可重構(gòu)光分插復(fù)用器

第五章可重構(gòu)光分插復(fù)用器張敏明：mmz@萬(wàn)助軍：zhujun.wan@gmail.華中科技大學(xué)光電學(xué)院可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!第五章可重構(gòu)光分插復(fù)用器5.1全光通信網(wǎng)中的ROADM

5.2波長(zhǎng)阻塞器

5.3波長(zhǎng)選擇型ROADM

5.4波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)

5.5ROADM技術(shù)對(duì)比可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!全光通信網(wǎng)的結(jié)構(gòu)全光通信網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)備：廣域網(wǎng)－N維OXC；城域網(wǎng)－2維ROADM；接入網(wǎng)－MUX/DEMUX；環(huán)網(wǎng)互連－4維OXC。全光通信網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)：投資成本低，因?yàn)槭∪チ舜罅堪嘿F的高速電子設(shè)備；運(yùn)營(yíng)成本低，可靠性提高，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)元件大大減少；體積小，因?yàn)槭∪チ斯猓姡廪D(zhuǎn)換，設(shè)備復(fù)雜度下降；升級(jí)方便，因?yàn)椴捎霉饨粨Q，與通信速率和協(xié)議格式無(wú)關(guān)。OXC和ROADM是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)全光通信網(wǎng)的關(guān)鍵器件可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)的演化考慮器件的級(jí)聯(lián)特性，光信號(hào)能夠透明通過(guò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量一般為16～24個(gè)，而城域網(wǎng)中總節(jié)點(diǎn)數(shù)量往往達(dá)到100～150個(gè)，因此城域網(wǎng)一般被分成數(shù)個(gè)互聯(lián)的環(huán)網(wǎng)。一個(gè)新建城域網(wǎng)初始節(jié)點(diǎn)一般只有20～50個(gè)，因此初始的城域網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但是需要為升級(jí)擴(kuò)容作好準(zhǔn)備，因此需要大量的動(dòng)態(tài)器件ROADM和OXC?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!廣義的ROADM概念ROADM－從輸入端口上/下載任一或任一組波長(zhǎng)；OXC－將任一輸入端口中的任一或任一組波長(zhǎng)，切換到任一輸出端口；WSS－將輸入端口中的任一或任一組波長(zhǎng)切換到任一輸出端口。由WSS構(gòu)成的ROADM和OXC可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!第五章可重構(gòu)光分插復(fù)用器5.1全光通信網(wǎng)中的ROADM

5.2波長(zhǎng)阻塞器

5.3波長(zhǎng)選擇型ROADM

5.4波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)

5.5ROADM技術(shù)對(duì)比可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!基于液晶技術(shù)的波長(zhǎng)阻塞器基于液晶（LC）技術(shù)JDSU公司方案可以阻塞任一或任一組波長(zhǎng)；具有動(dòng)態(tài)通道均衡功能；通道數(shù)為100，通道間隔為50GHz或100GHz；IL小于5dB，PDL小于0.3dB；串?dāng)_低于-40dB；0.5dB帶寬大于50GHz（通道間隔100GHz）。可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!第五章可重構(gòu)光分插復(fù)用器5.1全光通信網(wǎng)中的ROADM

5.2波長(zhǎng)阻塞器

5.3波長(zhǎng)選擇型ROADM

5.4波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)

