CN107850738A - 一种波长选择开关、可重构光分插复用器和波长选择的方法 - Google Patents

一种波长选择开关、可重构光分插复用器和波长选择的方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种波长选择开关WSS，包括：输入光纤准直阵列、第一光交换引擎、色散单元、光路转换器、第二光交换引擎、第三光交换引擎、输出光纤准直阵列；输入光纤准直阵列的第一端口输入第一光束，第一光交换引擎在第一平面内对第一光束进行角度偏转，色散单元在第二平面内将角度偏转后的第一光束分解成多个子波长光束，第二光交换引擎对分解的多个子波长光束进行角度偏转，色散单元在第二平面内对角度偏转后的多个子波长光束进行合波，第三光交换引擎在第一平面内对合波后的多个子波长光束进行角度偏转，使其在输出光纤准直阵列的第二端口输出。通过以上技术方案，实现了在二维方向上的光交换，实现了输入、输出端口的二维排布。

Description

一种波长选择开关、可重构光分插复用器和波长选择的方法 技术领域
本发明涉及通信领域,尤其涉及一种波长选择开关、可重构光分插复用器和波长选择的方法。
背景技术
随着ROADM(Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer，可重构光分插复用器)技术的迅速发展，具备Colorless(波长无关)特性、Directionless(方向无关)特性和Contentionless(无波长冲突)特性的ROADM(简称为CDC ROADM)是未来ROADM架构的发展方向。其中Colorless指的是任意端口可以输出任意波长；Directionless指的是任意波长可以调度到任意方向；Contentionless指的是多个方向同时需要在本地上下相同波长时，不会发生波长冲突。
现有技术中，如图1所示，ROADM的架构包括：线路侧波长交换模块、客户侧波长交换模块。线路侧波长交换模块通过光纤与客户侧波长交换模块相连。其中，线路侧波长交换模块可以由多个WSS(Wavelength Selective Switch，波长选择开关)和SP(Splitter，分光器)构成，一个WSS和一个SP构成一个方向的波长交换子模块。如图1中示出了三个方向上的波长交换子模块，包括east(东向)维度、west(西向)维度和north(北向)维度。客户侧波长交换模块包括Add上波模块和Drop下波模块，其中Add上波模块包括多个TX发射机和一个WSS，Drop下波模块包括多个RX接收机和一个WSS。以east 维度为例，对于east维度输入的WDM(Wavelength Division Multiplex，波分复用)光信号，首先通过SP将光信号广播到其他几个维度和客户侧的Drop下波模块。对于需要从客户侧本地下载的波长，通过客户侧的Drop模块进行选收；对于需要从east维度传送到west维度的波长，通过west维度的WSS选通，其他维度的WSS设置为不通过。
现有技术中的WSS具有分波、合波的功能。图2a是现有技术N*M WSS的光路结构俯视图的示意图。图2b是现有技术N*M WSS的光路结构侧视图的示意图。如图2a和图2b所示，WDM信号从输入端口201(输入光纤)输入，经过准直镜阵列202准直，通过第一级光栅203分解成K个子波长信号。K个子波长信号经过柱透镜阵列204和透镜205后，入射到第一级光交换阵列206。第一级光交换阵列206具有N排，每排K个光开关单元。每个光开关单元偏转一个子波长信号，使其入射到第二级光交换阵列207对应的光开关单元中。第二级光交换阵列207具有M排，每排K个光开关单元。每个光开关单元对应一个子波长信号，光开关单元修正子波长信号的角度，使其在Y方向与光轴(Z)方向平行。每个子波长信号经过透镜208和柱透镜阵列209后入射第二级光栅210，通过第二级光栅210合波后输出到准直镜阵列207，最后从输出端口208(输出光纤)输出。实际上，第一级光交换阵列206和第二级光交换阵列207只在Y平面内做光交换，每个光开关单元通过一维偏转节实现波长选择的功能。第一级光栅203和第一级光交换阵列206实现“分波”功能，把来自于同一个输入端口的子波长信号交换到第二级光交换阵列207的不同光开关单元上；第二级光交换 阵列207和第二级光栅210实现“合波”功能。
现有技术中的第二级光交换阵列需要M*K个开关交换单元，由于K个开关单元占据了X方向上的空间位置，并且由于K为较大的整数，导致无法实现在二维方向上进行光交换。因此，输出端口被限制在一个维度之内，无法实现二维排布，每个输出端口对应K个光开关单元，输出端口的数量受到限制。