зеркало и максимизировать связь.
WSS на основе MEMS обычно обеспечивает хорошие коэффициенты затухания, но плохие характеристики разомкнутого контура для установки заданного уровня затухания. Основные ограничения технологии возникают из-за канализации, которую естественным образом обеспечивают зеркала. При изготовлении каналы необходимо тщательно совмещать с зеркалами, что усложняет процесс изготовления. Регулировка центровки после производства в основном ограничивалась регулировкой давления газа внутри герметичного корпуса. Такая принудительная организация каналов также до сих пор оказалась непреодолимым препятствием для реализации гибких планов каналов, когда в сети требуются каналы разных размеров. Кроме того, фаза света на краю зеркала плохо контролируется в физическом зеркале, поэтому при переключении света вблизи края канала могут возникать артефакты из-за интерференции света от каждого канала.
Бинарный жидкий кристалл (ЖК)
[ редактировать ]Жидкокристаллическое переключение позволяет избежать как высокой стоимости изготовления МЭМС небольшого объема, так и, возможно, некоторых ограничений фиксированного канала. Концепция проиллюстрирована на рисунке 3 (будет загружено) . [3] Дифракционная решетка разбивает падающий свет на спектр. Двоичный жидкокристаллический стек, управляемый программным обеспечением, индивидуально наклоняет каждый оптический канал, а вторая решетка (или второй проход первой решетки) используется для спектральной рекомбинации лучей. Смещения, создаваемые стопкой жидких кристаллов, приводят к тому, что результирующие спектрально рекомбинированные лучи смещаются в пространстве и, следовательно, фокусируются через матрицу линз в отдельные волокна. Оптика с разнесением поляризации обеспечивает низкие потери, зависящие от поляризации (PDL).
Эта технология имеет преимущества относительно низкой стоимости деталей, простого электронного управления и стабильного положения луча без активной обратной связи. Он способен настраивать гибкий спектр сетки за счет использования мелкой пиксельной сетки. Межпиксельные промежутки должны быть небольшими по сравнению с размером луча, чтобы избежать значительного искажения передаваемого света. Более того, каждая сетка должна быть реплицирована для каждого этапа переключения, что приводит к необходимости индивидуального управления тысячами пикселей на разных подложках, поэтому преимущества этой технологии с точки зрения простоты сводятся на нет по мере того, как разрешение по длине волны становится более тонким.
Основной недостаток этой технологии возникает из-за толщины уложенных друг на друга переключающих элементов. Удерживать оптический луч на такой глубине сложно, и до сих пор это ограничивало возможности WSS с большим количеством портов достигать очень мелкой (12,5 ГГц или меньше) детализации.
Жидкий кристалл на кремнии (LCoS)
[ редактировать ]Жидкокристаллический кристалл на кремниевом LCoS особенно привлекателен в качестве механизма переключения в WSS из-за возможности почти непрерывной адресации, обеспечивающей множество новых функций. В частности, диапазоны длин волн, которые коммутируются вместе (каналы), не требуют предварительной настройки в оптическом оборудовании, а могут быть запрограммированы в коммутаторе посредством программного управления. Кроме того, этой возможностью можно воспользоваться для перенастройки каналов во время работы устройства. Схема LCoS WSS показана на рисунке 4 (будет загружено) . [4]
Технология LCoS позволила внедрить более гибкие сетки длин волн, которые помогают раскрыть всю спектральную емкость оптических волокон. Еще более удивительные особенности связаны с фазовой матрицей переключающего элемента LCoS. Обычно используемые функции включают в себя такие функции, как формирование уровней мощности внутри канала или трансляция оптического сигнала на несколько портов.
WSS на основе LCoS также обеспечивает динамическое управление центральной частотой и полосой пропускания канала посредством оперативной модификации массивов пикселей с помощью встроенного программного обеспечения. Степень управления параметрами канала может быть очень детальной, при этом возможно независимое управление центральной частотой и верхней или нижней границей полосы канала с разрешением выше 1 ГГц. Это выгодно с точки зрения технологичности, поскольку на одной платформе можно создать разные планы каналов и даже разные рабочие диапазоны (например, C и L) можно использовать идентичную матрицу переключателей. Были представлены продукты, позволяющие переключаться между каналами 50 ГГц и каналами 100 ГГц или сочетанием каналов без внесения каких-либо ошибок или «попаданий» в существующий трафик. Совсем недавно это было расширено для поддержки всей концепции гибких или эластичных сетей в соответствии с ITU G.654.2 с помощью таких продуктов, как Flexgrid™ WSS от Finisar.
Более подробную информацию о применении LCoS в телекоммуникациях и, в частности, о селективных переключателях по длине волны, см. в главе 16 журнала Optical Fiber Telecommunication VIA под редакцией Каминова, Ли и Вилнера, Academic Press. ISBN 978-0-12-396958-3 .
