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基于硅基液晶的M×N多端口波长选择开关的研究

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基于硅基液晶的M×N多端口波长选择开关的研究

作者：王南中央民族大学

学位级别：硕士

进入21世纪以来,由于现有的电层交换技术在通信领域里所暴露出的带宽较窄,响应速度慢,功耗大等弊端日益凸显。为了摆脱电子瓶颈效应的束缚,构建以全光交换、多维复用、高光谱利用率超信道传输的全光网络(All OpticalNetwork)已经势在必... 详细信息

进入21世纪以来,由于现有的电层交换技术在通信领域里所暴露出的带宽较窄,响应速度慢,功耗大等弊端日益凸显。为了摆脱电子瓶颈效应的束缚,构建以全光交换、多维复用、高光谱利用率超信道传输的全光网络(All OpticalNetwork)已经势在必行。近20余年来的研究与发展结果表明,基于硅基液晶的波长选择开关(Wavelength Selective Switch,WSS)具有强大的信号处理和波长选择功能,是目前对智能化弹性光网络中各种基础科学问题和技术问题开展深入研究不可或缺的首选仪器设备。现阶段商用的1×20端口的WSS已经因为其输入端口的单一性而限制了全光交换的效率。因此更高维度的M×N型波长选择开关对开展智能弹性光网络中多维光交叉连接节点技术的研究具有重大意义。本文针对现阶段M×N型波长选择开关受空间光调制器像素密度、光路结构设计以及光学系统体积等因素制约而存在的输入端口单一、光谱分辨率受限与插入损耗较大等技术问题。通过使用4K分辨率液晶空间光调制器,自主设计M×N型光路并进行仿真与实验验证,最终实现了插入损耗小于12dB,波长调谐精度波长选择开关。论文主要内容包括:1.全光网络的时代背景和可重构光分插复用器的研究现状,以及波长选择开关的国内外研究进展。2.研究了波长选择开关的工作原理,将高斯光束的定义与传输特性进行推导和演算,同时研究了空间光调制器基于电光效应的调制原理。3.提出一种折叠式结构的M×N型波长选择开关设计,并将其分为准直、衍射聚焦、整体结构三个部分进行zemax仿真,最终成功实现了波长选择开关的端口切换的功能。4.将提出的折叠式结构进行实验验证,准直系统、衍射聚焦系统、整体结构与端口切换这三个部分的实验结果与仿真相吻合,最终的插入损耗小于12dB,波长调谐精度为1GHz,最小信道带宽为28.7GHz。

关键词：波长选择开关液晶空间光调制器 zemax仿真折叠式结构

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光纤通信网中波长选择开关的时频传递性能

中国激光 2018年第1期45卷 213-220页

作者：熊晓锋杨飞桂有珍蔡海文苏觉朱祖勍中国科学院大学北京100049 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 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 中国科学技术大学合肥安徽230026 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... 详细信息

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。

关键词：光纤光学波长选择开关光纤时频传递光纤通信网络

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一种基于微机电系统技术的新型波长选择开关

光学学报 2010年第4期30卷 1168-1172页

作者：胡强高刘德明张玓袁志林张博华中科技大学光电子科学与工程学院湖北武汉430074 武汉光迅科技股份有限公司湖北武汉430074 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... 详细信息

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。

关键词：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

LCoS平面光栅的衍射特性及其在1×N型波长选择开关中的应用

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激光与光电子学进展 2015年第9期52卷 59-64页

作者：田淼陈笑高云舒陈瀛王珊张景张颖陈根祥王义全中央民族大学理学院北京100081 北京交通大学电子信息工程学院北京100044

硅基液晶(LCo S)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LCo S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... 详细信息

硅基液晶(LCo S)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LCo S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LCo S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 d B内。在此基础上,巧妙设计了基于LCo S的1×N型波长选择开关(WSS),利用LCo S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 d B^14 d B。

关键词：光栅硅基液晶波长选择开关衍射二元阶梯光栅相位阶数

WDM-PON中一种基于波长选择开关的组播方案

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光通信技术 2011年第5期35卷 26-29页

作者：杨铖肖石林朱敏向祎韦建文上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室上海200240

方案使用幅度和相位正交调制的方式来承载单播和组播业务,利用波长选择开关对需要组播业务的ONU(光网络单元)和不需要组播业务的ONU进行分组,进而实现组播业务的传输。整个方案的控制策略完全集中在OLT(光线路终端)一端的WSS中,简化了... 详细信息

方案使用幅度和相位正交调制的方式来承载单播和组播业务,利用波长选择开关对需要组播业务的ONU(光网络单元)和不需要组播业务的ONU进行分组,进而实现组播业务的传输。整个方案的控制策略完全集中在OLT(光线路终端)一端的WSS中,简化了组播控制的方法,使整个系统简单方便。

关键词：波分复用无源光网络组播波长选择开关

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MOEMS集成波长选择开关的设计及研究

微纳电子技术 2017年第9期54卷 597-604,626页

作者：时建梁静秋陈成吕金光秦余欣高丹中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室长春130033 中国科学院大学北京100049

