CN108490549B - 一种无阻塞的m×n波长选择开关 - Google Patents

一种无阻塞的m×n波长选择开关 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光纤通信领域，具体涉及一种无阻塞的M×N波长选择开关，包括输入二维液晶阵列组合、前透镜变换系统、光切换平面透镜变换系统、后透镜变换系统和输出二维液晶阵列组合，并依次排列设置；输入二维液晶阵列组合和输出二维液晶阵列组合均基于二维液晶阵列，前者对应M个输入端口，用于将接收的水平光信号切换至不同的方向输出；后者对应N个输出端口，用于将接收的光信号切换至指定方向水平输出。本发明基于二维液晶阵列实现光路偏转切换，成本更低，供货更具优势，有利于M×N波长选择开关的进一步推广；可实现任意波长或波长组合从任意输入端口传输至任意输出端口，同时又可实现光信号的可调衰减或关断。

Description

一种无阻塞的M×N波长选择开关
【技术领域】
本发明涉及光纤通信领域，提供了一种无阻塞的M×N波长选择开关。
【背景技术】
可重构光分插复用器(Reconfigurable Optical Add/Drop Multiplexer，简写为ROADM)经过多个阶段的技术积累，正在向无色性(Colorless)、无方向性(Directionless)、无阻塞(Contentionless)和灵活栅格(Flexible)演进发展，简称为CDCF ROADM。目前，CDCFROADM系统节点主要基于1×N波长选择开关，可以充分实现无色性、无方向性和灵活栅格的功能。而如果要实现完全无阻塞功能，则需要将1×N WSS和组播光开关组合成一个系统节点，但所需光器件数量较多，组网结构也较为复杂。为解决上述问题，在1×N波长选择开关的基础上，业界提出了一种M×N波长选择开关，即输入和输出端口均为多个，可实现全部的CDCF ROADM功能，且不需要和组播光开关进行组合，器件数量大为减少，无需复杂组网结构，有助于系统成本的降低。
目前，M×N波长选择开关的常用技术方案为基于硅基液晶(Liquid Crystal OnSilicon，简写为LCOS)实现光束偏转切换，Finisar、Santec、NTT、Bell Lab等单位均申请了相关专利或撰写了相关论文，比如专利CN104485076B和专利CN103543497B中的液晶光束偏转芯片均是基于LCOS。该技术方案具有一定的技术优势，可实现M×N WSS的全部功能，但LCOS芯片的成本非常高，且全球仅有几家能够批量供货，对WSS器件生产商而言，该供应链瓶颈限制了其进一步的快速推广。
鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
【发明内容】
本发明需要解决的技术问题是：
现有技术中通常基于LCOS实现光束偏转切换，LCOS芯片成本较高，且供货困难，限制了波长选择开关光器件的快速推广。
本发明通过如下技术方案达到上述目的：
本发明提供了一种无阻塞的M×N波长选择开关，包括输入二维液晶阵列组合9、前透镜变换系统10、光切换平面透镜变换系统11、后透镜变换系统12和输出二维液晶阵列组合13，并依次排列设置；
所述输入二维液晶阵列组合9包括至少两个二维液晶阵列，每个二维液晶阵列包含M个一维液晶阵列，对应M个输入端口，用于将接收的水平光信号切换至不同的方向输出；
所述前透镜变换系统10、所述光切换平面透镜变换系统11以及所述后透镜变换系统12用于实现高斯光束的传输变换，将所述输入二维液晶阵列组合9传输过来的光切换信号，变换至所述输出二维液晶阵列组合13上的指定位置；
所述输出二维液晶阵列组合13包括至少两个二维液晶阵列，每个二维液晶阵列包含M个一维液晶阵列，组合后实现N个方向输出，对应N个输出端口，用于将接收的光信号切换至指定方向水平输出。
