CN100520463C - 可变光衰减器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对耦合到端口中的光束进行可控衰减的方法，该方法包括引导所述光束射向反射镜，并控制所述反射镜的方向，使得所述光束的预定部分被耦合到所述端口。所述预定部分少于与所述光束到所述端口的最优耦合相对应的最大部分。所述方法可以用可变光衰减器(47)来实现，其包括第一端口(2)、第二端口(26)、反射镜(12)和控制器(18)，所述反射镜(12)被放置来将第一端口输出的光(8a)引导到第二端口，所述控制器(18)耦合到反射镜以对其进行校准，使得光的预定部分被耦合到第二端口中。所述方法还可以用光交换器来实现。

Description

可变光衰减器
技术领域
本发明涉及光纤交叉连接交换。更具体地说，它涉及在密集波分复用的光交叉连接系统中的负载平衡(load balancing)。
背景技术
伴随着信息革命，需要将信息传输的速率提高许多数量级。这可以用光纤和密集波分复用(DWDM)的方法来实现，其中使用光复接器将多个波道(wavelength channel)复接到一根光纤上，而每个波道包括不同波长的窄带光并且传送不同的信息。在光纤的输出端可以使用光分接器(optical demultiplexer)来分离在不同的波道上所传送的光信号。
可以使用光纤交叉连接交换器将某一特定光纤上的一些或所有波道上的光信号引导到其它光纤。这种光纤交叉连接交换器包括以下文件中所描述的那些器件：美国专利申请案卷号No.M-10967 US、美国专利申请案卷号No.M-11418 US和美国专利申请案卷号No.M-11745 US，以上文件的全部内容都作为参考而包含在本文件中。因此，光纤中不同波道上的光信号可能来自不同的地点，并且在光纤中传输经过不同的距离。由于光在传输通过光纤的过程中，一般会正比于其在光纤中经过的距离而衰减一定的量，因此光纤中的各个波道可能具有不同的功率电平。
诸如掺铒光纤放大器(EDFA)的光放大器可以放大很宽的波长带(跨越很多波道)，因而可以补偿光纤中的传输损耗。然而，如果光纤所传送的各个波道上的功率电平在光放大器的输入端不近乎相等，则具有最高功率的一个或多个波道可能使增益饱和。在这种情况下，低功率波道可能得不到充分放大。
可变光衰减器是这样一种光学器件，通过使用它，就可以将输入光信号的幅度或功率电平衰减一个可变量，从而使输出光信号具有预期的幅度或功率电平。在“负载平衡”或“负载均衡”(load equalization)过程中，光纤上的每个波道被路由通过一个独立的可变光衰减器，从而光纤上各个波道的功率电平可以基本上实现均衡。例如在美国专利No.5,864,643和6,130,984中对可变光衰减器进行了描述。这些器件需要将额外的硬件插入到光网络中。这些额外的硬件可能比较昂贵，需要额外的物理空间，并且可能对光信号造成不希望的衰减。
希望在不插入额外光元件的条件下，可以将可变光衰减器的功能包含到光网络中。
发明内容
根据本发明的实施例，一种可变光衰减器包括：第一端口；第二端口；反射镜，其被放置为将第一端口输出的光引导到第二端口；控制器，其耦合到反射镜以校准反射镜，使得第一端口所输出的光的预定部分被耦合到第二端口中，其中所述预定部分少于与光到第二端口的最优耦合相对应的最大部分；激光器，用于输出控制光束；第一分光镜，用于将控制光束反射到反射镜；以及第二分光镜，用于接收来自反射镜的控制光束并将控制光束反射到位置传感检测器，所述位置传感检测器用于接收控制光束并将指示控制光束在位置传感检测器上入射位置的信号耦合到控制器。
根据本发明的实施例，一种对耦合到端口中的光束进行可控衰减的方法包括：引导所述光束射向反射镜，并且控制所述反射镜的方向，使得所述光束的预定部分被耦合到所述端口中。所述预定部分少于与所述光束到所述端口的最优耦合相对应的最大部分。该方法还包括：输出控制光束；使用第一分光镜将控制光束反射到反射镜；将控制光束从反射镜反射到第二分光镜；将来自第二分光镜的控制光束耦合到位置传感检测器；以及将指示控制光束在位置传感检测器上入射位置的信号从位置传感检测器耦合到控制器。在一个实施例中，用可变光衰减器来实现这种方法，该可变光衰减器包括第一端口、第二端口、反射镜和控制器，所述反射镜被放置为将所述第一端口输出的光引导到所述第二端口，所述控制器耦合到所述反射镜以校准该反射镜，使得光的预定部分被耦合到所述第二端口中。所述端口可以是光纤或包括光纤。
