CN108293155B - 光切换系统 - Google Patents

Abstract

一种波分复用(WDM)可重构光开关。该开关具有一组光束连接阵列，每个阵列包括光输出阵列，并具有光输入以接收WDM输入光信号；第一衍射元件，用于将WDM输入光信号解复用为多个解复用的光输入光束，并使解复用的输入光束沿第一轴空间色散；在光束连接阵列的集合和第一衍射元件之间的第一中继光学器件；可重构全息阵列，其包括限定子全息图行和列的可重构子全息图2D阵列。阵列组的阵列以及子全息图的行和列以特定方式布置和对准，使得每个阵列的WDM输入信号的波长信道可以在装置内朝向选定的光输出转向。本发明的实施例可以显著增加光开关的数据处理能力。

Description

光切换系统

技术领域

本发明涉及一种用于切换/路由光信号(特别是波分复用(WDM)信号)的系统以及方法。

背景技术

普遍期望提高光通讯系统中的开关/路由器的容量。一种方案是采用波分复用信号和波长选择开关(WSS)，其可以在可重构光分插复用器(ROADM)等中采用。另一方案是采用基于偏振的数据编码，并且US7,397,980描述了用于这种信号的切换设备。可以在以下中找到更多的背景现有技术：US7,397,980；US7,664,935；以及M.Okuno和H.Takahashi的“Recent Progress in Optical Switches Based on Planar Lightwave CircuitTechnology”，NTT的在IEEE Conference中的关于All-Optical Networking的论文，WD2-55(2002)。然而，普遍需要对现有技术方案进行改进。

发明内容

根据本发明，因此提供了一种波分复用(WDM)可重构光开关，该开关包括：一组光束连接阵列，每个光束连接阵列包括光输出阵列并且具有光输入用于接收WDM输入光信号；第一衍射元件，所述第一衍射元件用于将所述WDM输入光信号解复用成多个解复用的输入光束，并且所述第一衍射元件用于使所述解复用的输入光束沿第一轴空间色散；在所述一组光束连接阵列与所述第一衍射元件之间的第一中继光器件；以及可重构全息阵列，其包括定义子全息图行和列的2D可重构子全息图阵列；其中，所述一组阵列中的所述阵列是沿着与所述第一轴平行的方向空间延伸并且被布置在限定与所述第一轴正交的第二轴的列中的至少一维阵列；其中，所述子全息图行沿着所述第一轴对准，并且其中，所述子全息图列沿着所述第二轴对准；其中，多个所述子全息图行对应于所述一组阵列中的多个阵列；并且其中，每个子全息图行被配置为接收从所述一组阵列中的与所述行对应的所述阵列的光输入解复用的不同载波波长的解复用输入光束；其中，子全息图行中的每个子全息图能够被重构为使得与所述子全息图行对应的所述阵列的所述WDM输入信号的相应波长信道朝向所述阵列的选定的所述光输出转向；并且其中，每个所述子全息图行被配置为使所述一组光束连接阵列中的相应阵列的解复用输入光束转向。

这样的布置的实施例可以显著增加光开关的数据处理能力。尽管用具有相对小的全息图的2D阵列拼接空间光调制器(SLM)可能会导致输出图像平面中分辨率的损失，但实际上如果输出图像平面中的点的间隔相对较小(亦即，如果在实施例中，光输出相对靠近在一起)则可以有效地维持分辨率。总之，优选(尽管并非必须)包括进一步的措施以降低串扰，并且我们描述了可以减轻串扰的后续技术。

在实施例中，光输出阵列是平行于(波长色散的)所述第一轴延伸的至少一维阵列，并且这种类型的系统例如可以在平面或基本上平面的光回路或基板上实现。然而，在优选实施例中，光输出阵列是2D阵列(亦即，输出被布置在二维延伸的区域上方)，并且子全息图中的每个使得解复用光束中的一个在两个维度上朝向波长/阵列的选定的光输出转向。

在一些优选实施例中，该开关具有折叠的光学配置，亦即在阵列的输入与输出之间的光路包括反射元件。典型地，这可以通过采用反射型SLM用于可重构全息阵列(例如，LCOS(硅基液晶)SLM)来提供。在这样的布置中，优选地(尽管并非是必须的)，阵列的光输入与阵列的光输出共面，并且形成例如阵列的矩形、正方形或六边形栅格的部分。在其他实施例中，然而，该开关可以是“非折叠的”并且透射型SLM用于该可重构全息阵列。在后一种情况下，可以在全息阵列的输出侧上提供其他衍射元件，并且可以采用其他中继光器件来将输出侧耦合到该开关的光输出。

在实施例中，该开关的输入/输出(I/O)平面可以由一组输入/输出端口群集来提供。在实施例中，这些群集的端口可以定义六边形阵列或栅格，其特别便于接口连接到光纤，因此提供紧凑、高密度的光信号处理。

广义上而言，每个I/O端口阵列映射到一行可重构倾斜阵列上，每行针对所述一组阵列中的一个阵列执行2D转向。更具体而言，这可以通过使用衍射元件提供沿行的色散来实现，以使得WDM信号的不同波长均被提供给单独的子全息图。子全息图然后可以显示适于波长且适于(解复用的)光束将在其上转向的2D方向的光栅。本领域技术人员将意识到，在实施例中，可以通过在每个n乘m个像素的区域上显示适当的相位图案概念性地将相对高分辨率的SLM划分成子全息图来确定阵列的子全息图。通过这样的方法，子全息图的尺寸/形状可以是灵活的，例如取决于与特定波长信道相关联的带宽或数据率。例如，在C带内，特定的信号可以被分配两倍于通常的数据率和两倍于通常的带宽，在这种情况下，使得与该波长/信道相关联的子全息图可以具有两倍的宽度(沿着行的方向)。以此方式，我们描述的光学配置使得开关能够适于信道上使用的特定数据率。

本领域技术人员将意识到，当复用信号通过衍射元件被解复用时，对输入光束的波长信道的调制将产生具有细长形状的光束。解复用光束的横截面因此是细长的，具体地具有沿着上述第一轴的长轴。因此在实施例中，该转向(在优选实施例中，在两个维度上)包括使得这样的解复用输入光束在与该轴平行的方向(以及与该轴正交的方向，取决于选定的光输出所需的特定方向)上偏转。

在实施例中，所采用的SLM可以是高分辨率LCOS SLM，例如在每个方向上具有一千至几千像素(或更高)的分辨率。然而，独立子全息图可以是相对较小的，例如在每侧上20至200个像素的范围内大约50x50个像素(在实施例中，在像素数和/或物理尺寸方面，子全息图可以基本上是正方形的)。在实施例中，子全息图像素能够显示64、128或更多的相位级。在本文所描述的系统的优选实施例中，全息图是相位全息图或相息图。

在开关的一些实施例中，中继光器件可以包括非远心光器件，以使得来自全息阵列的输出光束在它们朝向输出阵列传播时定义从开关的光轴偏移的方向。因此在光开关的一些实施例中，阵列的光输入定义输入轴，并且被导引朝向阵列的光输出的来自中继光器件的转向输出光束具有从该输入轴偏移的轴(沿着光从光输出传播的方向)。因此，在广义上，在这样的实施例中，输出光束从开关的光轴偏移。可选地，光束连接阵列的光输出于是还可以具有均从光轴偏移的轴，或者例如透镜(微透镜)阵列可以用于耦合(更具体地聚焦)到光栅连接阵列。在后一种情况下，微透镜可以偏移为将输出光束导引为之后基本上平行于光轴。这些技术有助于降低系统中的串扰。

在其他实施例中，该开关还可以包括远心放大光器件，用于提供具有增大的相互空间间隔的输出光束。在这样的实施例中，该系统可以具有虚拟输出阵列平面，具体而言提供这一组光束连接阵列的虚拟图像。该远心放大光器件于是可以被提供在该虚拟输出阵列平面和实际光束连接之间。优选地，在这样的布置中，其他透镜或微透镜阵列被提供在放大光器件与光输出阵列之间，以将放大的(因此更加空间分离的)光束耦合(更具体地，聚焦)到输出阵列。

在这些和其他实施例中，微透镜阵列还可以包括在光路中(输入/)输出端口(光纤阵列)之前，以补偿不同的光束衍射角(下文的角度

)。在采用到光纤阵列对的输出(该输出端口包括光纤阵列或者由其构成)的情况下，具体而言在光纤轴平行于光轴的情况下，例如如果使用多芯光纤，可以在每个光纤的端部上提供(制造)单个微透镜。

此外或另外，输入轴可以相对于系统的光轴，更具体地相对于可重构全息阵列的光轴，倾斜以使得从全息阵列反射的零级光束避免重新进入光输入。这有助于避免需要输入端口隔离(以消除背反射)。在其中光输入是与光输出相同的阵列的部分的实施例中(典型地，反射型SLM/折叠光学系统的情况)，光输入可以从阵列的中心偏移。于是，在实施例中，零级光束例如可以进入未使用的光输出，其可以位于阵列的中心处。

如前所述，在一些优选实施方式中，每个子全息图定义相位光栅，其被配置为导引由子全息图在其行中的位置选择的波长带的光朝向光输出阵列的选定的光输出。因此，在优选实施例中，该系统包括耦合到SLM的驱动器，其根据输入的各种不同的波长分量的选定的输出而用适当组的子全息图驱动SLM。由于需要相对小数量的全息图/光栅，可选地这些可以是预计算的被存储在非易失性存储器中的对应相位数据，以使得可以根据需要选择特定的全息图/光栅。在实施例中，驱动器包括用于接收开关控制数据的处理器，该开关控制数据定义哪些波长去往哪些输出，并且处理器然后选择全息图以相应地显示。这样的处理器可以用软件或硬件(例如，门阵列或ASIC)或者用这两者的组合来实现。