优选的，所述一维液晶阵列由i个结构对级联而成，所述结构对包括液晶芯片1和双折射晶体2，通过控制所述液晶芯片1上的电压变化，调节入射光的偏振态，经所述双折射晶体2折射后使光信号从不同方向输出。
优选的，通过控制所述液晶芯片1上的电压变化，每个结构对实现2路光信号切换，当所述一维液晶阵列中级联i个结构对时，光信号切换的路数N为：N＝2i。
优选的，所述结构对还包括偏振片3，所述偏振片3设置在所述液晶芯片1之后，用于实现光信号衰减。
优选的，所述液晶芯片1采用扭曲向列型结构。
优选的，还包括输入端口阵列5和输出端口阵列17，所述输入端口阵列5位于所述输入二维液晶阵列组合9之前，包括M个输入端口，光信号从任一端口进入；所述输出端口阵列17位于所述输出二维液晶阵列组合13之后，包括N个输出端口，光信号从指定端口输出。
优选的，还包括输入光斑整形系统6和输出光斑变换系统16，所述输入光斑整形系统6位于所述输入端口阵列5与所述输入二维液晶阵列组合9之间，用于将光斑从圆形光斑变换为椭圆形光斑；所述输出光斑变换系统16位于所述输出二维液晶阵列组合13与所述输出端口阵列17之间，用于将光斑从椭圆形光斑变换为圆形光斑。
优选的，所述输入光斑整形系统6和所述输出光斑变换系统16为棱镜组合或柱透镜组合。
优选的，还包括输入衍射光栅7和输出衍射光栅15，所述输入衍射光栅7位于所述输入光斑整形系统6与所述输入二维液晶阵列组合9之间，用于将不同波长的光信号在空间展开；所述输出衍射光栅15位于所述输出二维液晶阵列组合13与所述输出光斑变换系统16之间，用于将不同波长的光信号在空间复用。
优选的，还包括输入会聚透镜8和输出会聚透镜14，所述输入会聚透镜8位于所述输入衍射光栅7与所述输入二维液晶阵列组合9之间，用于将不同波长光信号转换成平行光，其中，所述输入会聚透镜8包括M个球透镜，对应M个输入端口；所述输出会聚透镜14位于所述输出二维液晶阵列组合13与所述输出衍射光栅15之间，用于将平行的不同波长光信号变换为对应角度的不同波长光信号，其中，所述输出会聚透镜14包括N个球透镜，对应N个输出端口。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种无阻塞的M×N波长选择开关，基于二维液晶阵列实现光路偏转切换，二维液晶阵列基于成熟的液晶显示技术和工艺，相比较LCOS技术，二维液晶阵列的工艺成本更为低廉，可加工厂家较多，供货更具优势，降低了整体生产成本，有利于M×N波长选择开关的进一步推广。通过采用两个二维液晶阵列，分别匹配输入端口阵列和输出端口阵列，可实现任意波长或波长组合从任意输入端口传输至任意输出端口，同时又可实现光信号的可调衰减或关断，满足CDCF ROADM系统的性能指标要求。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种无阻塞M×N波长选择开关的光路图(光切换平面)；
图2为本发明实施例提供的一种无阻塞M×N波长选择开关的光路图(分波长平面)；
图3为本发明实施例提供的液晶芯片和双折射晶体的组合光信号切换配置图(未加电压时)；
图4为本发明实施例提供的液晶芯片和双折射晶体的组合光信号切换配置图(加电压时)；
图5为本发明实施例提供的4个液晶芯片和4个双折射晶体的组合多路光信号切换配置图；
图6为本发明实施例提供的一维液晶阵列的平面示意图；
图7为本发明实施例提供的液晶芯片和偏振片的组合光路衰减配置图；
图8为本发明实施例提供的二维液晶阵列的平面示意图；
图9为本发明实施例提供的输入二维液晶阵列组合的主视图；
图10为本发明实施例提供的输入二维液晶阵列组合的左视图；
图11为本发明实施例提供的输入二维液晶阵列组合的俯视图。
