CN103472538B - 基于微变形镜的波长选择开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于微变形镜的波长选择开关用于实现不同波长光信号从光纤阵列对应的输出端口输出。波长选择开关包括第一柱透镜、第二柱透镜、反射式衍射光栅、第三柱透镜及微变形镜。第二柱透镜设置在第一柱透镜与反射式衍射光栅之间，第三柱透镜设置在微变形镜与反射式衍射光栅之间。在第一方向，第一柱透镜对光纤阵列产生的光进行放大，经衍射光栅反射后以不同角度出射后再经第三柱透镜将不同波长投射至微变形镜不同区域。在第二方向，光线两次经过第二柱透镜投射在微变形镜上，通过改变微变形镜上每个像素相位实现不同波长切换到光纤阵列的对应输出端口，第一方向与第二方向互相垂直。该选择开关采用微变形镜，光路简单、光损耗较小。

Description

基于微变形镜的波长选择开关

技术领域

本发明涉及光通信领域，尤其涉及基于微变形镜的波长选择开关。

背景技术

近年来，波分复用(Wavelength division Multiplexing,WDM)技术越来越广泛的被应用于各级光传输网络，可重构光分插复用器(Reconfigurable Add/Dropmultiplexer,ROADM)作为WDM网络中的核心光交换设备，能够在任一端口对任意波长进行配置。波长选择开关(Wavelength Selective Switch,WSS)是用来实现动态可重构光分插复用的技术，通常在波长选择开关中采用硅基液晶(LiquidCrystal on Silicon,LCOS)以实现通道中心频率和通道带宽灵活可调，满足运营商对下一代网络中带宽灵活的ROADM的需求。

然而，硅基液晶是偏振相关器件，基于硅基液晶的WSS中必须采用消偏振器件来适应硅基液晶的偏振相关性，导致光路较复杂，同时成本增加。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种能简化光路、降低成本的基于微变形镜的波长选择开关。

一种基于微变形镜的波长选择开关，其用于实现不同波长光信号从一个光纤阵列对应的输出端口输出。所述波长选择开关包括一个第一柱透镜、一个第二柱透镜、一个反射式衍射光栅、一个第三柱透镜、一个微变形镜及一个微球透镜阵列。所述微球透镜阵列设置在所述光纤阵列与所述第一柱透镜之间，所述第二柱透镜设置在所述第一柱透镜与所述反射式衍射光栅之间，所述第三柱透镜设置在所述微变形镜与所述反射式衍射光栅之间。在第一方向，所述微球透镜阵列将从所述光纤阵列输出的光线准直射入所述第一柱透镜，所述第一柱透镜对所述光纤阵列产生的光进行放大，经所述衍射光栅反射后以不同角度出射后再经所述第三柱透镜将不同波长投射在所述微变形镜的不同区域。在第二方向，光线两次经过所述第二柱透镜投射在所述微变形镜上，从所述微变形镜反射的光通过改变微变形镜上每个像素的相位实现不同波长切换，并两次经所述第二柱透镜后从所述光纤阵列的输出端口输出，所述第一方向与所述第二方向互相垂直。

与现有技术相比，本发明提供的基于微变形镜的波长选择开关，通过采用微变形镜来实现不同波长光信号从对应的输出端口输出，在微变形镜的表面镀膜用以实现入射光的高反特性，减小在光调制过程中的光波损耗以减小插损，省去复杂的偏振分集系统，简化光路的同时降低成本。

附图说明

图1是本发明实施方式的基于微变形镜的波长选择开关的结构示意图。

图2是图1的光路中傅里叶系统的示意图。

图3图1的微变形镜的相位调制等效图。

主要元件符号说明

光纤阵列          110

微球透镜阵列      120

第一柱透镜        140a

第二柱透镜        150

第三柱透镜        140b

虚拟组合透镜      150’

反射式衍射光栅    160

微变形镜          180

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，本实施方式提供的基于微变形镜的波长选择开关100用于实现不同波长光信号从一个光纤阵列110对应的输出端口输出。所述波长选择开关100包括一个微球透镜阵列120、一个第一柱透镜140a、一个第二柱透镜150、一个反射式衍射光栅160、一个第三柱透镜140b及一个微变形镜180。所述光纤阵列110、所述微球透镜阵列120、所述第一柱透镜140a，所述第二柱透镜150及所述反射式衍射光栅160依次设置，所述第三柱透镜140b设置在反射式衍射光栅160与所述微变形镜180之间。本实施方式中，建立如图1所示的坐标系，其中，x为第一方向，y为第二方向。

请一并参阅图2，本实施方式中，光学系统中波长切换原理如下：

光信号经过光纤阵列110的输入端进入光学系统，光束经微球透镜阵列120进行准直。本实施方式中，光束为相同波长的光。如图2(a)所示，光线传播方向为z轴，y方向为垂直于xz平面。在第一方向，也即x方向，微球透镜阵列120与第一柱透镜140a构成望远镜型扩束系统，对x方向的光斑进行放大，以便在反射式衍射光栅160上的光斑足够大，从而提高衍射效率。在x方向。经过反射式衍射光栅160反射后的不同波长的光将会以不同角度出射至第三柱透镜140b，第三柱透镜140b将不同波长投射在微变形镜180的不同区域。