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种波长选择开关、可重构光分插复用器和波长选择的方法，可以解决WSS输出端口无法实现二维排布，输出端口数量受限的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种波长选择开关WSS，包括：输入光纤准直阵列、第一光交换引擎、色散单元、光路转换器、第二光交换引擎、第三光交换引擎、输出光纤准直阵列；所述输入光纤准直阵列用于从所述输入光纤准直阵列的第一端口输入第一光束，将所述第一光束入射至所述第一光交换引擎；所述第一光交换引擎用于在第一平面内根据第一预设角度对所述第一光束进行角度偏转，使所述第一光束入射到所述色散单元上；所述色散单元用于在第二平面内将从所述第一光交换引擎入射的所述第一光束分解成多个子波长光束；其中所述第二平面和所述第一平面相互正交；所述光路转换器用于将所述色散单元分解的多个子波长光束折射至所述第二光交换引擎上；所述第二光交换引擎用于根据第二预设角度将所述色散单元分解的多个子波长光束进行角度偏转，使所述分解的多个子波长光束通过所 述光路转换器入射到所述色散单元上；所述色散单元，还用于在所述第二平面内对角度偏转后的所述分解的多个子波长光束进行合波，将所述合波后的多个子波长光束入射至第三光交换引擎；所述第三光交换引擎，用于在所述第一平面内根据第三预设角度将所述合波后的多个子波长光束进行角度偏转，将角度偏转后的所述合波后的多个子波长光束从所述输出光纤准直阵列的第二端口输出。
结合第一方面的实现方式，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述第一端口和所述第二端口为二维排布的端口，所述第一端口和所述第二端口位于不同的行和/或列。
结合第一方面、或第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述输入光纤准直阵列和所述输出光纤准直阵列位于光轴上的同一个位置；所述第一光交换引擎和所述第三光交换引擎位于所述光轴上的同一个位置。
结合第一方面、或第一方面第一种至第二种任一可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述输入光纤准直阵列中的第一端口和所述输出光纤准直阵列的第二端口共包括P×Q个；所述第一光交换引擎和所述第三光交换引擎共包括P×Q个二维排布的光交换单元，P、Q为大于等于1的整数。
结合第一方面、或第一方面第一种至第三种任一可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述色散单元位于所述光路转换器的前焦平面，所述第二光交换引擎位于所述光路转换器的后焦平面。
结合第一方面、或第一方面第一种至第四种任一可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述光路转换器包括第一光路转换器和第二光路转换器，所述第一光路转换器在所述第一平面内起折射作用；所述第二光路转换器在所述第二平面内起折射作用。
结合第一方面、或第一方面第一种至第五种任一可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述第一光交换引擎和所述色散单元之间还包括：扩束单元，所述扩束单元用于接收通过所述第一光交换引擎在所述第二平面内进行角度偏转后的第一光束，在所述第二平面内对所述第一光束进行扩束。
结合第一方面、或第一方面第一种至第六种任一可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，所述扩束单元包括第一透镜，所述第一光路转换器包括第二透镜，所述第一光交换引擎在所述第二平面内进行角度偏转之后的第一束汇聚于所述第一透镜的前焦平面，所述色散单元位于所述第一透镜的后焦平面且位于所述第二透镜的前焦平面，所述第二光交换引擎位于所述第二透镜的后焦平面。
结合第一方面、或第一方面第一种至第七种任一可能的实现方式，在第一方面第八种可能的实现方式中，所述扩束单元包括第三透镜和第四透镜，所述第一光交换引擎位于所述第三透镜的前焦平面，所述色散单元位于所述第四透镜的后焦平面，所述第三透镜和第四透镜之间的距离为所述第三透镜和所述第四透镜的焦距之和。
结合第一方面、或第一方面第一种至第八种任一可能的实现方式，在第一方面第九种可能的实现方式中，所述输入光纤准直阵列和 所述第一光交换引擎之间还包括：偏振分束器和半波片，所述偏振分束器用于在所述第二平面内将来自所述输入光纤准直阵列第一端口的第一光束分成第一子光束和第二子光束，所述第一子光束和所述第二子光束具有相互正交的偏振分量；所述偏振分束器还用于在所述第二平面内将从所述半波片入射到所述偏振分束器的第三子光束和从所述第三光交换引擎入射到所述偏振分束器的第四子光束合并成一束光束，所述第三子光束和所述第四子光束具有相互正交的偏振分量；所述半波片的作用面法线与所述第一子光束和所述第三子光束的传播方向相平行或重合；所述半波片用于将所述第一子光束转换成与所述第一子光束具有正交偏振分量的光束；所述半波片还用于将所述第三子光束转换成与所述第三子光束具有正交偏振分量的光束。
结合第一方面、或第一方面第一种至第九种任一可能的实现方式，在第一方面第十种可能的实现方式中，所述输入光纤准直阵列、第一光交换引擎、色散单元、光路转换器、第二光交换引擎、第三光交换引擎、输出光纤准直阵列的中心轴平行于光轴方向。
第二方面，本发明实施例提供了一种可重构光分插复用器ROADM，第一WSS、第二WSS、Add上波模块、Drop下波模块，其中，所述第二WSS为第一方面或第一方面任一可能实现方式的WSS；所述第一WSS用于接收光信号，将接收到的光信号分解成至少两个不同波长的光信号；所述第二WSS用于对所述至少两个不同波长的光信号在多个输入端口和多个输出端口上进行波长交换；所述Add上波模块用于从所述第二WSS的多个输入端口上载本地波长信 号，所述Drop用于从所述第二WSS的多个输出端口下载本地波长信号。
