CN107193083A

CN107193083A - 一种波段选择开关

Info

Publication number: CN107193083A
Application number: CN201710411721.5A
Authority: CN
Inventors: 王启平
Original assignee: FUZHOU TENGJING OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: FUZHOU TENGJING OPTOELECTRONICS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2017-06-05
Filing date: 2017-06-05
Publication date: 2017-09-22

Abstract

本发明涉及一种波段选择开关，包括依次设置的由第一准直器、第二准直器、第三准直器、第四准直器构成的四通道准直器阵列，玻璃基片，由第一滤片、第二滤片、第三滤片、第四滤片构成的四通道滤片阵列，由第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜构成的四通道透镜阵列，由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜构成的四通道反射镜阵列；来自任一准直器的光束，内含全部四个波长或部分波长，经过所述四通道滤片阵列后，在相应的滤片位置出射相应波长的准直光束，再经过相应透镜汇聚在相应通道的反射镜上；按反射镜不同的角度位置，反射回光路，重新经过透镜、滤片，进入原本入射的准直器或者其它三个准直器中的一个。

Description

一种波段选择开关

技术领域

本发明涉及光纤通讯技术领域，特别是涉及一种波段选择开关。

背景技术

随着波分系统的发展，对系统的灵活性要求也越来越高，波长选择光开关具有任意端口任意波长上下的功能，给光网络的灵活组网提供了必要的技术平台，随着光交换智能网络的发展，特别是当前大量光交换网络已经或即将下沉到城域网，获得了大量的应用。

作为光传送网的核心设备，ROADM（Reconfigurable Optical Add-DropMultiplexer，简称ROADM）的使用给网络的运营带来了更多业务开展的便利和营运成本的降低。首先，ROADM的使用支持波长级业务开展的需要。面对大客户提供的波长级业务，使用ROADM节点设备，只需通过网管系统进行远端配置即可，极大地方方便了这种新类型业务的开展，提高了对客户新需求的反应速度。其次，ROADM的使用便于进行网络规划，降低运营费用。对于突发和难以预测的业务，ROADM通过提供节点的重构能力，使得DWDM（DenseWavelength Division Multiplexing，简称DWDM）网络也可以方便的重构，因此对网络规划的要求就可以大大降低，而且应对突发情况的能力也大大增强，使整个我拿过来的效率有很大的提升。另外，ROADM的使用便于维护和降低维护成本。采用ROADM，绝大多数日常维护操作包括增开业务及进行线路调整等，可通过网管进行，不需要人工操作，可极大提高工作效率，降低维护成本。WSS作为ROADM的新一代产品，使得光层在波长级实现了完全自动化。

中国专利CN1831574A，公开一种波长选择开关。所提供的波长选择开关包括基于衍射光栅分光部分，可动反射镜部分，可动反射镜驱动部分，反射光监测部分。该波长选择开关输入端口的WDM(Wavelength Division Multiplexing，简称WDM)光信号被分光部分分成单独的波长信道，并且沿不同方向进行的波长信道被相应反射镜反射。各可动反射镜的反射面角度被设定为待射入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相反的方向向下进行，并返回至输入端口。该波长选择开关还具备反射光监测功能。该专利通过反射镜的旋转实现光路切换选择的功能，没有衰减和无干扰切换（Hitless）功能。

如图2所示，一种典型的基于光栅和液晶技术实现的波长选择开关。包括光纤准直器阵列，衍射光栅，光学透镜，反射镜阵列。1/4波片，入射光信号经过衍射光栅分光后，光信号被分成为单独的波长信道光信号，离散的通道光信号传输至二维反射镜阵列，二维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，通过另一方向的旋转实现每通道信号的衰减功能。该专利通过二维反射镜的方向的旋转实现光路切换选择功能，另一方向的旋转实现每通道的衰减和无干扰切换Histless功能。

综上可见，已有的WSS具备以下两个特点：1.基于衍射光栅设计，2.基于多通道多波长。由于衍射光栅有其特有的色散特性，偏振特性，衍射特性，温度特性，导致基于光栅的光学系统，过于复杂，特别是为了回避美国一两家公司的基础专利壁垒，导致WSS的设计和制作工艺难度相当大，目前仅国外少数公司可以提供，而且成品率很低。这就使得基于衍射光栅的波长选择开关仅有少数几家欧美公司可以提供，而且出于技术和工艺难度，使得波长选择开关的成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种波段选择开关，具有结构简单、体积小、隔离度高、插入损耗低、偏振相关损耗低，无干扰切换等优点。

