[发明专利]基于相位光栅阵列的分辨率可调波长选择开关及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及光通信与光学信号处理领域，具体涉及一种基于透射式相位光栅阵列的分辨率可调波长选择开关及其控制方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着光网络流量以10年100倍速度的持续巨幅增长，现有的电层交换技术在设备的数量与体积、信息交换容量、建设运营成本及能耗等多方面的“天花板效应”日益凸显。构建以全光交换、多维复用、高光谱利用率超信道传输与交换技术以及对网络资源的软件动态调整为基础的下一代低能耗和高谱效智能化全光通信网逐渐成为通信研究和产业领域的重要共识，是当前光通信技术领域最主要的研究热点和发展方向之一，具有极其重要的研究价值和广阔的国际市场需求，受到了国际范围内各研究机构以及器件与设备供应商的广泛关注。近10余年来的研究与发展结果表明，波长选择开关(WSS，wavelength selective switch)是目前唯一具有强大的信号处理功能的全光信号处理和全光交换设备，已经成为当前和未来对全球光网络进行全光化和智能化改造不可或缺的重要基础性设备。

波长选择开关通常具有一个光信号输入端口和多个光信号输出端口，可以实现将输入光信号中任意一个或一组波长信号从任意输出端口输出的功能。利用以硅基液晶(LCoS)大规模光学集成空间光调制器芯片为驱动元件的波长选择开关可以组成符合全光化和智能化等未来光网络发展需求，同时具有强大全光信号处理能力的各种高性能可重构光分插复用器(ROADM)、光交叉连接(OXC)设备和光学信号处理设备。但由于衍射光栅和硅基液晶等核心光学部件若干关键技术指标的限制，目前商品化的波长选择开关的波长分辨率通常大于10GHz，而且其工作波长范围和波长分辨率是固定的，不能够根据不同应用场景的需要进行调节，极大地限制了波长选择开关在光纤接入网、全光正交频分复用光通信系统等需要精细波长分辨率的各种场合的应用。同时，光谱分辨率不足也严重制约了目前波长选择开关在信号时延、色散和光学傅里叶变换等方面的全光信号处理能力。因此，设法实现硅基液晶波长选择开关的工作波长范围和波长分辨率的灵活调谐，并尽可能地提高其波长分辨率，对于进一步拓展波长选择开关的应用场合，大幅度提升其全光信号处理能力对于推动波长选择开关在网络全光化和智能化进程中的大规模应用及其在骨干网、城域网和接入网等各种速率层级的实际应用具有十分重要的商业意义和社会经济价值。为解决波长选择开关波长分辨率不足这一技术问题，以色列希伯来大学在ECOC’2015和Advanced Photonics’2015等两个国际学术会议上报道了采用专门研制的高色散波导光栅路由器代替传统的面刻划闪耀光栅作为色散元件，实现了波长分辨率为1GHz的高分辨率波长选择开关并应用于子载波间隔为1GHz的全光正交频分复用光信号的产生以及子载波信号的上下话路与交换(“Realization of sub-1GHz resolution photonic spectral processors for flexible optical networks”,ECOC’2015；“Fine Resolution Optical Processors for Sub-Channel Add-Drop Multiplexing Networks”,paper NeM4F.1,Advanced Photonics’2015)。这项研究工作充分凸显了提高波长选择开关分辨率的重要意义和应用潜力。其不足之处是使设备的端口数和可用工作波长范围等另外两个重要技术指标均受到了相当大的制约。采用该技术方案仅可实现具有一个输入端口和一个输出端口的波长选择开关，同时设备的工作波长范围也仅有20GHz，基本不具备实际应用价值。

发明内容

针对目前波长选择开关所存在的光谱分辨率不足以及工作波长范围与分辨率不可调节等两个技术问题，本发明提出一种基于特别设计的透射式相位衍射光栅阵列而实现的可对波长分辨率和工作波长范围进行调节的波长选择开关。

本发明的一个目的在于提出一种基于透射式相位光栅阵列的分辨率可调波长选择开关。