CN102590953B - 一种波长选择光开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波长选择光开关，所述波长选择光开关还包括：偏振变换部，设置在所述光输入/输出部与分光部之间；衰减反射部由一维MEMS反射镜阵列组成，设置在分光部输出端的端面上，并反射由分光部射入的部分波长信道；波长信道打开和关断单元由液晶组件组成，用于控制波长信道的打开和关断，所述液晶组件位于MEMS反射镜阵列之间；反射镜驱动部，用于设定所述衰减反射部中MEMS反射镜的反射面角度，将各波长信道的光输出至设定的输出端口。本发明利用液晶单元阵列和一维MEMS反射镜阵列，实现光路切换和衰减，以及无干扰切换功能。

Description

一种波长选择光开关

技术领域

本发明涉及可重构光分插复用技术领域，特别是涉及一种能够实现光路切换和衰减，具有无干扰切换和信道监测反馈功能的波长选择开关。

背景技术

随着波分复用(Wavelength Division Multiplexing，简称“WDM”)光纤通信系统与光网络的迅速发展，全球光通信市场的逐渐复苏，电信运营商的转型，一些新型融合业务开始走向应用，例如各种新型IP业务和向大客户提供的波长级业务(如存储局域网)，这些业务都需要光分插复用(Optical Add-drop Multiplexer，简称“OADM”)技术，特别是可重构光分插复用(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，简称“ROADM”)技术的支持。ROADM实现了对网络波长资源的灵活分配，不仅简化了网络规划，还更有效利用带宽资源能。ROADM使网络可以方便地重构，这样就能迅速地满足用户的带宽需求变化，这对于城域网尤其重要。同时，ROADM也使网络的保护、恢复功能更为强壮有效。ROADM的应用是向智能光网络推进的重要基石。

目前ROADM的实现技术主要有两种：基于波长阻赛器(Wavelength Blocker，简称“WB”)和基于波长选择开关(Wavelength Selective Switch，简称“WSS”)。由于WB只是控制主光路的直通或阻塞，因此需要可调滤波器配合来完成本地波长上下路，当节点上需要的波长数目较多时成本就高。若采用WSS技术则可以做到无阻塞的交叉连接，可以将任意波长下载到任意端口。此外WSS技术还可以使得每个波长通道都是独立可控的，可以各波长通道的功率均衡。因此，WSS技术在功能集成和通道灵活性上占有很大的优势，也是被大家认可的实现RODAM功能的关键技术。

WSS技术主要是基于衍射光栅的自由空间光学平台，通过改变指定波长通道的光路的角度或者位置，由选择机构的将任意波长的光能量部分(或者全部)的从指定端口输出。可以作为WSS选择机构的技术平台主要有微机械系统(Micro-Electronic-MechanicalSystem，简称“MEMS”)技术、硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，简称“LCoS”)技术和液晶(Liquid Crystal，简称“LC”)技术。LCoS芯片技术要求较高，相应的控制电路和软件也较为复杂。LCoS技术在美国专利US007092599B2中有具体描述。目前只有少数的国外供应商能将该技术商用。LC技术可以采用相位型液晶或者振幅型液晶来改变偏振光的偏转态，并用偏振分束元件使不同偏振态的光在空间上分离(即在传播方向上有一定的位移或者角度)。在LC技术中，液晶单元依照不同波长的光斑位置依次排列，每一波长对应一液晶单元，通过加载在液晶两端的电压来实现对光偏振的控制，从而选择不同的出射通道。这种技术在美国专利US20080087378A1中有具体描述。

