硅基液晶技术与可重构全光通信网络

杨海宁， 李 昆， 初大平

(1. 东南大学 电子科学与工程学院，江苏 南京210096；2. 剑芯光电科技有限公司，江苏 南京210000；3. 剑桥大学 工程系 光电器件及传感器中心，英国 剑桥 CB3 0FA)

1 引 言

经过近20年的发展，可重构全光分插复用器系统(Reconfigurable Optical Add/drop Multiplexer, ROADM)[1-3]已经成为现代光纤通信网络[4-5]的核心组件。ROADM可以使光纤通信网络运营商在网络结点处实现波长级的路径调度和恢复[6]，极大地提升了网络的可重构性和鲁棒性。同时，ROADM系统中的波长路径切换完全在光层完成，不需要传统的光-电-光转换过程。因此，ROADM技术对波长信道的速率和调制模式不敏感，一旦部署一般可以持续服务10年以上。另外，相比于依赖高速集成电路芯片的光-电-光转换信道调度，ROADM的全光交换特性还可以大幅降低网络的功耗。由于以上优点，ROADM技术不仅可以大幅降低光纤通信网络的投资成本(Capital Expenses, CapEx)[7-8]，还可以大量节省其运营成本(Operational Expenses, OpEx)[9]，在世界各地得到了广泛的部署。

波长选择开关(Wavelength Selective Switch, WSS)[10-12]是ROADM系统的核心组成部分。WSS通常具有一个输入端口和N个输出端口。WSS可以将输入端口接收到的任意波长信道切换至任意输出端口。一个ROADM系统通常由多个WSS配对级联组成。早期WSS可以基于硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon, LCOS)技术[13-14]、液晶技术(Liquid Crystal, LC)[15]或者Micro Electromechanical System (MEMS)技术[12,16]。基于LCOS技术的WSS具有高端口数目，且支持灵活栅格(Flex-grid)标准[17]，可大幅提升全光通信网络的传输容量。因此，近年来基于LCOS技术的WSS器件成为业界的主流选择。

LCOS器件是由CMOS硅基电路背板和液晶光学元件组成的混合光电芯片，可以实现空间光调制的作用。根据液晶设置不同，LCOS器件可以分为振幅型[18-19]和相位型[20-21]。……