5.5ROADM技術(shù)對(duì)比可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!上/下載模塊分離的ROADM節(jié)點(diǎn)設(shè)備JDSU和DuPont分別在SiO2/Si和Polymer材料上制作這種結(jié)構(gòu)的ROADM，通道數(shù)為40，通道間隔為100GHz。JDSU器件特性：直通波長(zhǎng)IL<7.5dB，上/下載波長(zhǎng)IL<5.8dB，PDL<0.5dB，0.5dB帶寬為52GHz，串?dāng)_<-30dB，VOA動(dòng)態(tài)范圍為25dB；DuPont器件特性：直通波長(zhǎng)IL<7dB，PDL<0.4dB，0.5dB和3dB帶寬分別為40GHz和81GHz，串?dāng)_<-50dB，VOA動(dòng)態(tài)范圍為20dB;后者采用Polymer材料，熱光系數(shù)為SiO2的32倍，因此功耗大大降低。采用上/下載模塊分離結(jié)構(gòu)的ROADM節(jié)點(diǎn)設(shè)備：可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!基于PLC+MEMS技術(shù)的WS型ROADM朗訊公司報(bào)道的混合結(jié)構(gòu)I類(lèi)ROADM：PLC技術(shù)與MEMS技術(shù)相結(jié)合；通道數(shù)為16，通道間隔為100GHz；通道1~4、13~16可用于廣播業(yè)務(wù)；端口Drop-and-transmit和ADD可與其他ROADM節(jié)點(diǎn)互連，相當(dāng)于一個(gè)四維ROADM；THRU端口平均插損為21dB，串?dāng)_低于-40dB?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!基于PLC+MEMS技術(shù)的WS型II類(lèi)ROADMAT&T實(shí)驗(yàn)室報(bào)道的混合結(jié)構(gòu)II類(lèi)ROADM：可同時(shí)上/下載N個(gè)通道中的M個(gè)；上/下載端口數(shù)M小于波長(zhǎng)數(shù)N，因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)需要上/下載的波長(zhǎng)數(shù)一般為總數(shù)的25%，而且一般不超過(guò)50%；最早的文獻(xiàn)中采用8×6開(kāi)關(guān)陣列，如果采用16×16MEMS開(kāi)關(guān)陣列，IL小于3.1dB，兩個(gè)AWG的IL為6dB，則該ROADM的IL小于9.1dB。可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!基于LCoS技術(shù)的WSS澳大利亞EnganaPty公司的Baxter等人報(bào)道LCoS是一種以有源硅片為基底的LC芯片，最初應(yīng)用于液晶顯示領(lǐng)域，硅片上排列著許多控制單元，通過(guò)改變各單元上部液晶材料的偏置電壓，能夠?qū)Ω鲉卧瓷涔獾南辔贿M(jìn)行控制；不同波長(zhǎng)的光入射到LCoS芯片上的不同區(qū)域并發(fā)生反射，在某個(gè)波長(zhǎng)的光斑分布區(qū)域，各點(diǎn)反射光相位被單獨(dú)控制，也就是對(duì)波前進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以控制反射光的角度；

