CN105229945B - 具有集成的信道监测器的波长选择开关 - Google Patents

具有集成的信道监测器的波长选择开关 Download PDF

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Abstract

一种光学装置，包括光学端口阵列，该光学端口阵列具有用于接收光束的第一光学输入端和第二光学输入端，和与开关功能相关的第一多个光学输出端，以及与信道监测功能相关的第二多个光学输出端。色散元件接收来自输入端的光束并且空间地将该光束分离成多个波长成分。聚焦元件聚焦波长成分。光路转换系统接收多个波长成分并且选择性地引导每一个至光学端口中的规定的一个。光电检测器每个与第二多个光学输出端中的一个光学输出端相连并且从那里接收波长成分。控制器使光路转换系统同时将每个波长成分引导至第二多个光学输出端的不同的一个光学输出端。

Description

具有集成的信道监测器的波长选择开关
背景技术
光纤通信系统通常使用波分复用(WDM)，其是一种用于使用光纤以携带许多光谱分离的独立光学信道的技术。在波长范围内，该光学信道集中在分开的信道波长，其在密集波分复用WDM(WDM)系统中通常间隔开25、50、100或者200GHz。由光学信道携带的信息内容在有限的波段上传播，其通常比信道之间的间隔更窄。
光学信道监测越来越多地由光纤系统的电信运营商以及多业务运营商使用。随着光学网络上的通信量的增加，网络的监测和管理正变成越来越重要的问题。为了监测网络，必须确定和分析在网络中特定点处的复合信号的光谱特性。随后这一信息可被用来优化网络的性能。光学信道监测对于使用可重新配置并且可自我管理的光纤网络的现代光学网络是特别重要的。
例如，可重新配置的光分插复用器(ROADMs)和光交叉连接设备需要光学信道监测器，当波长信道沿着网络被传输时上述设备用来操作单独的波长信道。ROADM允许动态地并且可重新配置地选择波长信道，其将沿着网络在中间节点处被插入或者分支。在ROADM中，例如，光学信道监测器能够提供输入信道的库存以及输出信道的库存并且提供信道功率信息至可变光衰减器(VOA)控制电子设备，以使插入信道的功率能够用穿过信道进行补偿。
一种类型的光学信道监测器使用波长选择开关(WSS)，其是一种被配置为在每个波长信道基底上执行光交换的开关，并且通常能够在输入光纤处将任何波长信道切换至任何期望的输出光纤。因此，1XN WSS能够将沿着输入光纤传播的WDM输入信号的任何波长信道切换至耦接到WSS的N个输出光纤中的任何一个。
美国专利公开号2010/0046944显示了一种并入WSS中的光学信道监测器。这是通过使用在lxN WSS中可用的1x1开关的功能来实现。特别地，1x1开关的输出端与光电二极管端接。这样，能够测量任何单独的信道的功率。
尽管当光交换技术足够快时，使用1x1WSS以形成OCM是有用的，而当使用不具有相对快速的响应时间的开关时，这一技术是不适宜的。特别地，光交换时间、光电二极管建立时间以及被监测的信道数目确定了OCM回路速度，即监测每个信道一次所需要的时间。对于许多应用，OCM需要小于1秒并且理想地小于0.1秒的回路速度。因此，开关和光电二极管建立时间需要足够快以查询多个信道，其在数量上可以接近甚至超过100。为了实现0.2秒钟的回路速度，在光电二极管1毫秒的建立时间以及100个信道的情况下，光交换时间也必须是1毫秒。尽管对于某些技术例如数字微镜装置(DMD)这是可行的，但是对于其它技术例如液晶以及硅基液晶(LCoS)技术其是不实用的。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种光学装置。该光学装置包括光学端口阵列、色散元件、聚焦元件、光路转换系统、多个光电检测器以及控制器。该光学端口阵列具有用于接收光束的至少第一光学输入端和第二光学输入端，和与开关功能相关的至少第一多个光学输出端，以及与信道监测功能相关的第二多个光学输出端。色散元件从光学输入端接收光束并且将该光束空间地分离成多个波长成分。聚焦元件聚焦该多个波长成分。光路转换系统接收多个波长成分并且选择性地引导每个波长成分至规定的一个光学端口。多个光电检测器每个与第二多个光学输出端中的一个光学输出端相连并且从那里接收波长成分。控制器使光路转换系统同时将多个波长成分中的每个引导至第二多个光学输出端的不同的一个光学输出端。
附图说明
图1示出了包括集成信道监测器的波长选择开关(WSS)的一个示例的功能框图。
图2示出了序列的一个示例，该序列可被用于与具有一连串N(其中N等于或者大于2)个其每个具有5个输出端口的WSS和具有从N个输出端口接收光线的N个光电二极管的OCM有关的装置。
图3A和3B分别是可以和本发明的实施例一起使用的简化光学装置例如自由空间开关的一个示例的俯视图和侧视图。
图4是可以和本发明的实施例一起使用的简化光学装置例如自由空间开关的可替换示例的侧视图。
具体实施方式
图1示出了包括集成信道监测器的波长选择开关(WSS)100的一个示例的功能框图。如所示，三个不同的功能元件被描绘为：两个lxn WSS，该lxn WSS由WSS 110和120表示；以及光学信道监测器130(OCM)。然而，应当指出的是，如下所述，可将不同的功能并入单个物理开关装置。
WSS 110包括输入端口112以及输出端口1141、1142、1143、1144和1145(“114”)。开关结构116将输入端口112光学地耦接到输出端口114，以使在输入端口112处接收的光学信号能够在开关控制器140的控制下被选择性地引导至输出端口114中的一个。类似地，WSS 120包括输入端口122以及输出端口1241、1242、1243、1244和1245(“124”)。开关结构126将输入端口122光学地耦接至输出端口124，以使在输入端口122处接收的光学信号能够在开关控制器140的控制下被选择性地引导至输出端口124中的一个。
除了OCM 130每个输出端口与光电检测器例如光电二极管端接之外，OCM 130与WSS 120和130类似。具体地，OCM 130包括输入端口132和输出端口1341、1342、1343、1344以及1345(“134”)。开关结构136将输入端口132光学地耦接至输出端口134，以使在输入端口132处接收的光学信号能够在开关控制器140的控制下被选择性地引导至输出端口134中的一个。光电二极管1501、1502、1503、1504以及1505分别从光学输出端1341、1342、1343、1344以及1345接收光线。