尽管原理上独立子全息图可以是简单的光栅，但可选地他们可以包含用于波前修正/校正的相位信息。例如，开关内的光畸变可以被测量(针对参考设备或针对每个独立设备)，并且至少部分地在显示的全息图数据中被校正。可以以类似的方式消除串扰。此外或另外，可以通过我们之前在WO2012/123713(以全文引用的方式并入本文中)中描述的技术来降低串扰。广义上，该开关可以有意地包含“畸变”光学元件，例如提供散焦的元件(例如，锥透镜)。然后可以在显示的子全息图中校正该畸变或散焦，以使得特定的选择衍射级次(例如，+1或-1)被校正，以减少一个或多个其他不想要的衍射级次耦合到光输出而不是选定的光输出(否则这可能导致输出规则地间隔开的特定的问题)。

上述系统的实施例可以用于将WDM信号的选定的波长导引到开关的选定的光输出。在这一方面，其可以被认为是解复用器的形式。以对应的方式，可以使通过该设备的光路逆向，以使得开关可以操作为复用器或组合器。

因此，在补充方面，本发明提供一种可重构光开关，该开关包括：第二组光束连接阵列，每个光束连接阵列具有用于提供WDM输出光信号的光输出并且包括光输入阵列，每个光输入用于接收不同中心波长的输入光束；第一衍射元件，所述第一衍射元件使来自所述一组阵列的输入光束沿着第一轴空间色散；在所述一组光束连接阵列与所述第一衍射元件之间的第一中继光器件；可重构全息阵列，所述可重构全息阵列包括定义子全息图行和列的可重构子全息图阵列；其中，所述一组阵列中的所述阵列是沿着与所述第一轴平行的方向空间延伸并且被布置成限定与所述第一轴正交的第二轴的列的至少一维阵列；其中，所述每个子全息图行沿着所述第一轴对准，并且其中，所述子全息图列沿着所述第二轴对准；其中，多个所述子全息图行对应于所述一组阵列中的多个阵列；其中，每个子全息图行被配置为从所述光输入阵列中的一个接收色散的输入光束；并且其中，子全息图行中的每个子全息图能够被重构为使得相应的输入光束在一个或优选地两个维度上朝向与所述子全息图行相对应的阵列的光输出转向。

该开关(复用器或组合器)又优选地具有折叠配置，例如采用反射型SLM来显示可重构全息阵列。然而，本领域技术人员将意识到，其例如可以使用透射型SLM同样地以折叠配置操作。

以与前述方式类似的方式，来自每个输入阵列的每个入射波长具有其自身的子全息图，其被配置为使该波长从特定的输入向阵列的公共输出(其可以是或可以不是中心输出，如前所述)转向。

具有多个光输出阵列的WDM可重构光开关可以如前所述与复用器/组合器组合，以提供这里所谓的光路由器。在实施例中，这实现了任何输入处的任何波长被路由至任何选定的输出。

在广义上，这可以通过将来自开关的每个阵列的每个光输出连接到复用器/组合器的每个阵列的每个光输入来实现。因此，该开关于是可以用于通过选择其将被导引至的开关的光输出来将选定的波长导引至路由器的选定的输出。开关与复用器组合器之间的耦合包括将来自开关的每个阵列的每个输出连接到复用器/组合器的每个阵列的每个输入，并且这可以用多种不同的方式来完成。例如，在一个方案中，使用光纤光学连接的网络，其可以被称为“光纤交叉网络”。替代地，可以使用光纤或自由空间光器件来进行该连接。在又一方案中，光输出可以被布置为使得他们可以基本上是平面的，并且可以使用平面“光波回路”来进行该连接。

因此，在相关方面，本发明提供了一种包括如上所述的WDM可重构光开关的WDM可重构光路由器，并且另外还包括：第二组光束连接阵列，每个光束连接阵列具有用于提供WDM输出光信号的光输出并且包括光输入阵列；其中，所述第二组阵列的每个光输入光耦合到所述开关的所述一组阵列的光输出；第二衍射元件，所述第二衍射元件使来自所述第二组阵列的输入光束沿着第三轴空间色散；在所述第二组光束连接阵列与所述第二衍射元件之间的第二中继光器件；第二可重构全息阵列，所述第二可重构全息阵列包括定义第二子全息图行和列的可重构子全息图阵列，优选地2D阵列；其中，所述第二子全息图行沿着所述第三轴对准，并且其中每个第二子全息图行被配置为从所述第二组阵列中的一个接收所述色散的输入光束；并且其中，每个子全息图是第二子全息图行，其能够被重构为使得相应的输入光束，优选地(但并非必须)在两个维度上，朝向所述第二组阵列中的与所述第二子全息图行相对应的阵列的光输出转向。

本发明还提供了一种用于切换一组波分复用(WDM)光信号的方法，所述方法包括：提供一组光端口阵列，每个光端口阵列包括用于接收WDM光输入的输入端口和一组输出端口；其中所述端口阵列沿着第二轴在空间上分散，并且所述端口阵列的所述输出端口至少沿着与所述第二轴正交的第一轴延伸；从所述端口阵列的所述输入端口向衍射元件提供光以使所述WDM光信号的波长沿着与所述第二轴正交的所述第一轴色散从而对所述WDM光信号进行解复用；向包括2D可重构子全息图阵列的可重构全息阵列提供所述解复用光信号，所述2D可重构子全息图阵列定义与所述第一轴对准的子全息图行以及与所述第二轴对准的子全息图列，以使得每个子全息图行对应于所述端口阵列；并且使用所述可重构全息阵列来使所述解复用光信号转向，以使得每行子全息图使得一组解复用波长从所述阵列输入端口向所述阵列的一组选定的输出端口偏转，并且可重构全息阵列的一组所述多行子全息图使得所述一组端口阵列的所述解复用波长转向。

再次如先前所述，在一些优选实施例中，光纤阵列(更具体地为光纤阵列的输出端口)沿两个维度延伸，即沿着第一轴和第二轴中的每一个延伸，并且子全息图使得解复用光信号在两个维度上朝向选定的输出端口转向。然而，在其他实施例中，光纤阵列，更具体地说是光纤阵列的一组输出端口，可仅沿着第一轴延伸，即沿由衍射元件进行的波长色散的方向延伸，并且子全息图然后可以通过平行于该方向偏转解复用光束来对光信号进行解复用，更具体地，使光束在包括该方向的平面内偏转。例如，后一种类型的实施例可用于在基本上平面的衬底上实现。

如前所述，在该方法的一些实施例中，输出光束(或端口/光纤)的光轴可以相对于光纤或其他阵列的输入端口的光轴倾斜(尽管每个阵列仍然可以共享微透镜)。在实施例中，这有助于减少串扰并提高衍射效率。此外或另外，在实施例中，输入端口可以偏离阵列的中心。然后来自可重构全息阵列的零阶反射可以被捕获或进入例如在阵列的未使用的输出端口中。这些技术通常有利于使用子全息图阵列，其倾向于具有减小的角度偏转范围，导致更紧密堆积的全息重放场。

在一些实施例中，阵列的输出端口被布置成六边形紧密堆积配置，这再次便于有效操作以及方便地耦合到多芯光纤。

再次如先前所述，在实施例中，一行中的子全息图的数量可以实时地适配于WDM光信号内的信号的带宽。可选地，同样可以预先计算适当大小的子全息图并将其存储在非易失性存储器中。一般而言，使用可重构的息阵列的转向包括在空间光调制器上，优选地在诸如LCOS SLM的反射型SLM上定义一组光栅，更具体地是相位光栅。通常针对每个子全息图显示单个光栅。

如前所述，该方法可以“反向”使用，使得阵列的输入端口变成输出端口并且使得输出端口变成输入端口，以提供多路复用或组合光信号的方法。然后可以通过将每个输出端口连接到下一级的相应输入端口来将该方法与上述方法切换光信号级联。该组合然后可以用作N个光信号的N乘N路由的方法，每个光信号具有多个(C)不同波长，其中C可以但不一定等于N。

因此，在实施例中，上述方法还包括提供第二组光端口阵列，每个光端口阵列包括输出端口和一组输入端口，其中所述第二组光端口阵列沿着第四轴空间色散；将所述一组端口阵列的每组输出端口耦合到所述第二组端口阵列的所述输入端口；从所述第二组端口阵列的所述输入端口向衍射元件提供光，所述衍射元件用于沿着与所述第四轴正交的第三轴提供色散；从所述第二组端口阵列的所述输入端口向包括可重构子全息图2D阵列的第二可重构全息阵列提供所述色散光，所述可重构子全息图2D阵列定义与所述第三轴对准的子全息图行以及与所述第四轴对准的子全息图列；以及使用所述第二可重构全息阵列使得所述色散光从所述第二组端口阵列的端口阵列的每个输入端口在两个维度上向所述端口阵列的输出端口转向。

本发明还提供了一种堆叠式波分复用(WDM)可重构光开关，所述开关包括：堆叠式多个光连接群集，每个光连接群集包括光输入和多个光输出；并且光束偏转空间光调制器，所述光束偏转空间光调制器被配置为显示多行子全息图，针对每个光连接群集显示一行子全息图，其中所述光输入的不同波长分量沿着所述多行子全息图色散，并且其中，所述多行子全息图沿着与所述光连接群集相同的方向堆叠；并且光路上的色散光学元件，所述色散光学元件在所述光连接群集与所述空间光调制器之间以提供所述波长色散；并且其中，所述开关还包括：多个微透镜阵列，每个光连接群集对应一个微透镜阵列，每个微透镜阵列将相应的光连接群集耦合到所述空间光调制器，其中，每个微透镜阵列创建其中所述开关的输入/输出光束相对于所述光轴以不同的角度叠覆的公共平面。

优选地，中继光学系统将所述空间光调制器的平面成像在所述公共平面处。在优选实施例中，所述子全息图基本上是正方形的。有利地，在实施例中，光连接群群集包括六边形堆积的光纤或光纤连接群集。