在一种实施方案中，可变光衰减器包括第二反射镜，其被放置为将所述第一端口输出并经所述第一反射镜反射的光引导到所述第二端口。所述控制器也被耦合到所述第二反射镜，用于对其进行校准，使得光的预定部分被耦合到所述第二端口中。在光束的光路中使用两个可控反射镜，这样就实现了对所述第二端口上光束的入射位置和角度的分别控制。
可以使用多种方法对可变光衰减器中的一个或多个反射镜进行控制。在一种实施方案中，对耦合到第二端口中的光的功率进行测量，并且反射镜的方向被控制为将该功率保持为预定的电平。在另一种实施方案中，从一个查找表中选择对应于上述预定部分的反射镜的方向。在另一种实施方案中，引导校准光束射向反射镜，并且该反射镜的方向被控制为将所述校准光束引导到位置传感检测器上的预定位置。该预定位置对应于上述预定部分。
在另一个实施例中，一种光交换器包括第一批端口、第二批端口、放置于第一表面上的第一批反射镜、放置于第二表面上的第二批反射镜和控制器，所述控制器被耦合来校准所述第一批反射镜中的每一个和所述第二批反射镜中的每一个，使得从所述第一批端口输出的光的预定部分被耦合到所述第二批端口中的各个端口中。所述预定部分少于与所述第一批端口输出的光到所述第二批端口的最优耦合相对应的最大部分。所述光交换器还包括用于将多个控制光束反射到第一批反射镜的第一批分光镜，以及用于接收来自第一批反射镜的多个控制光束并将所述多个控制光束反射到位置传感检测器的第二批分光镜，所述位置传感检测器用于接收所述多个控制光束并将指示所述多个控制光束在位置传感检测器上多个入射位置的多个信号耦合到控制器。例如，这个实施例可以用来对多个DWDM波道进行负载平衡。
根据本发明的实施例，一种对复接到一根光纤上的多个波道的功率电平进行均衡(负载平衡)的方法包括：从所述光纤中分接出多个波道以形成多个光束，每个光束由一个单独的波道形成；测量每个波道的功率电平；引导每一个光束射向多个反射镜中的一个单独的反射镜；并且控制所述反射镜之一的方向，使得被引导射向该反射镜的光束的预定部分被耦合到一个端口中。所述预定部分少于与所述光束到所述端口的最优耦合相对应的最大部分。所述方法还包括：使用第一组分光镜将控制光束反射到反射镜；将来自反射镜的控制光束反射到第二组分光镜；将来自第二组分光镜的控制光束耦合到位置传感检测器；以及将指示控制光束在位置传感检测器上入射位置的信号从位置传感检测器耦合到控制器。
可以在光交叉连接交换器中实现根据本发明多个实施例的可变光衰减器。在这些实施例中，可变光衰减器的端口和反射镜也可以支持光交叉连接交换器中的交换功能。光交叉连接交换器一般被设计并操作用来对耦合到该交换器的所有光信号实现最小的插入损耗。然而，发明人已经认识到，通过可控地校偏(misalign)用于交换光信号的多个反射镜来控制各个光信号的插入损耗，这样就可以实现可变衰减。因而，就可以将一个或多个可变光衰减器的功能有利地集成到光网络中，而无需插入额外的光学元件。
附图说明
图1示意性地图示了根据本发明一个实施例的可变光衰减器。
图2A-2C示意性地图示了图1中实施例的可变光衰减器的一部分。
图3示意性地图示了根据本发明另一个实施例的可变光衰减器。
图4示意性地图示了一个光纤交叉连接交换器，其中实现了根据本发明一个实施例的可变光衰减器。
图5中的曲线图示出了根据本发明的一个实施例，耦合到光纤中的光功率的衰减与光束相对于该光纤的校偏之间的关系。
在各幅附图中，同样的标号指示各实施例中的相同部件。附图中的尺寸不一定是按比例的。
具体实施方式
通过有控制地校偏一个或多个将光引导到光纤的反射镜，根据本发明实施例的可变光衰减器对耦合到所述光纤中的光进行可变衰减。下面将描述多个实施例，其中可变地衰减一个或多个光信号，并且其中例如使用对衰减后的光信号的功率的测量结果，或者使用对与所要衰减的光信号分开的控制光束的位置的测量结果，就可以实现一个或多个反射镜的受控校偏。
参考图1，根据本发明的一个实施例，光纤2传送的光将在可变光衰减器1中衰减一个受控的量。在传统的DWDM中，光纤2可以传送具有多个波长的光。在一种实施方案中，光纤2所传送的光具有大约1310纳米(nm)或约1550nm的波长。光纤2例如是常见的Corning公司的SMF-28单模光纤，其具有大约8微米(μm)的纤芯直径和大约125μm的包层直径。也可以使用其它适于光通信应用的光纤。
