CN107209328B - 具有避免串扰的增大频率间隔的波长选择开关 - Google Patents

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Abstract

光学器件将两个或更多波长选择开关的功能整合入相同的物理结构中。与第一光开关相关联的波长成分通过在可编程光相位调制器上沿一条轴线进行空间位移与第二光开关相关联的波长成分相隔离。通过沿所述可编程光相位调制器的另一条轴线空间分隔波长相同的两个波长开关的成分来降低所述成分之间的剩余串扰。

Description

具有避免串扰的增大频率间隔的波长选择开关
背景技术
在光通信网络中，在单波长(信道)上有多个光信道的光信号通常可通过一根光纤从一个地方发送到另一个地方。光交叉连接模块可允许光信号从一根光纤切换至另一根光纤。波长选择光交叉连接或波长选择开关(WSS)允许重新配置波长相关交换，也就是说，允许将某些波长信道从第一光纤切换至第二光纤，同时让其他波长信道在第一光纤中进行传输，或者允许将某些波长信道切换至第三光纤。由于可以自动创建单波长信道光通路或重新选择路由，基于波长选择光交换的光网体系结构具有许多引人注目的特征。它可以加速服务部署，加速围绕光网故障点的重新路由，降低服务运营商的资金投入和运营费用，并且可以创建面向未来的网络拓扑。
在某些情况下，多种不同功能的波长开关可共享同一组光学元件，如，透镜、色散元件和空间光调制器。这种波长选择开关可能会在不同功能开关的各个信道之间出现不良串扰。
附图说明
图1是波长选择开关的一个示例的功能框图；
图2是可用作图1中所示光学器件的空间光调制器的LCoS器件的正视图；
图3是LCoS器件的正视图，其中，两个波长选择开关的波长成分相互空间分隔；
图4A和图4B分别是简化光学器件(如，自由空间波长选择开关WSS 100)的一个示例的顶视图和侧视图，其中的自由空间波长选择开关WSS 100可与本发明的实施例相结合使用；
图5是图2和图3中所示LCoS器件的正视图，其中，第一光学开关的波长成分沿第一波长色散轴线延伸，且第二光学开关的波长成分沿第二波长色散轴线延伸。
发明内容
根据本公开的一方面，光学器件包括光学端口阵列、色散元件、聚焦元件和可编程光相位调制器。光学端口阵列具有用于接收光束的第一多个端口和用于接收光束的第二多个端口。偏移轴线延伸穿过第一和第二平面二者。第一多个端口中的端口沿偏移轴线从第二多个端口中的端口横向位移。色散元件从第一多个端口中的一个接收光束中的第一光束和从第二多个端口中接收光束中的第二光束。色散元件沿第一和第二波长色散轴线将光束空间分隔成各个第一和第二多个波长成分。第一多个端口具有沿第一方向延伸的光轴，且第二多个端口具有沿第二方向延伸的光轴。第一和第二方向彼此不同。第一和第二方向中的至少一个与端口轴线不正交。聚焦元件聚焦第一和第二多个波长成分。可编程光相位调制器接收聚焦的多个波长成分。该可编程光相位调制器被配置成将从所述第一多个端口中的任意一个接收到的波长成分引导至所述第一多个端口中的选定端口，并且被进一步配置成将从所述第二多个端口中的任意一个接收到的波长成分引导至所述第二多个端口中的选定端口。
具体实施方式
图1是波长选择开关(WSS)100的一个示例的功能框图，在某些情况下，该波长选择开关100可进一步包括集成信道监控器。如图所示，图中示出了3种不同的功能：2个1×nWSS，用WSS 10和WSS 20表示，以及1个光学信道监控器30(OCM)。但是，应当注意的是，如下所述，3种不同的功能可被合并入一个单一物理交换设备中。
WSS 10包括输入端口12和输出端口141、142、143、144和145(“14”)。交换结构16将输入端口12光学耦合至输出端口14，使在输出端口12接收到的光学信号可在开关控制器40的控制下被选择性地引导至输出端口14中的一个端口。同样地，WSS 20包括输入端口22和输出端口241、242、243、244和245(“24”)。交换结构26将输入端口22光学耦合至输出端口24，使在输出端口22接收到的光学信号在开关控制器40的控制下被选择性地引导至输出端口24中的一个端口。
