Application des modulateurs spatiaux de lumière dans le domaine de la communication optique
Dans les systèmes de communication par fibre optique, le contrôle ou le changement des paramètres de l'amplitude, de la fréquence, de la phase, de la polarisation et d'autres caractéristiques des signaux physiques des porteuses optiques est appelé modulation optique. Le rôle de la modulation optique est de permettre aux informations d'utiliser les caractéristiques de l'onde lumineuse elle-même pour réaliser un traitement et une transmission à grande vitesse, et peut efficacement inhiber les interférences des champs électromagnétiques externes, de sorte que la propagation des informations soit plus stable. Avec la large application de la technologie de multiplexage par répartition en longueur d'onde dense (DWDM) et la croissance énorme de la capacité de transmission par fibre optique, la technologie SDH a longtemps été surchargée, basée sur le commutateur sélectif en longueur d'onde (WSS) en tant que troisième génération d'insertion et de multiplexage optiques reconfigurables multifonctionnels (ROADM) en tant que dispositif clé pour réaliser la prochaine génération de réseau dynamique entièrement optique, ces dernières années par les institutions de recherche dans le domaine de la communication optique attachent une grande importance à, et a connu un développement rapide.
Avantages du WSS basé sur LCOS
Le WSS basé sur LCoS a profondément influencé la conception des systèmes ROADM. Par le passé, le WSS basé sur MEMS nécessitait que l'espacement de chaque canal soit défini à l'avance (par exemple, 100 GHz ou 50 GHz) et ne pouvait pas être modifié par la suite. Cependant, les millions de pixels sur LCoS peuvent modifier l'espacement de chaque canal de manière arbitraire, ce qui utilise pleinement les ressources de fréquence pour améliorer l'efficacité spectrale à l'ère des ultra 100 Gbit/s et ouvre l'ère des grilles flexibles.
Structure cellulaire LCOS

Les plaques de pixels qui configurent la tension se trouvent sur la couche supérieure du silicium de contrôle. Ces plaques donnent à chacun des millions de pixels une tension contrôlée programmable qui est utilisée pour produire un retard de phase contrôlé programmable dans la direction de la polarisation primaire. Physiquement, le retard de phase est généré par des molécules de cristaux liquides hautement polarisées. Optiquement, chaque molécule de cristal liquide peut être considérée comme un fil miniature avec un électron libre de se déplacer le long de la longueur du fil. Lorsque la plaque de pixels n'est pas chargée, ces molécules de cristaux liquides sont toutes à plat et maintenues en place par une couche d'étalonnage et sont perpendiculaires à l'onde lumineuse et parallèles au champ électrique oscillant de l'onde lumineuse. La forte interaction entre les électrons à l'état quasi libre dans les molécules de cristaux liquides et le champ électrique de l'onde lumineuse stocke temporairement de l'énergie, ralentissant ainsi la transmission de l'onde. Lorsqu'une tension est appliquée entre la puce CMoS intégrée dans la plaque de pixels régulée en tension et la couche d'oxyde d'étain et d'indium sur le verre supérieur, les extrémités de chaque molécule de cristal liquide sont tirées dans des directions opposées. À mesure que la tension augmente, les molécules de cristal liquide deviennent de plus en plus alignées avec la direction de l'onde lumineuse et de plus en plus perpendiculaires au champ électrique de l'onde, ce qui entraîne une interaction de plus en plus faible entre les molécules de cristal liquide et l'onde lumineuse, de sorte que l'onde est transmise plus rapidement.
Principe de fonctionnement du WSS basé sur LCOS
En utilisant des millions de pixels ou plus sur un modulateur spatial de lumière LCoS, la phase relative de l'onde lumineuse incidente sur le plan peut être contrôlée et des miroirs virtuels inclinés peuvent être fabriqués pour une programmation de phase plus complexe. Des signaux optiques avec des canaux de longueur d'onde différents et un espacement de canal variable sont alimentés par le haut du réseau de fibres. Un réseau de diffraction divise le signal optique en un « arc-en-ciel » de différentes fréquences sur le LCoS. Différents miroirs virtuels inclinés sont programmés pour être attribués à différentes zones du LCoS afin qu'ils puissent légèrement modifier l'angle de réflexion pour différentes fréquences. Le réseau de diffraction recombine ensuite la lumière réfléchie par ces miroirs virtuels à différentes fréquences, qui est ensuite focalisée par le réseau de lentilles et retransmise au réseau de fibres optiques.

Structure de base du WSS basé sur LCOS
Le modulateur spatial de lumière à cristaux liquides peut modifier la phase d'une certaine longueur d'onde selon les besoins, et tous les trajets de faisceau sont réversibles. Par exemple, toutes les longueurs d'onde lumineuses provenant de la première entrée de fibre sont modulées en phase par le modulateur spatial de lumière, les autres longueurs d'onde N-1 changent de phase, puis sont réfléchies et remultiplexées à partir de la deuxième sortie de fibre. Et si la phase en aval est modifiée différemment, elle peut être émise à partir de la troisième fibre et le signal correspondant peut être transmis à la branche en aval.

Schéma de routage de changement de phase WSS basé sur LCOS
Avantages du WSS basé sur LCOS
(1) Indépendant de la longueur d'onde : chaque port en amont et en aval peut être reconfiguré sur n'importe quelle longueur d'onde ;
(2) Indépendant de la direction : chaque port en amont et en aval peut être reconfiguré dans n'importe quelle direction ;
(3) Non compétitif : la même longueur d'onde dans différentes directions peut être déplacée de manière flexible vers le haut et vers le bas ;
(4) Grille flexible : une meilleure efficacité spectrale peut être obtenue ;
(5) Bande passante flexible et faible consommation d’énergie ;
Bien entendu, les dispositifs WSS basés sur LCOS présentent également des difficultés techniques, telles qu'une efficacité de diffraction inférieure causée par les effets de champ de franges, le bruit et la diaphonie, etc., mais ils sont de plus en plus largement utilisés car ils sont très adaptés aux exigences de Colorless, Derectionless, Contentionless et FlexibleGrid de la nouvelle génération de réseaux tout optiques.