本发明采用以下方案实现：一种波段选择开关，包括依次设置的由第一准直器、第二准直器、第三准直器、第四准直器构成的四通道准直器阵列，玻璃基片，由第一滤片、第二滤片、第三滤片、第四滤片构成的四通道滤片阵列，由第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜构成的四通道透镜阵列，由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜构成的四通道反射镜阵列；来自任一准直器的光束，内含全部四个波长或部分波长，经过所述四通道滤片阵列后，在相应的滤片位置出射相应波长的准直光束，再经过相应透镜汇聚在相应通道的反射镜上；按反射镜不同的角度位置，反射回光路，重新经过透镜、滤片，进入原本入射的准直器或者其它三个准直器中的一个。由于以上模块依次进行设置，则第一、二、三、四准直器竖直并排放置于器件一端，滤片阵列、透镜阵列和反射镜阵列水平并排放置于器件另一端。

进一步地，所述四通道准直器阵列，用以发射和接收平行光束，每个通道均双向传输四个波长或者四组波长；所述玻璃基片与四通道滤片阵列，用以分解和合成四个波长的平行光束，平行光束从公共端进入四个端口为分解过程，平行光束从四个端口进入公共端为合成过程；所述四通道滤片阵列有一定的高度，所述四通道透镜阵列的不同准直器对应的光束层，分布在所述四通道滤片阵列的不同高度或空间位置。

进一步地，所述四通道反射镜阵列的每个反射镜，位于所述四通道透镜阵列的相应通道透镜的焦平面上；其中，每个反射镜均能够旋转，反射镜在某几个确定的位置，对应不同通道的反射关系，用以把不同通道的光反射去不同的通道。

进一步地，所述每个反射镜的转动方向设置为一维或二维；当反射镜进行二维旋转时，反射镜在第二维方向的旋转，不同的旋转角度对应不同的衰减量；在通道切换时，先旋转第二维方向使衰减量最大，再旋转第一维方向到通道切换位置，再旋转第二维方向到衰减最小或者衰减合适的位置，实现无交叉串扰的通道切换。

特别地，不同通道的光可以反射回原通道，也可以反射去别的通道，都要两次经过相应通道的滤片阵列，所以相应的通道隔离度可以翻倍，也就是说对滤片隔离度的要求可以减半；也就是说可以降低滤片隔离度要求，增加滤片入射角，从而实现在较短的光路上实现多通道光束在空间上的分开。另外，当选用的透镜焦距比较长时，反射镜只需要改变很小的角度，就可以在两个通道间切换。例如，在空间竖直方向上，相邻两个通道可以分开较大的距离，就减少了准直器阵列的设计和工艺难度。

进一步地，构成所述四通道准直器阵列的准直器个数根据需求进行增减，从而构成不同输入端口数与输出端口数的波段选择开关。

进一步地，所述四通道滤片阵列、四通道透镜阵列以及四通道反射镜阵列的通道数均根据需求进行增减，从而构成不同波长数或者不同波长组数的波段选择开关。

进一步地，所述四通道准直器阵列中的每个准直器采用光纤芯径扩束的小光斑长工作距离设计，或采用透镜组设计进行光斑和工作距离变换。

进一步地，所述四通道透镜阵列中的透镜组采用复合透镜设计，用以满足不同的光斑大小、通道间距、反射镜旋转角度。

进一步地，在所述四通道准直器阵列的准直器的光纤端口上放置环行器，用以实现多一个端口输出。

进一步地，所述四通道透镜阵列和所述四通道反射镜阵列，替换为液晶功能阵列，同样用以实现通道切换和衰减功能。并且，低通道数的液晶单元，同样有结构简单和低成本的优势。

进一步地，用以分合光的四通道滤片阵列，可以靠玻璃基片进行反射、透射及定位固定，也可以靠反射镜和滤片构成反射和透射及定位固定；反射镜和滤片构成的滤片阵列，可以增大反射角，增大光束分开的距离。另外，用大入射角滤片实现分合光，用零度入射角滤片实现隔离度，镀膜难度降低，增加滤片的入射角来加大光束分开距离。