应当注意的是，虽然WSS 10和WSS 20被描述为具有5个输出端口，但是，一般而言，可采用任意数量的输出端口，并且在2个功能元件中的输出端口数量可以相同，也可以不同。
如图1中所示的光学器件的功能可利用两个光学开关功能大部分相同的光学元件来实现。该器件可使用如LCoS等空间光调制器，LCoS可由两个波长选择开关共用。
图2是可用作图1中所示光学器件的空间光调制器的LCoS器件21的正视图。光学开关中的第一光学开关的3个波长成分λ1、λ2和λ3沿LCoS器件21的上部分示出。3个波长成分λ1、λ2和λ3沿波长色散轴线(x轴)空间分隔，并沿LCoS器件21的多个像素19延伸。相反地，光学开关的第二光学开关的3个波长成分λ’1、λ’2和λ’3沿LCoS器件21的下部分示出。该波长成分λ’1、λ’2和λ’3也可沿波长色散轴线(x轴)空间分隔。应当注意的是，虽然图中所示波长成分的光束具有椭圆形横截面，但是，一般而言，光束的横截面可以是任意形状，包括但不限于圆形和月牙形。此外，本领域普通技术人员将意识到，波长成分的数量可在不同实施方式中各不相同，并且图中所示的3个波长成分仅作说明之用。
与第一光学开关相关联的波长成分通过波长成分间的相互空间位移沿y轴与第二光学开关相关联的波长成分相隔离，其中的y轴在本文中是指端口轴线。然而，串扰仍然存在，尤其是在波长相同的两个光学开关的成分之间(如，第一光学开关的波长成分λ1与第二光学开关的波长成分λ’1之间)。一种减少串扰的方法为进一步空间分隔波长相同的两个光学开关的成分。
一种完成额外隔离的方法是，使(与第一开关相关联的)第一组波长成分沿波长色散轴线(如，图2中所示的x轴)在空间上偏离(与第二开关相关联的)第二组波长成分。也就是说，每组成分中的相应波长对沿波长色散轴线相互偏离(如，波长对λ1和λ’1相互偏离，波长对λ2和λ’2相互偏离，以及波长对λ3和λ’3相互偏离)。图3是LCoS器件21的正视图，其中的波长成分就以此方式进行空间分隔。偏移量可以是特定的，也可以在不同实施方式中各不相同。然而，较大程度上的额外隔离通常可利用偏移实现，其中的偏移量相比较而言不小于有效光束直径。举例来说，一半光束直径与2个光束直径之间的偏移量在多种方案中均有效，可显著提高隔离效果。
下面将结合图4A和图4B对可用于提供波长成分形态的WSS的一个示例(如图3中所示)进行说明。
图4A和图4B分别是简化光学器件(如，自由空间波长选择开关WSS 100)的顶视图和侧视图，其中的自由空间波长选择开关WSS 100可与本发明的实施例相结合使用。光可通过光波导(如，光纤)输入和输出WSS 100，其中的光波导被用作输入端口和输出端口。光纤准直器阵列101包括与图1中所示WSS 10相关联的第一系列光纤120和与图1中所示WSS 20相关联的第二系列光纤130。每根单独的光纤与准直器102相关联，该准直器102可将来自每根光纤的光转换成自由空间光束。
如图4b中最佳所示，第一光纤系列120中的光纤1201、1202、1203和1204与第二光纤系列130中的光纤1301、1302和1303交错连接。同样地，如图4b中所示，第一系列120中的光纤成角度地偏离第二光纤系列130中的光纤。该偏移角度使与两个不同的WSS 10和WSS 20相关联的波长在LCoS器件21上沿y方向(端口轴线)进行空间偏移(如图2中所示)。
如图4A中最佳所示，第一光纤系列120中的光纤沿第一公共面延伸，其中的第一公共面为图4A和图4B中所示的y-z平面。相反地，第二光纤系列130中的光纤沿第二公共面延伸，其中的第二公共面平行并偏离第一公共面。第一与第二光纤系列之间的偏移量使与第一WSS 10和第二WSS 20相关联的公共波长成分之间沿图3中所示的x方向(波长色散轴线)进行空间偏移。
