原创 空间光调制器的应用

空间光调制器在光网络中主要是用于全光网络的光交换和光互连。光交叉互连设备主要用于骨干网中，完成任一光纤中的某个波长信号到其它光纤的传送连接。

光交换技术是指，不经过任何光/电转换，直接在光域上完成输入端到输出端的信息交换。光交换的优点：提高了交换节点的吞吐量、降低了交换节点成本、以及良好的升级能力。

光交叉互连（OXC）定义

WDM光网络要求光节点具备交换功能，来自不同光纤通道的信号或同一光纤的不同波长通道的信号根据实际情况需要直通或交换通道进行传输，这一功能叫做光的交叉连接（Optical Cross Connection,简称OXC） 。OXC的主要功能是完成光通道的交叉连接，同时还具备本地的上下路功能。

OXC节点的交叉互连原理

     在下图中，用户通道1,3的信号需要在用户通道3’，1’中传输，而通道2的信号需要直通。

                          图（1）

OXC节点的交叉互连原理

在图（2）中，用户通道1中波长为的信号需要交换到通道2’中进行传输，用户通道2中波长为信号需要交换到通道1’中进行传输，其余的信号需要在原通道中传输，即直通。上述交叉连接功能就是由OXC节点来实现的。

                              图（2）

OXC的光交换中有两种基本交换机制：空间交换和波长交换。实现空间交换的器件有各种类型的光开关，它们在空间域上完成通信信道之间的交换。实现波长交换的器件是指各种类型的波长交换器，它们将信号从一个波长转换到另一个波长，即实现波长域上的交换。

光交换模块中还广泛使用波长选择器（如各种类型的可调谐光滤波器和解复用器），它实现对WDM信号中一个或多个波长信号的选择，并滤掉其它波长的信号。这些器件的不同组合可以构成不同结构的OXC。目前已提出的OXC结构很多，大致分为两大类：一类是基于空间交换的OXC结构，另一类是基于波长交换的OXC结构。

基于空间交换的OXC结构

    空间交换结构主要包括：

•       基于空间光开关矩阵和波分复用/解复用器对、

•       基于空间光开关矩阵和可调谐滤波器、

•       基于分送耦合开关、

•       基于平行波长开关的OXC结构。

这些不同结构的OXC具有不同的特点，但其核心部分——交换功能都是由不同的空间光开关来完成的。

    基于空间光开关矩阵和波分复用/解复用器对的两种典型的OXC结构如下图所示：

在上图中，波分解复用器将链路中的WDM信号在空间上分开，空间光开关矩阵在空间上实现交换。完成空间交换后各波长信号直接经波分复用器复用到输出链路中。结构（a）中只能实现一个输入光信号被唯一地交叉连接到一条输出光通道中，而不能被广播发送到多条输出光通道中，它不具备广播发送能力。另外，这种结构无波长交换器，只能支持波长通道，并不支持虚波长通道。

结构（b）中，MN X MN开关矩阵可以实现 MN X MN无阻塞交换，任一输入链路中的任一波长都可以根据需要交换到任一输出链路中的任一波长，它支持虚波长通道。此外，它与结构（a）一样，也不具备广播发送能力。

空间光调制器用作光开关矩阵的原理

空间光交换是由空间光开关矩阵来完成的，用可动态控制的空间光调制器作为空间光开关矩阵。空间光调制器的主要组成部分有液晶屏和控制器，液晶屏上的像素相当于光开关器件。下面以一个简单的OXC结构说明空间光调制器作为空间光开关矩阵的技术原理。

如上图所示，用户信号分别用红、绿、蓝三个可见点光源来表示，分别代表WDM信号中已被解复用的三个信号。利用柱面透镜将用户信号发散的球迷波转换成准直的平面波，并让它们同时照射到空间光调制器上。空间光调制器上光信号分布如下图所示：

空间光调制器后面的柱面透镜将传输过来的平面波转换为水平方向汇聚的柱面波，因此在不同水平位置上的光波将汇聚到输出端面的不同位置上。

如上面图（a）和图（b）所示，当a行开关（像素）打开而其它开关全部关闭时，即仅（a,1）,(a,2),(a,3)为开状态时，（a,1）,(a,2),(a,3)处透过的光信号经柱面透镜后将重合于A处，从而实现了从多点到一点的连接。当仅（a,2）打开时，A处只能接收到信号2的信号而收不到1,3的信号，从而实现了点到点的连接。

同理，b或c行信号如果在相应像素开关打开的情况下，光信号经柱面透镜后将到达接收端上的另一位置B或C。可见，只要控制空间光调制器就可使输入端面上的红、绿、蓝三路光信号交换在接收端上的不同光线上，从而实现了光的交叉互连。