第三方面，本发明实施例提供了一种波长选择的方法，包括：输入光纤准直阵列从第一端口输入第一光束，将所述第一光束从所述第一端口入射至第一光交换引擎；所述第一光交换引擎在第一平面内根据第一预设角度对所述第一光束进行角度偏转，将所述第一光束入射到色散单元上；所述色散单元在第二平面内将从所述第一光交换引擎入射的所述第一光束分解成多个子波长光束；其中所述第二平面和所述第一平面相互正交；光路转换器将所述色散单元分解的多个子波长光束折射至第二光交换引擎上；所述第二光交换引擎根据第二预设角度对所述色散单元分解的多个子波长光束进行角度偏转，使所述分解的多个子波长光束通过所述光路转换器入射至所述色散单元上；所述色散单元在所述第二平面内将角度偏转后的所述分解的多个子波长光束进行合波，将所述合波后的多个子波长光束入射至第三光交换引擎；所述第三光交换引擎在所述第一平面内根据第三预设角度对所述合波后的多个子波长光束进行角度偏转，将角度偏转后的所述合波后的多个子波长光束从输出光纤准直阵列的第二端口输出。
结合第三方面的实现方式，在第三方面第一种可能的实现方式中，所述第一端口和所述第二端口为二维排布的端口，所述第一端口和所述第二端口位于不同的行和/或列。
结合第三方面的实现方式，或第三方面第一种可能的实现方式，在第三方面第二种可能的实现方式中，所述输入光纤准直阵列和所述 输出光纤准直阵列位于光轴上的同一个位置；所述第一光交换引擎和所述第三光交换引擎位于所述光轴上的同一个位置。
结合第三方面的实现方式，或第三方面第一种至第二种任一可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述输入光纤准直阵列中的第一端口和所述输出光纤准直阵列的第二端口共包括P×Q个；所述第一光交换引擎和所述第三光交换引擎共包括P×Q个二维排布的光交换单元，P、Q为大于等于1的整数。
根据本发明实施例提供的技术方案，输入光纤准直阵列的第一端口输入第一光束，第一光束入射到第一光交换引擎；第一光交换引擎在第一平面内根据第一预设角度对第一光束进行角度偏转，使第一光束入射到色散单元上；色散单元在第二平面内将从第一光交换引擎入射的第一光束分解成多个子波长光束；光路转换器将色散单元分解的多个子波长光束折射至第二光交换引擎；第二光交换引擎根据第二预设角度将色散单元分解的多个子波长光束进行角度偏转，使分解的多个子波长光束通过光路转换器入射到色散单元上；色散单元在第二平面内对角度偏转后的分解的多个子波长光束进行合波，将合波后的多个子波长光束入射至第三光交换引擎；第三光交换引擎在第一平面内根据第三预设角度将合波后的多个子波长光束进行角度偏转，将角度偏转后的合波后的多个子波长光束从输出光纤准直阵列的第二端口输出。在第一平面内和第二平面内实现了二维方向上的光交换，输入输出端口实现二维排布，并且输入输出端口数量可以达到大规模。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对描述背景技术和实施例时所使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面附图中描述的仅仅是本发明的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图和描述得到其他的附图或实施例，而本发明旨在涵盖所有这些衍生的附图或实施例。
图1是现有技术的一种可重构光分插复用器ROADM的架构示意图；
图2a是现有技术N*M WSS的光路结构俯视图的示意图；
图2b是现有技术N*M WSS的光路结构侧视图的示意图；
图3是本发明实施例提供的一种ROADM的架构示意图；
图4a是本发明实施例提供的一种WSS在波长交换平面内的光路结构示意图；
图4b是本发明实施例提供的一种WSS在端口交换平面内的光路结构示意图；
图5a是本发明实施例提供的另一种WSS在波长交换平面内的光路结构示意图；
图5b是本发明实施例提供的另一种WSS在端口交换平面内的光路结构示意图；
图6a是本发明实施例提供的又一种WSS在波长交换平面内的光路结构示意图；
图6b是本发明实施例提供的又一种WSS在端口交换平面内的光 路结构示意图；
图7a是本发明实施例提供的一种WSS在波长交换平面内的光路结构示意图；
图7b是本发明实施例提供的一种WSS在端口交换平面内的光路结构示意图；
图8是发明实施例提供的一种波长选择方法的示范性流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图3是本发明实施例提供的一种ROADM架构示意图。如图3所示，本发明实施例提供的ROADM架构包括：多个第一WSS 301、第二WSS 302、Add上波模块303、Drop下波模块304。
具体地，第一WSS 301可以是现有技术中的1*N WSS。第一WSS301用于接收线路侧的波长信号，并将接收到的波长信号分解成多个不同波长信号。第二WSS 302用于实现合波、分波的功能，在输入、输出端口上进行波长选择和交换，实现波长在不同方向上的灵活调度，。本发明实施例中的第二WSS 302的结构与现有技术的第一WSS301不同，其具体结构在下面的实施例中进行详细的描述。Add上波 模块303包括多个TX发射机，用于从第二WSS 302的输入端口上载客户侧本地波长信号。Drop下波模块包括多个RX接收机，用于从第二WSS 302的输出端口下载客户侧本地波长信号。