MEMS技术是目前较为成熟的技术方案，其工作方式是通过在一个方向(一维)或者两个方向(二维)转动MEMS微反射镜镜阵列，实现光路的切换选择和衰减功能。在美国专利US006549699B2中公开一种波长选择开关，其工作方式为从光纤准直器输入端口入射的光经过衍射光栅，由于光栅的色散作用，导致各波长的光在空间上分离，即得到分离的波长信道光信号。这些离散的信道光信号传输至一维MEMS反射镜阵列，一维MEMS反射镜阵列通过在一个方向上的旋转实现光信号的偏转即波长选择和能量衰减。在美国专利US20060228071A1中提出将一维MEMS反射镜阵列换成二维MEMS反射镜阵列。二维MEMS反射镜阵列通过一个方向的旋转实现信号的偏转即波长选择开关功能，通过另一个方向的旋转实现每个信道的衰减功能。该技术能够在通道关断的情况下进行端口切换(波长选择)，此即无干扰切换(Hitless)。在中国专利CN200820074020.3中也公开了一种具有无干扰切换的波长选择开关，其衰减反射单元由透射式MEMS光衰减器和一维MEMS反射镜组成。透射式MEMS光衰减器是基于多束光干涉原理实现的。该技术可以在信道切换之前，通过透射式MEMS光衰减器将衰减量设置到最大衰减量，实现无干扰切换功能。为了满足波长选择开关的工作带宽(如50GHZ)，MEMS反射镜间的间隙越小越好，即填充因子越大越好。一般情况下，二维MEMS反射镜比一维MEMS反射镜多一个转轴，因此填充因子相对较小。

中国专利CN1831574A中公开一种波长选择开关。该波长选择开关包括分光部分、可动反射镜部分，可动反射镜驱动部分和反射光监测部分。该波长选择开关输入端口的波长信道光信号被分光部分成为单独的波长信道，并且沿不同方向行进的波长信道被相应的可动反射镜反射。各可动反射镜的反射面角度被设定为待入射的波长信道的输出地址中所设定的输出端口的位置相对应。到达目标输出端口的各波长信道的部分被设置在输出端口端面上的反射部反射，并且反射光沿着先前的光路反向向下行进，并返回至输入端口返回至输入端口的反射光经由反射光提取部被传输至反射光监测部，并且监测与各波长信道对应的光功率。因此，该波长选择开关具备信道监测功能。信道监测功能将监测结果反馈给MEMS反射镜驱动电路，即可实现信道功率均衡，并在客服环境变化、自身老化等方面使得器件工作在最佳状态。但是由于该专利中给出的反射提取部为光环形器，其不具备分辨波长的能力。因此还需要用可调滤波器或者解波分复用阵列来实现波长的分离，进而实现信道监测功能(获得不同波长的能量)，这样无疑将会增加成本和体积。此外，该波长选择器还不具备无干扰切换功能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种波长选择光开关，能够实现光路切换和衰减，以及无干扰切换功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种波长选择光开关，包括光输入/输出部，由一个输入端和多个输出端按第一方向排列；分光部，将从所述输入端射出的含有多个波长信道的波长复用光根据其波长按所述第一方向不同的第二方向分开，所述波长选择光开关还包括：偏振变换部，设置在所述光输入/输出部与分光部之间；衰减反射部由一维MEMS反射镜阵列组成，设置在分光部输出端的端面上，并反射由分光部射入的部分波长信道；波长信道打开和关断单元由液晶组件组成，用于控制波长信道的打开和关断，所述液晶组件位于MEMS反射镜阵列之间；反射镜驱动部，用于设定所述衰减反射部中MEMS反射镜的反射面角度，将各波长信道的光输出至设定的输出端口；信道提取部，用于获取所述衰减反射部反射且返回至所述输入端的光；信道监测部，用于监测被与各波长信道对应的所述信道提取部获得的反射光功率。

所述波长选择光开关还包括控制电路，用于控制所述信道监测部和反射镜驱动部。

所述控制电路基于所述信道监测部获得的反射光功率反馈控制与各波长信道对应的MEMS反射镜的反射面的角度。

所述分光部由依次排列的第一透镜、透射衍射光栅、第二透镜和第三透镜组成；所述透射衍射光栅位于所述第一透镜的后焦平面上和所述第二透镜的前焦平面上。

所述透射衍射光栅为偏振无关型衍射光栅；所述第三透镜为柱面透镜。

所述偏振变换部由依次排列的双折射晶体和相位延迟片组成。

所述一维MEMS反射镜阵列中的MEMS反射镜通过一对悬臂固定在硅基片上，硅基片和MEMS反射镜上镀有金属膜；所述各个MEMS反射镜的转轴相同。

所述信道提取部包括分光偏振棱镜、第四透镜和所述液晶组件；所述分光偏振棱镜位于所述分光部与偏振变换部之间；所述信道监测部位于所述第四透镜的后焦平面上。

所述分光偏振棱镜由偏振分光膜层组成。

所述信道监测部为光电探测器。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：利用液晶单元阵列和一维MEMS反射镜阵列，实现光路切换和衰减，以及无干扰切换功能；在同等工艺水平下，一维MEMS设计较二维MEMS设计简单，提高了填充因子，提高波长选择开关的工作带宽；用于波长选择开关所用的反射镜阵列有二维转动改为一维转动，降低了工艺难度和成本；信道监测功能集成在模块内，便于降低成本和减小模块体积。