1×9WSS通道間隔為50GHz或100GHz，對(duì)應(yīng)通道數(shù)為80或40；IL小于5dB；串?dāng)_低于-40dB；0.5dB通帶寬度為80GHz（通道間隔100GHz）。可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!基于PLC+MEMS技術(shù)的WSS加拿大Metconnex公司的Ducellier等人報(bào)道1×9WSS通道數(shù)為39，通道間隔為100GHz；IL小于7.6dB，PDL小于0.3dB；串?dāng)_低于-35dB；0.5dB帶寬大于50GHz；MEMS微鏡陣列的占空比對(duì)通道數(shù)和IL至關(guān)重要?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!傳統(tǒng)的OXC結(jié)構(gòu)由N個(gè)解復(fù)用器、M個(gè)N×(N+K)光開(kāi)關(guān)和N個(gè)復(fù)用器組成；N根光纖中的M個(gè)波長(zhǎng)WDM信號(hào)，先被解復(fù)用為單波長(zhǎng)，然后相同波長(zhǎng)被導(dǎo)入同一光開(kāi)關(guān)的輸入端口，根據(jù)業(yè)務(wù)需要交換到相應(yīng)的輸出端口，最后被復(fù)用到各自的目的光纖中，每個(gè)光開(kāi)關(guān)中預(yù)留了K個(gè)輸入/輸出端口，可以從每個(gè)線路上同時(shí)上/下載K個(gè)波長(zhǎng)；實(shí)現(xiàn)方案：基于PLC技術(shù)的AWG+熱光開(kāi)關(guān)；基于PLC技術(shù)的AWG+MEMS光開(kāi)關(guān)；由分立器件組合而成。OXC也可以由WSS組合而成可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!波長(zhǎng)阻塞器技術(shù)對(duì)比ApproachCHsIL(dB)PDL(dB)0.5dB-PB(100GHz)Crosstalk(dB)DCE1(dB)ResponseMEMS64<5<0.3558GHz<-3510<10msLC100<5<0.3050GHz<-4015<30msPLC240<5<0.4050GHz<-3535<10msDCE－DynamicChannelEqualization，通道均衡，WB兼有通道均衡功能；基于PLC的方案，功耗小于13W，其他兩種方案，功耗很小可忽略。WB是B&S型ROADM中的關(guān)鍵器件，其性能對(duì)比如下?；贛EMS技術(shù)的方案，通帶特性較好，通道均衡范圍較小，繼續(xù)增大通道衰減會(huì)因鏡面反射角度過(guò)大引起色散；基于LC技術(shù)的方案，通道數(shù)較多，串?dāng)_較低，但是響應(yīng)速度較慢；基于PLC技術(shù)的方案，通道數(shù)相對(duì)較少，通道均衡范圍較大，與其串?dāng)_水平相當(dāng)，均取決于其中光開(kāi)關(guān)的消光比特性?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!WSS技術(shù)對(duì)比ApproachCHsPortsIL(dB)PDL(dB)0.5dB-PB(100GHz)Crosstalk(dB)Response(ms)LCoS801×9<5<0.580<-40<10msMEMS1281×4<5<1.074<-40<10msPLC+MEMS391×9<7.6<0.350<-35<10msPLC1401×9<7.5<0.240<-43<10ms基于LCoS技術(shù)的方案，具有最好的通帶特性；基于MEMS技術(shù)的方案，端口數(shù)相對(duì)較少，且工作于50GHz通道間隔時(shí)PDL偏大，但工作于100GHz通道間隔時(shí)具有很好的特性；基于PLC+MEMS技術(shù)的方案，損耗稍大，通帶特性稍差，但也能滿足系統(tǒng)要求，而且器件尺寸相對(duì)較??；基于PLC技術(shù)的方案，通帶優(yōu)化后能獲得較好的特性，缺點(diǎn)是增加端口數(shù)會(huì)使損耗線性增加，而且功耗較大。1.基于PLC技術(shù)的WSS，功耗約10W，其他方案的功耗很小，可忽略?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!參考文獻(xiàn)EldadaL.AdvancesinROADMtechnologiesandsubsystems.Proc.ofSPIE,2005:597022TomlinsonW.J.Wavelength-selectiveswitching-architectureandtechnologyoverview.OFC2004:WC3BaxterG.,FriskenS.,AbakoumovD.Highlyprogrammablewavelengthselectiveswitchbasedonliquidcrystalonsiliconswitchingelements.OFC2006:OtuF2MaroD.M.,NeilsonD.T.,GreywallD.S.Wavelength-selective1×Kswitchesusingfree-spaceopticsandMEMSmicromirrors:theory,design,andimplementation.J.Lightwavetechnol.,2005,4:1620-1630可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!雙向光纖環(huán)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)設(shè)備雙向光纖環(huán)網(wǎng)中的ROADM節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)：當(dāng)環(huán)網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，兩個(gè)光開(kāi)關(guān)均為Bar狀態(tài)，順時(shí)針環(huán)網(wǎng)和逆時(shí)針環(huán)網(wǎng)各傳輸半數(shù)波長(zhǎng)；當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，鄰近故障點(diǎn)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)中，靠近故障點(diǎn)的兩個(gè)光開(kāi)關(guān)均切換到Cross狀態(tài)，信號(hào)經(jīng)這兩個(gè)光開(kāi)關(guān)由順時(shí)針環(huán)網(wǎng)繞至逆時(shí)針環(huán)網(wǎng)，組成一個(gè)新的兩倍長(zhǎng)度的環(huán)網(wǎng)，而故障點(diǎn)被旁路，在新環(huán)網(wǎng)中傳輸?shù)氖撬胁ㄩL(zhǎng)。當(dāng)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部發(fā)生設(shè)備故障時(shí)，該節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)光開(kāi)關(guān)均切換到Cross狀態(tài)，線路經(jīng)這兩個(gè)光開(kāi)關(guān)組成新的環(huán)網(wǎng)，故障節(jié)點(diǎn)被旁路?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!ROADM的市場(chǎng)需求2006年9月，HeavyReading發(fā)布ROADM設(shè)備市場(chǎng)研究報(bào)告，對(duì)之前兩年的市場(chǎng)額度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)之后五年內(nèi)的市場(chǎng)發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)2011年較2006年增長(zhǎng)246%，市場(chǎng)總額將達(dá)到9.2億美元?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!ROADM的分類(lèi)廣播&選擇型ROADM（B&S型）：損耗低、通帶特性好，一個(gè)環(huán)網(wǎng)中可以串聯(lián)更多ROADM節(jié)點(diǎn)；初裝成本低，初裝時(shí)只需上/下載少數(shù)波長(zhǎng)，而升級(jí)擴(kuò)容時(shí)只需增加可調(diào)濾波器和可調(diào)激光器；上/下載波長(zhǎng)數(shù)較多時(shí)成本偏高。波長(zhǎng)選擇型ROADM（WS型）：體積?。簧?下載波長(zhǎng)數(shù)較多時(shí)成本低的多，特別是基于PLC技術(shù)的單片集成方案；直通信號(hào)的損耗偏大，串聯(lián)節(jié)點(diǎn)少；初裝成本偏高。從結(jié)構(gòu)角度分成B&S型和WS型：I類(lèi)ROADM：每個(gè)ADD/DROP端口只能上/下載固定波長(zhǎng)；II類(lèi)ROADM：每個(gè)ADD/DROP端口上/下載波長(zhǎng)不固定；波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)；OXC器件。從功能角度分成四類(lèi)：波長(zhǎng)阻塞器可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!基于MEMS技術(shù)的波長(zhǎng)阻塞器基于MEMS微鏡技術(shù)貝爾實(shí)驗(yàn)室的Neilson等人報(bào)道可阻塞任一或任一組波長(zhǎng)；具有動(dòng)態(tài)通道均衡功能；通道數(shù)為64，通道間隔為100GHz；IL小于5dB，PDL小于0.35dB；串?dāng)_低于-35dB；0.5dB帶寬和3dB通帶寬度分別為58GHz和87GHz；靠靜電吸引扭轉(zhuǎn)MEMS微鏡，功耗非常小?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!基于PLC技術(shù)的波長(zhǎng)阻塞器基于PLC技術(shù)Neophotonics公司方案可以阻塞任一或任一組波長(zhǎng)具有動(dòng)態(tài)通道均衡功能；通道數(shù)為32，通道間隔為100GHz；IL小于5dB，PDL小于0.4dB；串?dāng)_低于-35dB；0.5dB和3dB帶寬分別為50GHz和68GHz；總功耗13W，包括阻塞器陣列的功耗9W和兩個(gè)AWG的溫控功耗4W阻塞器采用兩級(jí)MZI光開(kāi)關(guān)以降低串?dāng)_可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!基于PLC技術(shù)的WS型ROADM基于PLC技術(shù)的傳統(tǒng)ROADM結(jié)構(gòu)：由于材料不兼容，PD陣列不能集成在PLC芯片上，PD芯片與PLC芯片采用倒裝方式封裝在一起，通過(guò)PLC芯片上的反射鏡陣列進(jìn)行耦合；采用兩級(jí)串聯(lián)光開(kāi)關(guān)以提高消光比。基于PLC技術(shù)、上/下載模塊分離的ROADM結(jié)構(gòu)：上/下載模塊分離，提高了可靠性；具有廣播功能?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!基于PLC技術(shù)的多功能型ROADM貝爾實(shí)驗(yàn)室報(bào)道的多功能ROADM：每個(gè)分立ADD/DROP端口只能上/下載固定波長(zhǎng)，因此歸為I類(lèi)ROADM；公共ADD/DROP端口可上/下載任意波長(zhǎng)組合，可其他ROADM節(jié)點(diǎn)互連，相當(dāng)于一個(gè)四維ROADM；通道數(shù)為16，通道間隔為200GHz；IN→THRU、IN→公共DROP、公共ADD→THRU，IL<5.5dB；IN→分立DROP，IL=2.6~4.0dB；分立ADD→THRU，IL=2.2~3.5dB；串?dāng)_低于-40dB；3dB帶寬為98GHz?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!基于PLC技術(shù)的WS型II類(lèi)ROADM貝爾實(shí)驗(yàn)室報(bào)道，上/下載模塊分離的II類(lèi)ROADM：可以同時(shí)上/下載N個(gè)波長(zhǎng)中的任意M個(gè)；每個(gè)端口的上/下載波長(zhǎng)不固定，因此屬于Ⅱ類(lèi)ROADM；文獻(xiàn)報(bào)道直通波長(zhǎng)IL為12~14dB，下載波長(zhǎng)IL為20dB，通過(guò)優(yōu)化，可分別降至7dB和17dB；串?dāng)_低于-40dB?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!第五章可重構(gòu)光分插復(fù)用器5.1全光通信網(wǎng)中的ROADM