图4a是本发明实施例提供的一种WSS在波长交换平面内的光路结构示意图，图4b是本发明实施例提供的一种WSS在端口交换平面内的光路结构示意图。波长交换平面指的是XOZ平面，端口交换平面指的是YOZ平面。具体地，如图4a和图4b所示，WSS包括：输入光纤准直阵列401、第一光交换引擎402、色散单元403、光路转换器404、第二光交换引擎405、第三光交换引擎406、输出光纤准直阵列407。整体光路以第二光交换引擎405为中心对称分布，第一光交换引擎402和第三光交换引擎406可以设置于光轴上的同一位置处，输入光纤准直阵列和输出光纤准直阵列也可以设置于光轴的同一位置处。其中，光轴即光学系统的对称轴，即图4a、4b中Z轴方向。
具体实施过程中，输入光纤准直阵列401用于从所述输入光纤准直阵列401的第一端口输入第一光束，将第一光束入射至第一光交换引擎402；第一光交换引擎402用于在第一平面内根据第一预设角度对第一光束进行角度偏转，使第一光束入射到色散单元403上；色散单元403用于在第二平面内将从第一光交换引擎402入射的第一光束分解成多个子波长光束；其中所述第二平面和所述第一平面相互正交；光路转换器404用于将色散单元403分解的多个子波长光束折射至所述第二光交换引擎405上；第二光交换引擎405用于根据第二预设角度将色散单元403分解的多个子波长光束进行角度偏转，使分解的多个 子波长光束通过光路转换器404入射到色散单元403上；色散单元403，还用于在第二平面内对角度偏转后的分解的多个子波长光束进行合波，将合波后的多个子波长光束入射至第三光交换引擎406；第三光交换引擎406，用于在第一平面内根据第三预设角度将合波之后的多个子波长光束进行角度偏转，将角度偏转后的合波之后的多个子波长光束从输出光纤准直阵列407的第二端口输出。具体地，第一平面可以为端口交换平面，第二平面可以为波长交换平面。第一光束可以为准直光束，即平行光束。第一端口和第二端口可以为多个二维排布的端口，第一端口和第二端口可以位于同行、不同列，同列、不同行，还可以位于不同行、不同列。
具体地，输入光纤准直阵列401和输出光纤准直阵列407包括光纤阵列和准直镜阵列，输入端口和输出端口可以共包括P×Q个二维排布的端口，其中，P、Q均为大于等于1的整数。输入光纤准直阵列401和输出光纤准直阵列407中的任意一个端口可以作为输入端口、或者作为输出端口，还可以同时作为输入端口、输出端口。本实施例中，第一端口为输入端口，第二端口为输出端口。
第一光交换引擎402、第二光交换引擎405、第三光交换引擎406包括但不限于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)、LCOS(Liquid Crystal on Silicon，硅基液晶)、DLP(Digital Light Processing，数字光处理)等光交换引擎。光交换引擎中有多个光交换单元，用于对光束的方向进行偏转和调整。在波长交换平面内，第一光交换引擎402、第三光交换引擎406可以不对光束进行角度偏转。 例如输入光纤准直阵列401输出的准直光束经过第一光交换引擎402后平行入射至色散单元403；第三光交换引擎406接收色散单元403合波之后的多个子波长光束，使合波后的多个子波长光束平行入射至输出光纤准直阵列407输出。在端口交换平面内，第一光交换引擎402、第三光交换引擎406可以对光束进行角度偏转。例如，第一光交换引擎402接收来自输入光纤准直阵列401的准直光束，根据第一预设角度对准直光束进行角度偏转，形成第一偏转光束；第三光交换引擎406根据第三预设角度对合波之后的多个子波长光束进行角度偏转，形成第三偏转光束，使第三偏转光束平行入射至输出光纤准直阵列407输出。第二光交换引擎405用于在波长交换平面内和端口交换平面内均可以对光束进行角度偏转。在波长交换平面内，第二光交换引擎405根据第二预设角度将色散单元403分解的多个子波长光束进行角度偏转，形成的第二偏转光束通过光路转换器404折射后入射到色散单元403的不同位置。在端口交换平面内，第二光交换引擎405根据第二预设角度对第一偏转光束进行角度偏转，形成的第二偏转光束通过光路转换器404折射至第三光交换引擎406的不同位置上。
具体地，第一光交换引擎402、第二光交换引擎405、第三光交换引擎406分别对光束的方向进行角度偏转可以通过控制光交换引擎的电压实现：例如对于LCOS，通过控制LCOS的电压，使液晶的折射率发生变化，产生一个相位差，从而使得光束在通过LCOS上的光交换单元时方向发生改变。具体地，第一预设角度可以根据第一交换光引擎402和第二光交换引擎405的距离，以及第一偏转光束在第二光交换 引擎405上的位置计算出来；第二预设角度可以根据第二光交换引擎405和色散单元403的距离，以及第二偏转光束通过光路转换器404后入射到色散单元403的位置计算出来；第二预设角度还可以根据第二光交换引擎405和第三光交换引擎406的距离，以及第二偏转光束在第三光交换引擎406上的位置计算出来；第三预设角度可以根据使第三偏转光束在第三光交换引擎406上平行入射到输出光纤准直阵列407的角度设置。