本领域技术人员将意识到，最初描述的WDM开关/路由器的实施例的特征也可以相应地并入本发明的后面描述的方面中，包括上述方法。

附图说明

现在将参照附图，仅通过示例的方式进一步描述本发明的这些和其它方面，在附图中：

图1a至1d示出了根据本发明的波分复用(WDM)可重构光开关的实施例，

分别示出了开关的侧视图、开关的俯视图、用于开关的输入/输出端口的阵列、以及用于开关的可重构子全息图的2D阵列的布置说明；

图2示出了图1的开关的透视图，示出了堆叠式1×N波长选择开关(WSS)的阵列；

图3示出了WDM可重构光路由器，其包括一对连接的开关，每种类型的开关在图1和图2中示出，示出了用于包括输入和输出1×NWSS阵列的N×N WSS的示例互连图案以及静态交叉网络(其中，例如N＝4)，其中开关可以被重构为将任何波长从任何输入端口路由到任何输出端口，并且是无竞争的；

图4a至4c分别示出了基于在LCOS SLM平面处使用正方形子全息图的1×N开关的功能略图，示出了四个信号信道被路由到四根输出光纤；在LCOS SLM平面处具有细长光束的1×N开关的功能略图，示出四个信号信道被路由到四根输出光纤；以及基于两个LCOS开关平面的示例N×M波长选择开关的略图，其中N＝M＝4并且每个输入端口承载四个波长信道；

图5a和5b分别示出了通用光学系统，其中使用公共LCOS SLM堆叠多个1×N WSS；以及基于正方形子全息图的1×N WSS的示例，其中N＝8；

图6示出了基于正方形子全息图的1×N WSS的示例，其中N＝8；

图7示出了对基于远心中继的第二放大级以及耦接到输出光纤中的第二微透镜阵列的图示；

图8示出了对非远心中继系统的图示；

图9示出了至最大N的(a)矩形栅格端口布置和(b)六边形端口布置的输出端口布置方案的比较；

图10示出了多芯光纤的示例，在该多芯光纤中红(暗)光纤表示输入芯，蓝(较亮)光纤表示在最大光束偏转半径内的芯；

图11示出为了降低开关背反射将输入光纤与零级输出位置分开；

图12示出了在物镜微透镜输入平面P_o处进行一般性过滤的示例；并且

图13示出了使用锥透镜相位部件在物镜处进行一般性过滤的示例。

具体实施方式

参照图1和图2，其示出了根据本发明实施例的WDM可重构光开关100。如图所示，该开关包括一组M个输入/输出端口阵列S₁-S₃，其中三个在附图中示出。在所示实施例中，每个端口阵列包括如图1c所示的光纤阵列。在图示的示例中，每个阵列包括输入(光纤)102和一组输出(光纤)104，其在具有间隔Yf的规则正方形栅格上(尽管在其他实施例中可以采用矩形或六边形栅格)。如图所示，包括输出光纤104的阵列还包括输入光纤102，但是可以理解的是，图1的布置可以展开以在开关的一端具有输入而在另一端具有输出。在所示示例中，每个阵列S_i是具有一个输入和八个输出的3x3阵列，以便因此实现1×8或8x1波长选择开关(WSS)，尽管可以理解，可以采用其他数量的输入/输出端口。

如图1中所示，优选地(尽管不是必须的)光纤阵列S₁、S₂和S₃沿y方向规则地(均匀地)间隔开；在所示示例中M＝3。在所示实施例中，输入和输出端口位于公共平面P_i处。同样这是为了方便但不是必须的，因为例如在空间光调制器上显示的全息图(稍后描述)可以包含聚焦功率。因此，在其他布置中，例如，端口可以在z方向上交错，并且显示的子全息图可以包含聚焦功率以将输出光束聚焦在选定的输出端口上，这可能有助于减轻串扰。

以与输入/输出端口阵列相同的间距提供M个物镜L_A的阵列。这些可以由微透镜阵列来提供。在实施例中，这些透镜均具有基本相同的焦距F_A，同样这不是必须的。在实施例中，来自例如光纤群集的输入端口102的光被阵列L_A的对应物镜微透镜准直于平面P₀处。因此，例如物镜微透镜可以将输入模场半径从例如大约5μm扩展到大约50μm束腰，以覆盖子全息图的有用区域以进行有效衍射。在图1中，项z₁和z₂分别是从光纤阵列到微透镜阵列的距离、和从微透镜阵列到平面P_o的距离，并且平面P_o是中继系统对SLM平面进行成像的平面。

在所示实施例中，系统包括在光栅106(在平面P_g处)的任一侧的中继光器件L₁和L₂，用于将平面P₀成像在空间光调制器(SLM)108的平面(P_SLM)处，反之亦然。如图所示，透镜L₁和L₂包括4f中继系统，其经由静态衍射元件106将平面P₀成像在SLM上。在所示实施例中，这包括静态光栅，其将WDM输入信号解复用成多个解复用波长、使输入波长在SLM平面上沿x方向光谱色散。这在图1b中示出，其中输入光束110被解复用成不同波长的一组光束110a-110e，其照射SLM 108上的独立子全息图，该子全息图独立地使每个光束在角度上二维地转向。

在实施例中，SLM 108是具有M行子全息图的反射型LCOS(硅基液晶)SLM，一行子全息图用于输入/输出端口阵列中的每一个阵列S₁，亦即一行子全息图用于与相应输入/输出端口阵列相关联的堆叠式波长选择开关中的每一个。因此，图1a示出了一组3个堆叠式WSS，其中SLM的底行显示用于S₁的子全息图并且其中SLM的项行显示用于S₃的子全息图。图1d示出了SLM平面，其显示了来自每个输入端口的光在x方向上的色散，以及针对由单独行实现的每个I/O阵列在y方向上的切换。每个圆形区域112示出了来自I/O阵列中的一个的解复用光束，其照射SLM 108上的显示子全息图的对应区域以使光束偏转到选定的输出端口。如图1d所示，区域112在空间上彼此分开，以减少光束重叠，并且仅出于说明的目的而显示为具有锐利的边缘(实际上光束强度随着逐渐远离光束的中心而逐渐减小)。图1d还示意性地示出了SLM上显示的子全息图114。在实施例中，这些子全息图可以在SLM之间基本上没有间隙地铺开SLM。在实施例中(与所示不同)，在x方向和y方向上的像素数和/或物理尺寸方面，子全息图可以是基本正方形的。更具体而言，无论子全息图区域是否是正方形的，在实施例中入射在子全息图上的光束具有方形对称的强度分布横截面。

如图所示，解复用光束112被示出为是圆形的，但是如本领域技术人员将认识到的，这种光束被数据调制，该调制扩展了光束所占据的波长范围。因此，在实际中，经调制的光束将在x方向上(即，沿着色散轴)伸长，如分布112’示意性地示出的。如图1d中所示，每个解复用光信道具有基本相同的带宽。然而，由于SLM 108上显示的子全息图的布置不受物理约束，而仅仅是由显示的相位数据限定的，所以开关可以适应解复用光束的不同带宽。这可以通过使用使光束偏转的子全息图的适当宽度(在x方向上)来完成，即与光束的带宽匹配的宽度。在一种方法中，例如，分配给一行中的相邻子全息图的两个或更多个区域可以被组合以显示单个子全息图，其中一个光束具有另一个光束的带宽的2倍(或3倍或更多)。因此，来自每个I/O阵列的每个波长具有SLM 108上显示的其自己相应的子全息图。

参照图2，SLM108可以由SLM驱动器116驱动，SLM驱动器116在线118上提供用于显示的SLM数据，典型地是定义用于在子全息图上显示多个相息图的像素的相位水平的数据。在实施例中，用于波长的子全息图可以包括相位光栅，优选地闪耀光栅，以本领域技术人员公知的方式。

这样的全息图例如可以被预计算并存储在耦接到驱动器116的非易失性存储器120中。因此，当驱动器在线122上接收用于开关的控制信号以将特定波长的阵列S_i的输入导引至选定的输出时，可以从存储器120中选择适当的存储的子全息图以沿着行显示在对应于选定波长的位置处。或者，可以根据需要计算光栅数据，例如使用(逆)傅里叶变换硬件来根据对目标衍射光斑(输出光束位置)的逆傅里叶变换来计算该光栅。

示例性子全息图相位图案计算

可以采用许多技术来计算被给定目标期望输出场的适当的子全息图相位图案。一个示例过程是Gerchberg-Saxton算法，其通过以下pseudo-Matlab代码示出：

gin＝输入场的幅度分布(假设Gaussian分布)

grossout＝期望的输出场(目标函数)。例如，如果我们具有GN可寻址输出点

grossout＝zeros(GN)；

grossout(position 1)＝1；

grossout(position 2)＝1；

将两个点设置为具有相等幅度而其他点具有零幅度

gprime＝相息图相位图案

for ite＝1：200

if ite＝＝1

％以几何光线追迹的结果开始(初始起点-输入场的FFT)

ftg＝fftshift(fft(fftshift(gin)))；

else

％所有其他迭代使用这个(输入场的FFT×exp(i*全息图的相位))

ftg＝fftshift(fft(fftshift(gin.*exp(i.*gprime))))；

end

％计算ftg的相位(转存幅度信息)

angle_ftg＝angle(ftg)；

％然后得到全息图相位，我们将目标函数的IFFT乘以

exp(i*angle_ftg的相位)

gprime＝angle(fftshift(ifft(fftshift(grossout.*exp(i.*angle_ftg)))))；

end

如上所述，可以期望在子全息图内包含聚焦功率，例如以减少串扰。在实施例中，这样的方案可以包括故意地引入畸变光学元件且然后校正(期望的衍射级别的)输出光束以补偿该畸变。这可以留下其他衍射级次/光束未被补偿，以使得他们可以保持未被聚焦，这同样也是为了减少串扰，更具体地如在我们先前公开的申请WO2012/123713(通过引用的方式并入本文)所描述的。适当的畸变元件例如是锥透镜，其引入环形焦点。