光纤2输出呈发散圆锥状的光，由透镜6对其进行准直或轻微聚焦，以形成光束8。透镜6例如是由BK 7光学玻璃制成的常见的平凸透镜，其具有大约4毫米(mm)的焦距。光束8入射到分光镜10上，分光镜10将光束8分割为入射到反射镜12上的光束8a和入射到光电检测器14上的光束8b。光电检测器14例如是常见的InGaAs光电二极管。可从以下公司获得适用的InGaAs光电二极管，例如新泽西州Bridgewater的Hamamatsu公司和加利福尼亚州Camarillo的Telcom Devices公司。
在一种实施方案中，分光镜10是由BK 7光学玻璃制成的立方分光镜，其所具有的介质膜(dielectric coating)对约1200nm到约1700nm的红外波长具有大约2％的反射率。在另一种实施方案中，分光镜10是由BK7光学玻璃制成的二色立方分光镜，其所具有的绝缘涂层对约1200nm到约1700nm的红外波长具有大约2％的反射率，并对约600nm到约850nm的波长具有大约40％到60％的反射率，该反射率优选地大约为50％。可从以下公司获得这种分光镜，例如加利福尼亚州Gardena的Harold JohnsonOptical Laboratories公司。例如，可以从加利福尼亚州Torrance的ZC&RCoatings For Optics公司获得适用于所述分光镜的膜。
可以对这种二色分光镜的反射率进行选择，例如能够将远程通信中所使用的光的波长(例如1200nm-1700nm)与另一个在下述某些实施例中使用的、用于控制光束的非远程通信波长范围(例如600nm-850nm)至少部分地分开。
再次参考图1，反射镜12引导从分光镜10入射的光束8a通过(可选的)分光镜22(如果它存在的话)射向透镜24。在一些实施方案中，透镜6将光束8a聚焦到透镜6和透镜24之间沿着光束8a的某个光腰(waist)位置。这种聚焦可以在整个可变光衰减器1中保持光束8a相对较小的直径，并因此减少例如因衍射引起的非受控的光损耗。
反射镜12耦合到致动器(actuator)16，控制系统18利用经由电线20而提供的电信号对所述致动器16进行控制，从而在任意方向的范围(dθ，dφ)内对反射镜12进行定向。这个方向范围使得反射镜12以一个相对于透镜24的光轴28(见图2A-2C)的受控角度范围，将光束8a引导到透镜24的表面25上的一个受控位置范围。
在一种实施方案中，反射镜12和致动器16分别是微机电系统(MEMS)微反射镜和MEMS致动器，例如在美国专利申请序列号09/779,189中所描述的那样，在此通过参考而包含了该申请的全部内容。也可以使用其它的微反射镜。在这样一种实施方案中，反射镜12可以是可自由旋转的MEMS微反射镜，例如由静电、电磁、压电或热致动装置来将其致动。反射镜12例如可以是大致椭圆形的，其大直径和小直径分别约为1.0mm和0.9mm。控制系统18例如可以是对基于MEMS的光交换器的控制系统，例如在美国专利申请案卷号No.M-11419 US和美国专利申请案卷号No.M-11502 US中所公开的控制系统，在此通过参考而包含了这两个申请的全部内容。
在其它一些实施方案中，反射镜12可以是具有对约1200nm到约1700nm的波长反射性强的金属或介质膜的传统反射镜。致动器16可以是例如由传统的步进电机或传统的压电致动器所致动的传统反射镜底座。控制系统18例如可以包括微处理器和传统的步进电机驱动器或传统的压电驱动器。
透镜24将从反射镜12入射的光束8a聚焦到光纤26上。例如，在一种实施方案中，光纤26的表面25大约就在透镜24的焦平面上。参考图2A-2C，透镜24被放置为使其光轴28大约在光纤26的纤芯26a的中心。透镜24例如可以是由BK 7光学玻璃制成的传统平凸透镜，并且具有约4mm的焦距。光纤26包括环绕纤芯26a的包层26b。
本领域的普通技术人员将会认识到，透镜24可以将光束8a耦合到光纤26的纤芯(例如，基本)光模中和/或耦合到光纤26的包层模中。在光纤26的纤芯模中的光的功率分布集中在纤芯26a中，虽然这种纤芯模的功率分布还是有一部分在包层26b中传播。耦合到纤芯模中的光可以传播很长的距离而几乎没有衰减。相反，光纤26的包层模中的功率分布集中在包层26b中。
在入射到光纤26的纤芯26a上的光束8a中，只有相对于光轴28的角度小于(由纤芯26a和包层26b的折射率所确定的)接受角(acceptanceangle)的那部分光束才能有效地耦合到光纤26的纤芯模中。因此，光束8a中被耦合到光纤26纤芯模中的部分取决于光束8a入射到透镜24上的位置，以及光束8a相对于光轴28的角度。例如，在图2A中，光束8a大致平行于光轴28而入射到透镜24的大约中心部位，并在虚线27所表示的接受角θA之内完全聚焦到纤芯26a上。因此，光束8a被大致校准为最大耦合到光纤26的纤芯模中。光纤26在空气中的接受角例如可以约为7.5°(数值孔径约为0.13)。本领域的普通技术人员将会认识到，耦合到光纤26的纤芯模中的最大光功率一般少于光束8a的总光功率，这是例如在表面25上的菲涅耳(Fresnel)反射损耗造成的。