附图说明

图1是本发明的第一个实施例的立体结构示意图；

图2是偏振分光部的工作示意图；

图3是液晶分子的结构意图；

图4是液晶分子的工作原理示意图(图4A为没有施加电压时的示意图，图4B为施加中等电压时的示意图，图4C为施加高电压时的示意图)；

图5是MEMS微反射镜的工作原理示意图；

图6是一维MEMS微反射镜的工作原理示意图；

图7是液晶分子单元阵列和一维MEMS微反射镜阵列与波长的对应关系示意图；

图8是液晶分子单元阵列和一维MEMS微反射镜阵列的工作原理示意图(图8A为液晶分子单元与MEMS微反射镜单元的工作方式示意图，图8B为液晶分子单元处于高电压的控制下时的工作方式示意图)；

图9是偏振分光棱镜的工作原理示意图；

图10是反馈控制示意图；

图11是反射镜驱动电压和监测光功率的关系图；

图12为第一实施例在没有波长光信号被提取时的工作示意图(图12A为俯视图，图12B为侧视图)；

图13为第一实施例在有波长光信号被提取时的工作示意图(图13A为俯视图，图13B为侧视图)；

图14为第二实施例的工作示意图；

图15为第三实施例的工作示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明涉及一种具有无干扰切换和信道监测功能的波长选择开关，包括有光输入/输出部、偏振变换部、分光部、衰减反射部、波长信道的打开和关断单元、反射镜驱动部、信道提取部、信道监测部、控制部组成。所述的光输入/输出部是由一组包含一个输入和N(N≥1)个输出端口按第一方向排列的准直器阵列。所述的偏振变换部是由双折射晶体和相位延迟片组成。所述的分光部是由将输入的多个波长信道的波长复用光根据其波长按所述第一方向不同的第二方向分开。所述的波长信道打开和关断单元的功能由液晶组件完成。所述的衰减反射单元部是由一维MEMS反射镜阵列组成。所述的反射镜驱动部是设定所述衰减反射单元中反镜的反射面角度，将各波长信道的光输出至设定的输出端口。所述的信道提取部是由波长信道打开和关断单元和偏振分束棱镜组成的。所述的信道监测部是由光电探测器将各波长的光功率转化为电信号。所述的控制部是基于信道监测部得到的电信号，反馈控制与各波长信道对应的可动反射镜的反射面的角度，使得从各所述输出端口输出的波长信道的功率的输入功率的相对衰减量变成预设值。

图1为根据本发明的波长选择开关给出的第一个实施例的立体结构示意图。

在图1中，本实施例的波长选择开关包括如下：用作光输入/输出部的光纤准直器阵列102；偏振变换部103；透镜105、107和108；用作分光部的透射衍射光栅106；用作波长信道打开和关断单元的液晶组件109；用作衰减反射单元的一维MEMS微反射镜阵列110；用作MEMS反射镜驱动部的驱动电路114；用作信道提取部的偏振分光棱镜104、液晶组件109和透镜111，用作信道监测部的光电探测112；用作控制部的控制电路113。其中，透射衍射光栅106位于透镜105的后焦平面上。透射衍射光栅106位于透镜107的前焦平面上。透射衍射光栅106为偏振无关型衍射光栅。透镜108为柱面透镜。一维MEMS微反射镜阵列110位于透镜108的后焦平面上。一维MEMS微反射镜阵列110是由多个微反射镜单元组成的阵列。液晶组件109位于透镜108和一维MEMS微反射镜阵列110之间。液晶组件119是由多个液晶像素单元组成的阵列。光电探测器112位于透镜111的后焦平面上。