如果期望将聚焦(或散焦)引入显示的全息图，则这可以直接通过在上述算法中采用分数阶傅里叶变换来实现。如本领域技术人员将意识到的，分数阶傅里叶变换具有阶数a，并且当a＝1时降为标准傅里叶变换，但是当a对于整体是不同的时，一个二次相位因子被加到傅里叶变换，其与透镜施加到光场的因子的类型相同。更一般地，可以基于光学系统的传递函数来计算适当的相位全息图图案。

在上述方法的变型中，输入光束可以同时多路投射到多个选定的输出。在一种方法中，这可以简单地通过为每个选定的输出添加全息图(即在每个像素位置处添加相应相位)并显示组合结果来实现。

继续参考图1和图2，从SLM 108衍射的光在某种意义上被重新复用(尽管不同的波长被导引到不同的输出)，并且通过中继光器件L₂、L₁并通过P_g处的光栅106成像在平面P₀处。在图1a的示例中，如果F₁＝F₂，则离开SLM的波前(wavefront)将(在理想系统中)在P₀处被复制。参考图1d，解复用光束可以在x方向(其与色散轴平行)以及在y方向上偏转。衍射光栅106有效地重新复用光束，并且通过SLM上显示的子全息图施加在光束上的任何角位移被转换成微透镜阵列L_A处的位置位移。L_A中的相应微透镜将角度偏转光束(现在具有位置位移)聚焦至选定的输出端104。可以通过调整子全息图的显示的闪耀光栅的周期来实现光束偏转。原则上，微透镜阵列L_A可以省略，但包括其是为了耦合效率和系统紧凑性。

广义地说，系统的实施例具有在中继光器件(L₁、P_g、L₂)的前焦平面处的输入/输出平面和在中继光器件的后焦平面处的SLM。然而，系统被配置为将WDM光束解复用，并且在效果上，在垂直于系统中的波长色散方向的方向(y方向)上空间复用一组波长选择开关。因此，由于每个I/O端口阵列，例如每个3x3光纤群集，位于y方向上的不同横向位置处，所以在通过中继透镜L₁和L₂和解复用光栅106时，来自M个(1x8)WSS输入端口的输入信号在x方向上色散。此外，来自M个(1x8)WSS输入端口的输入信号也将被成像在y方向上的不同横向位置处，结果子多行独立的全息图可以用于控制M个开关中的每个开关的信号路由。如图1和2中所示，在实施例中，4f中继光器件使光反向。(尽管透镜是优选的，因为它们提供更多的自由度来优化中继系统的成像性能，但是也可以使用反射镜来实现中继。)

因此，开关的实施例使用沿着系统的y轴间隔开的公共中继系统(L₁、L₂)、公共解复用光栅106(P_g)、SLM 108、M个物镜的阵列(L_A)和一组M个(例如，3x3)输入/输出端口或光纤阵列来实现M个独立波长选择开关(在所示实施例中，1x8个开关)。

我们已经将开关100描述为针对每个WSS将输入端口路由至一个(或多个)选定输出的开关。然而，本领域技术人员将意识到，图1和2中所示的光路是可逆的，因此基本相同的系统可以用作一组堆叠式N×1(在所示实施例中，8x1)波长选择开关。例如，1x8WSS可以分别将λ₁和λ₂从中心输入端口路由到输出端口2和4。然而，如果使光逆向传播通过该系统以使得存在(在本示例中)8个输入端口和一个中心定位的输出端口，则来自端口2的λ₁和来自端口4的λ₂将被路由到相同的中心输出端口，而不用改变子全息图相位图案λ₁和λ₂。因此，只要没有信号竞争(两个相同值的波长经由不同的输入端口进入开关的相同WSS)，则可以实现一组N x1波长选择开关。

扩展这个概念，两个WDM可重构光开关(均如图1和2所示)可以被背对背组合以提供N x N波长选择开关。具体而言，这可以通过将来自第一开关的每个WSS阵列的每个输出连接到第二开关的每个WSS的输入来实现。亦即，例如第一开关的第一WSS具有连接到第二开关的WSS中的每个WSS的输入的输出(将一输出到第二开关的WSS1，将2输出到第二开关的WSS 2等)；并且第一开关的WSS中的每个WSS按照这种方式连接。可以按照任何方便的方式来进行光连接。

因此，参考图3，这示出了包括第一和第二WDM可重构光开关100a、100b的N x N波长选择开关或光路由器300的实施例，该第一和第二WDM可重构光开关100a、100b均如上所述通过一组光连接302背对背连接以实现非阻塞WSS路由器。这一组连接302可以被称为交叉网络(shuffle network)(N² x N²)，更具体而言静态交叉网络(static shufflenetwork)，并且例如可以通过以下中的一个或多个来实现：光纤交叉网络，其连接到1x N输出端口和个N×1输入端口；自由空间光器件；或平面光波回路，其可以包括附加功能，例如用于有源对准的信道监视。例如，在实施例中，可以采用商用光纤交叉网络，其包括为了机械刚性被层压到柔性基板上的独立单模光纤，典型地，输入和输出分别连接。

图3的示例示出了波长选择开关，其中N＝4(且使用16x16交叉网络)，并且其中相应的波长被标记为λ₁至λ₄。可见，路由器可以被重构为将来自任何输入端口的任何波长路由至任何输出端口。这样的系统的实施例因此是无竞争的。

在图3的示例中，为了简单起见仅示出了四个波长，但在实际中可以使用具有N个输入端口和N个输出端口的NxN WSS，其中每个端口可以支持C个波长信道，其中原则上C可以是大于2的任何数。例如，在图3所示的4x4 WSS的情况下，每个独立的输入和输出端口可能携带多达80个信号，在C波段信道间隔为50GHz，即C＝80。本领域技术人员将意识到，如上所示，在实施例中信道可以具有可变宽度(波长范围)，以使得例如一对相邻信道可以被组合。在这样的布置中，C是可变的。

本领域技术人员将意识到，图3中所示类型的路由系统可以潜在地用多个前端开关和多个后端开关来实现，例如以下开关布置：其中，N＝4，可以采用两个前端开关和两个后端开关来提供8x8非阻塞WDM光路由器。

1.理论和具体示例

现在我们将更加详细地描述硅基液晶(LCOS)波长选择开关(WSS)，更具体而言，堆叠式1×N WSS模块的设计，其可以被配置用于操作为：

1)1×N WSS。

2)1×N WSS的堆叠体。

3)N×M WSS、或P×Q WSS，其中P≤N并且Q≤N

4)离散的1×N、N×1、N×N、和P×Q WSS的集合。

因此，我们可以描述：

1)基本操作：

a.1×N WSS的基本操作

b.基于细长光束的1×N WSS

c.基于两个开关平面的N×N WSS

d.基于LCOS和波导技术的WSS

e.Flex谱数据格式

2)基于正方形子全息图的堆叠式1×N WSS模块的设计：

a.模块设计的概要

b.基于正方形子全息图的单个1×N WSS的设计

c.群集的输出光纤

d.二维光纤布置

e.输入端口与零级分离

f.基于物镜输入平面处的滤波的波前编码

3)堆叠式1×N WSS模块的设计

4)模块操作为N×N WSS

5)模块操作为单独的1xN WSS的集合和N×N WSS

此外，我们采用以下术语：

1)1×N WSS具有一个输入端口和N个输出端口。

2)N x1 WSS具有N个输入端口和一个输出端口，并且反向使用时是1×N WSS。

3)在堆叠式模块的情况下，我们具有S个独立的1×N WSS。

4)N×N WSS具有N个输入端口和N个输出端口。

5)P×Q WSS具有P个输入端口和Q个输出端口。在本文所描述的开关模块设计的情况下，P≤N并且Q≤N，其中N是1×N WSS可以实现的输出端口的最大数量。

2.背景

我们首先描述基于LCOS SLM平面处的细长光束的使用来实现1×N WSS，以及基于两个单独的LCOS开关平面来实现N×N WSS。

2.1. 1×N WSS的基本操作

图4a说明了通用1×N WSS的功能光学布局，其将WDM波长信道色散在LCOS相位调制器件上，并使用光栅使信号光束转向特定输出光纤。

该开关包括：

1)输入光纤。

2)输入光器件，其可以包括偏振分集部件以及用于将输入光束的高斯光束半径转换为与LCOS SLM子全息图相匹配的部件。

3)DEMUX部件。

4)开关光器件，其将解复用光束导引至LCOS SLM上。

5)LCOS SLM，其显示子全息图的阵列。

6)开关光器件，其将转向光束导引至MUX部件。

7)MUX部件，其用于对数据信道进行角度重组。

8)输出光器件，其可以包括偏振分集部件以及用于将数据信道转换为与输出光纤模式特性相匹配的光模式的部件。

9)N个输出光纤的输出阵列。

应当注意的是，在实际中，LCOS SLM按照反射进行操作，这是因为硅芯片用于实现使得空间相位调制成为可能的独立可寻址电极的阵列。结果，开关典型地自行折返。因此，在实施例中输入光纤和输出光纤阵列被制造为单个部件。类似地，在实施例中单个光栅操作为DEMUX和MUX部件两者，如输入和输出开关光器件。这对于输入和输出光器件也是如此。

在操作中：

1)数据经由单个输入光纤进入开关(在该示例中，表示为1、2、3和4)。

1)DEMUX部件，其典型地是衍射光栅，使数据信道角度分离。

2)开关输入光器件将与每个数据信道相关联的光转换为LCOS SLM平面处的一系列空间分离的高斯光束。相应的一系列独立的子全息图然后使光束在两个维度上角度转向。这可以通过显示量化的闪耀相位光栅来实现。