5.2波長(zhǎng)阻塞器

5.3波長(zhǎng)選擇型ROADM

5.4波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)

5.5ROADM技術(shù)對(duì)比可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!基于MEMS技術(shù)的WSS貝爾實(shí)驗(yàn)室的Marom等人報(bào)道1×4WSS通道數(shù)為128，通道間隔為50GHz；IL小于5dB，PDL小于1dB；串?dāng)_低于-40dB；0.5dB和3dB帶寬分別為29GHz和38GHz；MEMS微鏡陣列的占空比對(duì)通道數(shù)和IL至關(guān)重要?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!基于PLC+MEMS技術(shù)的WSS貝爾實(shí)驗(yàn)室的Doerr等人報(bào)道1×9WSS通道數(shù)為8（目前商用AWG可達(dá)40通道），通道間隔為200GHz；IL小于7.5dB，PDL小于0.2dB；串?dāng)_低于-43dB；未進(jìn)行通帶優(yōu)化設(shè)計(jì)，為高斯型通帶?？芍貥?gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!第五章可重構(gòu)光分插復(fù)用器5.1全光通信網(wǎng)中的ROADM

5.2波長(zhǎng)阻塞器

5.3波長(zhǎng)選擇型ROADM

5.4波長(zhǎng)選擇開(kāi)關(guān)

5.5ROADM技術(shù)對(duì)比可重構(gòu)光分插復(fù)用器共32頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!WS型ROADM技術(shù)對(duì)比ApproachCHsIL(dB)PDL(dB)0.5dB-PB(100GHz)Crosstalk(dB)Response(ms)ROADMTypeTFF+MOM-SW18<10<0.527GHz<-30<10ⅠAWG+MEMS-SW32<14<0.540GHz<-40<10ⅡAWG+TO-SW240<7<