CN115664521B - 一种提高波长选择开关频率间隔分辨率和隔离度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高波长选择开关频率间隔分辨率和隔离度的方法，该方法基于LCoS（Liquid Crystal On Silicon）的波长选择开关，包括：不同波长的光束经过WSS光学系统后，按照波长顺序以椭圆形状光斑排列在LCoS表面，通过单独调制对应波长在LCoS面的灰阶光栅周期，可以实现该波长光束耦合到WSS不同端口，实现波长切换功能。本发明基于LCoS的波长选择开关，通过改变LCoS面灰阶光栅轮廓形状的方式，可以提高波长选择开关的频率间隔和中心频率的分辨率以及提高隔离度，适应更多分辨率的LCoS，不局限于LCoS的分辨率大小，从而提高了LCoS有效区域的利用率和适应不同分辨率的LCoS，提高了波长选择开关的光学设计灵活性。

Description

一种提高波长选择开关频率间隔分辨率和隔离度的方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体为一种提高波长选择开关频率间隔分辨率和隔离度的方法。

背景技术

随着波分复用技术的大范围应用，极大的提高了单根光纤中的通讯容量，由于光通讯网络的结构越来越复杂，在光通讯网络节点的复用和解复用的复杂需求推动了WSS的发展，WSS可以实现任意波长或波长组合在任意通讯端口的光信号切换、衰减或阻断，极大地提高了光网络调度的灵活性。

目前基于LCoS技术的WSS逐渐成为行业应用主流，其原理是LCoS不同的图形显示为不同的衍射光栅结构，通过光栅的宽度和周期、位置等实现动态栅格调整，进行灵活的带宽和中心频率配置。

WSS带宽内光谱通带宽度和隔离度是WSS的核心指标，例如对于50GHz带宽间隔，通带的宽度通常要求大于28Ghz，通常-3dB带宽要求小于38GHz，即在满足通带宽度情况下，对应的光谱曲线越陡越好。

如图1和图2所示，在现有技术中，在WSS光学系统确定后，矩形轮廓的灰阶光栅201的宽度（色散方向）由使用LCoS 103多少列像素102决定，灰阶光栅201在LCoS103上的宽度和中心位置确定了WSS的带宽和中心频率，由于LCoS像素大小固定，当需要改变WSS带宽和中心频率时，只能增加或减小列的整数倍，这就意味着，如果采用矩形轮廓灰阶光栅，带宽和中心频率只能以固定数值进行配置，例如每列像元宽度对应3.125GHz或者6.25GHz，中心频率和带宽只能以3.125GHz或者6.25GHz的整数倍进行调整，为了提高带宽和中心频率调整的分辨率，只能减小LCoS的像元尺寸，但这样会增加LCoS成本，并且带来边缘场效应的影响，恶化WSS隔离度和串扰参数。同时，当通讯带宽固定后，只能使用特殊定制的LCoS，例如C波段通讯带宽约为5000GHz，以LCoS每列像素对应3.125GHz，在色散方向需要的LCoS像元列数为1600个，如果是常规分辨率LCoS，例如1080×1920分辨率，会造成LCoS有效区域的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高波长选择开关频率间隔分辨率和隔离度的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种提高波长选择开关频率间隔分辨率和隔离度的方法，所述波长选择开关包括：

通讯中不同波长的光束经过WSS光学系统和色散光栅后，会按照波长顺序排列在LCoS表面，并形成椭圆形状光斑；

且该光椭圆光斑的短轴对应色散方向，长轴对应开关方向；

LCoS上不同波长光束对应一定宽度的灰阶光栅，该灰阶光栅的宽度决定了带宽；

当灰阶光栅在LCoS 上的位置和宽度固定，同时波长发生变化时，光斑位置发生变化，经过WSS耦合形状一定带宽的光谱曲线；

通过单独调制对应波长在LCoS面的灰阶光栅周期，可以实现该波长光束耦合到WSS不同端口，实现波长切换功能。

进一步的改进在于，将所述LCoS上的不同波长椭圆光斑，所对应的一定宽度的灰阶光栅进行改变，主要通过改变该灰阶光栅的轮廓形状和对称性，以适应不同分辨率的LCoS，并提高LCoS有效区域的利用率。