图2为本发明专利中采用偏振变换部103的工作原理示意图，其具体工作方式如下：从光纤准直器出来的准直光束201的偏振态202是混合偏振态。双折射晶体203(可以是Beam Displacer或者Walk-off晶体)具备足够的长度和正确的光轴204方向。准直光束201从一定的角度入射双折射晶体203后，分离成两束平行光：一束寻常光206(O光)和一束非寻常光205(E光)。这两束光中一束(图2中给出的是非寻常光)通过半波长相位延迟片207后，这束光的偏振方向旋转90度，变成寻常光。这样就可以得到两束偏振态相同的平行光208。根据光路的可逆性，如果有两束偏振态相同的平行光208从反方向入射，在经过双折射晶体203和半波长相位延迟片207后，汇合成一束与入射光平行的混合偏振态202的平行光201。但是如果此时平行光208中的两束光的偏振态不完全相同，在经过双折射晶体203和半波长相位延迟片207后，将不能汇合成一束光，即存在部分光能量的损失。

液晶作为一种凝聚态物质，其特性与结构介于固态晶体与各向同性液体之间，是有序性的流体。液晶的化学结构是不对称的，因此其介质特性和光学特性也是不对称的。当对液晶施加电场时将改变液晶分子的排列方向，一定偏振方向的入射光将在晶体中发生双折射现象(电控双折射效应)，使O光和E光的折射率发生变化，进而改变O光和E光的折射率差。液晶分子展现双折射，并且可以通过外部场来准直。图3为液晶组件的结构和工作方式。在图3中，液晶分子被透光基底306和307夹在中间，同时透明电极304和305被镀在透光基底306和307上。与液晶分子表面紧挨着的是取向层302和303。

图4A、图4B和图4C为液晶组件的工作原理示意图。在图4A中，控制电压V＝V1且为零，即没有施加电压。此时所有的液晶分子402都准直在一个方向上，并且是接近垂直于衬底401和403。系统的延迟接近零，因此将保持入射光的偏振态。如果入射光为线偏振光，则出射光也为线偏振光，且偏振方向与入射光的偏振方向相同。在图4B中，当施加中等电压V＝V2时，液晶分子402开始旋转，即此时液晶分子表现出一定的双折射现象，将会改变入射光的偏振态。如果入射光为线偏振光，出射光则为椭圆偏振光。在图4C中，当施加高电压时，除了表面处的液晶分子之外的所有液晶分子402都将准直为垂直场，此时液晶分子表现出完全的双折射现象。液晶组件的功能可以作为半波片，当准直液晶分子402使之相对于入射偏振为45度时，即可将入射偏振态旋转90度。如果入射光为线偏振光，则出射光也为线偏振光，且偏振方向与入射光的偏振方向垂直。

图5为MEMS微反射单元的工作原理示意图。该MEMS反射镜装置采用静电驱动方式。起反射作用的反射镜504通过一对悬臂固定在硅基片502上，硅基片502和反射镜504上镀有金属膜501和503，反射镜504成为上电极，带有金属膜501的硅基片502成为下电极。在下电极与反射镜之504间加一电压505，从而在两者之间产生静电吸引力，这个力使反射镜504发生小角度偏转，悬臂梁发生轻微扭转，产生一个扭转力。当悬臂梁提供的扭转力和反射镜504受到的静电力达到平衡时，反射镜504处于平衡静止状态，实现小角度偏转。所加电压越高，反射镜和下电极间的吸引力越大，反射镜的偏的角度也越大，这使得反射镜504的偏转角度与所加驱动电压呈现一定的对应关系。当电压505为某个值时，反射镜504将由于静电力的作用偏转成反射镜504时，垂直于反射镜504的入射光，被反射至反射光507，实现光的角度偏转。一维MEMS微反射镜由一些列MEMS微反射单元组成，如图6所示。一维MEMS微反射镜由MEMS微反射镜单元601a至601m组成，这些微反射镜有共同的转轴602。

图9为偏振分光棱镜的工作原理。偏振分光棱镜通过多层介质膜的多光束干涉原理制作的偏振分光膜层908来实现。图9中，入射光901为自然光，具有混合的偏振态902。通过偏振分光膜层908时，将会分离成两束光906和907，且这两束光对的偏振态904和905是相互垂直的。但是如果入射光为线偏振光，当其偏振态与905相同时，将不会被偏振分光膜层908反射，即出射光与出射光907相同。如果入射光为线偏振光，当其偏振态与904相同时，将会被偏振分光膜层908反射，即出射光与出射光906相同。作为偏振分单元的部件可以是由多层介质膜实现的偏振分光膜片或者是其他基于双折射原理的偏振分光器件(如渥拉斯顿棱镜、尼克尔棱镜等)。本实施例中用作偏振分光部的不限于偏振分光棱镜，也可是上述的各种偏振分光部件。

