CN110780388A - 一种波长交换装置及系统 - Google Patents

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Abstract

一种波长交换装置及系统，包括M个输入组件、第一光学组件、第一开关阵列、第二开关阵列、第二光学组件、K个输出组件。通过设置第一开关阵列和第二开关阵列，该波长交换装置可实现M*K维度的波长交换功能，在此基础上，M个输入组件中包括至少一个具有N个输入端口的本地输入组件，通过本地输入组件输入的光束能够在第一光学组件的作用下，会聚在第一开关阵列上该本地输入组件对应的一行开关单元上，如此，便相当于在M*K维度的WSS的输入端再连接一个N*1维度的WSS，从而可使该波长交换装置在M*K维度的WSS的基础上集成波长上载功能，有效提高波长交换装置的性能和集成度，减小体积。

Description

一种波长交换装置及系统
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，特别涉及一种波长交换装置及系统。
背景技术
可重构光分插复用器(reconfiguration optical add/drop multiplexer，ROADM)是光网络中重要的光交换节点设备，引入ROADM后可以对网络线路进行业务重构，实现业务在节点内的上下载，使光网络的业务调度更加智能化。
图1为现有技术中的一种典型的ROADM的结构示意图，如图1所示，ROADM由多个分布式的1*N的波长选择开关(wavelength selective switch，WSS)和波长上下模块(add/drop，AD)组成，WSS与AD之间使用mesh互联，支持M个光线路中的波长业务在本节点穿通或上下。对于从任意一个维度进入ROADM的光信号，首先通过分光器将光信号广播到其他几个维度和波长下载模块，通过配置的路由算法，将本地下载波长在客户侧下载模块选收，将需要在本节点穿通的波长在相应的WSS中选通，其他方向不通过；对于需要在本节点上载的波长，则通过波长上载模块上路后，在相应的WSS中选通。可以看出，图1中所示的ROADM结构虽然能够实现多个维度之间的波长交换，但由于其由离散的光器件搭建而成，线路侧和客户侧均由WSS实现，因此，光器件的数量多、体积大、成本很高，而且随着节点维度的增长，体积和成本还会显著增加，维护起来也较为困难。
发明内容
本申请提供了一种波长交换装置及系统，用以减小波长交换装置的体积，提高集成度。
第一方面，本申请实施例提供一种波长交换装置，沿光束由输入至输出的方向，该装置依次包括：
M个输入组件、第一光学组件、第一开关阵列、第二开关阵列、第二光学组件、K个输出组件，所述第一开关阵列和所述第二开关阵列均包括多行开关单元，M、K均为大于等于1的正整数；所述M个输入组件中存在至少一个输入组件为本地输入组件，所述本地输入组件用于接收通过所述本地输入组件的输入端口上载的光束，所述本地输入组件包括N个输入端口，N为大于等于1的正整数，每个输入组件用于将通过该输入组件的输入端口输入的光束入射到所述第一光学组件；所述第一光学组件用于将每个输入组件入射的光束会聚在所述第一开关阵列中该输入组件对应的一行开关单元上；所述第一开关阵列中的每行开关单元用于将入射到该行开关单元上的光束中各波长对应的子光束，偏转到用于输出该子光束的输出组件在第二开关阵列中对应的一行开关单元上；所述第二开关阵列中的每行开关单元用于将入射到该行开关单元上的光束中各波长对应的子光束，根据该行开关单元对应的输出组件的空间位置进行偏转，并入射到所述第二光学组件；所述第二光学组件用于将第二开关阵列中每行开关单元出射的光束重定向到该行开关单元对应的输出组件；所述K个输出组件中每个输出组件用于将通过该输出组件输出的光束耦合进输出端口中进行输出。