进一步的改进在于，通过改变灰阶光栅轮廓形状参数，并调整带宽参数和频率间隔，即可使带宽和频率间隔调整分辨率不受LCoS像素尺寸的限制。

进一步的改进在于，通过改变灰阶光栅轮廓形状的非对称性，来可调整带宽的中心频率，即可使中心频率调整分辨率不受LCoS像素尺寸的限制。

进一步改进在于：通过改变灰阶光栅轮廓形状参数，调整通带带宽，从而提高通带外的光谱隔离度，即可在相同光学系统和LCoS像素尺寸的情况下提高信号隔离度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、适应更多分辨率的LCoS，不局限于LCoS的分辨率，结合WSS光学系统成像特征，通过改变灰阶光栅轮廓形状，提供LCoS的适应性，提高LCoS有效区域的利用率；

2、提高频率间隔的调整精度，通过改变灰阶光栅轮廓形状，可以使频率间隔调整分辨率小于LCoS像元尺寸对应的频率间隔分辨率；

3、提高带宽的调整精度，通过改变灰阶光栅轮廓形状，可以使带宽调整分辨率小于LCoS像元尺寸对应的带宽分辨率；

4、提高中心频率的调整精度，通过改变灰阶光栅轮廓形状对称性参数，可以使中心频率调整分辨率小于LCoS像元尺寸对应的调整分辨率；

5、提高带宽内对应信号的隔离度，通过改变灰阶光栅轮廓形状参数，可以提高带宽内对应信号的隔离度。

附图说明

图1为现有技术灰阶光栅轮廓的变化示意图；

图2为现有技术带宽的光谱曲线图；

图3为本发明对应小带宽，LCoS面灰阶光栅固定宽度时，灰阶光栅轮廓示意图；

图4为本发明对应小带宽，LCoS面灰阶光栅固定宽度时，不同灰阶光栅轮廓对应带宽的光谱曲线图；

图5为本发明对应大带宽，LCoS面灰阶光栅固定宽度时，灰阶光栅轮廓示意图；

图6为本发明灰阶光栅轮廓形状设置为非对称结构的示意图；

图7为本发明左右对称灰阶光栅轮廓和左右非对称灰阶光栅轮廓对应的光谱曲线图；

图8为本发明灰阶光栅轮廓的变化示意图；

图9为本发明灰阶光栅不同轮廓下对应的带宽的光谱曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、 “下”、 “内”、 “外”“前端”、 “后端”、“两端”、 “一端”、 “另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。此外，术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、 “设置有”、 “连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

本发明提供一种技术方案：一种提高波长选择开关频率间隔分辨率和隔离度的方法，包括：

通讯中不同波长的光束经过WSS光学系统和色散光栅后，会按照波长顺序排列在LCoS表面，并形成椭圆光斑；

且该椭圆光斑的短轴对应色散方向，长轴对应开关方向；

LCoS上不同波长椭圆光斑对应一定宽度的灰阶光栅，该灰阶光栅的宽度决定了带宽；

当灰阶光栅在LCoS上位置和宽度固定，同时波长发生变化时，椭圆光斑位置发生变化，经过WSS耦合形成特性带宽的光谱曲线；

通过单独调制对应波长在LCoS面的灰阶光栅周期，可以实现该波长光束耦合到WSS不同端口，实现波长切换功能。

实施例1，当LCoS面固定的带宽所占像素为6列，即对应相对较小带宽。

如图3所示，灰阶光栅轮廓形状，依次从矩形301，修改为椭圆形302，再修改为菱形303后，对应带宽也发生了改变，如图4所示对应带宽1、带宽2和带宽3,相对矩形轮廓301，灰阶光栅轮廓修改椭圆302或者菱形轮廓303后，带宽的改变正比于椭圆弧度R和菱形角度θ，如果R为反向或者θ为负，则带宽增加，反之减小。