本实施例的具体描述如下：

在图12A中，输入信号1201通过光纤准直器1202的一个端口即输入端口输入，光纤准直器阵列802的其他端口为输出端口，数量为1至N个。所述的输入信号1201应该是包含多个WDM波长、且为混合偏振态的光信号。输入信号1201通过偏振变换部1203后，即可变为两束偏振态相互垂直的线偏振平行光。正如图9中描述的，当入射光与偏振分光棱镜1204的允许透射方向的偏振态一致时，这些光将可以基本上没有损失的通过偏振分光棱镜1204，并被透镜1205汇聚至透射衍射光栅1206。光束在经过透射衍射光栅1206后，将分光成依次排列的单通道光信号，经过透镜1207和透镜1208的变换后，这些不同波长的通道光信号由聚焦透镜1208将不同波长的光在聚焦透镜的焦平面上沿光栅刻线方向聚焦分布在不同的位置上，即聚焦到每个通道的一维MEMS微反射镜阵列1210上。液晶组件1209位于透镜1208一维MEMS微反射镜阵列1210之间。当光入射至和一维MEMS微反射镜阵列1210时，液晶组件1209没有加控制电压，此时出射光束的偏振态与入射光的偏振态相同。在焦平面上放置的一维MEMS微反射镜1210中的每个微反射镜单元对应着分布的一定带宽的波长带，光线入射在该面上会被反射。

在光路从一维MEMS微反射镜阵列1210返回至液晶组件1209时，如果液晶组件1209的控制电压为零，则其光路图如图12B所示。此时液晶组件1209没有改变入射光的偏振态。这样光线在经过液晶组件1209、透镜1208、透镜1207，透射衍射光栅1206、透镜1205、偏振分光棱镜1204、偏振变换部1203后进入到准直器阵列的某个端口(图中给出的第二个端口通道)，并进入光纤。由于出射光束的偏振态与入射光的偏振态相同，则在通过偏振分光棱镜1204时是没有损失的。因此与该波长对应的一维MEMS微反射镜阵列中的微反射镜单元的角度将决定返回的光线进入的端口位置和功率，即可以实现任意波长到任意端口的开关选择。衰减反射单元中的反射镜通过绕Y轴旋转实现对入射到该镜面的通道波长光信号的偏转和衰减。

在光路从一维MEMS微反射镜阵列1210返回至液晶组件1209时，如果液晶组件1209的控制电压为高，则其光路图如图13A和图13B所示。光线在经过液晶组件1209后，将会使得偏振方向旋转90度，即变为偏振态与入射光垂直的偏振态。此后，光线在返回时依次通过透镜1208、透镜1207，透射衍射光栅1206和透镜1205，达到偏振分光棱镜1204。由于此时光线的偏振态与偏振分光棱镜1204的反射光的偏振态一致，因此光线将大部分从偏振分光棱镜1204反射至透镜1211，并被汇聚至光电探测器1212。即使有部分光线穿过偏振分光棱镜1204，到达偏振转换部1203，由于此时光线的偏振方向已经转动90度，光纤在经过偏振转换器1203后将无法再汇聚成一束平行光进入光纤，因此可以得到和好的阻断效果。因此，在光路从衰减反射单元1210返回至液晶组件1209时，如果液晶组件1209的控制电压为高，则光线将不能返回至输入输出端口。如果在利用一维MEMS微反射镜进行端口切换之前，将液晶组件1209的控制电压设置为高，即可在完全关断的情况下进行端口切换，因此可以实现无干扰切换功能。

上述的液晶组件1209由一系列的液晶分子单元组成(像素)。这些液晶分子单元与MEMS微反射镜单元的位置是一一对应的。图7是液晶分子单元阵列和一维MEMS微反射镜阵列与波长的对应关系示意图。在图8中，由液晶分子单元与MEMS微反射镜单元组成的微单元801a、801b...801m，与设定的波长λ1、λ2...λm对应。图8A为这些液晶分子单元与MEMS微反射镜单元的工作方式。由液晶分子单元803a至803m与MEMS微反射镜单元801a至801m组成的微单元阵列。具体而言，由液晶分子单元803a至803m分别由电开关804a至804m控制，这些电开关有共同的负极805和不同的正极803a至806m。具体而言，和不同的正极803a至806m可以加载不同的电压。当电开关804a至804m的处于断开状态，线偏振光807a至807m在经过MEMS微反射镜801a至801m后的反射光808a至808m的偏转光不会改变。如果部分液晶单元的控制电压为高，则会如图5所描述的，出射光的偏振态会相对入射光的偏振态偏转90度。在图8B中，电控开关804a和804m处于闭合状态，即液晶分子单元807a和807m处于高电压的控制下，此时出射光808a和808m的偏振态相对入射光807a和807m的偏振态将偏转90度。