一对望远镜或光束扩展器放大来自端口阵列101的自由空间光束。第一望远镜或光束扩展器由光学元件106和107形成，而第二望远镜或光束扩展器由光学元件104和105形成。
在图4A和图4B中，在两轴线上影响光线的光学元件在两个示图中均以实线表示为双凸透镜光学器件。而在另一方面，仅在一条轴线上影响光线的光学元件则以实线表示为受影响轴线上的平凸透镜。仅在一条轴线上影响光线的光学元件被进一步以不受影响的轴线上的虚线表示。例如，在图4A和图4B中，光学元件102、108、109和110在两图中均以实线表示。而在另一方面，光学元件106和107在图4A中以实线表示(因为光学元件沿y轴有聚焦能力)，而在图4B中以虚线表示(因为光学元件未沿y轴影响光束)。光学元件104和105在图4B中以实线表示(因为光学元件沿x轴有聚焦能力)，而在图4A中以虚线表示(因为光学元件未沿y轴影响光束)。
每个望远镜都可在x和y方向上创建不同的放大倍数。例如，由光学元件104和105形成的在x方向上放大光线的望远镜的放大率可低于由光学元件106和107形成的在y方向上放大光线的望远镜的放大率。
该对望远镜放大来自端口阵列101的光束，并将放大光束光耦合至波长色散元件108(如，衍射光栅或棱镜)，其中的波长色散元件108将空间自由光束分离成为组成波长或信道。该波长色散元件108根据波长在x-y平面上沿不同方向色散光线。来自色散元件的光线被引导至光束聚焦光学器件109。
光束聚焦光学器件109将来自波长色散元件108的波长成分耦合至可编程光相位调制器，例如，其中的可编程光相位调制器可以是如LCoS器件110等的基于液晶的相位调制器。该可编程光相位调制器在其每个像素上产生相移，其中的像素为可在整个表面上提高相移波形的像素。如图3所示，波长成分可沿x轴色散。因此，每个给定波长的波长成分都可聚焦在沿y方向延伸的像素阵列19上。图4A中以λ1、λ2和λ3表示的3个具有中心波长的波长成分(仅为举例，并非为限制范围)可沿波长色散轴线(x轴)聚焦到LCoS器件110上。
如图4B最佳所示，在从LCoS器件110反射后，每个波长成分都可通过光束聚焦光学元件109、波长色散元件108和光学元件106、107反馈耦合至端口阵列101中的选定光纤。因此，在y轴线上对像素19进行适当操作可选择性地将每个波长成分单独引导至选定的输出光纤。
在上述的示例中，波长色散轴线与像素网格轴线重合。然而，在一般情况下，波长色散轴线可在LCoS器件21上沿任意方向延伸。此外，与第一光学开关相关联的波长成分以及与第二光学开关相关联的波长成分可沿不同的波长色散轴线空间分隔。例如，图5示出了图2和图3中所示LCoS器件21的正视图，其中，第一光学开关的三个波长成分λ1、λ2和λ3沿第一波长色散轴线510延伸，而第二光学开关的三个波长成分λ’1、λ’2和λ’3沿第二波长色散轴线520延伸。如图所示，第一和第二波长色散轴线并不相互平行，并且第一和第二波长色散轴线中的任意一条轴线都不与LCoS器件21的像素网格重合。波长色散轴线可通过多种方式进行定义。例如，可对沿每条轴线延伸的每个光束的质量中心进行线性拟合来定义波长色散轴线。如果需要，还可为两条波长色散轴线定义一条平均色散轴线。如图5所示，在每组成分中，相应波长成分之间沿偏移轴530的偏移量可通过参照适当的轴系(包括波长色散轴线、像素网格轴线和平均色散轴线等)进行计算。

Claims (15)

1.一种光学器件，包括：
光学端口阵列，具有沿第一平面延伸的用于接收光束的第一多个端口和沿平行于第一平面的第二平面延伸的用于接收光束的第二多个端口，偏移轴线延伸穿过第一平面和第二平面二者，所述第一多个端口中的端口沿所述偏移轴线从所述第二多个端口中的端口横向位移；
色散元件，从所述第一多个端口中的一个接收所述光束中的第一光束和从所述第二多个端口中接收所述光束中的第二光束，以及沿第一波长色散轴线和第二波长色散轴线将所述光束空间分隔成各个第一多个波长成分和第二多个波长成分，所述第一多个端口具有沿第一方向延伸的光轴，而所述第二多个端口具有沿第二方向延伸的光轴，所述第一方向和第二方向彼此不同，所述第一方向和第二方向中的至少一个与端口轴线不正交；