МЭМС-массивы
[ редактировать ]Еще один механизм переключения на основе массива использует массив отдельных отражающих зеркал MEMS для выполнения необходимого управления лучом (рис. 5). [5] (для загрузки) . Эти массивы обычно являются производными от линейки пространственных модуляторов света DLP компании Texas Instruments . В этом случае угол зеркал МЭМ изменяется для отклонения луча. Однако текущие реализации позволяют зеркалам иметь только два возможных состояния, что дает два потенциальных угла луча. Это усложняет разработку многопортовых WSS и ограничивает их применение устройствами с относительно небольшим количеством портов.
Будущие разработки
[ редактировать ]Двойной WSS
[ редактировать ]Вполне вероятно, что в будущем две WSS смогут использовать один и тот же оптический модуль, использующий разные области обработки длин волн одного матричного коммутатора, такого как LCoS. [6] [7] при условии, что проблемы, связанные с изоляцией устройства, можно решить соответствующим образом. Избирательность канала гарантирует, что только те длины волн, которые необходимо отбросить локально (в пределах максимального количества приемопередатчиков в банке), подаются на любой модуль мультиплексора/демультиплексора через каждое волокно, что, в свою очередь, снижает требования к фильтрации и гашению на модуле мультиплексора/демультиплексора.
Бесконфликтный WSS
[ редактировать ]Это обеспечивает преимущества в стоимости и производительности для бесцветных, беснаправленных, бесконкурентных (CDC) реконфигурируемых оптических сетей мультиплексора ввода-вывода (ROADM) следующего поколения в результате улучшенной масштабируемости портов ввода-вывода и удаления массивов волоконных усилителей, легированных эрбием (EDFA). которые необходимы для преодоления потерь на разделение в коммутаторах многоадресной рассылки). [8]
Усовершенствованные модуляторы пространственного света
[ редактировать ]Техническая зрелость пространственных модуляторов света, основанных на потребительских приложениях, очень способствовала их внедрению на телекоммуникационной арене. Есть разработки в области фазированных решеток МЭМ. [9] и другие электрооптические пространственные модуляторы света, которые в будущем можно будет использовать для телекоммуникационной коммутации и обработки длин волн, возможно, обеспечивая более быстрое переключение или имея преимущество в простоте оптической конструкции за счет работы, независимой от поляризации. Например, принципы проектирования, разработанные для LCoS, могут быть напрямую применены к другим матрицам с регулируемой фазой, если можно достичь подходящего фазового хода (более 2π при 1550 нм). Однако требования к низким электрическим перекрестным помехам и высокому коэффициенту заполнения для очень маленьких пикселей, необходимые для обеспечения возможности переключения в компактном форм-факторе, остаются серьезными практическими препятствиями на пути достижения этих целей. [10]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ DJ Bishop, CR Giles и GP Austin, «Lucent LambdaRouter: MEMS-технология будущего здесь и сегодня», Журнал IEEE Communications Magazine 40, вып. 3 (март 2002 г.): 75–79
- ^ Роберт Веверка, «Патент США 6,501,877: Маршрутизатор длины волны», 16 ноября 1999 г.
- ^ «WSS на основе оптики свободного пространства и технологии жидких кристаллов» . Архивировано из оригинала 11 мая 2009 г. Проверено 7 ноября 2023 г.
- ^ Рисунок предоставлен Finisar Corporation.
- ↑ Изображение предоставлено корпорацией Nistica.
- ^ Стивен Джеймс Фрискен, «Патент США: 7397980 - Оптический процессор длины волны с двумя источниками», 8 июля 2008 г.
- ^ П. Эванс и др., «WSS на базе LCOS с настоящим интегрированным монитором каналов для приложений мониторинга качества сигнала в ROADM», на конференции по оптоволоконной связи / Национальной конференции инженеров по оптоволокну, 2008. OFC / NFOEC 2008
- ^ «Бесконфликтный двойной селективный переключатель длины волны TrueFlex 8x24 (WSS) | Lumentum Operations LLC» . www.lumentum.com . Проверено 2 октября 2021 г.
- ^ А. Гехнер и др., «Последний прогресс в разработке зеркал CMOS Integrated MEMS AO», в книге «Адаптивная оптика для промышленности и медицины: материалы шестого международного семинара», Национальный университет Ирландии, Ирландия, 12–15 июня 2007 г. (Имперский колледж Пресс, 2008), 53–58.
- ^ Джонатан Дунаевский, Дэвид Синефельд и Дэн Маром, «Адаптивная спектральная фазовая и амплитудная модуляция с использованием оптимизированного модулятора пространственного света MEMS», на конференции по оптоволоконной связи, Технический дайджест OSA (представлено на конференции по оптоволоконной связи, Оптическое общество Америки, 2012), OM2J.5.