如上所述，在光路从一维MEMS微反射镜阵列1210返回至液晶组件1209时，如果液晶分子单元1209的控制电压为高，则可将某个波长的光信号引导至光电探测器1212。由于液晶组件1209是由一系列的液晶分子单元组成，且这些液晶分子单元与波长信道是存在对应关系的。因此，可以选择液晶组件1209中的某个液晶单元加载高电压，使得与其对应的波长的光信道进入到光电探测器1212。进而也可以依次对液晶组件1209中液晶单元逐个加载高电压，即可实现波长信道打开和关断功能。通过光电探测器1212取得所有(或者部分)波长信道(Ch1至ChN)的功率值(P1至Pn)。此外，按照图4中描述的，也可在指定波长对应的液晶分子单元，加载一个电压值，使得从该液晶分子单元出射的光变为椭圆偏振光，再利用偏振分光棱镜1204的偏振特性使得只有部分光(如3％)进入到监测通道，其他的光则从指定端口输出。采用液晶分子单元用作信道提取，可以利用液晶较高的响应速度来完成信道提取功能，减少对器件正常工作状态的影响。

控制电路1213基于光电探测器1212监测的各新信道的光功率(P1至PN)产生控制信号，其用于反馈控制与一维MEMS微反射镜1210上的各波长信道对应的MEMS微反射单元(Ch1)至(ChN)的反射面角度，使得各功率达到最大，并将该控制信号输出至MEMS反射镜驱动电路1213。MEMS反射镜驱动电路1213根据来自控制电路1213的控制信号优化施加在各MEMS微反射镜单元(Ch1)至(ChN)的驱动电压V(Ch1)至V(ChN)。

具体而言，如图10所示，在设定输出地址是，其中WDM光的波长信道Ch1至ChN中的波长信道Ch1至Ch4从输出端口#1输出，且波长信道Ch5至Ch8从输出端口#2输出，在光电探测器1212监测的，与各信道波长Ch1至Ch8对应的反射光功率如图10的左图所示，控制电路1213判定与各波长信道Ch2至Ch4和Ch6至Ch8对应的各一维MEMS微反射镜的反射面的角度，使其偏离其最佳值，并且对相应的一维MEMS微反射镜进行反馈控制，使得各反射光功率的监测值达到其如图10的右图所示的最大值。反馈控制的目的是：在一维MEMS微反射镜的驱动电压V(Ch1)至V(ChN)和各信道的监测光功率P1至PN根据图11所示的关系变化的情况下，利用监测功率达到最大时的电压V_TARGET作为控制目标来优化驱动电压。

根据如上述的本实施例的波长选择开关，由液晶组件和偏振分光棱镜组成的光提取部可以灵活的获得各波长的信息，并通过反馈的方式控制MEMS微反射镜的驱动电压获得最佳的工作状态。在MEMS微反射镜的驱动特性由于工作环境的变化，器件自身的老化等因素发生变化时，也可以选择期望的波长信道，并将其以最佳连接状态引导至指定的波长输出端口。由于所述的偏振分光棱镜和光电探测器可以集成在模块内部，因此本实例可以在较小的器件体积中实现信道监测功能。

在如图12所示的波长选择开关中，由透镜1205，透射衍射光栅1206和透镜1207构成线性映像系统1215。其具体的工作原理是由平行光进入透镜1205汇聚至光栅1206的透射衍射光栅面上，经过透射衍射光栅1206的色散衍射后，不同波长的汇聚光由透镜1207重新变为平行光。确切而言，该线性映像系统可以将物方的线段的位置或者角度通过线性变换关系映射到像方。