第一光交换引擎402和第三光交换引擎406位于光轴的同一位置处，可以为同一个光交换引擎上不同的光交换单元、还可以为不同的光交换引擎。具体地，第一光交换引擎402和第三光交换引擎406中可以包括M×N个二维排布的光交换单元，M大于等于P，N大于等于Q。当M等于P，N等于Q时，第一光交换引擎402和第三光交换引擎406中的光交换单元与输入光纤准直阵列401的端口、输出光纤准直阵列407的端口一一对应。第二光交换引擎405中可以包括T×K个光交换单元，其中，M、N、T、K均为大于等于1的整数。K为色散单元403分解的最大子波长数。
色散单元403为反射光栅、透射光栅或色散棱镜。可选地，为增加色散效应，可采用多片光栅组合或通过调整光路使得光束多次经过同一片光栅。色散单元主要是在波长交换平面内对光束进行分波、合波。在端口交换平面内，色散单元对光束没有起合波、分波的作用。在光束入射方向(即从输入光纤准直阵列401到第二光交换引擎405的方向)，色散单元403用于接收经过第一光交换引擎402偏转之后的 第一偏转光束，将第一偏转光束透射至光路转换器404；在光束出射方向(即从第二光交换引擎405到输出光纤准直阵列407的方向)，色散单元403用于将第二偏转光束透射至第三光交换引擎406上。
光路转换器404可以为单个透镜或一组由多个透镜构成的透镜组。单个透镜可以为凸透镜或者凹面镜，透镜组可以由多个凸透镜和/或凹面镜的组成。具体地，单个透镜或透镜组形成一个2f(f为透镜焦距)系统。以单透镜为例，色散单元403与第二光交换引擎405分别位于透镜的前焦平面和后焦平面处。根据几何光学成像原理，在焦平面(例如前焦平面)同一位置以不同角度出射的光束，经过光路转换器404后平行入射到像面(例如第二光交换引擎405)的不同位置上；从焦平面不同位置以同一角度出射的光束，经过光路转换器404后以不同角度入射到像面的同一位置上。具体地，在波长交换平面内，色散单元403同一位置上按照不同的角度衍射的子波长光束经过光路转换器404折射后平行出射，以同一角度入射到第二光交换引擎405，按照波长值的不同入射到第二光交换引擎405不同的位置上；在波长交换平面内，色散单元403不同位置上以相同角度衍射的子波长光束经过光路转换器404折射后，以不同角度入射到第二光交换引擎405的同一位置上。在波长交换平面内，第二光交换引擎405根据第二预设角度将多个子波长光束反射出去，形成的第二偏转光束经过光路转换器404折射后，第二偏转光束的各个子波长光束按照原出射角度返回至色散单元403。在端口交换平面内，从不同端口入射的第一偏转光束按照不同角度经过光路转换器404折射后，入射到第二光交换引擎405 的不同位置上。第二光交换引擎405根据第二预设角度对第一偏转光束进行角度偏转，形成的第二偏转光束反射至光路转换器404，第二偏转光束经过光路转换器404折射后按照原入射角度返回至第三光交换引擎406。
本发明实施例中，输入光纤准直阵列的第一端口输入第一光束，第一光束入射到第一光交换引擎；第一光交换引擎在第一平面内根据第一预设角度对第一光束进行角度偏转，使第一光束入射到色散单元上；色散单元在第二平面内将从第一光交换引擎入射的第一光束分解成多个子波长光束；光路转换器将色散单元分解的多个子波长光束折射至第二光交换引擎；第二光交换引擎根据第二预设角度将色散单元分解的多个子波长光束进行角度偏转，使分解的多个子波长光束通过光路转换器入射到色散单元上；色散单元在第二平面内对角度偏转后的分解的多个子波长光束进行合波，将合波后的多个子波长光束入射至第三光交换引擎；第三光交换引擎在第一平面内根据第三预设角度将合波后的多个子波长光束进行角度偏转，将角度偏转后的合波后的多个子波长光束从输出光纤准直阵列的第二端口输出。本发明实施例在波长交换平面和端口交换平面实现了二维方向上的光交换，实现了输入、输出端口的二维排布，并且端口数量可以达到大规模；输入、输出端口可以相互切换，提升了WSS应用的灵活度，可以支持单纤双向的应用场景。
图5a是本发明实施例提供的另一种WSS在波长交换平面内的光路结构示意图，图5b是本发明实施例提供的另一种WSS在端口交换 平面内的光路结构示意图。图6a是本发明实施例提供的又一种WSS在波长交换平面内的光路结构示意图，图6b是本发明实施例提供的又一种WSS在端口交换平面内的光路结构示意图。波长交换平面指的是XOZ平面，端口交换平面指的是YOZ平面。具体地，如图5a、图5b、图6a、图6b所示，与图4a和图4b实施例的区别在于：1、第一光交换引擎(或第三光交换引擎)和色散单元之间增加了一个扩束单元，用于对输入光纤准直阵列产生的准直光束进行扩束，增大色散单元上的光斑尺寸。具体地，在波长交换平面内，扩束单元可以对准直光束进行扩束；在端口交换平面内，扩束单元可以不对准直光束起任何作用，因此图中未示出。2、光路转换器包括第一光路转换器和第二光路转换器。其中，第一光路转换器在波长交换平面内对色散单元分解的多个子波长光束起折射作用；第二光路转换器在端口交换平面内对经过第一光交换引擎角度偏转的第一偏转光束和经过第二光交换引擎角度偏转的第二偏转光束起折射作用。
