การประยุกต์ใช้ตัวปรับแสงเชิงพื้นที่ในสาขาการสื่อสารด้วยแสง

ในระบบสื่อสารใยแก้วนำแสงที่มีสัญญาณทางกายภาพเพื่อควบคุมหรือเปลี่ยนแอมพลิจูด ความถี่ เฟส โพลาไรเซชัน และลักษณะอื่นๆ ของพารามิเตอร์ของตัวพาแสงของกระบวนการเรียกว่าการมอดูเลตแสง บทบาทของการมอดูเลตแสงคือการอนุญาตให้ข้อมูลใช้ลักษณะของคลื่นแสงเองเพื่อให้เกิดการประมวลผลและการส่งผ่านความเร็วสูง และสามารถยับยั้งการรบกวนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้การแพร่กระจายข้อมูลมีเสถียรภาพมากขึ้น ด้วยการนำเทคโนโลยีการแบ่งความยาวคลื่นหนาแน่น (DWDM) มาใช้กันอย่างแพร่หลายและการเติบโตอย่างมากของความสามารถในการส่งสัญญาณใยแก้วนำแสง เทคโนโลยี SDH จึงมีภาระงานมากเกินไปมาเป็นเวลานาน โดยอิงจากสวิตช์เลือกความยาวคลื่น (WSS) ซึ่งเป็นการแทรกและมัลติเพล็กซ์ออปติกแบบปรับเปลี่ยนได้หลายฟังก์ชันรุ่นที่สาม (ROADM) เป็นอุปกรณ์สำคัญในการสร้างเครือข่ายออปติก ...

ข้อดีของระบบ WSS ที่ใช้ LCOS

ระบบ WSS ที่ใช้ LCoS มีผลอย่างมากต่อการออกแบบระบบ ROADM ในอดีต ระบบ WSS ที่ใช้ MEMS จำเป็นต้องกำหนดระยะห่างของแต่ละช่องสัญญาณล่วงหน้า (เช่น 100 GHz หรือ 50 GHz) และไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ในภายหลัง อย่างไรก็ตาม พิกเซลนับล้านบน LCoS สามารถเปลี่ยนระยะห่างของแต่ละช่องสัญญาณได้ตามต้องการ ซึ่งใช้ทรัพยากรความถี่อย่างเต็มที่เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพสเปกตรัมในยุค 100 Gbit/s ขึ้นไป และเปิดยุคของกริดที่ยืดหยุ่น

โครงสร้างเซลล์ LCOS

แผ่นพิกเซลที่กำหนดค่าแรงดันไฟฟ้าอยู่บนชั้นบนสุดของซิลิกอนควบคุม แผ่นเหล่านี้ให้แรงดันไฟฟ้าที่ควบคุมได้กับพิกเซลแต่ละล้านพิกเซล ซึ่งใช้เพื่อสร้างความล่าช้าของเฟสที่ควบคุมได้ซึ่งควบคุมได้ในทิศทางของโพลาไรเซชันหลัก ในทางกายภาพ ความล่าช้าของเฟสเกิดจากโมเลกุลคริสตัลเหลวที่มีโพลาไรซ์สูง ในเชิงแสง โมเลกุลคริสตัลเหลวแต่ละโมเลกุลอาจถือได้ว่าเป็นสายไฟขนาดเล็กที่มีอิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่ไปตามความยาวของสายไฟ เมื่อแผ่นพิกเซลไม่มีประจุ โมเลกุลคริสตัลเหลวเหล่านี้จะนอนราบและยึดเข้าที่ด้วยชั้นสอบเทียบ และตั้งฉากกับคลื่นแสงและขนานกับสนามไฟฟ้าสั่นของคลื่นแสง ปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงระหว่างอิเล็กตรอนในสถานะเกือบอิสระในโมเลกุลคริสตัลเหลวและสนามไฟฟ้าของคลื่นแสงจะกักเก็บพลังงานไว้ชั่วคราว จึงทำให้การส่งผ่านคลื่นช้าลง เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกจ่ายระหว่างชิป CMoS ที่ฝังอยู่ในแผ่นพิกเซลที่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าและชั้นอินเดียมทินออกไซด์บนกระจกด้านบน ปลายของโมเลกุลคริสตัลเหลวแต่ละโมเลกุลจะถูกดึงไปในทิศทางตรงข้ามกัน เมื่อแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้น โมเลกุลของคริสตัลเหลวจะเรียงตัวในทิศทางเดียวกับคลื่นแสงมากขึ้นและตั้งฉากกับสนามไฟฟ้าของคลื่นมากขึ้น ส่งผลให้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลของคริสตัลเหลวและคลื่นแสงอ่อนลงเรื่อยๆ จึงส่งคลื่นได้เร็วขึ้น