另外，当LCoS面固定的带宽所占像素较多的情况下，即对应较大带宽时，对灰阶光栅轮廓形状进行改变，如图5所示，依次从矩形轮廓灰阶光栅501，修改为弧形轮廓灰阶光栅502，再修改为棱形轮廓灰阶光栅503，同样对应带宽相对矩形轮廓501，灰阶光栅轮廓修改椭圆502或者菱形轮廓503后，带宽的改变正比于椭圆弧度R和菱形角度θ，如果R为反向或者θ为负，则带宽增加，反之减小。

上述实施例中，为了进一步提高中心频率调整分辨率：

还可将灰阶光栅轮廓形状设置为非对称结构，形成如图6所示的，实线轮廓601为左右对称结构，虚线轮廓602为非对称结构，θ1≠θ2，对应光谱曲线如图7 601a和602a所示，从图中看出，光谱曲线的中心频率发生了改变，其该变量与θ1、θ2以及其差值相关，从而提高了中心频率的调整分辨率，使其不受LCoS分辨率和像素尺寸的限制，另外，灰阶光栅轮廓也可以采用椭圆形非对称结构实现中心频率的调整；

上述实施例中，为了进一步提高带宽内的频率隔离度：

还可以通过调整灰阶光栅的形状，并微量改变带宽通道宽度，来提高信号的隔离度；

如图8所示，将灰阶光栅轮廓801改变为灰阶光栅轮廓802，即改变棱形轮廓的角度θ实现通道带宽的改变，同样也可以采用椭圆轮廓或者其他形状的轮廓实现以上功能；

在满足通讯对通带带宽要求的前提下，如图9所示，绘制灰阶光栅轮廓801和灰阶光栅轮廓802对应的光谱曲线，其中灰阶光栅轮廓801所对应的带宽光谱曲线为801a，灰阶光栅轮廓802所对应的带宽光谱曲线为802a；

通过观察可知，在改变灰阶光栅轮廓的同时，轻微改变通道带宽，就可提高带宽通带外信号的对比度，从而提高信号隔离度。

综上所述，为了提高WSS带宽的调整精度并适应不同分辨率的LCoS，采用了轮廓可变灰阶光栅的方法，该方法可以适应不同分辨率和像素尺寸的LCoS，并且具有更高频率间隔和中心频率调整分辨率。

对于本领域技术人员而言，显然发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种提高波长选择开关频率间隔分辨率和隔离度的方法，所述波长选择开关包括：

通讯中不同波长的光束经过WSS光学系统和色散光栅后，按照波长顺序排列在LCoS表面，并形成椭圆形状光斑；

且该椭圆光斑的短轴对应色散方向，长轴对应开关方向；

LCoS面上每个波长的光斑对应一定宽度的灰阶光栅，该灰阶光栅的宽度决定了带宽；

当灰阶光栅在LCoS 上位置和宽度固定，同时波长发生变化时，椭圆光斑相对灰阶光栅的位置发生变化；

通过单独调制对应波长在LCoS面的灰阶光栅周期，使该对应波长光束耦合到WSS不同端口，实现波长切换功能；

将所述LCoS上的不同波长的椭圆光斑，所对应的一定宽度的灰阶光栅进行改变，通过改变该灰阶光栅的轮廓形状和对称性，以适应不同分辨率的LCoS，并提高LCoS有效区域的利用率；

通过改变灰阶光栅轮廓形状参数的方法，调整带宽参数和频率间隔，使带宽和频率间隔调整分辨率不受LCoS像素尺寸的限制；

通过改变灰阶光栅轮廓形状的非对称性，调整带宽的中心频率，使中心频率调整分辨率不受LCoS像素尺寸的限制；

通过改变灰阶光栅轮廓形状参数，调整通带带宽，提高通带外的光谱隔离度，在相同光学系统和LCoS像素尺寸的情况下提高信号隔离度。