【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。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
在本发明各实施例中，符号“/”表示同时具有两种功能的含义，而对于符号“A和/或B”则表明由该符号连接的前后对象之间的组合包括“A”、“B”、“A和B”三种情况。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。
本发明实施例提供了一种无阻塞的M×N波长选择开关，如图1所示，包括输入二维液晶阵列组合9、前透镜变换系统10、光切换平面透镜变换系统11、后透镜变换系统12和输出二维液晶阵列组合13，并依次排列设置；
所述输入二维液晶阵列组合9包括至少两个二维液晶阵列，每个二维液晶阵列包含M个一维液晶阵列，对应M个输入端口，用于将接收的水平光信号切换至不同的方向输出；
所述前透镜变换系统10、所述光切换平面透镜变换系统11以及所述后透镜变换系统12用于实现高斯光束的传输变换，将所述输入二维液晶阵列组合9传输过来的光切换信号，变换至所述输出二维液晶阵列组合13上的指定位置；
所述输出二维液晶阵列组合13包括至少两个二维液晶阵列，每个二维液晶阵列包含M个一维液晶阵列，组合后实现N个方向输出，对应N个输出端口，用于将接收的光信号切换至指定方向水平输出。
本发明实施例提供的无阻塞的M×N波长选择开关中，基于二维液晶阵列实现光路偏转切换，二维液晶阵列基于成熟的液晶显示技术和工艺，相比较LCOS技术，二维液晶阵列的工艺成本更为低廉，可加工厂家较多，供货更具优势，降低了整体生产成本，有利于M×N波长选择开关的进一步推广。通过采用两个二维液晶阵列，分别匹配输入端口阵列和输出端口阵列，可实现任意波长或波长组合从任意输入端口传输至任意输出端口，同时又可实现光信号的可调衰减或关断，满足CDCF ROADM系统的性能指标要求。
传统的1×N波长选择开关中，输入端口的数量为1，光信号控制单元都是一维分布，一维液晶阵列是实现1×N波长选择开关的主流技术之一。本发明实施例所述的M×N波长选择开关，输入端口和输出端口数量都大于1，需要将光信号控制单元在二维平面上进行扩展，因此不能采用传统的一维液晶阵列，而是需要在此基础上，将一维液晶阵列拓展到二维分布的方向上，形成二维液晶阵列，以便实现M×N波长选择。
其中，每个一维液晶阵列均由i个结构对级联而成，所述结构对包括液晶芯片1和双折射晶体2，如图3和图4所示，所述液晶芯片1为透射式元件，可级联，可以调节入射光的偏振态，所述双折射晶体2对不同偏振态的光具有不同的折射率。在每个结构对中，所述双折射晶体2设置在所述液晶芯片1之后，光信号通过所述液晶芯片1，通过控制所述液晶芯片1上的电压变化，调节入射光的偏振态，再经所述双折射晶体2折射，由于所述双折射晶体2对不同偏振光的不同折射率，使不同偏振态的光向不同方向偏转输出，从而实现光束偏转切换。具体原理为：当所述液晶芯片1未加电压时，如图3所示，线偏振光通过所述液晶芯片1之后，偏振态旋转90度，再经过所述双折射晶体2折射，光信号根据折射率偏转角度α后沿某个方向传输；当施加电压给所述液晶芯片1时，如图4所示，线偏振光通过所述液晶芯片1之后，偏振态保持不变，再经过所述双折射晶体2折射，光信号根据折射率偏转角度β后沿某个方向传输；由于在上述两种情况下入射光的偏振态不同，所述双折射晶体2对光信号的折射率也就不同，偏转角度α与β不相等，因此光信号最终向两个不同的方向输出。其中，在实现光信号切换功能时，所述液晶芯片1一般采用扭曲向列(Twisted Nematic，简写为TN)型，便于所述液晶芯片1级联。