特别地，滤片和滤片组结构，是比现有基于光栅的通用方案，在较少波长数和/或波长组数的情况下，更容易设计和工艺处理的。光栅有较大的色散，有偏振相关特性需要单偏振入射，有明显的温度特性需要温度补偿设计，由于光栅衍射效应而必然有较大的损耗。这些光栅方案上的弱点，反衬滤片方案的优势，在通道数少的情况下，该设计有非常明确的优势。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：所述波段选择开关结构简单，体积小，无色散，隔离度高，插入损耗低，偏振相关损耗低。

附图说明

图1 为反射镜阵列单元示意图。

图2 一种典型的基于衍射光栅的波长选择开关结构示意图。

图3为本发明中波段选择开关的光路俯视图。

图4为本发明中波段选择开关的光路侧视图。

图5为本发明中反射镜旋转示意图。

图6为本发明中基于反射镜和滤片组的波长分合光示意图。

图7为别本发明中波段选择开关的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本实施例提供一种波段选择开关，如图7所示，包括第一准直器11、第二准直器12、第三准直器13、第四准直器14构成的四通道准直器阵列1，玻璃基片20和第一滤片21、第二滤片22、第三滤片23、第四滤片24够成的四通道滤片阵列2，第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34构成的四通道透镜阵列3，第一反射镜41、第二反射镜42、第三反射镜43、第四反射镜44构成的四通道反射镜阵列4。

在本实施例中，如图3所示，是波段选择开关的光路俯视图，以图面的第一准直器11为例，来自第一准直器11的光束，内含全部四个波长或部分波长，经过玻璃基片20，依次在第一滤片21、第二滤片22、第三滤片23、第四滤片24够成的四通道滤片阵列2滤片阵列上，发生反射和透射，在第一滤片21、第二滤片22、第三滤片23、第四滤片24相应位置出射相应波长的准直光束：第一波长211、第二波长221、第三波长231、第四波长241；再经过第一透镜31、第二透镜32、第三透镜33、第四透镜34汇聚在第一反射镜41、第二反射镜42、第三反射镜43、第四反射镜44上。

同样，来自第二准直器12、第三准直器13、第四准直器14的光束，也将各自的4个光束，分别汇聚在第一反射镜41、第二反射镜42、第三反射镜43、第四反射镜44上。

在本实施例中，如图4所示，是波段选择开关的光路侧视图，以图面的第一滤片21，第一透镜31和第一反射镜41为例，来自第一准直器11的第一波长211、第二准直器12的第二波长212、第三准直器13的第三波长213、第四准直器14的的第四波长214，经过第一透镜31汇聚到第一透镜31的焦点上。第一反射镜41的通道切换旋转轴就在第一透镜31的焦点上。

在本实施例中，如图5所示，是反射镜旋转示意图，通过旋转到不同的角度位置，经过反射，第一波长211可以切换到第二波长212，也可以切换到第三波长213，也可以切换到第四波长214。同样，第二波长212也可以切换到第三波长213，也可以切换到第四波长214；第三波长213也可以切换到第四波长214。图中实线反射镜4的位置，第一波长211可以反射到第四波长214，第二波长212可以反射到第三波长213；图中虚线反射镜4的位置，第一波长211可以反射到第二波长212；类似地，在该旋转轴方向，还有第一波长211反射到第三波长213的位置。

经过反射后的波长，重新回到第一透镜31，再到第一滤片21，再经过基片20，重新回到第一准直器11、第二准直器12、第三准直器13、第四准直器14中的一个，完成通道切换。

在本实施例中，如图1所示，是当采用的是二维旋转的反射镜，第一波长211从第二波长212切换到第四波长214的过程中，先旋转第二维到衰减最大，再旋转第一维到第一波长211切换到第四波长214的位置，最后再把旋转第二维到衰减合适的位置，从而实现无通道串扰的切换。同理，对应其它三组的四个波长，也可以在四个通道切换和无通道串扰的切换，同时实现有无衰减。

对于2个到160个波长中，若干个相邻波长为一组的情况，只需要把滤片镀成相应波长组透过的通带滤片就可以。为降低镀膜难度，可以采用相邻波长组之间，间隔一个波长或者两个波长，或者三个波长，甚至更多个波长的方式，比如常用的8S1（8个波长间隔1个波长），8S2（8个波长间隔2个波长），8S3（8个波长间隔3个波长）。

在实际大角度滤片（指大入射角的滤片，比如常用的10°，11°，13°，13.5°等入射角）获得高隔离度有难度的情况下，还可以采用大角度滤片实现分合光，增加零度入射角滤片获得高隔离度的方式，使得实际的解决方案变得简单。