具体地，如图5a所示，该扩束单元可以为单个透镜或多个透镜构成的透镜组。扩束单元可以为第一透镜，第一光路转换器可以为第二透镜，第一透镜和第二透镜的焦距可以相同，构成4f(f为透镜的焦距)系统。在波长交换平面内，输入光纤准直阵列输出的准直光束通过第一光交换引擎进行角度偏转，产生汇聚的光束，光束汇聚点位于第一透镜的前焦平面。色散单元位于第一透镜的后焦平面以及第二透镜的前焦平面。第二光交换引擎位于第二透镜的后焦平面。如图6a所示，该扩束单元还可以为单个棱镜或多个棱镜构成的棱镜组。在波 长交换平面内，输入光纤准直阵列输出的准直光束通过第一光交换引擎后，单个棱镜或棱镜组对准直光束起扩束作用。
由于第一光路转换器在波长交换平面内起折射作用，第二光路转换器在端口交换平面内起折射作用，第一光路转换器和第二光路转换器可以采用柱透镜。图5a和图6a中仅示出第一光路转换器，图5b和图6b中仅示出第二光路转换器。如图5a、图5b所示，第一光路转换器可以包括单个柱透镜或一组由多个柱透镜构成的柱透镜组，第二光路转换器可以包括两个柱透镜或两组由多个柱透镜构成的透镜组。色散单元位于第一光路转换器的前焦平面，第二光交换引擎位于第一光路转换器的后焦平面。第二光路转换器可以等效于与色散单元位置相同的光路转换器。如图6a、图6b所示，第一光路转换器可以包括第一柱透镜；以及第二光路转换器可以包括第二柱透镜。其中，第一柱透镜和第二柱透镜的焦距可以不同。色散单元位于第一柱透镜的前焦平面，第二光交换引擎位于第一柱透镜的后焦平面。第二柱透镜的前焦平面在第一光交换引擎(或第三光交换引擎)和色散单元之间的一个特定的位置，该特定的位置为输入光束经过输入光纤准直阵列变换后的束腰位置。第二光交换引擎位于第二柱透镜的后焦平面。
本发明实施例中，在WSS中增加扩束单元，增大了准直光束在色散单元上的光斑面积，增强了色散单元的色散效果，从而实现在波长交换平面内的光波长交换。
图7a是本发明实施例提供的一种WSS在波长交换平面内的光路结构示意图，图7b是本发明实施例提供的一种WSS在端口交换平面内 的光路结构示意图。波长交换平面指的是XOZ平面，端口交换平面指的是YOZ平面。具体地，如图7a和图7b所示，与图5a和图5b实施例的区别在于：输入光纤准直阵列(或输出光纤准直阵列)和第一光交换引擎(或第三光交换引擎)之间增加了偏振分束器和半波片，其中在波长交换平面内，半波片作用面的法线与通过半波片的光束传播方向相平行或重合。
具体地，偏振分束器和半波片可以只在波长交换平面内起作用，在端口交换平面内可以不起作用。在波长交换平面内，在光束入射方向(即从输入光纤准直阵列到第二光交换引擎的方向)，偏振分束器用于将从输入光纤准直阵列第一端口输入的第一光束分成第一子光束和第二子光束，其中，第一子光束和第二子光束具有相互正交的偏振分量。半波片把第一子光束转换成具有与第一子光束具有正交偏振分量的光束，或者，半波片把第二子光束转换成具有与第二子光束具有正交偏振分量的平行光束。此时，第一子光束和第二子光束具有相同方向的偏振分量。在光束出射方向(即从第二光交换引擎到输出光纤准直阵列的方向)，偏振分束器还用将从半波片入射到偏振分束器的第三子光束和从第三光交换引擎入射到偏振分束器的第四子光束合并成一束光束，其中，第三子光束和所述第四子光束具有相互正交的偏振分量。在偏振分束器将第三子光束和第四子光束合并成一束光束之前，半波片将第三子光束转换成与所述第三子光束具有正交偏振分量的光束。
具体地，如图7a所示(图7b未示出)，扩束单元可以由两个透镜 组成，包括第一透镜和第二透镜，用于在波长交换平面内对输入光纤准直阵列产生的准直光束进行扩束，增大色散单元上的光斑尺寸。第一透镜和第二透镜的焦距可以不同，分别为f1和f2。第一光交换引擎(第三光交换引擎)设置于第一透镜的前焦平面，色散单元设置于第二透镜的后焦平面。第一透镜和第二透镜的间隔为f1和f2之和。输入光纤准直阵列输出的准直光束经过偏振分束器后产生具有正交偏振分量的两束平行光，其中一种偏振分量的平行光经过半波片，另外一种偏振分量的平行光直接从偏振分束器透射出去。此时，两束平行光具有相同方向的偏向分量。两束平行光通过第一光交换引擎后入射到第一透镜，汇聚到第一透镜的后焦平面以及第二透镜的前焦平面上；汇聚光束通过第二透镜发散形成新的平行光束。
具体实施过程中，第一光路转换器在波长交换平面内起折射作用，第二光路转换器在端口交换平面内起折射作用，第一光路转换器和第二光路转换器可以采用柱透镜。图7a仅示出第一光路转换器，图7b仅示出第二光路转换器。第一光路转换器的焦距为f3，扩束单元中第一透镜、第二透镜的焦距分别为f1、f2；第二光路转换器可以由两个柱透镜组成等效透镜，等效透镜的焦距可以为f4＝f1+f2+f3。
本发明实施例中，在WSS中增加了偏振分束器和半波片，实现了对输入准直光束在不同偏振方向上的光交换。
图8是本发明实施例提供的一种波长选择的方法的示范性流程图。该方法可以由波长选择开关WSS执行，具体包括如下步骤：
S801：输入光纤准直阵列从第一端口输入第一光束，将所述第一 光束从所述第一端口入射至第一光交换引擎；
S802：所述第一光交换引擎在第一平面内根据第一预设角度对所述第一光束进行角度偏转，将所述第一光束入射到色散单元上；
S803：所述色散单元在第二平面内将从所述第一光交换引擎入射的所述第一光束分解成多个子波长光束；其中所述第二平面和所述第一平面相互正交；
S804：光路转换器将所述色散单元分解的多个子波长光束折射至第二光交换引擎上；