相反，在图2B中，光束8a以相对于光轴28足够大的角度θ入射到透镜24上，使得光束8a落在纤芯26a以外而完全聚焦到包层26b上。因此，没有或几乎没有任何光束8a被耦合到光纤26的纤芯模中。而耦合到光纤26的包层模中的光接着被例如常用的包层模剥离器30(见图1)去除。本领域的普通技术人员将会认识到，耦合到光纤的包层模中的光在传输过程中一般都会快速衰减，特别是在光纤被盘绕或进行其它弯曲的时候。因此，在其它实施方案中不使用包层模剥离器30。因为耦合到光纤26的包层模中的光将随后被去除或衰减，所以这里所描述的耦合到光纤26中的光指的是耦合到光纤26的纤芯模中的光，而不是耦合到例如光纤26的包层模中的光。
图2A和2B示出了对光束8a的两种校准，它们对耦合到光纤26中的光分别产生近似的最小衰减和最大衰减。控制系统18可以控制反射镜12的方向，以将光束8a校准到图2A和2B所示位置的中间，因而使得耦合到光纤26中的光的衰减在近似的最小和最大的衰减电平之间变化。例如，在图2C中，光束8a以相对于光轴28小于图2B所示角度的角θ入射到透镜24上，因而同时聚焦到光纤26的纤芯26a上和包层26b上。光束8a中以小于光纤26的接受角的角度聚焦到表面25上的那一部分光束将被耦合到光纤26的纤芯模中。光束8a的另一部分可能会被耦合到光纤26的包层模中，随后如上所述地被去除。
参考图5，曲线29是一种实施方案中耦合到光纤26中的光功率衰减图，所述的光功率衰减是光束8a的中心在表面25处距离光纤26的纤芯26a的中心的偏移量的函数。在这个实施方案中，透镜24的焦距大约为4mm，光束8a在透镜24处的直径大约为0.8mm，光纤26的纤芯26a的直径约为8μm，而表面25大约位于透镜24的焦平面上。如曲线29所示，在本实施方案中，聚焦光束的中心和光纤26的中心之间的约18μm的偏移量导致了约60分贝(dB)的衰减。这个偏移量对应于光束8a相对于光轴28(见图2A-2C)大约0.25°的校偏。光束8a的这种校偏可以通过将反射镜12校偏约0.125°来实现，这是因为光束8a的角位移两倍于反射镜12的角位移。
在许多光通信应用中，所需的最大光衰减大约是30dB。曲线29在约30dB衰减处的斜率用直线31来表示，其大约是每0.22μm的偏移量对应于1dB的衰减。这相当于光束8a每相对于光轴28校偏0.01°就产生约3dB的衰减。因此，以高于约0.005°的分辨率对反射镜12的方向进行控制，这样就能够以高于约3dB的分辨率来控制耦合到光纤26中的光的功率衰减。可以在以下文件中所描述的光纤交叉连接交换器中实现这种角分辨率，例如美国专利申请案卷号No.M-10967 US、美国专利申请案卷号No.M-11418 US和美国专利申请案卷号No.M-11745 US。当然，用来对衰减进行控制的分辨率会随着用来对反射镜进行控制的角分辨率的提高而提高。其它实施方案中的衰减曲线与曲线29类似。
可以用多种方法来实现反射镜12的受控校偏，以对合到光纤26中的光进行衰减。再次参考图1，控制系统18经由电线32从光电检测器14接收与光束8b中的(因而与光束8a中的)光功率相对应的电信号。控制系统18从这些电信号中确定光束8a应被衰减的量。在一个实施例中，(可选的)传统的光纤耦合器34将耦合到光纤26中的一部分光引导到(可选的)光电检测器36。光电检测器36可以是常见的InGaAs光电二极管，它经由电线38，向控制系统18提供与耦合到光纤26中的光功率相对应的信号。控制系统18控制反射镜12的方向，使得光电检测器36所提供的电信号指示出耦合到光纤26中的光已被衰减到预期的功率电平。因此，在这个实施例中，通过由控制系统18、致动器16、反射镜12和光电检测器36所形成的反馈环路，就可以对耦合到光纤26中的光的衰减进行控制。
在另一个实施例中，存储在控制系统18内的计算机可读介质(存储器18a)中的查找表将反射镜12的方向与耦合到光纤26中的光的衰减联系起来。在这个实施例中，控制系统18由接收自光电检测器14的电信号来确定光束8a应被衰减的量，从所述查找表(其包含在衰减量和反射镜的方向之间建立相关性信息)中读取反射镜12的所需方向，并由此控制致动器16来将反射镜12定向。至于如何生成所述查找表，例如可以利用光电检测器14和36，测量耦合到光纤26中的光相对于反射镜12的一系列不同方向中每个方向的衰减而得到。