3)偏转角是光栅周期和像素尺寸两者的函数。然而，在闪耀光栅的情况下，我们的目标是保持每个周期的最小像素数p_min大于八个像素以便获得最大衍射效率。

4)开关输出光器件将衍射光束导引到MUX光栅，同时保持由闪耀光栅施加的xy平面中的偏转角。

5)MUX元件对信号光束进行角度再复用，使得它们有效地对准，同时保持由闪耀光栅施加的xy平面中的偏转角度。

6)输出光器件然后将这些偏转角转换为xy平面中的空间偏移。此外，输出光器件确保数据信道有效地耦合到正确的输出光纤中。

图4a中示出的相同的光学配置也可以用作N×1 WSS。为了解释这一点，我们考虑光的可逆性。例如，作为1×N WSS，我们可以分别将λ₁和入₂从中心输入端口路由到输出端口2和4。如果我们使光逆向传播通过该系统，使得我们具有8个输入端口和一个中心定位的输出端口，则来自端口2的λ₁和来自端口4的λ₂将被路由到相同的中心输出端口，而不必改变子全息图相位图案。因此，只要没有信号竞争(两个相同值的波长经由不同的输入端口进入开关)，则我们可以实现N x1WSS。

2.2.基于细长光束的1×N WSS

如图4b所示，基于1×N WSS的LCOS可以被构造为使用变形(柱状)开关光器件将输入信号转换为LCOS平面处的细长光束。这解决了以下限制：当前一代HD和2K LCOS SLM技术支持的像素数量有限；最有效的DEMUX部件是高空间频率光栅这一事实，其使光线性地色散(即，光相对于x轴线性色散)；以及通频带相关的问题：如果将未调制的信号光束的波长从其理想的ITU(国际电信联盟)栅格值改变，则当其传输通过WSS时的插入损耗将随着光束远离子全息图的中心而增加，这是由于削波(clipping)和随后的衍射效应。实际上，由于调制的数据信号的有限光谱带宽以及特定波长信道的中心载波频率的潜在抖动和偏移，这将导致信号误差。结果，优选的是，确保开关设计具有足够的带宽以最低程度地影响传输通过开关的数据，该带宽被定义为中心载波频率与其理想ITU值的变化，其导致插入损耗增加0.5dB。这设置了未调制信号光束半径与沿波长色散方向的子全息图宽度的最小比率。

例如，2K LCOS设备包括大约2K×1K个像素。如果这必须支持80个50GHz的ITU信道，则假设y方向是DEMUX元件的线性色散方向，则只能在y方向上为每个子全息图分配大约2000/80＝25个像素。让我们假设半径w_SLM的圆形高斯光束入射在尺寸为n_x×n_y个像素的正方形子全息图上，其中像素尺寸为ΔxΔ。这样的子全息图可以同样很好地在x方向和y方向上转向，其中xy平面中的最大径向偏转取决于我们所允许的每个光栅周期的最小像素数p_min。如上所述，实际中我们将这个值设置为＞8个像素，以便使子全息图衍射效率最大。

可以示出，可以转向为沿着平行于y轴的方向的离散可寻址光纤的数量由下式给出：

除了上面定义的项之外：

关于开关通带，我们定义项α_SLM＝n_yΔ/w_SLM。这给出了子全息图处的未调制高斯光束半径与子全息图宽度的比率。这是确定如何通过WSS和通过级联WSS传输干净传输数据的关键参数。为了满足50GHz信道间隔的通带要求，我们应当设置α_SLM≥5。因此，在通带和转向范围之间存在折衷。

项α_i定义了输出平面处的光纤之间的间距γ与输出平面处的高斯光束光斑尺寸w_i之间的比率。α_i越大，输出光束分散得越开。典型地，我们设置γ/w_i≥3以使串扰最小化。

结果，圆对称高斯光束入射可以在LCOS SLM平面处在x和y两个方向上覆盖最多15个像素，如果我们应对2K LCOS SLM和80×50GHz信号信道。设置p_min＝4、α_SLM＝5、α_i＝3并且n_y＝25，则得到q_max的值为2。因此，假设光纤布置在均匀的栅格上，则在两个维度上的转向将给出8个端口的切换容量。然而，由于p_min的值较小，开关将具有高的插入损耗和串扰。将n_y增大至50允许我们使p_min的值加倍并提高性能。

通过使子全息图沿y轴拉长，我们可以增加子全息图可以沿该轴转向的不同空间位置的数量。例如，如果p_min＝8、α_SLM＝3(在y方向上)、α_i＝3并且n_y＝500，则q_max＞40(可以减少y方向上的α_SLM，因为它在确定通带方面没有任何作用)。注意，我们依然保持在x方向(与波长色散的轴平行的方向)上α_SLM＝5，以满足通带要求。可以使用变形(柱状)开关光器件，其同时沿x轴对输入光纤光束进行成像，并且沿着y轴在SLM平面和输出平面之间用傅里叶变换条件产生沿着y轴的细长光束。结果，对于ROADM应用，我们可以转向y方向上的足够多的输出端口。然而，该方案的缺点在于我们无法使光束在x方向上转向。

应当注意的是，这里我们可以区分可以转向的光纤的数量q_max和光束转向的位置分辨率，其被定义为输出光束相对于输出端口的最小角度或空间偏转。例如，我们能够转向具有5.2μm模场半径的40个空间分离的光纤，但具有低至0.2μm的空间位置转向分辨率。

2.3.基于两个切换平面的N×M WSS

图4c示出了基于两个独立LCOS开关平面的N×M WSS的总体光学架构。实际中，这两个开关平面可以在相同的LCOS SLM上实现。在图3中所示的示例系统中，M＝N＝4。该开关包括：

·N个输入光纤。

·输入光器件，其可以包括偏振分集部件以及用于转换输入光束的高斯光束半径的部件。

·DEMUX部件，其用于对数据信道进行角度分离。

·第一LCOS SLM平面。

·第二LCOS开关平面.

·两个开关平面之间的中间光器件。

·用于对数据信道进行角度重组的MUX组件。

·输出光器件。

·M个输出光纤。

该开关如下进行操作：

1)光学数据信道经由N个输入光纤进入开关(在该示例中，表示为1、2、3和4)。

2)输入光束中的每个光束在y方向上被角度解复用。

3)结果，来自每个输入端口的每个波长信道照射单独的子全息图，其中行对应于特定输入光纤，并且列对应于特定波长信道。

4)第一LCOS SLM显示光栅，该光栅使光束在yz平面中角度转向。

5)当这些光束入射在第二LCOS平面上时，它们在y方向上被重新排序。

6)在第二LCOS平面上的第二组闪耀光栅然后对光束进行衍射，以使得当MUX元件对来自特定行的波长重组时，所有的波长信道共线传播。

7)输出光器件然后将信号光束聚焦在可用的M个输出光纤中的一个中。

尽管每个子全息图都可以使光二维转向，但是为了防止WSS中的信号竞争，光只在两个LCOS SLM平面之间沿yZ平面转向。可以通过考虑子全息图处的细长光束来改进该系统，以使N和M的值最大。

2.4.Flex谱数据格式

目前，电信网络使用具有预先分配的操作频率的一系列波长信道(被称为ITU电网)进行操作。典型的信道间隔是100GHz、50GHz、37.5HGz或25GHz。Flex-spectrum(也被称为Flex-grid)是一种较新的标准，其允许更加灵活的信道分配、允许使用可用光谱带宽的更高的效率。在本说明书中，当我们提及正方形子全息图时，我们通常(但并非排他性地)指代在子全息图平面处具有圆形高斯光束分布的未调制信号。随着数据率增加，信道的光谱内容也增加。结果，子全息图的宽度将在x方向上扩展以容纳波长信道。

3.基于正方形子全息图的堆叠式1×N WSS模块的设计

3.1.模块设计的概要

现在我们描述基于1×N WSS的堆叠阵列和正方形子全息图的WSS。参考图5a，其示出了输入光纤的1×S阵列(在该示例中表示为S₁、S₂和S₃)，每个输入光纤承载将光发射到开关中的一组WDM波长信道。来自每个光纤的输入被单独处理，并且来自特定输入端口的波长信道在子全息图的唯一行上被空间解复用。然后波长信道被独立地路由到包括S个子阵列的对应的二维光纤阵列。开关光器件被设计为在LCOS SLM平面处产生圆形的未调制信号光束，而不是使用变形光器件产生细长光束。它们可以同时在x和y方向两者上转向，而不是仅仅在与色散轴垂直的方向上。优选的是(但不是必须的)，使用具有较大像素数量的LCOSSLM，如前所述，比如大约4K×2K个像素。这增加了波长色散轴中可用像素的数量，虽然在该示例中仅仅是25至50个像素(假设50GHz的信道间隔)。尽管如此，我们在此描述的WSS方案的实施例有可能在4K LCOS SLM的情况下处理高达四十个单独的1×N WSS，假设50GHz频隙的50×50个像素的方形子全息图尺寸。此外，在优选实施例中，输出光纤阵列被布置为二维结构，其中可以在输出平面处使用单独光纤的S×N阵列或者S个多芯光纤，每个多芯光纤包括N个单独的光纤芯，如下面所描述的。

3.2.基于正方形子全息图的单个1×N WSS的设计

在描述S个1×N WSS的堆叠体的设计之前，我们首先描述单个1×N WSS切换单元的设计。在图5b和图6(其示出了开关的示例功能架构)中，我们示出了使用反射型LCOS SLM的基于正方形子全息图的1×N光开关，其中C带跨LCOS SLM的x轴被色散。为了例示，我们设置N＝8，其使用3×3光纤阵列。注意，LCOS SLM可以基于铁电液晶材料、蓝相液晶材料(参见我们的WO2013/117903，其通过引用的方式并入本文)或向列液晶材料。在操作方面：铁电液晶材料是偏振敏感的，但具有相关联的3dB损耗用于方便的二元相位调制。蓝相液晶材料也是偏振敏感的。向列液晶材料本质上是偏振相关的。利用向列液晶材料，可以使用偏振分集光器件。这可以通过使用偏振再追迹(针对两种输入偏振使用相同的子全息图)或者通过使用用于正交偏振的两个单独的子全息图行来实现。或者，可以使用集成的四分之一波片来使向列液晶LCOS SLM偏振敏感。