S805：所述第二光交换引擎根据第二预设角度对所述色散单元分解的多个子波长光束进行角度偏转，使所述分解的多个子波长光束通过所述光路转换器入射至所述色散单元上；
S806：所述色散单元在所述第二平面内将角度偏转后的所述分解的多个子波长光束进行合波，将所述合波后的多个子波长光束入射至第三光交换引擎；
S807：所述第三光交换引擎在所述第一平面内根据第三预设角度对所述合波后的多个子波长光束进行角度偏转，将角度偏转后的所述合波后的多个子波长光束从输出光纤准直阵列的第二端口输出。
具体实施过程中，第一平面可以为端口交换平面，第二平面可以为波长交换平面。第一端口和第二端口为二维排布的端口，可以位于不同行同列，或者同行不同列，或者不同行不同列。第一端口和第二端口的总个数可以为PxQ个。输入光纤准直阵列和输出光纤准直阵列位于光轴上的同一位置上，第一光交换引擎和第三光交换引擎位于光 轴的同一位置上。第一光交换引擎和第三光交换引擎可以共包含PxQ个二维排布的光交换单元。其中，P、Q为大于等于1的整数。
本实施例中，通过第一光交换引擎、第三光交换引擎在第一平面内对第一光束进行角度偏转，色散单元在第二平面内对第一光束进行分波、合波，实现了二维方向上的光交换，实现了输入、输出端口的二维排布，并且端口数量可以达到大规模；输入、输出端口可以相互切换，提升了WSS应用的灵活度，可以支持单纤双向的应用场景。
本领域普通技术人员将会理解，本发明的各个方面、或各个方面的可能实现方式可以被具体实施为系统、方法或者计算机程序产品。因此，本发明的各方面、或各个方面的可能实现方式可以采用完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件等等)，或者组合软件和硬件方面的实施例的形式，在这里都统称为“电路”、“模块”或者“系统”。此外，本发明的各方面、或各个方面的可能实现方式可以采用计算机程序产品的形式，计算机程序产品是指存储在计算机可读介质中的计算机可读程序代码。
计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质包含但不限于电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、设备或者装置，或者前述的任意适当组合，如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或者快闪存储器)、光纤、便携式只读存储器(CD-ROM)。
计算机中的处理器读取存储在计算机可读介质中的计算机可读程序代码，使得处理器能够执行在流程图中每个步骤、或各步骤的组 合中规定的功能动作；生成实施在框图的每一块、或各块的组合中规定的功能动作的装置。
计算机可读程序代码可以完全在用户的计算机上执行、部分在用户的计算机上执行、作为单独的软件包、部分在用户的计算机上并且部分在远程计算机上，或者完全在远程计算机或者服务器上执行。也应该注意，在某些替代实施方案中，在流程图中各步骤、或框图中各块所注明的功能可能不按图中注明的顺序发生。例如，依赖于所涉及的功能，接连示出的两个步骤、或两个块实际上可能被大致同时执行，或者这些块有时候可能被以相反顺序执行。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的可以对本发明进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (16)

  1. 一种波长选择开关WSS，其特征在于，所述WSS包括：输入光纤准直阵列、第一光交换引擎、色散单元、光路转换器、第二光交换引擎、第三光交换引擎、输出光纤准直阵列；
    所述输入光纤准直阵列用于从所述输入光纤准直阵列的第一端口输入第一光束，将所述第一光束入射至所述第一光交换引擎；
    所述第一光交换引擎用于在第一平面内根据第一预设角度对所述第一光束进行角度偏转，使所述第一光束入射到所述色散单元上；
    所述色散单元用于在第二平面内将从所述第一光交换引擎入射的所述第一光束分解成多个子波长光束；其中所述第二平面和所述第一平面相互正交；
    所述光路转换器用于将所述色散单元分解的多个子波长光束折射至所述第二光交换引擎上；
    所述第二光交换引擎用于根据第二预设角度将所述色散单元分解的多个子波长光束进行角度偏转，使所述分解的多个子波长光束通过所述光路转换器入射到所述色散单元上；
    所述色散单元，还用于在所述第二平面内对角度偏转后的所述分解的多个子波长光束进行合波，将所述合波后的多个子波长光束入射至第三光交换引擎；
    所述第三光交换引擎，用于在所述第一平面内根据第三预设角度将所述合波后的多个子波长光束进行角度偏转，将角度偏转后的所述 合波后的多个子波长光束从所述输出光纤准直阵列的第二端口输出。
  2. 如权利要求1所述的WSS，其特征在于，所述第一端口和所述第二端口为二维排布的端口，所述第一端口和所述第二端口位于不同的行和/或列。
  3. 如权利要求1所述的WSS，其特征在于，所述输入光纤准直阵列和所述输出光纤准直阵列位于光轴上的同一个位置；所述第一光交换引擎和所述第三光交换引擎位于所述光轴上的同一个位置。