应当注意的是，尽管WSS 110和120以及OCM130被描绘成具有五个输出端口，更一般地，可以使用任何数量的输出端口，并且这一数量在三个功能元件中可以相同或者不同。也就是，WSS 110、WSS 120以及OCM 130可具有相同数量或者不同数量的输出端口。
因为OCM具有多个输出端口，其每个装备有光电二极管，多信道能够被同时监测，从而增加了OCM回路速度。例如，借助仅1个光电二极管，100信道测量将采用100个顺序采样，使切换和建立的时间在每个采样之间。例如，如果使用具有20个光电二极管的1x20WSS，那么每个光电二极管能够几乎同时地采样，使20个信道被并联地检测。这将把回路时间从与传统布置所需要的时间相比减少到其二十分之一。这样，0.2s的回路时间和1ms的建立时间能够支持39ms的切换时间。这样的切换时间实际的用于基于液晶的切换技术。
单独的信道可以同时被发送至OCM130用于以各种各样不同的方式监测。图2示出序列的一个示例，该序列可被用于与具有一连串N(其中N等于或者大于2)个其每个具有5个输出端口的WSS和具有从N个输出端口接收光线的N个光电二极管的OCM有关的装置。如所示，信道波长1、2、3、4以及5被顺序发送至第一WSS的五个输出端。波长6、7、8、9以及10被顺序发送至第二WSS的五个输出端。对于每个WSS这一过程会继续，使最终的波长N、N+l、N+2、N+3、N+4以及N+5被顺序发送至第N个WSS的五个输出端。
因为OCM具有N个输出，来自N个WSS中的每个的一个信道能够被同时监测。例如，利用这种布置，信道或者波长1、6、11、16...N能够被同时监测。然后，在这些信道已经被监测之后，信道2、7、12、17...N+l能够被同时监测，继之以信道3、8、13、18...N+2等等。最后，该监测序列可通过同时监测信道5、10、15、20...N+4来完成，在其之后可以重复整个序列。
可能对于许多应用成本限制的是，建立只专门用作具有多个光电二极管的OCM的多端口WSS。然而，如果OCM的功能可以被合并作为装置的附件，该装置包括一个或多个WSS的功能，如果用在WSS中的大多数光学元件同样被用于实施OCM的功能，该成本会显著地减少。在这种情况下，额外WSS的增量成本能够是非常小的，使OCM具有多个光电二极管是可行的选择。
将参考图3-图4描述包含有上述类型的光学信道监测器的波长选择开关的一个示例。与这个光学开关有关的附加的细节可以在题目为“使用LCoS装置并且具有减少的串扰的波长选择开关”的共同未决美国申请序列号[档案号2062/17]中找到。
图3A和图3B分别是简化光学装置例如自由空间WSS 100的一个示例的俯视图和侧视图，其可以和本发明的实施例一起使用。光线通过被用作输入端口与输出端口的光波导诸如光纤输入与输出至WSS100。如图3B最佳地所示，光纤准直器阵列101可以包括多个单根光纤1201、1202和1203，该多个单根光纤分别耦接到准直器1021、1022和1023。来自一个或多个光纤120的光线通过准直器102转换为自由空间光束。从端口阵列101离开的光线平行于z轴线。在图3B中尽管端口阵列101仅仅示出了三个光纤/准直器对，更一般地说可以使用任何合适数量的光纤/准直器对。
一对望远镜或者光束扩展器放大了来自端口阵列101的自由空间光束。第一望远镜或者第一光束扩展器由光学元件106和107组成，并且第二望远镜或者第二光束扩展器由光学元件104和105组成。
在图3A和图3B中，在两个轴线上影响光线的光学元件在两个视图中用实线表示为双凸光学装置。另一方面，仅仅在一个轴线上影响光线的光学元件用实线表示为在被影响的轴线上的平凸透镜。仅仅在一个轴线上影响光线的光学元件同样由虚线表示在它们不影响的轴线上。例如，在图3A和3B中，光学元件102、108、109以及110在两个图中用实线描绘。另一方面，在图3A中，光学元件106和107用实线表示(因为它们具有沿着y轴线聚焦的能力)并且在图3B中用虚线描绘(因为它们使光束沿着x轴线未受影响)。在图3B中，光学元件104和105用实线描绘(因为它们具有沿着x轴线聚焦的能力)并且在图3A中用虚线描绘(因为它们使光束沿着y轴线未受影响)。
每个望远镜可以建立为具有对于x和y方向的不同的放大倍数。例如，由在x方向上放大光线的光学元件104和105形成的望远镜的放大率，可以小于由在y方向上放大光线的光学元件106和107的形成望远镜的放大率，。
该一对望远镜放大了来自端口阵列101的光束并且将它们光学地耦合至波长色散元件108(例如，衍射光栅或者棱镜)，其将自由空间光束分离至它们的成分波长或者信道中。波长色散元件108用于根据其波长在x-y平面上沿着不同方向分散光线。来自色散元件的光线被引导至束聚焦光学器件109。
束聚焦光学器件109将来自波长色散元件108的波长成分耦合至光路转换系统。在这个示例中，光路转换系统是可编程光相位调制器，例如其可以是基于液晶的相位调制器，例如硅基液晶装置(LCoS)110。波长成分沿着x轴线分散，其被称为波长色散方向或者波长色散轴线。因此，给定波长的每个波长成分被聚焦在沿着y方向延伸的像素阵列上。作为示例而不是作为限制，具有被表示为λ1、λ2和λ3的中心波长的三个这样的波长成分在图3A中示出为沿着波长色散轴线(x轴线)被聚焦在LCoS装置110上。
如图3B最佳地所示，在从LCoS装置110反射之后，每个波长成分能够通过束聚焦光学器件109、波长色散元件108以及光学元件106和107被返回耦合到端口阵列101中选择的光纤。如在上述共同未决美国申请中更详细地所述，在y轴线内的像素的适当操作允许选择性的单独引导每个波长成分至选择的输出光纤。
在一个具体实施例中，LCoS 110绕X轴线倾斜以使其不再在x-y平面内，并且因此不再与光线从端口阵列101传播所沿的z轴线垂直。换句话说，倾斜角形成在z轴线和与波长色散轴线垂直的调制器的平面内的一个方向之间。这样的实施例示出在图4中，图4是与图3B示出的侧视图类似的侧视图。在图4和图3A和3B中，类似的元件通过类似的附图标记表示。通过用这样的方式将LCoS 110倾斜，能够减少由于散射光而产生的串扰。
尽管在图3-图4中示出的特殊波长选择开关中使用的光路转换系统是基于可编程光相位调制器(例如，LCoS装置)，更一般地说，可以使用其它技术代替，包括例如基于MEMs的装置，例如DMD。