由此可知，通过控制所述液晶芯片1上的电压变化，如图3或图4所示的一个结构对可实现2路光信号的切换，当需要实现2路以上光信号的切换时，需将至少两个结构对级联，其中，当一维液晶阵列中级联i个结构对时，光信号切换的路数N为：N＝2i。实际应用中，可根据需要实现光信号切换的路数来决定每个一维液晶阵列中结构对的个数，例如，当需要实现8路光信号切换时，应级联3个结构对；当需要实现16层光信号切换时，应级联4个结构对，如图5所示。由i个结构对构成的一维液晶阵列如图6所示，i≥1。
结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，使得所述M×N波长选择开关除光束偏转切换功能之外，还兼具光信号衰减功能。具体实现方式如下：在每个结构对中增加设置偏振片3，所述偏振片3设置在所述液晶芯片1之后，采用所述液晶芯片1和所述偏振片3组合实现光信号衰减，具体来讲，所述偏振片3可设置在所述液晶芯片1与所述双折射晶体2之间，也可以设置在所述双折射晶体2之后。如图7所示，所述偏振片3直接设置在所述液晶芯片1之后，当施加在所述液晶芯片1上的电压发生变化时，经过所述液晶芯片1的光偏振态发生旋转，再经过所述偏振片3，所述偏振片3可调节出射光的光强，使光信号衰减；并保证传输到下一级液晶芯片1上面的光偏振态不变，满足偏振态要求。其中，在实现光信号衰减功能时，要求入射光偏振态能连续旋转，所述液晶芯片1一般采用电控双折射(Electrically Controlled Birefringence，简写为ECB)液晶，便于实现光信号的连续衰减。
由图6所示的一维液晶阵列在垂直方向依次排列X个，就形成了如图8所示的二维液晶阵列，其中，X为大于1的自然数。在本发明实施例所提供的M×N波长选择开关中，所述输入二维液晶阵列组合9和所述输出二维液晶阵列组合13的结构相同，均由j个所述二维液晶阵列排列形成，每个二维液晶阵列包括M个一维液晶阵列，每个一维液晶阵列中级联i个结构对，如图9-图11所示，从而可基于两个二维液晶阵列组合实现光路的偏转切换。其中，所述输入二维液晶阵列组合9中每个二维液晶阵列由M个所述一维液晶阵列在垂直方向依次排列形成，对应M个输入端口，即每个一维液晶阵列对应一个输入端口；所述输出二维液晶阵列组合13中每个二维液晶阵列也是由M个所述一维液晶阵列在垂直方向依次排列形成，并通过组合实现N个输出方向，对应N个输出端口，即每一个输出方向对应一个输出端口。所述二维液晶阵列的列数j与波长选择开关的波长分辨率有关，比如当波长分辨率为50GHz时，设置96列二维液晶阵列；当波长分辨率为12.5GHz时，设置96*4列二维液晶阵列。
当光信号由左侧进入所述输入二维液晶阵列组合9时，图10中的每一排液晶芯片1对应一个输入端口，当其中一排接收到光信号时，在图11所在平面中，输入光的波长在空间分开，连续分布在对应排中每个一维液晶阵列最左侧的液晶芯片1上，则每个一维液晶阵列可单独控制每个波长，实现每个波长的独立切换和/衰减，可将图11所在平面，即所述输入二维液晶阵列组合9俯视图平面，称为分波长平面；在图9所在平面中，每个波长的光信号经过对应一维液晶阵列中的结构对，通过所述液晶芯片1和所述双折射晶体2，实现光束偏转切换，可将图9所在平面，即所述输入二维液晶阵列组合9主视图平面，称为光切换平面。