参考图5b，中心光纤对应于输入端口，剩余的八个光纤对应于输出端口。该开关包括：

·□二维3×3光纤阵列。

·□物镜LA。

·□包括透镜L1和L2的4f中继系统。

·DEMUX光栅P_g。

·□位于平面P_SLM处的反射型LCOS SLM。

该开关实施例按如下方式操作：

1)经由光纤阵列中的中心光纤将波长信道发射到开关中。

2)物镜L_A在平面P_o处生成半径为w_o的束腰。

3)中继系统将该束腰成像在SLM平面处。

4)LCOS SLM显示光栅，该光栅的周期为p且相对于本地xy坐标系取向角度

该光栅对光束进行衍射使得其以传播矢量

离开LCOS SLM。

5)该光束被中继系统成像在平面P_o处。

6)物镜将传播矢量

转换为偏移光轴的光束位置。

7)角度被控制为使得光束相对于预定的输出光纤同轴，由此使耦合效率最大化。

8)为了单独地路由每个信号波长，DEMUX光栅向每个信号光束施加角位移β_G(λ)。优选的是，该系统被优化为如果光束的频率间隔≥V_FS则确保光束在LCOS平面处空间分离，其中V_FS是最小本地频隙宽度(frequency slot width)。

9)每个信号光束由LCOS平面处的子全息图独立地路由。所有的光束重叠在平面P_o处，尽管具有不同的传播矢量，表示为

结果，每个波长可以被单独地路由到N个输出光纤中的一个。

注意，为了方便，我们将DEMUX光栅画成垂直于入射光轴。在实际中，为了最大衍射效率，光栅优选取向于特定的角度，并且光以与入射光轴不共线的光轴为中心色散。结果，平面P_o是LCOS SLM平面的像，且因此可以将设计问题处理为犹如LCOS SLM被放置在P_o处。

3.3.群集输出光纤

有利的是，该开关操作在N个输出光纤之前使用单个微透镜元件，我们可以将其称为群集输出(而非在每个光纤之前使用耦接微透镜)。

由于我们假设的每个子全息图有限数量的像素以及等式(1)所施加的限制，输出光束将紧密地堆积在光纤阵列平面处。例如，如果我们设置α_i＝3.0以使可以偏转到达的端口的数量最大化，则在输出平面处的光束半径等于单个模式光纤的模式半径。结果，输出端口间隔可能非常小。这可以通过提高LCOS SLM的分辨率来消除，或者或替代地这可以通过以下示例技术中的一个(原理上，其中的多个)来消除：

·使用放大级来使光束间隔增加至第二微透镜阵列将信号光束聚焦至空间分离的光纤中的程度。

·结合第二微透镜将信号光束聚焦至空间分离的光纤中，非远心配置中群集微透镜元件的操作。

图7示出了如何能够使用具有放大因子M的第二远心放大级将紧密堆积的输出光束分开。这使输出光束间隔从γ_f增加至γ_f’＝M×γ_f，并且输出光束尺寸为Mw_o。第二微透镜阵列LA₂然后聚焦光束以匹配输出光纤的模场半径。

通过修改群集输出方案，可以在不使用放大级的情况下实现类似的益处，如图8所示。物镜不再在远心配置中操作。而是，通过设置z₁≠f_A，我们使得输出光束以相对于光轴

的角度被聚焦。这里：

·项p是显示光栅的周期。

·w_o是入射的高斯光束半径。

·θ′(p)是平面P_o处与子全息图周期p相对应的光束相对于光轴的转向角。

·r(θ′(p))是中心高斯光线相对于光轴的偏移。

·Φ(θ′(p))是中心高斯光线相对于物镜的光轴的角度。

在几何光学方面，我们可以设置物距u＝z₁和像距v＝z₂。因此，作为输入偏转角的函数的特定光束相对于光轴平面的高度r(θ’(p))、以及与该光束相关联的中心光线相对于光轴的角度

可以被计算为：

由于光束以相对于微透镜的公共光轴的一定角度传播，所以它们在输出平面处具有较大的物理分离。注意，第二微透镜阵列L_F可以用于耦接到输出光纤。为了补偿沿光束传播方向的角度误差，相对于被制造为使得光纤轴平行于光轴的光纤阵列的

例如可以进行以下中任一项：

·将光纤布置为使得它们成

角度以使插入损耗最小。

·使用与输出平面正交的光纤阵列，并使第二微透镜阵列位置偏移以确保所有的信号光束被聚焦为平行于每个光纤的光轴。添加附加微透镜阵列，其紧接在补偿角度变化

的光纤阵列之前。该阵列被设计为使得每个微透镜阵列校正与堆叠式开关结构中的单个1×N WSS相关联的光纤的布置或者单独地校正每个光纤。

为了优化该设计，可以执行高斯光束分析以使束腰匹配输出端口的输出光纤。

3.4.二维光纤布置

能够在WSS中在二维上转向增加了在选择输出光纤几何结构方面的灵活性。系统可以使用的正方形堆积和六边形堆积光纤布置的示例分别在图9(a)和9(b)中示出。这里，假设零级被聚焦在光纤布置的中心处。六边形布置的优点在于对于给定的最大光束偏转角可以增加N。例如，针对4K LCOS，通过该布置可以将N从8增加到12，假设7.5个像素的最小平均光栅周期而不是每个周期八个像素。

可以由独立光纤制造光纤阵列，或者可以使用包含N个芯的多芯光纤来实现输出光纤，如图10中所示。当具有S个堆叠式1×N WSS时，后一布置尤其适于促进光纤。正在开发在100km之后具有-30dB的目标内芯串扰等级的多芯光纤。

再参考部分2.2，尽管开关的实施例在由于P_min和子全息图中的像素的有限数量n_x×n_y施加的约束而导致可以偏转到的离散位置的数量方面受限，但是开关的实施例能够以较大准确度偏转任何给定光束。例如，具有个像素和128个相位等级的子全息图可以以大约5弧秒的准确度偏转。结果，与多芯光纤相关联的任何制造误差可以通过优化子全息图相位图案来补偿。

3.5.输入端口从零级分离

图9和图10中所示的光纤方案的潜在缺点在于输入光纤与零级光纤的位置一致。在实际中，零级的功率可以相对于信号光束被压缩大约20dB，但是光然后依然可以从开关被背反射。为了消除这一点，可以使用光隔离，增加开关的成本。或者，“输出”光纤中的一个可以用作输出，并且使光学系统倾斜以使得零级被导引至阵列的中心，如图11所示。

该零级功率可以用作监视端口。或者，如果开关故障，随着所有信道然后将被导引至该点，其可以用作保护直达端口。

3.6.基于物镜输入平面处的公共滤波的波前编码

在WO2012/123713中，我们先前已经描述了波前编码技术来抑制串扰。可以在这里描述的开关结构中采用该方案。

具体地，可以将波前修正或“滤波器”元件放置在物镜微透镜的公共输入平面处，即在平面P_o处，如图12所示。该滤波器充当“锁”，其然后可以通过适当修改的子全息图相位图案进行匹配。这具有仅校正信号光束的效果，并且使得其他衍射级次无效地耦合到输出光纤中，由此降低串扰。因此，所描述的开关系统可以在1×N WSS开关结构上针对所有输出波束包含(单个)滤波器公共平面。由于在实施例中，中继系统简单地将LCOS SLM平面成像在平面P_o处，所以该实施方式减少以优化输出光器件和LCOS SLM全息图图案。在下面的部分中，我们将在我们描述的开关设计的背景下讨论该方案的两种示例实施方式。

3.6.1基于公共锥透镜的波前编码

来自闪耀光栅的串扰是由于显示的相位图案的量化而发生的，这可能会由于边缘效应而进一步恶化。LCOS SLM器件中的边缘效应是像素边缘场(由于施加到像素的电压泄漏到相邻像素而导致的电场)和液晶材料效应的结果，并且导致所显示的相位分布中出现误差(我们已经在WO2012/110811中描述了消除该误差的技术)。如在WO2012/123713中所述的，我们可以使用锥透镜相位结构来抑制串扰。出于本开关设计的目的，我们使用基于锥透镜相位元件的波前编码，如下所示：

·具有锥透镜相位分布的元件被放置在输入物镜平面处，其特征在于相位相对于半径线性变化。我们将该元件标记为A₁。

·该元件可以是高分辨率衍射光学元件或折射元件。

·如果离开LCOS SLM的波前仅仅是具有特定传播向量k(p，φ，λ)的平面波，则光纤平面处的输出将包括与高斯光束相反的一系列环。

·通过向光栅相位分布添加一个相反的锥透镜相位分布，我们可以补偿A₁的锥透镜相位分布。

·信号光束因此将被聚焦成高斯光束分布。

·较高和对称衍射级次被聚焦成环。

这里的方法是可以将环形焦点设计成错过纤芯，从而使串扰最小，因为环的中心将具有最小的光功率。为了说明该方案，我们针对以下三种情况在图13中示出仿真的重放场：

1)子全息图显示闪耀光栅，不具有通用滤波器元件。

2)子全息图显示闪耀光栅，且公共滤波器显示量化锥透镜(比LCOS SLM像素尺寸更精细的量化)。

3)子全息图显示相位图案，该相位图案是闪耀光栅和公共滤波器锥透镜相位分布的反相的组合。

在图13中，各列示出了在子全息图平面、滤波器和对应的重放平面(replayplane)处的相位图案。各行示出了(a)光栅且没有锥透镜，(b)光栅和锥透镜，(c)修改的光栅(光栅加上补偿锥透镜相位分布)和锥透镜。可见，在(c)中，(a)的较高且对称的串扰级次现在被有效地空间色散到环中，而信号光束依然被聚集。对于该特定的仿真，该计算假设50×50个像素的子全息图，入射高斯光束半径为子全息图尺寸的五分之一。光栅周期是八个像素，且锥透镜倾斜角是3°。假设总共128个相位等级，且将向列液晶边缘效应包括在仿真中。