在本实施例中，如图6所示，是基于反射镜和滤片组的波长分合光示意图。分波时，光束从左入射，对应第一滤片21透射的四个波长211，212，213，214从第一滤片21透射；其它波长反射，在反射镜5上再反射，然后在第二滤片22透射四个波长221，222，223，224；其它波长反射，在反射镜5上再反射，然后在第三滤片23透射四个波长231，232，233，234；其它波长反射，在反射镜5上再反射，然后在第四滤片24透射四个波长241，242，243，244。合波时，各个波长光束从右边入射（从反射镜反射回的光束），同样透射过相应通道的滤片2，在反射镜5上反射，在其它通道滤片2上反射，最后合成为一束，从左边出射。

在本实施例中，如图6所示，图中虚线位置是同样滤片入射角的情况下，玻璃基片20所在的位置，可以看出总体长度有明显缩短。这是因为对应同样入射角的滤片，在空气中的入射角答应玻璃基片中的入射角，相应地在同样侧向分开距离的情况下，纵向距离就缩短了。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种波段选择开关，其特征在于：包括依次设置的由第一准直器、第二准直器、第三准直器、第四准直器构成的四通道准直器阵列，玻璃基片，由第一滤片、第二滤片、第三滤片、第四滤片构成的四通道滤片阵列，由第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜构成的四通道透镜阵列，由第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜构成的四通道反射镜阵列；来自任一准直器的光束，内含全部四个波长或部分波长，经过所述四通道滤片阵列后，在相应的滤片位置出射相应波长的准直光束，再经过相应透镜汇聚在相应通道的反射镜上；按反射镜不同的角度位置，反射回光路，重新经过透镜、滤片，进入原本入射的准直器或者其它三个准直器中的一个。

2.根据权利要求1所述的一种波段选择开关，其特征在于：所述四通道准直器阵列，用以发射和接收平行光束，每个通道均双向传输四个波长或者四组波长；所述玻璃基片与四通道滤片阵列，用以分解和合成四个波长的平行光束，平行光束从公共端进入四个端口为分解过程，平行光束从四个端口进入公共端为合成过程；所述四通道滤片阵列有一定的高度，所述四通道透镜阵列的不同准直器对应的光束层，分布在所述四通道滤片阵列的不同高度或空间位置。

3.根据权利要求1所述的一种波段选择开关，其特征在于：所述四通道反射镜阵列的每个反射镜，位于所述四通道透镜阵列的相应通道透镜的焦平面上；其中，每个反射镜均能够旋转，用以把不同通道的光反射去不同的通道。

4.根据权利要求3所述的一种波段选择开关，其特征在于：所述每个反射镜的转动方向设置为一维或二维；当反射镜进行二维旋转时，反射镜在第二维方向的旋转，不同的旋转角度对应不同的衰减量；在通道切换时，先旋转第二维方向使衰减量最大，再旋转第一维方向到通道切换位置，再旋转第二维方向到衰减最小或者衰减合适的位置，实现无交叉串扰的通道切换。

5.根据权利要求1所述的一种波段选择开关，其特征在于：构成所述四通道准直器阵列的准直器个数根据需求进行增减，从而构成不同输入端口数与输出端口数的波段选择开关。

6.根据权利要求1所述的一种波段选择开关，其特征在于：所述四通道滤片阵列、四通道透镜阵列以及四通道反射镜阵列的通道数均根据需求进行增减，从而构成不同波长数或者不同波长组数的波段选择开关。

7.根据权利要求1所述的一种波段选择开关，其特征在于：所述四通道准直器阵列中的每个准直器采用光纤芯径扩束的小光斑长工作距离设计，或采用透镜组设计进行光斑和工作距离变换。

8.根据权利要求1所述的一种波段选择开关，其特征在于：所述四通道透镜阵列中的透镜组采用复合透镜设计，用以满足不同的光斑大小、通道间距、反射镜旋转角度。

9.根据权利要求1所述的一种波段选择开关，其特征在于：在所述四通道准直器阵列的准直器的光纤端口上放置环行器，用以实现多一个端口输出。

10.根据权利要求1所述的一种波段选择开关，其特征在于：所述四通道透镜阵列和所述四通道反射镜阵列，替换为液晶功能阵列，同样用以实现通道切换和衰减功能。