Claims (5)

1.一种光学装置，包括：
光学端口阵列，所述光学端口阵列具有用于接收光束的至少第一光学输入端和第二光学输入端，和与开关功能相关的至少第一多个光学输出端，以及与信道监测功能相关的第二多个光学输出端；
色散元件，所述色散元件从光学输入端接收所述光束并且空间地将所述光束分离成多个波长成分；
聚焦元件，所述聚焦元件用于聚焦所述多个波长成分；
光路转换系统，所述光路转换系统用于接收所述多个波长成分并且选择性地将每个所述波长成分通过所述聚焦元件和所述色散元件引导返回至规定的一个所述光学端口；
多个光电检测器，所述多个光电检测器每个与所述第二多个光学输出端中的一个所述光学输出端相连，用于从那里接收波长成分；以及
控制器，所述控制器用于使所述光路转换系统选择性地将所述多个波长成分中的至少一些引导至所述第二多个光学输出端的不同的所述光学输出端。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第二多个光学输出端包括N个光学输出端，N是大于或等于2的整数，所述控制器被进一步配置为使所述光路转换系统同时将N个波长成分的第一序列引导至所述N个光学输出端中的一个，并随后在那里，同时将N个波长成分的第二序列引导至所述N个光学输出端中的一个。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其中所述光路转换系统包括可编程光相位调制器。
4.根据权利要求3所述的光学装置，其中所述可编程光相位调制器具有与所述可编程光相位调制器延伸的平面相垂直的轴线，所述轴线与所述光束离开和进入所述光学端口阵列所沿的方向不平行。
5.根据权利要求3所述的光学装置，其中所述可编程光相位调制器是硅基液晶(LCoS)装置。
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