3.6.2基于公共空间匹配滤波器的波前编码

图12中所示的元件还可以包括匹配空间滤波器，例如用于光学相关器技术和光学数据加密中的类型。滤波器的相位分布可以被优化为将光衍射离开光纤芯，除非相反的相位分布被添加到光栅相位分布。应当注意的是，堆叠式1×N WSS中的公共空间匹配滤波器可以使用LCOS SLM来实现，由此允许可能的重构。该方案的优点在于可以以任意方式优化空间匹配滤波器相位分布以便使串扰最小化。

3.6.3基于散焦的波前编码

在进一步的方案中，可以通过将聚焦功率加到子全息图并且通过重新对准光平面以使得只有+1级被聚焦在光纤平面处来抑制串扰。在这种情况下，在物镜的输入平面处不需要使用附加元件，因为物镜本身本质上是滤波器。

4.堆叠式1×N WSS模块的设计

现在再参考图1和2，这些示出了图4中所示的堆叠式1× N WSS光学架构的实施例。这是从图5和6的1×8WSS实施例导出的。由于每个3x3光纤束沿y方向位于不同的横向位置处，所以在穿过中继透镜(L₁和L₂)和DEMUX光栅的过程中来自S个(1x8)WSS输入端口的输入信号将：

·依然沿x方向色散。

·将沿y方向被成像在不同的横向位置处。结果，子全息图的独立的行将用于控制M个开关中的每个的信号路由。如图6中所示，4f中继光学系统使光反向。

因此，使用沿着系统的y轴间隔开的公共中继系统(L₁、L₂)、公共DEMUX光栅(P_g)、单个SLM、S个物镜的阵列(L_A)和一组S个(例如，3x3)光纤阵列来实现S个独立1x8WSS。

在可量测性方面，基于50GHz信道时隙(channel slot)的尺寸为50×50个像素的子全息图的4K LCOS SLM可以支持高达S＝40独立1×N WSSs，其中对于正方形堆积的输出阵列N＝8，对于六边形堆积的输出阵列N＝12。N的这些值假设每个周期的像素为7.5个像素的最小平均数。

5.模块操作为N×N WSS

我们在这里描述的开关架构包括一系列1×N和N×1 WSS连同交叉网络。再参考图3，这示出了实际上1×N和Nx1 WSS连同交叉网络如何能够用于实现非阻塞N×N WSS。在该图中，我们示出了4×4 WSS的架构。其包括四个1×4 WSS、四个4×1 WSS和一个16×16交叉网络。注意，在该附图中只示出了一个示例结合图案。在实际中，开关可以支持自特定输入端口被路由到任何输出端口的任何信道，只要在相同的波长从两个或更多个输入端口被发送到相同的输出端口的情况下不存在冲突。这里，我们将4×4 WSS定义为模块。

在操作中：

·四组波长信道进入模块(每组波长具有单独的符号，且四个波长用颜色加以区别)。

·每组波长信道经由单独的1×4 WSS进入。

·每个1×4开关将波长信道路由到四个输出光纤中与其相关联的光纤。

·在输出侧，每个4×1 WSS具有四个输入光纤和一个输出光纤。

·来自任何1×4开关的四个输出光纤在输出侧连接到不同的4×1 WSS。所得到的光纤互连图案常常被称为完美交叉网络。

·每个4×1 WSS组合其四个输入，以使得它们经由单个输出光纤从开关出来。

·该模块的输出因此包括四个输出光纤，其中每个上具有四组任意切换的波长信道。

·如果我们尝试将相同的波长信道从两个或更多个输入光纤路由到相同的输出光纤，则将发生冲突。

为了实现图3的架构的交叉部分，例如可以通过以下中的任一项：

·使用光纤交叉网络，其连接到1xN和N×1 WSS输入/输出端口。

·使用自由空间光器件来实现交叉网络。

·等效平面光波电路，其可以包括用于有源对准的信道监听的这样的功能。

图3的模块还可以被配置为更一般化但容量更小的P×Q开关，其中：

·N表示基础1×N WSS可以支持的最大输出端口数。

·P是到开关模块的输入端口的数量，其中P≤N。

·Q是到开关模块的输出光纤的数量，其中Q≤N。

6.模块操作为单独的1×N WSS的集合和N×M WSS

堆叠式1×N WSS设计的灵活性允许实现开关的混合机制。例如通过重构将数据取入和取出开关模块的光纤阵列并且通过重构开关之间的连接，开关模块的实施例可以被配置为在实施例中同时实现以下中的一个或多个：

·一个或多个1×N WSS。

·一个或多个N×1 WSS。

·一个或多个P×Q WSS，其中P≤N且Q≤N。

·其任何组合(同时潜在地，为离散设备的集合)。

我们所描述的采用例如4K分辨率LCOS SLM的这种类型的开关的实施例可以潜在地支持例如在C带内操作的高达四十个独立1×12 WSS、或12×12 WSS、或12×12 WSS和16个1×12或12×1 WSS。

总结

在一些优选实施例中，开关使用正方形(或矩形)子全息图，优选地具有三行或更多行子全息图，优选地沿两个维度偏转解复用光束，优选地将输出端口布置为二维阵列。因此一些优选实施方式使用基于球形光器件的中继系统来将波长信道同时导引至正方形子全息图。

系统的优选实施例对于每1×N WSS使用单个物镜微透镜。在一些实施例中，每个输出端口阵列可以群集在公共远心透镜阵列之后(在实施例中，每个端口阵列对应一个透镜/微透镜)。然而，在实施例中，光器件不需要是远心的。此外，端口阵列不需要是正方形(或矩形)阵列，并且在实施例中，可以采用六边形阵列来增加端口计数。

在实施例中，输出端口之间的光学间隔可以通过在中继光器件之后，更具体地通过在系统中的虚拟输入/输出平面之后(可选地用其他透镜/微透镜阵列)，采用放大级来提高；或者通过在非远心配置中采用物镜/微透镜阵列。这两种方法都有助于消除串扰。

在两个维度上转向是有利的，因为与在一个维度转向相比，正方形(或矩形)子全息图的总像素数相对较小，并且可以提供更多的输出端口，例如在正方形或矩形阵列中提供8个(N＝8)端口，或者六边形阵列中提供12个(N＝12)端口。使输出光纤群集是有利的，部分是因为其有助于使用多芯光纤来支持N个输出端口，这转而简化了光纤处理和开关接口连接。

当使用显示光栅来用于切换时，使用正方形或六边形堆积的输出端口布置的结果是当确定要显示的衍射图案时，只需要将注意力集中在优化-1、+1和0级上，这简化了子全息图。此外，通过使输入光纤与阵列的中心偏移和/或通过使系统倾斜(更具体而言，通过使SLM相对于输入信号的轴倾斜一角度)，尤其是使0级入射到中心输出光纤(其然后可能不被使用)，可以基本上维持端口数量同时将优化降低为主要在-1和+1级次上。这有助于降低为了抑制背反射而在输入端口上的光隔离的需求。

可选地，交错的输出光纤阵列也可以用于抑制串扰。在实施例中，这可能涉及沿着与光纤的轴平行的方向使N个输出光纤中的一些输出光纤偏移。

我们描述的系统的实施例还可以使用基于散焦的波前编码来抑制剩余串扰和/或可以采用在物镜微透镜输入平面处使用公共(空间)滤波器的波前编码来抑制剩余串扰。

在原理上，我们在发明内容部分和在具体实施方式部分所描述的设计可以从1×NWSS扩展到M×N WSS，这是每个单元(阵列)具有多个输入和输出的情况。

毫无疑问，本领域技术人员将会想到很多其它有效的备选。将会理解的是：本发明并不限于描述的实施例，并且包括在本发明所附权利要求的精神和范围内的对于本领域技术人员来说很明显的修改。

Claims (27)

1.一种波分复用(WDM)可重构光开关，所述开关包括：

一组光束连接的M个阵列，每个光束连接阵列包括2D光输出阵列并且具有光输入以用于接收WDM输入光信号；

第一衍射元件，所述第一衍射元件用于将所述WDM输入光信号解复用成多个解复用的输入光束，并且所述第一衍射元件用于使所述解复用的输入光束沿第一轴空间色散；

在所述一组光束连接阵列与所述第一衍射元件之间的第一中继光器件；并且

可重构全息阵列，所述可重构全息阵列包括定义子全息图行和列的可重构子全息图2D阵列；

其中，所述一组光束连接阵列中的所述阵列是沿着与所述第一轴平行的方向空间延伸并且被布置成限定与所述第一轴正交的第二轴的列的至少一维阵列；

其中，所述子全息图行沿着所述第一轴对准，并且其中，所述子全息图列沿着所述第二轴对准；

其中，多个所述子全息图行对应于所述一组光束连接阵列中的至少多个阵列；并且

其中，每个子全息图行被配置为接收从所述一组光束连接阵列中的与所述子全息图行对应的所述阵列的光输入解复用的且具有不同载波波长的一组解复用输入光束；

其中，子全息图行中的每个子全息图能够被重构为使得与所述子全息图行对应的所述阵列的所述WDM输入信号的相应波长信道朝向所述阵列的选定的所述光输出转向；

其中，每个所述子全息图行被配置为在2D方向使所述一组光束连接阵列中的相应阵列的解复用输入光束转向；

其中所述光输出阵列是2D阵列，并且其中，子全息图行中的每个子全息图能够被重构为使得所述WDM输入的波长信道在两个维度上朝向所述选定的光输出转向。

2.根据权利要求1所述的WDM可重构光开关，还包括在与所述M个阵列的相同的间距上的M个物镜的阵列，用于耦合到光纤阵列。

3.根据权利要求2所述的WDM可重构光开关，其中每个所述光输出阵列的光输入与所述光输出中的至少一些光输出基本共面，并且其中，所述可重构全息阵列具有用于折叠在每个所述阵列的光输入和输出之间的光路的相关反射器。