由此可见，通过设置的第一开关阵列和第二开关阵列，本申请实施例提供的波长交换装置可实现M*K维度的波长交换功能，即从M个输入组件中任一输入组件中输入的波长，能够被交换到K个输出组件中的任一输出组件中输出。
在此基础上，由于M个输入组件中包括至少一个具有N个输入端口的本地输入组件，而且通过本地输入组件输入的光束能够在第一光学组件的作用下，会聚在第一开关阵列上该本地输入组件对应的一行开关单元上，如此，便相当于在M*K维度的WSS的输入端再连接一个N*1维度的WSS，从而可使本申请实施例提供的波长交换装置在M*K维度的WSS的基础上集成波长上载功能，无需再单独外接波长上载模块，有效提高波长交换装置的性能和集成度，减小波长交换装置的体积。
本申请实施例中，本地输入组件可具有多种可能的实现方式，其中，一种可能的实现方式为，本地输入组件包括N个输入端口和第一透镜组，该第一透镜组用于接收所述N个输入端口出射的相互平行的N个光束，将所述N个光束会聚在第一空间点后，沿不同角度入射到所述第一光学组件。
另一种可能的实现方式为，本地输入组件包括N个输入端口和与所述N个输入端口连接的第一平面光波导组件，该第一平面光波导组件用于接收所述N个输入端口输入的N个光束，在所述第一平面光波导组件的自由空间出射面将所述N个光束以不同角度入射到所述第一光学组件。
在一种可能的设计中，所述M个输入组件中还包括具有一个输入端口的线路输入组件，所述线路输入组件用于接收通过所述线路输入组件输入的光束，所述线路输入组件与所述本地输入组件间隔排列。
由此可知，由于相比线路输入组件，本地输入组件在波长交换装置内会占据更大的物理空间，因此，本申请实施例中将线路输入组件与本地输入组件间隔排列，可有效提高波长交换装置中的空间利用率和集成度，减小体积。
在一种可能的设计中，所述K个输出组件中存在至少一个输出组件为本地输出组件，所述本地输出组件用于将接收到的光束下载到本地，所述本地输出组件包括L个输出端口，L为大于等于1的正整数；
所述第二开关阵列中对应所述本地输出组件的一行开关单元，用于将入射到该行开关单元上的光束中各波长对应的子光束，根据所述本地输出组件中用于输出该子光束的输出端口的空间位置进行偏转，并入射到所述第二光学组件；
所述第二光学组件用于将通过所述本地输出组件的不同输出端口输出的光束以不同角度重定向到所述本地输出组件。
本申请实施例中的K个输出组件中还可包括至少一个具有L个输出端口的本地输出组件，而且由第二开关阵列中本地输出组件对应的一行开关单元出射的子光束能够在第二光学组件的作用下，分别入射到该本地输出组件中对应的输出端口输出，从而可使本申请实施例提供的波长交换装置可在M*K维度的WSS的基础上集成波长下载功能，无需再单独外接波长上载模块，有效提高波长交换装置的性能和集成度，减小波长交换装置的体积。
类似地，本申请实施例中提供的本地输出组件同样可具有多种可能的实现方式，其中，一种可能的实现方式为，本地输出组件包括L个输出端口和第二透镜组，该第二透镜组用于接收所述第二光学组件以不同角度入射的L个光束，将所述L个光束转换为相互平行的L个光束，并分别入射到所述本地输出组件的各个输出端口。
另一种可能的实现方式为，本地输出组件包括L个输出端口和与所述L个输出端口连接的第二平面光波导组件，该第二平面光波导组件用于接收所述第二光学组件以不同角度入射的L个光束，将所述L个光束输出到所述本地输出组件的各个输出端口。
在一种可能的设计中，所述K个输出组件中还包括具有一个输出端口的线路输出组件，所述线路输出组件用于将接收到的光束输出到线路侧，所述线路输出组件与所述本地输出组件间隔排列。
由此可知，由于相比线路输出组件，本地输出组件在波长交换装置内会占据更大的物理空间，因此，本申请实施例中将线路输出组件与本地输出组件间隔排列，可有效提高波长交换装置中的空间利用率和集成度，减小体积。