如图(2)b所示，在第二方向，也即y方向，由于光线两次经第二柱透镜150，此时构成一个虚拟组合透镜150’(虚拟组合透镜150’在实际中不存在)，微球透镜阵列120与虚拟组合透镜150’构成一个望远镜扩束系统，以使投射至微变形镜180上的光斑足够大，能够增大衍射效率。光线在x方向与y方向的光程满足以下条件：

f₁+f₂+f₂+f₃+f₃＝f₁+f₄+f₄；

其中，f₁为微球透镜阵列120的焦距，f₂为第一柱透镜140a的焦距，f₃为第三柱透镜140b的焦距，f₄为虚拟组合透镜150’的焦距。

请一并参阅图3，微变形镜180上的每个像素单元的相位通过静电力驱动每个单元的前后移动可以改变入射光的光波相位，通过构造微变形镜上像素的相位排列，使其作用等同于衍射光栅，也就是说，使得微变形镜180某一列的像素相位呈现如图3所示的数值，将这一数值的相位通过驱动电路发送到微变形镜180来驱动各像素单元的前后移动以执行相应的行程。

如图(2)c所示，在y方向，虚拟组合透镜150’担任光路系统的切换功能，微变形镜180通过改变相应波长对应的每个像素的相位，使得该波长以一定角度从微变形镜180反射出射，经虚拟组合透镜150’后经光纤阵列110相应的输出端口输出，实现任意波长的光切换至任意输出端口。改变微变形镜180上每个像素的相位可以实现任意波长切换到任意输出端口。

本实施方式中，微变形镜180满足以下公式条件：

(1)nλ＝Md(sinα+sinβ)；

(2) ${\mathrm{\β}}_{\max }={\sin }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{Md}}\right);$

其中，光信号的入射角为α，光信号在微变形镜180表面的衍射角为β，所述微变形镜180的像素大小为d，λ为光信号波长，β_max为微变形镜180的最大衍射角，n为衍射级次，M为所述微变形镜的相位级次。其中，d的数值是微变形镜180最初设计时设定好的产品参数。本实施方式中，M为4，也即相位级次为4级，图3为相位级次为4的相位图。

当光波要从不同的端口出射时，只需要改变β的数值，使β的数值为对应端口的角度数值即可。而这一值可由公式(2)计算出的M来控制变形镜来实现。也就是说，要改变β的数值可以通过改变M的数值来实现，要输出到不同的端口只要β的值和端口所对应的角度数值相同即可。

不同波长光信号从微变形镜出射时的偏转角度为β，f·tanβ是不同波长光信号在光纤阵列端口处的偏移，其中，f为光路中傅里叶系统的焦距。当希望某一波段的光信号输出到光纤阵列110的某个输出端口时，调节该波长光信号对应微变形镜180区域像素的相位排列，β随之改变，从而f·tanβ随之改变，也就使该波长从对应的输出端口输出。

进一步，为了减小基于微变形镜的波长选择开关100的光波损耗，可在微变形镜180的表面镀膜用以实现入射光的高反特性，改善在光调制过程中的光波损耗，同时使微变形镜180的光波前响应实现与偏振无关的响应。

本发明提供的基于微变形镜的波长选择开关100，通过采用微变形镜180来实现不同波长光信号对应的输出端口输出，省去复杂的偏振分集系统，简化光路，在微变形镜180的表面镀膜用以实现入射光的高反特性，减小在光调制过程中的光波损耗以减小插损。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其他各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于微变形镜的波长选择开关，其用于实现不同波长光信号从一个光纤阵列对应的输出端口输出，所述波长选择开关包括一个第一柱透镜、一个第二柱透镜、一个反射式衍射光栅、一个第三柱透镜、一个微变形镜及一个微球透镜阵列，所述微球透镜阵列设置在所述光纤阵列与所述第一柱透镜之间，所述第二柱透镜设置在所述第一柱透镜与所述反射式衍射光栅之间，所述第三柱透镜设置在所述微变形镜与所述反射式衍射光栅之间，在第一方向，所述微球透镜阵列将从所述光纤阵列输出的光线准直射入所述第一柱透镜，所述第一柱透镜对所述光纤阵列产生的光进行放大，经所述衍射光栅反射后以不同角度出射后再经所述第三柱透镜将不同波长投射在所述微变形镜的不同区域，在第二方向，光线两次经过所述第二柱透镜投射在所述微变形镜上，从所述微变形镜反射的光通过改变微变形镜上每个像素的相位实现不同波长切换，并两次经所述第二柱透镜后从所述光纤阵列的输出端口输出，所述第一方向与所述第二方向互相垂直。

2.如权利要求1所述的基于微变形镜的波长选择开关，其特征在于，光线两次经过所述第二柱透镜以使所述第二柱透镜构成一个虚拟组合透镜，光线在所述第一方向与所述第二方向的光程满足以下条件：

f₁+f₂+f₂+f₃+f₃＝f₁+f₄+f₄；

其中，f₁为所述微球透镜阵列的焦距，f₂为所述第一柱透镜的焦距，f₃为所述第三柱透镜的焦距，f₄为虚拟组合透镜的焦距。

3.如权利要求1所述的基于微变形镜的波长选择开关，其特征在于，所述微变形镜的表面还包括一层膜以实现入射光的高反特性。

4.如权利要求1所述的基于微变形镜的波长选择开关，其特征在于，所述微变形镜满足以下公式条件：

(1)nλ＝Md(sinα+sinβ)；

$\left(2\right)---{\mathrm{\β}}_{\max }={\sin }^{-1}\left(\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{Md}}\right);$

其中，光信号的入射角为α，光信号在所述微变形镜表面的衍射角为β，所述微变形镜像素大小为d，λ为光信号波长，β_max为所述微变形镜的最大衍射角，n为衍射级次，M为所述微变形镜的相位级次。