在其它实施例中，使用对与所要衰减的光信号分开的一个或多个控制光束的位置测量结果，来实现对反射镜12的受控校偏。在这些实施例中，用来对反射镜12进行控制的方法类似于或相同于在以下文件中所公开的、用于对光纤交叉连接交换器中的反射镜方向进行控制的方法，这些文件例如是以下美国专利申请：案卷号No.M-10967 US、案卷号No.M-11418 US、案卷号No.M-11419 US、案卷号No.M-11502 US和案卷号No.M-11745 US。
例如，在一种实施方案中，(图1中的)激光器40所输出的控制光束42入射到二色分光镜10上。在一些实施方案中，控制光束42的波长是一般不在远程通信中使用的波长。例如，在一种实施方案中，激光器40是发射约660nm波长的光的传统激光器。二色分光镜10将光束42反射到反射镜12上，该反射镜12又将控制光束42引导到二色分光镜22。二色分光镜22再将控制光束42反射到位置传感检测器44。因此，控制光束42入射到位置传感检测器44上的位置是由反射镜12的方向来决定的。二色分光镜22例如基本上和二色分光镜10相同。例如可从加利福尼亚州Hawthorne的UDT Sensors公司和加利福尼亚州Westlake Village的PacificSilicon Sensor公司获得适合的位置传感检测器。
位置传感检测器44将指示了控制光束42入射于其上的位置的信号经由电线46提供给控制系统18。存储在控制系统18内的存储器18a中的查找表将耦合到光纤26中的光的衰减与控制光束42入射到位置传感检测器44上的位置联系起来。在这个实施方案中，控制系统18由接收自光电检测器14的电信号来确定光束8a应被衰减的量，从所述查找表中确定控制光束42应被引导到位置传感检测器44上的哪个对应位置，并控制反射镜12的方向以将控制光束42引导到那个位置。至于如何生成本实施方案中所使用的查找表，可以对于反射镜12的一系列不同方向中的每个方向，测量耦合到光纤26中的光的衰减与控制光束42入射到位置传感检测器44上的位置而得到。
图1中的可变光衰减器1只包括一个反射镜(反射镜12)，该反射镜的方向是由控制系统18在方向范围(dθ，dφ)内进行控制的。利用这一单个的受控反射镜，无法对光束8a在表面25上的入射角和光束8a在表面25上的入射位置(见图2A-2C)进行分别控制。
在其它实施例中，通过两个或更多个反射镜将光束8a引导到光纤26，所述反射镜的方向由控制器18控制。例如，图3中所示的可变光衰减器47除了图1所示的元件之外，还包括耦合到致动器50上的反射镜48。致动器50由控制系统18通过经由电线52而提供的电信号来控制，以在任意方向的范围(dθ，dφ)内对反射镜48进行定向。反射镜12和48中的一个或两个可按上述方法进行可控校偏，从而可变地衰减耦合到光纤26中的光。在光束8a的光路中使用两个可控反射镜，这样就能够分别控制光束8a在表面25上的入射角以及光束8a在表面25上的入射位置。这使得可以更好地对耦合到光纤26中的光进行控制。在一些实施例中，透镜6将光束8a聚焦到沿着反射镜12和反射镜48之间的光束8a上的一个光腰位置。这种聚焦能够在整个可变光衰减器47中保持光束8a相对较小的直径，并因此减少非受控的光损耗。
可以在以下文件中所描述的光纤交叉连接交换器中实现根据本发明实施例的可变光衰减器，这些文件例如是美国专利申请案卷号No.M-10967US、美国专利申请案卷号No.M-11418 US和美国专利申请案卷号No.M-11745 US。具体地说，反射镜12和48(见图3)可以是这样的反射镜，即，其在光纤交叉连接交换器中被定向以将来自输入端口(光纤2)的光耦合到输出端口(光纤26)。虽然图1和3仅示出了一个输入光纤2和一个输出光纤26，但是在其中根据本发明的实施例实现了可变光衰减器的光纤交叉连接交换器一般都有多个输入和多个输出。在穿过这种交换器的典型光路中，通过一个输入端口进入交换器的光入射到第一二维微机械反射镜阵列中对应的第一微机械反射镜上。所述第一微机械反射镜可以在任意方向的范围(dθ，dφ)内被定向，它被倾斜以将所述光引导到第二二维微机械反射镜阵列中的第二微机械反射镜上。所述第二微机械反射镜也可以在任意方向的范围(dθ，dφ)内被定向，它被倾斜以将所述光引导到对应的输出端口，进而离开所述交换器。