  4. 如权利要求1-3任一所述的WSS，其特征在于，所述输入光纤准直阵列中的第一端口和所述输出光纤准直阵列的第二端口共包括P×Q个；所述第一光交换引擎和所述第三光交换引擎共包括P×Q个二维排布的光交换单元，P、Q为大于等于1的整数。
  5. 如权利要求1-4任一所述的WSS，其特征在于，所述色散单元位于所述光路转换器的前焦平面，所述第二光交换引擎位于所述光路转换器的后焦平面。
  6. 如权利要求1-4任一所述的WSS，其特征在于，所述光路转换器包括第一光路转换器和第二光路转换器，所述第一光路转换器在所述第一平面内起折射作用；所述第二光路转换器在所述第二平面内起折射作用。
  7. 如权利要求1所述的WSS，其特征在于，所述第一光交换引擎和所述色散单元之间还包括：扩束单元，
    所述扩束单元用于接收通过所述第一光交换引擎在所述第二平面内进行角度偏转后的第一光束，在所述第二平面内对所述第一光束 进行扩束。
  8. 如权利要求7所述的WSS，其特征在于，所述扩束单元包括第一透镜，所述第一光路转换器包括第二透镜，
    所述第一光交换引擎在所述第二平面内进行角度偏转之后的第一束汇聚于所述第一透镜的前焦平面，所述色散单元位于所述第一透镜的后焦平面且位于所述第二透镜的前焦平面，所述第二光交换引擎位于所述第二透镜的后焦平面。
  9. 如权利要求7所述的WSS，其特征在于，所述扩束单元包括第三透镜和第四透镜，所述第一光交换引擎位于所述第三透镜的前焦平面，所述色散单元位于所述第四透镜的后焦平面，所述第三透镜和第四透镜之间的距离为所述第三透镜和所述第四透镜的焦距之和。
  10. 如权利要求1所述的WSS，其特征在于，所述输入光纤准直阵列和所述第一光交换引擎之间还包括：偏振分束器和半波片，
    所述偏振分束器用于在所述第二平面内将来自所述输入光纤准直阵列第一端口的第一光束分成第一子光束和第二子光束，所述第一子光束和所述第二子光束具有相互正交的偏振分量；所述偏振分束器还用于在所述第二平面内将从所述半波片入射到所述偏振分束器的第三子光束和从所述第三光交换引擎入射到所述偏振分束器的第四子光束合并成一束光束，所述第三子光束和所述第四子光束具有相互正交的偏振分量；
    所述半波片的作用面法线与所述第一子光束和所述第三子光束的传播方向相平行或重合；所述半波片用于将所述第一子光束转换成 与所述第一子光束具有正交偏振分量的光束；所述半波片还用于将所述第三子光束转换成与所述第三子光束具有正交偏振分量的光束。
  11. 如权利要求1-10任一所述的WSS，其特征在于，所述输入光纤准直阵列、第一光交换引擎、色散单元、光路转换器、第二光交换引擎、第三光交换引擎、输出光纤准直阵列的中心轴平行于光轴方向。
  12. 一种可重构光分插复用器ROADM，其特征在于，所述ROADM包括：第一WSS、第二WSS、Add上波模块、Drop下波模块，其中，所述第二WSS为权利要求1～11任一所述的WSS；
    所述第一WSS用于接收光信号，将接收到的光信号分解成至少两个不同波长的光信号；所述第二WSS用于对所述至少两个不同波长的光信号在多个输入端口和多个输出端口上进行波长交换；所述Add上波模块用于从所述第二WSS的多个输入端口上载本地波长信号，所述Drop用于从所述第二WSS的多个输出端口下载本地波长信号。
  13. 一种波长选择的方法，其特征在于，所述方法包括：
    输入光纤准直阵列从第一端口输入第一光束，将所述第一光束从所述第一端口入射至第一光交换引擎；
    所述第一光交换引擎在第一平面内根据第一预设角度对所述第一光束进行角度偏转，将所述第一光束入射到色散单元上；
    所述色散单元在第二平面内将从所述第一光交换引擎入射的所述第一光束分解成多个子波长光束；其中所述第二平面和所述第一平面相互正交；
    光路转换器将所述色散单元分解的多个子波长光束折射至第二光交换引擎上；
    所述第二光交换引擎根据第二预设角度对所述色散单元分解的多个子波长光束进行角度偏转，使所述分解的多个子波长光束通过所述光路转换器入射至所述色散单元上；
    所述色散单元在所述第二平面内将角度偏转后的所述分解的多个子波长光束进行合波，将所述合波后的多个子波长光束入射至第三光交换引擎；
    所述第三光交换引擎在所述第一平面内根据第三预设角度对所述合波后的多个子波长光束进行角度偏转，将角度偏转后的所述合波后的多个子波长光束从输出光纤准直阵列的第二端口输出。
  14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述第一端口和所述第二端口为二维排布的端口，所述第一端口和所述第二端口位于不同的行和/或列。
  15. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述输入光纤准直阵列和所述输出光纤准直阵列位于光轴上的同一个位置；所述第一光交换引擎和所述第三光交换引擎位于所述光轴上的同一个位置。
  16. 如权利要求13-15任一所述的方法，其特征在于，所述输入光纤准直阵列中的第一端口和所述输出光纤准直阵列的第二端口共包括P×Q个；所述第一光交换引擎和所述第三光交换引擎共包括P×Q个二维排布的光交换单元，P、Q为大于等于1的整数。
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