หลักการทำงานของ WSS ที่ใช้ LCOS

การใช้พิกเซลนับล้านพิกเซลขึ้นไปบนตัวปรับแสงเชิงพื้นที่ LCoS สามารถควบคุมเฟสสัมพันธ์ของคลื่นแสงที่ตกกระทบบนระนาบได้ และสามารถสร้างกระจกเสมือนมุมฉากสำหรับการเขียนโปรแกรมเฟสที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นได้ สัญญาณออปติกที่มีช่องความยาวคลื่นต่างกันและระยะห่างของช่องสัญญาณต่างกันจะถูกป้อนจากด้านบนของอาร์เรย์ไฟเบอร์ กริดการเลี้ยวเบนแสงจะแบ่งสัญญาณออปติกออกเป็น "รุ้ง" ที่มีความถี่ต่างกันบน LCoS กระจกเสมือนมุมฉากต่างๆ จะถูกตั้งโปรแกรมให้กำหนดให้กับพื้นที่ต่างๆ ของ LCoS เพื่อให้สามารถเปลี่ยนมุมสะท้อนสำหรับความถี่ต่างๆ ได้เล็กน้อย จากนั้น กริดการเลี้ยวเบนแสงจะรวมแสงที่สะท้อนกลับมาจากกระจกเสมือนเหล่านี้ที่ความถี่ต่างๆ เข้าด้วยกันใหม่ ซึ่งจากนั้นจะถูกโฟกัสโดยอาร์เรย์เลนส์และส่งกลับไปยังอาร์เรย์ไฟเบอร์ออปติก

โครงสร้างพื้นฐานของระบบ WSS ที่ใช้ LCOS

ตัวปรับแสงเชิงพื้นที่ของคริสตัลเหลวสามารถเปลี่ยนเฟสของความยาวคลื่นบางค่าได้ตามต้องการ และเส้นทางลำแสงทั้งหมดสามารถย้อนกลับได้ ตัวอย่างเช่น ความยาวคลื่นแสงทั้งหมดจากอินพุตไฟเบอร์แรก ผ่านการปรับเฟสของตัวปรับแสงเชิงพื้นที่ ความยาวคลื่น N-1 อื่นๆ จะเปลี่ยนเฟสของความยาวคลื่นเดียวกัน สะท้อนกลับมาเป็นแบบมัลติเพล็กซ์ใหม่จากเอาต์พุตไฟเบอร์ที่สอง และความต้องการเฟสดาวน์สตรีมสามารถเปลี่ยนแปลงได้แตกต่างกัน โดยสามารถส่งออกจากไฟเบอร์ที่สามได้ สัญญาณที่เกี่ยวข้องสามารถส่งไปยังสาขาดาวน์สตรีมได้

แผนผังการเปลี่ยนเฟส WSS ตาม LCOS

ข้อดีของระบบ WSS ที่ใช้ LCOS

(1) ไม่ขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น: พอร์ตต้นทางและปลายทางแต่ละพอร์ตสามารถกำหนดค่าใหม่ให้มีความยาวคลื่นใดก็ได้

(2) ทิศทางอิสระ: พอร์ตต้นทางและปลายทางแต่ละพอร์ตสามารถกำหนดค่าใหม่เป็นทิศทางใดก็ได้

(3) ไม่มีการแข่งขัน: ความยาวคลื่นเดียวกันในทิศทางต่างๆ สามารถขึ้นและลงได้อย่างยืดหยุ่น

(4) กริดแบบยืดหยุ่น: สามารถบรรลุประสิทธิภาพสเปกตรัมที่ดีขึ้นได้

(5) แบนด์วิดท์ที่ยืดหยุ่นและการใช้พลังงานต่ำ

แน่นอนว่าอุปกรณ์ WSS ที่ใช้ LCOS ก็มีปัญหาทางเทคนิคเช่นกัน เช่น ประสิทธิภาพการเลี้ยวเบนที่ต่ำลงอันเกิดจากเอฟเฟกต์ของสนามแสงขอบ สัญญาณรบกวน และสัญญาณรบกวนข้ามสาย เป็นต้น แต่อุปกรณ์เหล่านี้ก็ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากเหมาะสมอย่างยิ่งกับข้อกำหนดของเครือข่ายออปติคัลทั้งหมดยุคใหม่แบบไม่มีสี ไร้การแยกสัญญาณ ไร้ความขัดแย้ง และกริดที่ยืดหยุ่นได้ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์เหล่านี้ก็ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากเหมาะสมอย่างยิ่งกับข้อกำหนดของเครือข่ายออปติคัลทั้งหมดยุคใหม่แบบไม่มีสี ไร้การแยกสัญญาณ ไร้ความขัดแย้ง และกริดที่ยืดหยุ่นได้