要想将光从它一开始被引向的输出端口交换到另一个输出端口，可以重新定向所述第一微机械反射镜以将所述光引向所述第二微机械反射镜阵列中的另一个(即，第三)微机械反射镜，然后定向所述第三微机械反射镜，以将所述光引导到其对应的输出端口。这些微机械反射镜可以被最优地校准为将最大量的光耦合到输出端口中，或者被可控地校偏以对耦合到输出端口中的光进行可变衰减。这样做的优点在于，可以将可变光衰减器的功能添加到光网络中，而无需插入额外的光学元件，因为在这些交换器中一般都存在如分光镜10和光电检测器14(见图1)所提供的功率传感功能以用于控制和监视目的。按此方式，在任意输入端口进入交换器的光都能以适当的衰减被引向任一输出端口。
例如，参考图4，(基本上类似于美国专利申请案卷号No.M-10967US、美国专利申请案卷号No.M-11418 US和美国专利申请案卷号No.M-11745 US中所描述的)光纤交叉连接交换器53将N个输入光纤54-1到54-N中的任意一个所传送的光路由到N个输出光纤56-1到56-N中的任意一个，而且还根据本发明的实施例来执行可变的光衰减功能。在图4所示的实施方案中，输入光纤的数量等于输出光纤的数量。其它的实施方案包括N个输入光纤和P个输出光纤，或者N<P或者N>P。通常，N和P都大于1000。例如，在一种实施方案中，N为1200，而P＝N。
光纤54-1到54-N输出多束发散圆锥形光，分别由透镜60-1到60-N对其进行准直或轻微聚焦，以分别形成入射到分光镜10上的光束62-1到62-N。虽然为了图示方便，将图4中所示的光纤54-1到54-N排成一列，但是通常都按二维阵列来排列光纤54-1到54-N的末端。透镜60-1到60-N可以和图1中的透镜6相同。或者，透镜60-1到60-N可以是排列为二维小透镜阵列的多个小透镜(小型透镜)，该阵列有时被称为微透镜阵列(microlens array)。
分光镜10将光束62-1到62-N分割为光束66-1到66-N和光束68-1到68-N。光束66-1到66-N分别入射到透镜70-1到70-N上，这些透镜将所述光束聚焦到输入传感器72上独立的点上。输入传感器72检测光束66-1到66-N中每一个光束的强度，并经由总线74将相应的电信号提供给控制系统18。输入传感器72例如是具有128×128像素阵列的SU128-1.7RT红外照相机，该产品可以从新泽西州Princeton的Sensors Unlimited公司获得。
光束68-1到68-N分别入射到微反射镜阵列76中的微反射镜76-1到76-N上。通常，微反射镜76-1到76-N都排列成与透镜60-1到60-N和光纤54-1到54-N的阵列相对应的二维阵列。在一些实施方案中，在沿着反射镜阵列76平行于(由光束68-1到68-N和在这些光束与反射镜阵列76相交的点上垂直于反射镜阵列76的法线轴形成的)光束68-1到68-N的入射面的方向上，微反射镜76-1到76-N的间距(pitch)相比于透镜60-1到60-N的对应间距拉长了，使得入射的光束68-1到68-N大致位于微反射镜76-1到76-N的中心。微反射镜76-1到76-N的方向可由控制系统18通过经总线78传送的电信号，在任意角度范围(dθ，dφ)内单独进行控制。例如，微反射镜阵列76是美国专利申请序号No.09/779,189中所描述的MEMS微反射镜阵列。
在所图示的实施例中，微反射镜76-1到76-N将光束68-1到68-N分别反射到折叠反射镜80上。折叠反射镜80将光束68-1到68-N反射到微反射镜阵列82上。微反射镜阵列82包括N个微反射镜82-1到82-N。微反射镜82-1到82-N的方向可由控制系统18通过经总线83传送的电信号，在任意角度范围(dθ，dφ)内分别进行控制。在一种实施方案中，微反射镜阵列76和82基本相同。
在所图示的实施例中，可对微反射镜76-1到76-N中的每一个进行控制，以通过折叠反射镜80，将从光纤54-1到54-N中对应的一个光纤入射到该微反射镜上的一个光束反射到微反射镜82-1到82-N的任意一个上。因此，控制系统18可以控制微反射镜76-1到76-N的方向，以通过折叠反射镜80，将光束68-1到68-N中的任意一个反射到微反射镜82-1到82-N中任意一个的大致中心处。例如，图4示出了分别反射到微反射镜82-K、82-J和82-I上的光束68-1、68-2和68-N。微反射镜82-K、82-J和82-I可以是微反射镜82-1到82-N中的任何三个，它们不必彼此相邻。在其它实施例中，可控制微反射镜76-1到76-N将光束68-1到68-N反射到微反射镜82-1到82-N中的任意一个，而不必使用折叠反射镜例如折叠反射镜80。例如，在一些这样的实施例中，微反射镜76-1到76-N可以直接将光束68-1到68-N反射到微反射镜82-1到82-N中的任意一个。
