新型大容量光交换的关键技术和应用

　　WSS 的实现技术主要有3 种。2005 年，CoAdna 公司在美国光纤通信会议上推出基于液晶（LC）的WSS；2008 年，Finisar 公司推出基于硅基液晶（LCOS）的WSS，支持可编程的通道组合；2010 年，JDSU 公司推出基于MEMS 的小型化波长选择开关。此3公司分别采用不同的技术方案推出波长选择开关，成为波长选择开关的3 个代表性技术[7, 11]。

　　（1）基于MEMS 技术的WSS

　　WSS 的工作原理与光学成像原理相当。结构上由两个成像子系统组成：其一，位置和角度之间的转换子系统，它将输入和输出的光束位置阵列转换为成像于共聚点的倾斜角光束。其二，空间色散分波子系统，它通过分光器件（如衍射光栅）实现波长的分离。

　　基于MEMS 技术的WSS 是建立在MEMS 光开关的基础之上的，分开后的各种波长的光束经透镜聚焦后入射到透镜焦平面上的MEMS 微反射镜上，每一个微反射镜对应一个波长，转动微反射镜即可控制N 束信号和M 个波长之间的任意交换。

　　（2）基于液晶技术的WSS

　　液晶具有双折射特性，与外加电场成正比，光轴随外加电场改变。来自于输入光纤的光束，其偏振态为混合偏振态，经过起偏器分离成两束相互垂直的线偏振光，让其中一束线偏振光通过半波片，使其偏振态旋转π/2，与另一束线偏振光的偏振态相同，再经过准直后入射到反射式光栅上。分波后的多光束通过聚焦透镜和反射镜聚焦到液晶上，液晶盒与每一波长的光斑位置一一对应，利用液晶控制其偏振态是否改变π/2，再配合偏振分束棱镜（如渥拉斯顿棱镜），使这两种情况下的偏振光线在传播方向上有一定的位移或者角度，从而实现两个出射通道的选择，即实现1×2 WSS。增加液晶盒和棱镜的组合（N 组堆叠），可以实现1×2N 多端口WSS。

　　（3）基于硅基液晶技术的WSS

　　虽然都用到了液晶技术，但LCOS 的原理与上述LC 完全不同。LCOS 是LC 和半导体相结合的显示技术，它在硅片上制作许多极度密集的液晶单元（不同于分立的液晶盒），从每个液晶单元反射的光，其相位可通过所施加的电压进行控制（原理上相当于相位阵列波束调向），从而控制反射光的反射方向，使反射光输出到指定的通道，一次性实现1×N 多端口WSS。

　　由于不同波长的光束在LCOS 芯片上的不同区域发生反射并被单独控制，因此，可以将任意波长和任意光谱组合切换到任意输出端口中，它具有通道均衡功能和可变带宽的光谱选择能力。

　　3 大容量扩展方法

　　矩阵光开关的端口数虽然很大，但仍然是有限的，不能满足节点处理容量增长的要求，可以将若干矩阵光开关进行组合，即进行扩展，等效地实现更大容量的光交换结构。

　　交换结构的扩展必然要遵循一定的规则和约束条件，其中，最根本的约束条件是无阻塞性，最根本的规则是多级网络互连理论，如典型的三级Clos 网络和多级Benes 网络等。需要注意的是光交换与电交换的差异所在。

　　首先，光开关的种类更多，如空分和频分等；其次，光开关的损耗不均匀性；第三，光开关是相对透明的；第四，光开关的切换时间有快有慢，常有拖尾或抖动现象存在；最后，光组播的处理方式是无源的，但有附加损耗等。上述差异也带来了扩展方法的一些变化。