图14为根据本发明发明的波长选择开关给出的第二个实施例的结构示意图。

本实施例与第一个实施例相比，主要的不同点在于用反射式的衍射光栅结构取代透射衍射光源。所述的反射式的衍射光栅结构可以是单一的反射衍射光栅，也可以是衍射光栅配合棱镜组成的棱栅结构(Grism)或者是透射衍射光栅与反射镜配合组成的反射衍射光栅结构。此外，由透镜1405取代透镜1205和1207，以便简化光路。本实施例的线性映像系统1413由透镜1405和反射式的衍射光栅1406构成。图14与图12相比，只有分光部换成反射式的衍射光栅，其他的结构与图12中所示的前述结构相同。因此，这里省略了其描述。本实施例的较为显著的优点是利用光路的折叠，可以缩短整个器件的长度。

图15为根据本发明发明的波长选择开关给出的第三个实施例的结构示意图。

本实施例与第一个实施例相比，主要线性映像系统1513由球面反射镜1505和反射式的衍射光栅1506构成。本实施例采用光路的多次反射，以便增大不同波长的空间分离位置，有效改善如串扰、隔离度等光学指标。图15与图12相比，只有分光部换成反射式的衍射光栅，透镜1205和1207换成了球面反射镜1505，其他的结构与图12中所示的前述结构相同。因此，这里省略了其描述。

Claims (8)

1.一种波长选择光开关，包括光输入/输出部，由一个输入端和多个输出端按第一方向排列；分光部，将从所述输入端射出的含有多个波长信道的波长复用光根据其波长按所述第一方向不同的第二方向分开，其特征在于，所述波长选择光开关还包括：偏振变换部，设置在所述光输入/输出部与分光部之间；衰减反射部由一维MEMS反射镜阵列组成，设置在分光部输出端的端面上，并反射由分光部射入的部分波长信道，其中，一维MEMS反射镜阵列用于对一定带宽的波长衰减反射；波长信道打开和关断单元由液晶组件组成，用于控制信道的打开和关断，所述液晶组件位于第三透镜和一维MEMS反射镜阵列之间，用于改变部分光的偏振态以及控制信道的衰减和监控；反射镜驱动部，用于设定所述衰减反射部中MEMS反射镜的反射面角度，将各波长信道的光输出至设定的输出端口；信道提取部，用于获取所述衰减反射部反射且返回至所述输入端的光，并利用分光偏振棱镜的分光特性实现部分光功率的分离；信道监测部，用于监测被与各波长信道对应的所述信道提取部获得的反射光功率；所述信道提取部包括分光偏振棱镜、第四透镜和所述液晶组件；所述分光偏振棱镜位于所述分光部与偏振变换部之间；所述信道监测部位于所述第四透镜的后焦平面上；当光入射至一维MEMS反射镜阵列时，液晶组件没有加控制电压，出射光束的偏振态与入射光的偏振态相同；在利用一维MEMS反射镜阵列进行端口切换之前，将液晶组件的控制电压设置为高，即可在完全关断的情况下进行端口切换；如果部分液晶单元的控制电压为高，则出射光的偏振态会相对入射光的偏振态偏转90度；所述分光部由依次排列的第一透镜、透射衍射光栅、第二透镜和第三透镜组成；所述透射衍射光栅位于所述第一透镜的后焦平面上和所述第二透镜的前焦平面上。

2.根据权利要求1所述的波长选择光开关，其特征在于，所述波长选择光开关还包括控制电路，用于控制所述信道监测部和反射镜驱动部。

3.根据权利要求2所述的波长选择光开关，其特征在于，所述控制电路基于所述信道监测部获得的反射光功率反馈控制与各波长信道对应的MEMS反射镜的反射面的角度。

4.根据权利要求1所述的波长选择光开关，其特征在于，所述透射衍射光栅为偏振无关型衍射光栅；所述第三透镜为柱面透镜。

5.根据权利要求1所述的波长选择光开关，其特征在于，所述偏振变换部由依次排列的双折射晶体和相位延迟片组成。

6.根据权利要求1所述的波长选择光开关，其特征在于，所述一维MEMS反射镜阵列中的MEMS反射镜通过一对悬臂固定在硅基片上，硅基片和MEMS反射镜上镀有金属膜；各个MEMS反射镜的转轴相同。

7.根据权利要求1所述的波长选择光开关，其特征在于，所述分光偏振棱镜由偏振分光膜层组成。

8.根据权利要求1所述的波长选择光开关，其特征在于，所述信道监测部为光电探测器。