控制系统18控制微反射镜82-1到82-N的方向，以将从微反射镜76入射到它们之上的光束分别反射到透镜84-1到84-N。图4示出了微反射镜82-I、82-J和82-K分别将光束68-N、68-2和68-1反射到透镜84-I、84-J和84-K。然而，应当理解，可以控制微反射镜82-1到82-N中的每个特定微反射镜，以将光束68-1到68-N中入射于其上的任意一条光束反射到透镜84-1到84-N中对应于这个特定微反射镜的那一个。例如，微反射镜82-1被控制来将光束68-1到68-N中入射于其上的任意一条光束反射到透镜84-1。
透镜84-1到84-N将分别由微反射镜82-1到82-N反射来的光分别聚焦到光纤56-1到56-N。透镜84-1到84-N例如可以和透镜60-1到60-N基本相同。
控制系统18由输入传感器72所提供的电信号来确定光束68-1到68-N所必须衰减的量，并例如通过以上所公开的方法(例如，使用控制光束和位置传感检测器)，来控制微反射镜76-1到76-N和82-1到82-N的方向，从而可变地衰减光束和/或在输出光纤56-1到56-N之间交换光束。
在一个实施例中，光交叉连接交换器53的可变衰减功能被用来大致均衡(负载平衡)单根光纤上M个密集波分复用的波道，其中M≤N(N是输入端口的数量)。所述波道中的每一个波道都包括单独波长范围的光。使用传统的光分接器从光纤上分接出各个波道，并且每一个都被耦合到输入光纤54-1到54-N中的M根光纤的单独一个上。控制系统18由它从输入传感器72接收的电信号来确定这M个波道的功率电平，并控制反射镜阵列76和82，将对应于各个波道的M个光束中的每一条都路由到输出光纤56-1到56-N中的M根光纤的单独一个上。最低功率的波道例如以接近最小的衰减被路由到它对应的输出光纤。通过如上所述地对反射镜阵列76和82中的微反射镜进行可控校偏，其它波道的功率电平例如被衰减到接近于最低功率波道的功率电平。然后，耦合到M个输出光纤上的传统光复接器将所述多个波道复接到单根光纤上。
虽然用特定的实施例描述了本发明，但是本发明意图包括落入所附权利要求范围内的所有变化和修改。

Claims (29)

1.一种可变光衰减器，包括：
第一端口；
第二端口；
反射镜，其被放置为将所述第一端口输出的光引导到所述第二端口；
控制器，其耦合到所述反射镜以校准所述反射镜，使得所述第一端口所输出的光的预定部分被耦合到所述第二端口中，其中，所述预定部分少于与所述光到所述第二端口的最优耦合相对应的最大部分；
激光器，用于输出控制光束；
第一分光镜，用于将所述控制光束反射到所述反射镜；以及
第二分光镜，用于接收来自所述反射镜的控制光束并将所述控制光束反射到位置传感检测器，所述位置传感监测器用于接收所述控制光束并将指示所述控制光束在所述位置传感监测器上入射位置的信号耦合到所述控制器。
2.如权利要求1所述的可变光衰减器，其中，所述第一端口和所述第二端口包括光纤。
3.如权利要求1所述的可变光衰减器，其中，所述第一端口是第一批端口中的一个，所述第二端口是第二批端口中的一个。
4.如权利要求1所述的可变光衰减器，其中，所述反射镜被包括在光交叉连接交换器中。
5.如权利要求1所述的可变光衰减器，其中，所述控制器以高于0.005°的角分辨率来控制所述反射镜的方向。
6.如权利要求1所述的可变光衰减器，还包括分光镜和检测器，所述分光镜被放置来将所述第一端口输出的所述光分割为至少两个部分，所述检测器被放置来检测所述至少两个部分之一。
7.如权利要求1所述的可变光衰减器，还包括耦合到所述第二端口的检测器，用于检测耦合到所述第二端口中的光的至少一部分。
8.如权利要求1所述的可变光衰减器，其中，所述反射镜是第一反射镜，所述可变光衰减器还包括第二反射镜，该第二反射镜被放置来将由所述第一端口输出并被所述第一反射镜反射的光引导到所述第二端口。
9.如权利要求8所述的可变光衰减器，其中，所述控制器耦合到所述第二反射镜以校准所述第二反射镜，使得所述第一端口输出的光的预定部分被耦合到所述第二端口中。
10.一种对耦合到一个端口中的光束进行可控衰减的方法，该方法包括：
引导所述光束射向反射镜；并且
控制所述反射镜的方向，使得所述光束的预定部分被耦合到所述端口中；
其中，所述预定部分少于与所述光束到所述端口的最优耦合相对应的最大部分；
输出控制光束；
使用第一分光镜将所述控制光束反射到所述反射镜；