4.根据权利要求3所述的WDM可重构光开关，其中所述第一中继光器件包括非远心光器件；其中每个所述阵列的光输入定义所述阵列的输入轴；并且其中从所述第一中继光器件去往所述阵列的光输出的输出光束具有与所述输入轴偏离的轴。

5.根据权利要求3所述的WDM可重构光开关，在所述第一中继光器件与所述一组输出光束连接阵列之间具有虚拟光输出阵列平面；并且包括在所述虚拟光输出阵列平面与所述光束连接中的至少一些光束连接所定义的平面之间的远心放大光器件。

6.根据权利要求2所述的WDM可重构光开关，其中每个阵列的光输出处于正方形或六边形栅格中以耦合到多芯光纤。

7.根据权利要求6所述的WDM可重构光开关，其中每个所述阵列的光输入定义所述阵列的输入轴，并且其中，所述输入轴相对于所述可重构全息阵列的光轴倾斜以使得从所述可重构全息阵列反射的零级光束避免重新进入所述光输入。

8.根据权利要求7所述的WDM可重构光开关，其中所述光输入从所述阵列的中心偏离，并且其中，所述零级光束进入未使用的所述光输出。

9.根据权利要求1所述的WDM可重构光开关，其中对所述解复用输入光束的调制使得所述光束沿着所述第一轴变细长，并且其中，在两个维度上转向包括使得所述解复用输入光束沿着与所述第一轴平行的方向偏转。

10.根据权利要求1所述的WDM可重构光开关，其中所述子全息图行中的多个子全息图，取决于沿着所述子全息图行色散的所述解复用输入光束的带宽是可控的。

11.根据权利要求1所述的WDM可重构光开关，其中所述可重构全息阵列包括空间光调制器(SLM)，所述开关还包括耦合到所述SLM的驱动器，所述驱动器具有控制数据输入以利用所述子全息图控制驱动所述SLM使得所述解复用输入光束从所述一组光束连接阵列中的每个阵列的光输入转向到所述阵列的选定的所述光输出。

12.一种WDM可重构光路由器，所述WDM可重构光路由器包括根据权利要求1至11中任一项所述的WDM可重构光开关，并且还包括：

第二组M个光束连接阵列，其中每个光束连接阵列具有用于提供WDM输出光信号的光输出并且包括2D光输入阵列；

其中，所述第二组阵列的每个光输入光耦合到所述开关的所述一组光束连接阵列的光输出；

第二衍射元件，所述第二衍射元件使来自所述第二组阵列的输入光束沿着第三轴空间色散；

在所述第二组光束连接阵列与所述第二衍射元件之间的第二中继光器件；

第二可重构全息阵列，所述第二可重构全息阵列包括定义第二子全息图行和列的可重构子全息图阵列；

其中，所述第二子全息图行沿着所述第三轴对准，并且其中每个第二子全息图行被配置为从所述第二组阵列中的一个阵列接收所述色散的输入光束；并且

其中，所述第二子全息图行中的每个子全息图能够被重构为使得相应的输入光束在2D方向朝向所述第二组阵列中的与所述第二子全息图行相对应的阵列的光输出转向；

从而使得所述WDM可重构光路由器被配置为允许WDM输入光信号在任何输入处的任何波长被路由至任何选定的输出。

13.根据权利要求12所述的WDM可重构光开路由器，包括一个或多个驱动器，所述一个或多个驱动器用于控制串联的所述可重构全息阵列和所述第二可重构全息阵列，以将选定的波长信道从所述开关的选定的光输入路由到所述第二组阵列的选定的光输出。

14.一种可重构光开关，所述开关包括：

一组光束连接阵列，每个光束连接阵列具有用于提供WDM输出光信号的光输出并且包括光输入阵列，每个光输入用于接收不同中心波长的输入光束；

第一衍射元件，所述第一衍射元件使来自所述一组光束连接阵列的输入光束沿着第一轴空间色散；

在所述一组光束连接阵列与所述第一衍射元件之间的第一中继光器件；

可重构全息阵列，所述可重构全息阵列包括定义子全息图行和列的可重构子全息图阵列；

其中，所述一组光束连接阵列中的所述阵列是沿着与所述第一轴平行的方向空间延伸并且被布置成限定与所述第一轴正交的第二轴的列的至少一维阵列；

其中，所述每个子全息图行沿着所述第一轴对准，并且其中，所述子全息图列沿着所述第二轴对准；

其中，多个所述子全息图行对应于所述一组光束连接阵列中的多个阵列；

其中，每个子全息图行被配置为从所述光输入阵列中的一个接收色散的输入光束；并且

其中，子全息图行中的每个子全息图能够被重构为使得相应的输入光束在两个维度上朝向与所述子全息图行相对应的阵列的光输出转向。

15.一种用于切换一组波分复用(WDM)光信号的方法，所述方法包括：

提供一组光端口阵列，每个光端口阵列包括用于接收WDM光输入的输入端口和一组输出端口；其中所述一组输出端口定义2D阵列；

其中所述端口阵列沿着第二轴被空间色散，并且所述端口阵列的所述输出端口至少沿着与所述第二轴正交的第一轴延伸；

从所述端口阵列的所述输入端口向衍射元件提供光以使所述WDM光信号的波长沿着与所述第二轴正交的所述第一轴色散从而将所述WDM光信号解复用；

向包括可重构子全息图2D阵列的可重构全息阵列提供所述解复用光信号，所述可重构子全息图2D阵列定义与所述第一轴对准的子全息图行以及与所述第二轴对准的子全息图列，以使得每个子全息图行对应于一个所述端口阵列；并且

使用所述可重构全息阵列来使所述解复用光信号转向，以使得每行子全息图使得一组解复用波长从所述阵列输入端口在2D方向朝向所述阵列的一组选定的输出端口偏转，并且所述可重构全息阵列的一组多行子全息图使得所述一组端口阵列的所述解复用波长转向。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述端口阵列的所述输出端口沿着所述第一轴和所述第二轴中的每一个在两个维度上延伸；并且

其中所述转向包括使得所述解复用光信号在两个维度上转向到所述选定的输出端口。

17.根据权利要求15或16所述的方法，还包括导引向端口阵列的所述输出端口传播的输出光束的光轴以使得它们相对于所述端口阵列的所述输入端口所定义的光轴偏离。

18.根据权利要求15或16所述的方法，还包括使得所述输入端口从端口阵列的中心偏移以及在所述阵列的未使用的输出端口中捕捉来自所述可重构全息阵列的零级反射。

19.根据权利要求15或16所述的方法，还包括使用多芯光纤来同时接口连接到端口阵列的所述输入端口和所述输出端口。

20.根据权利要求15或16所述的方法，还包括使得行中的多个所述子全息图适应所述WDM光信号内的一个或多个光信号的带宽。

21.根据权利要求15或16所述的方法，其中对所述解复用光信号的调制使得解复用光束具有细长的横截面，所述细长的横截面具有沿着所述第一轴对准的长轴，并且其中，所述转向包括在两个维度上转向，

所述在两个维度上转向包括使得解复用光束沿着与所述长轴平行的方向偏转。

22.根据权利要求15或16所述的方法，其中使用所述可重构全息阵列的所述转向包括在空间光调制器上显示一组光栅，一个光栅用于每个所述子全息图。

23.根据权利要求15或16所述的方法，还包括：

提供第二组M个光端口阵列，每个光端口阵列包括输出端口和一2D组的输入端口，其中所述第二组光端口阵列沿着第四轴空间色散；

将所述一组端口阵列的每组输出端口耦合到所述第二组端口阵列的所述输入端口；

从所述第二组端口阵列的所述输入端口向衍射元件提供光以沿着与所述第四轴正交的第三轴提供色散；

从所述第二组端口阵列的所述输入端口向包括可重构子全息图2D阵列的第二可重构全息阵列提供所述色散光，所述可重构子全息图2D阵列定义与所述第三轴对准的子全息图行以及与所述第四轴对准的子全息图列；并且

在2D方向使用所述第二可重构全息阵列使得所述色散光从所述第二组端口阵列的端口阵列的每个输入端口在两个维度上向所述端口阵列的输出端口转向；

其中所述方法能够将所述WDM光信号在任何输入处的任何波长被路由到任何选定的输出。

24.一种堆叠式波分复用(WDM)可重构光开关，所述开关包括：

堆叠式多个光连接群集，每个光连接群集包括光输入和定义2D阵列的多个光输出；并且

2D光束偏转空间光调制器，所述光束偏转空间光调制器被配置为显示多行子全息图，针对每个光连接群集显示一行子全息图，其中所述光输入的不同波长分量沿着所述多行子全息图色散，并且其中，所述多行子全息图沿着与所述光连接群集相同的方向堆叠；并且色散光学元件，所述色散光学元件在所述光连接群集与所述空间光调制器之间的光路上以提供所述波长色散；

并且其中，所述开关还包括：

多个物镜，每个光连接群集对应一个微透镜阵列，每个微透镜阵列将相应的光连接群集耦合到所述空间光调制器，其中，每个物镜创建公共平面，在该公共平面中所述开关的输入/输出光束相对于光轴以不同的角度叠覆。

25.根据权利要求24所述的堆叠式WDM可重构光开关，还包括中继光学系统，所述中继光学系统将所述空间光调制器的平面成像在所述公共平面处。

26.根据权利要求24或25所述的堆叠式WDM可重构光开关，其中所述子全息图基本上是正方形的。

27.根据权利要求24或25所述的堆叠式WDM可重构光开关，其中所述光连接群集包括光纤或光纤连接的六边形堆积群集。

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