通常来讲，一个完整的M×N波长选择开关还包括一些其他部件，在本发明实施例中，所述输入二维液晶阵列组合9之前还设置输入端口阵列5、输入光斑整形系统6、输入衍射光栅7和输入会聚透镜8，且各部件依次排列设置，光信号依次通过各部件后传输至所述输入二维液晶阵列9；其中，所述输入端口阵列5包括M个输入端口，光信号可从任一端口进入；所述输入光斑整形系统6为棱镜组合或柱透镜组合，用于将光斑从圆形光斑变换为椭圆形光斑；所述输入衍射光栅7用于将不同波长的光信号在空间展开；所述输入会聚透镜8用于将不同波长光信号转换成平行光，且所述输入会聚透镜8包括M个球透镜，对应M个输入端口。所述输出二维液晶阵列组合13之后还设置输出会聚透镜14、输出衍射光栅15、输出光斑变换系统16和输出端口阵列17，且各部件依次排列设置，由所述输出二维液晶阵列组合13传输出的光信号依次通过各部件；其中，所述输出会聚透镜14用于将平行的不同波长光信号变换为对应角度的不同波长光信号，且所述输出会聚透镜14包括N个球透镜，对应N个输出端口；所述输出衍射光栅15用于将不同波长的光信号在空间复用；所述输出光斑变换系统16为棱镜组合或柱透镜组合，用于将光斑从椭圆形光斑变换为圆形光斑；所述输出端口阵列17包括N个输出端口，光信号从指定端口输出。
如图1和图2所示，本发明实施例所述M×N波长选择开关的具体光路如下：
光信号从所述输入端口阵列5的任一端口进入，其中，输入的光信号为多个不同波长的光组成的波分复用光，经过所述输入光斑整形系统6，将光斑从圆形光斑变换为椭圆形光斑；光信号再经过所述输入衍射光栅7，在分波长平面内，不同波长的光信号在空间展开，所述输入会聚透镜8再将不同波长光信号转换成平行光，确保所有波长的光信号垂直入射到所述输入二维液晶阵列组合9的表面，如图2；光信号再经过所述输入二维液晶阵列组合9，在分波长平面内，所述输入二维液晶阵列组合9可实现不同波长的独立切换或衰减，确保不同波长之间的功率均衡，在光切换平面，所述输入二维液晶阵列组合9可实现光信号在不同方向的独立输出或衰减。光信号继续传输，在分波长平面内，所述前透镜变换系统10和所述后透镜变换系统12将不同波长光信号的光斑进行平面内变换，保证所述输入二维液晶阵列组合9和所述输出二维液晶阵列组合13之上的光斑大小一致，且相同波长在二者上所处的位置也一致，以保证不同波长光信号无损地从后续光路耦合输出；所述光切换平面透镜变换系统11完成光切换平面的光束变换，将所述输入二维液晶阵列组合9传输过来的光切换信号，变换至所述输出二维液晶阵列组合13上的指定位置，再由所述输出二维液晶阵列组合13将光信号切换至指定方向水平输出。所述输出会聚透镜14将平行的不同波长光信号变换为对应角度的不同波长光信号，再由所述输出衍射光栅15将不同波长光信号在空间复用，合并成一束光信号，再经过所述输出光斑变换系统16完成输出光斑的变换，最终光信号从所述输出端口阵列17的指定端口输出，从而实现了光信号从任意输入端口到任意输出端口的切换或衰减。
在上述结构中，由所述输入二维液晶阵列组合9输出的光信号，不能直接传输至所述输出二维液晶阵列组合13，而需要完成高斯光束的传输变换，确保二者之间的光斑尺寸、波长相对位置保持一致。本发明实施例中，在两个二维液晶阵列之间加入横向和纵向的光路变换系统，即所述前透镜变换系统10、所述光切换平面透镜变换系统11以及所述后透镜变换系统12，确保两个二维液晶阵列之间的光斑耦合匹配，提升M×N波长选择开关的各输入输出端口的性能一致性，并保证了各波长通道之间的性能一致性。其中，所述前透镜变换系统10和后透镜变换系统12均采用柱透镜变换系统。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种无阻塞的M×N波长选择开关，其特征在于，包括输入二维液晶阵列组合(9)、前透镜变换系统(10)、光切换平面透镜变换系统(11)、后透镜变换系统(12)和输出二维液晶阵列组合(13)，并依次排列设置；
所述输入二维液晶阵列组合(9)包括至少两个二维液晶阵列，每个二维液晶阵列包含M个一维液晶阵列，对应M个输入端口，用于将接收的水平光信号切换至不同的方向输出；
所述前透镜变换系统(10)、所述光切换平面透镜变换系统(11)以及所述后透镜变换系统(12)用于实现高斯光束的传输变换，将所述输入二维液晶阵列组合(9)传输过来的光切换信号，变换至所述输出二维液晶阵列组合(13)上的指定位置；