将所述控制光束从所述反射镜反射到第二分光镜；
将来自所述第二分光镜的控制光束耦合到位置传感检测器；以及
将指示所述控制光束在所述位置传感检测器上入射位置的信号从所述位置传感检测器耦合到所述控制器。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述端口包括光纤。
12.如权利要求10所述的方法，其中，所述端口被包括在光交叉连接交换器中。
13.如权利要求10所述的方法，其中，所述反射镜被包括在光交叉连接交换器中。
14.如权利要求10所述的方法，还包括测量所述光束的功率，并由所述功率来确定应将所述光束衰减的量。
15.如权利要求10所述的方法，还包括测量耦合到所述端口中的光的功率，并控制所述反射镜以将所述功率保持为预定的电平。
16.如权利要求10所述的方法，还包括从查找表中选择与所述预定部分相对应的所述反射镜的方向。
17.如权利要求10所述的方法，其中，所述光束是第一光束，所述方法还包括引导另一光束射向所述反射镜，并控制所述反射镜的所述方向，以将所述另一光束反射到位置传感检测器上的预定位置，所述预定位置对应于所述第一光束的所述预定部分。
18如权利要求17所述的方法，还包括从查找表中选择所述预定位置。
19.如权利要求10所述的方法，其中，所述反射镜是第一反射镜，所述方法还包括将所述光束反射到第二反射镜，并控制所述第二反射镜的方向，使得所述光束的所述预定部分被耦合到所述端口中。
20.一种光交换器，包括：
第一批端口；
第二批端口；
放置在第一表面上的第一批反射镜；
放置在第二表面上的第二批反射镜；
控制器，其耦合到所述第一批反射镜中的每一个和所述第二批反射镜中的每一个以校准所述第一批反射镜中的每一个和所述第二批反射镜中的每一个，使得由所述第一批端口输出的光的预定部分被耦合到所述第二批端口中的各个端口中；
其中，所述预定部分中的至少一个少于与所述第一批端口输出的光到所述第二批端口的最优耦合相对应的最大部分；
第一批分光镜，用于将多个控制光束反射到所述第一批反射镜；
第二批分光镜，用于接收来自所述第一批反射镜的多个控制光束并将所述多个控制光束反射到位置传感检测器，所述位置传感监测器用于接收所述多个控制光束并将指示所述多个控制光束在所述位置传感监测器上多个入射位置的多个信号耦合到所述控制器。
21.如权利要求20所述的光交换器，其中，所述第一批端口和所述第二批端口分别包括1000个以上的端口。
22.如权利要求20所述的光交换器，其中，所述第一批反射镜和所述第二批反射镜分别包括1000个以上的反射镜。
23.如权利要求20所述的光交换器，其中，所述控制器以高于0.005°的角分辨率来控制所述第一批反射镜中每一个和所述第二批反射镜中每一个的方向。
24.一种对复接在一根光纤上的多个波道的功率电平进行均衡的方法，该方法包括：
从所述光纤中分接出所述多个波道，以形成多个光束，每个光束由一个单独的波道形成；
测量每个波道的功率电平；
引导所述多个光束中的每一个射向多个反射镜中单独的一个反射镜；
控制所述多个反射镜之一的方向，使得被引导射向所述多个反射镜中所述的这一个反射镜的所述光束的预定部分被耦合到一个端口中，所述预定部分少于与到所述端口的最优耦合相对应的最大部分；
使用第一组分光镜将控制光束反射到所述反射镜；
将来自所述反射镜的控制光束反射到第二组分光镜；
将来自所述第二组分光镜的控制光束耦合到位置传感检测器；以及
将指示所述控制光束在所述位置传感检测器上入射位置的信号从所述位置传感检测器耦合到所述控制器。
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述波道中的每一个波道都包括单独波长范围的光。
26.如权利要求24所述的方法，还包括确定在所述光纤上，所述多个波道中的哪一个具有最低功率电平。
27.如权利要求26所述的方法，其中，由所述最低功率电平的波道形成的光束以接近最小的衰减被耦合到另一个端口中。
28.如权利要求26所述的方法，其中，所述光束的所述预定部分的功率约等于被耦合到另一端口中的所述最低功率电平波道的光的功率。
29.如权利要求24所述的方法，还包括将所述多个波道复接到另一根光纤上。
30.如权利要求24所述的方法，其中，所述多个反射镜是第一批反射镜，所述方法还包括控制所述第一批反射镜中每一个的方向，以引导所述多个光束中的每一个射向第二批反射镜中的一个单独的反射镜。
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