【摘 要】
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随着物联网、云计算、人工智能的发展,互联网的数据流量持续增加,信道传输容量也不断提高。由于传统的光-电-光交换形式存在电子瓶颈和功耗过大的问题,致使交换处理性能难以与信道传输容量相匹配。光交换集成芯片技术被认为是解决上述问题的有效途径。本文通过搭建不同拓扑结构的光交换芯片仿真模型,分析光交换集成芯片的传输性能,为大容量光交换芯片的研制提供参考。论文的主要创新和工作内容如下:1.提出了一种大容量光交
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随着物联网、云计算、人工智能的发展,互联网的数据流量持续增加,信道传输容量也不断提高。由于传统的光-电-光交换形式存在电子瓶颈和功耗过大的问题,致使交换处理性能难以与信道传输容量相匹配。光交换集成芯片技术被认为是解决上述问题的有效途径。本文通过搭建不同拓扑结构的光交换芯片仿真模型,分析光交换集成芯片的传输性能,为大容量光交换芯片的研制提供参考。论文的主要创新和工作内容如下:1.提出了一种大容量光交换集成芯片的仿真方法,其仿真模型由光交换控制单元模拟器和光交换集成芯片仿真器两部分构成。光交换控制单元模拟器用于控制光交换芯片单元的参数和开关状态;光交换集成芯片仿真器用于模拟光交换芯片的物理拓扑结构,它由光开关仿真单元和波导交叉点连接而成。采用上述仿真方法,搭建了Benes、扩张型Benes、S＆S三种拓扑结构的光交换芯片仿真模型,用于分析芯片插入损耗和串扰对高阶调制信号传输性能的影响。2.仿真比较了传统Benes和扩张型Benes两种光交换芯片在200Gb/s系统的传输性能。研究表明,若以接收机灵敏度劣化不超过1d B为界限,前者比后者的光开关单元串扰要求要高6d B以上。具体讲,在16QAM（或64QAM）调制信号下,对于16×16规模的光交换芯片,它们的开关单元所允许的串扰上限分别为-32.8d B（-41.5d B）和-24.6d B（-30d B）;对于32×32规模的光交换芯片,它们的开关单元所允许的串扰上限分别为-33.9d B（-48.3d B）和-27.8d B（-32d B）。3.在相同的传输系统中,仿真了32×32 S＆S光交换芯片的传输性能,并与扩张型Benes结构进行了对比。仍以接收机灵敏度劣化不超过1d B为界限,研究表明,在16QAM（或64QAM）调制信号下,S＆S光交换结构的开关单元串扰要求比扩张型Benes结构要低7.1d B（或7.94d B）。总之,对于相同规模的Benes、扩张型Benes、S＆S三种光交换芯片,S＆S结构对光开关单元串扰的要求最低。
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