所述输出二维液晶阵列组合(13)包括至少两个二维液晶阵列，每个二维液晶阵列包含M个一维液晶阵列，组合后实现N个方向输出，对应N个输出端口，用于将接收的光信号切换至指定方向水平输出；
其中，光信号经过所述输入二维液晶阵列组合(9)，在分波长平面内，所述输入二维液晶阵列组合(9)用于实现不同波长的独立切换或衰减，确保不同波长之间的功率均衡；
所述前透镜变换系统(10)、光切换平面透镜变换系统(11)和后透镜变换系统(12)将所述输入二维液晶阵列组合(9)传输过来的光切换信号，变换至所述输出二维液晶阵列组合(13)上的指定位置，再由所述输出二维液晶阵列组合(13)将光信号切换至指定方向水平输出；
其中，所述一维液晶阵列由i个结构对级联而成，所述结构对包括液晶芯片(1)和双折射晶体(2)，通过控制所述液晶芯片(1)上的电压变化，调节入射光的偏振态，经所述双折射晶体(2)折射后使光信号从不同方向输出。
2.根据权利要求1所述的无阻塞的M×N波长选择开关，其特征在于，通过控制所述液晶芯片(1)上的电压变化，每个结构对实现2路光信号切换，当所述一维液晶阵列中级联i个结构对时，光信号切换的路数N为：N＝2i。
3.根据权利要求1所述的无阻塞的M×N波长选择开关，其特征在于，所述结构对还包括偏振片(3)，所述偏振片(3)设置在所述液晶芯片(1)之后，用于实现光信号衰减。
4.根据权利要求1所述的无阻塞的M×N波长选择开关，其特征在于，所述液晶芯片(1)采用扭曲向列型结构。
5.根据权利要求1所述的无阻塞的M×N波长选择开关，其特征在于，还包括输入端口阵列(5)和输出端口阵列(17)，所述输入端口阵列(5)位于所述输入二维液晶阵列组合(9)之前，包括M个输入端口，光信号从任一端口进入；所述输出端口阵列(17)位于所述输出二维液晶阵列组合(13)之后，包括N个输出端口，光信号从指定端口输出。
6.根据权利要求5所述的无阻塞的M×N波长选择开关，其特征在于，还包括输入光斑整形系统(6)和输出光斑变换系统(16)，所述输入光斑整形系统(6)位于所述输入端口阵列(5)与所述输入二维液晶阵列组合(9)之间，用于将光斑从圆形光斑变换为椭圆形光斑；所述输出光斑变换系统(16)位于所述输出二维液晶阵列组合(13)与所述输出端口阵列(17)之间，用于将光斑从椭圆形光斑变换为圆形光斑。
7.根据权利要求6所述的无阻塞的M×N波长选择开关，其特征在于，所述输入光斑整形系统(6)和所述输出光斑变换系统(16)为棱镜组合或柱透镜组合。
8.根据权利要求6所述的无阻塞的M×N波长选择开关，其特征在于，还包括输入衍射光栅(7)和输出衍射光栅(15)，所述输入衍射光栅(7)位于所述输入光斑整形系统(6)与所述输入二维液晶阵列组合(9)之间，用于将不同波长的光信号在空间展开；所述输出衍射光栅(15)位于所述输出二维液晶阵列组合(13)与所述输出光斑变换系统(16)之间，用于将不同波长的光信号在空间复用。
9.根据权利要求8所述的无阻塞的M×N波长选择开关，其特征在于，还包括输入会聚透镜(8)和输出会聚透镜(14)，所述输入会聚透镜(8)位于所述输入衍射光栅(7)与所述输入二维液晶阵列组合(9)之间，用于将不同波长光信号转换成平行光，其中，所述输入会聚透镜(8)包括M个球透镜，对应M个输入端口；所述输出会聚透镜(14)位于所述输出二维液晶阵列组合(13)与所述输出衍射光栅(15)之间，用于将平行的不同波长光信号变换为对应角度的不同波长光信号，其中，所述输出会聚透镜(14)包括N个球透镜，对应N个输出端口。
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