聚焦元件，用于聚焦所述第一多个波长成分和第二多个波长成分；以及
可编程光相位调制器，用于接收聚焦的多个波长成分，所述调制器被配置成将从所述第一多个端口中的任意一个接收到的波长成分引导至所述第一多个端口中的选定端口，并且被进一步配置成将从所述第二多个端口中的任意一个接收到的波长成分引导至所述第二多个端口中的选定端口。
2.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述第一方向和第二方向二者均不与所述偏移轴线正交，并且相互形成大于0°的锐角。
3.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述第一多个端口沿所述端口轴线与所述第二多个端口交错连接。
4.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述第一波长色散轴线和第二波长色散轴线以及所述可编程光相位调制器在一共面上延伸。
5.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述偏移轴线正交延伸穿过所述第一平面和第二平面二者。
6.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述可编程光相位调制器包括基于液晶的相位调制器。
7.根据权利要求6所述的光学器件，其中，所述基于液晶的相位调制器为LCoS器件。
8.根据权利要求1所述的光学器件，其中，所述色散元件从衍射光栅和棱镜组成的组中选择。
9.根据权利要求1所述的光学器件，进一步包括光学系统，用于放大从所述光学端口阵列接收到的光束，并将放大后的光束引导至所述色散元件。
10.根据权利要求9所述的光学器件，其中，所述光学系统具有第一方向上的第一放大倍数和正交于所述第一方向的第二方向上的第二放大倍数，所述第一放大倍数与所述第二放大倍数不同。
11.根据权利要求10所述的光学器件，其中，所述第一方向与所述波长色散轴线中的至少一个平行，光束沿所述波长色散轴线被空间分隔，所述第一放大倍数小于所述第二放大倍数。
12.一种用于将光束波长成分从端口阵列的输入端口引导至端口阵列的至少一个输出端口的方法，包括：
在与第一波长选择开关相关联的端口阵列的第一输入端口接收第一光束；
在与第二波长选择开关相关联的端口阵列的第二输入端口接收第二光束；
沿第一方向和正交于所述第一方向的第二方向放大光束；
在放大光束后，空间分隔所述第一光束和第二光束的波长成分；
将空间分隔的波长成分聚焦到可编程光相位调制器上，使所述第一光束和第二光束的波长成分沿所述调制器上的至少一条像素轴线空间分隔，所述第一光束的波长成分沿所述像素轴线在空间上偏离所述第二光束的波长成分；以及
调制所述可编程光相位调制器的相移波形，以选择性地将从所述第一输入端口接收到的波长成分的单个成分引导至与所述第一波长选择开关关联的端口阵列的另一端口，并进一步配置成选择性地将从所述第二输入端口接收到的波长成分的单个成分引导至与所述第二波长选择开关关联的端口阵列的另一端口。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述可编程光相位调制器包括基于液晶的相位调制器。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述基于液晶的相位调制器为LCoS器件。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一方向平行于波长色散轴线，所述第一光束和第二光束沿所述波长色散轴线进行空间分隔，第一方向上的放大率小于第二方向上的放大率。
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