研究一种基于电磁驱动微光机电系统(MOEMS)光开关阵列的串联集成波长选择开关结构,经过理论分析与计算,得出螺旋形线圈在相同电流密度下相比于八边形和四边形线圈能得到更大的电磁力;通过模态分析得到在设计的悬臂结构下,支撑臂响应时... 详细信息

研究一种基于电磁驱动微光机电系统(MOEMS)光开关阵列的串联集成波长选择开关结构,经过理论分析与计算,得出螺旋形线圈在相同电流密度下相比于八边形和四边形线圈能得到更大的电磁力;通过模态分析得到在设计的悬臂结构下,支撑臂响应时间约为22 ms。采用溅射、光刻、腐蚀和电铸等MOEMS工艺完成了光开关悬臂的制作,并通过制作对准标记及采用可见光与红外光相结合的装调方法,完成了1×8阵列的波长选择开关系统集成。经过测试得到,开关上升和下降的时间均约为20 ms,当电流为0.4 A时,支撑臂的挠度为1.28 mm,能达到系统光路转换的目的。该波长选择开关能够在2 V电压下,实现对8个不同波长信道的任意选择,其最大的插入损耗为1.741 dB,信道均匀性达到0.55 dB;插入损耗的测试结果与计算结果较吻合。

关键词：波分复用波长选择开关微光机电系统(MOEMS) 光通信电磁驱动

基于LCoS的1×32端口灵活栅格的波长选择开关

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激光与光电子学进展 2015年第12期52卷 55-59页

作者：陈冉陈笑陈瀛高云舒陈根祥王义全中央民族大学理学院北京100081

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... 详细信息

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(LCo S)的1×32高端口数WSS。通过软件远程控制LCo S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 d B^25 d B;栅格为100 GHz时波长信道的3 d B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。

关键词：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

基于波长选择开关的混合WDM/TDM PON结构

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光通信技术 2013年第10期37卷 9-12页

作者：李凡康巧燕王建峰王元一空军工程大学信息与导航学院西安710077

介绍了混合WDM/TDM PON的一般网络结构,重点探讨基于波长选择开关的部分灵活的混合PON结构,包括具有固定组播功能的混合PON、无组播功能的混合PON和具有选择组播功能的PON结构形式和功能优缺点,为波分时分复用混合无源光网络的具体设计... 详细信息

介绍了混合WDM/TDM PON的一般网络结构,重点探讨基于波长选择开关的部分灵活的混合PON结构,包括具有固定组播功能的混合PON、无组播功能的混合PON和具有选择组播功能的PON结构形式和功能优缺点,为波分时分复用混合无源光网络的具体设计提供参考。

关键词：无源光网络波分复用时分复用波长选择开关

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基于MEMS技术的波长选择开关研究

基于MEMS技术的波长选择开关研究

作者：宛政文华中科技大学

学位级别：硕士

随着光通信技术的发展,尤其是光密集波分复用(Dense WaveLength Division Multiplexing, DWDM)技术的广泛应用,光交叉连接技术(Optical Cross Connection, OXC)和可重构光分插复用技术( Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer, ROADM)受到了越来越多的关注。波长选择开关(Wavelength Selective Switch,WSS)因具有对不同波长自由选取的功能而在以上两种技术中起到了十分重要的作用,已经成为目前国内外的研究热点。论文介绍了几种典型的WSS结构,对它们的特点进行了分析和比较,在此基础上提出了一种基于微电机系统(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS)技术的WSS研究方案。该方案分别以透射式相位光栅和MEMS微镜阵列作为色散元件和光路控制元件,二者分别位于一个分析透镜的前后焦面上,构成一个2f系统;以准直器阵列作为输入/输出端口,光束经过棱镜组扩束之后再入射在光栅上,以提高光栅分辨本领;为了缩小器件体积,以一个反射镜和一个转向棱镜对光路进行折叠。利用波动光学的相关理论推导了基模高斯光束的耦合效率公式,继而得出通带宽度与MEMS微镜阵列的占空比和限制因子之间的关系。分析了光栅角色散、分析透镜焦距、信道间隔与MEMS微镜间距之间的关系;推导出了棱镜组的顶角、扩束比与光束入射角之间的关系;重点分析了高斯光场在光路中的变换与匹配问题,分析了光场失配造成的器件损耗。这些分析结果对于WSS的光学设计和光路调试都有着重要的指导意义。基于以上分析结果,对各个元件进行参数设计和加工,制作了一个1×4端口的WSS器件,测试了器件性能,插入损耗<5.08dB,端口串扰<-45dB,偏振相关损耗<0.186dB。实验结果表明,所设计的WSS具有结构简单、扩展性好、插入损耗低等诸多优点。该器件作为构成ROADM和OXC的关键部件,可以提高光网络中网元节点的灵活性和稳定性。

关键词：全光网络可重构光分插复用器波长选择开关微电机系统