在一种可能的设计中，所述M个输入组件中的每个输入端口与一个输入光纤连接，所述输入光纤中传输的光束通过所述输入端口入射到所述第一光学组件。
在一种可能的设计中，所述第一光学组件包括：第三透镜组、第一色散元件、第四透镜组，所述第三透镜组用于将入射的光束的光束方向进行重定向，并入射到所述第一色散元件，所述第一色散元件用于对入射的各个光束进行色散得到各个波长对应的子光束，所述第四透镜组用于将入射的各个波长对应的子光束会聚到所述第一开关阵列，其中同一波长对应的子光束会聚在所述第一开关阵列中该波长对应的一列开关单元上。
在一种可能的设计中，所述第二光学组件包括：第七透镜组、第二色散元件、第八透镜组，所述第七透镜组用于将所述第二开关阵列出射的各个波长对应的子光束的光束方向进行重定向，并入射到所述第二色散元件，所述第二色散元件用于将入射的光束中各输出端口对应的子光束合成为一个光束，所述第八透镜组用于将入射的光束中各个输出端口对应的光束入射到对应的输出端口。
在一种可能的设计中，所述K个输出组件中的每个输出端口与一个输出光纤连接，入射到所述输出端口的光束被耦合进所述输出光纤中进行输出。
第二方面，本申请实施例提供另一种波长交换装置，沿光束由输入至输出的方向，该装置依次包括：
M个输入组件、第一光学组件、第一开关阵列、第二开关阵列、第二光学组件、K个输出组件，所述第一开关阵列和所述第二开关阵列均包括多行开关单元，M、K均为大于等于1的正整数；所述M个输入组件中每个输入组件用于将通过该输入组件的输入端口输入的光束入射到所述第一光学组件；所述第一光学组件用于将每个输入组件入射的光束会聚在所述第一开关阵列中该输入组件对应的一行开关单元上；所述第一开关阵列中的每行开关单元用于将入射到该行开关单元上的光束中各波长对应的子光束，偏转到用于输出该子光束的输出组件在第二开关阵列中对应的一行开关单元上；所述第二开关阵列中的每行开关单元用于将入射到该行开关单元上的光束中各波长对应的子光束，根据该行开关单元对应的输出组件中用于输出该子光束的输出端口的空间位置进行偏转，并入射到所述第二光学组件；所述第二光学组件用于将第二开关阵列中每行开关单元出射的光束重定向到该行开关单元对应的输出组件；所述K个输出组件中存在至少一个输出组件为所述本地输出组件，所述本地输出组件用于将接收到的光束下载到本地，其包括L个输出端口，L为大于1的正整数，每个输出组件用于将通过该输出组件输出的光束耦合进输出端口中进行输出。
由此可见，通过设置的第一开关阵列和第二开关阵列，本申请实施例提供的波长交换装置可实现M*K维度的波长交换功能，即从M个输入组件中任一输入组件中输入的波长，能够被交换到K个输出组件中的任一输出组件中输出。
在此基础上，由于K个输出组件中还可包括至少一个具有L个输出端口的本地输出组件，而且由第二开关阵列中本地输出组件对应的一行开关单元出射的子光束能够在第二光学组件的作用下，分别入射到该本地输出组件中对应的输出端口输出，从而可使本申请实施例提供的波长交换装置可在M*K维度的WSS的基础上集成波长下载功能，无需再单独外接波长上载模块，有效提高波长交换装置的性能和集成度，减小波长交换装置的体积。
本申请实施例中提供的本地输出组件同样可具有多种可能的实现方式，其中，一种可能的实现方式为，本地输出组件包括L个输出端口和第二透镜组，该第二透镜组用于接收所述第二光学组件以不同角度入射的L个光束，将所述L个光束转换为相互平行的L个光束，并分别入射到所述本地输出组件的各个输出端口。
另一种可能的实现方式为，本地输出组件包括L个输出端口和与所述L个输出端口连接的第二平面光波导组件，该第二平面光波导组件用于接收所述第二光学组件以不同角度入射的L个光束，将所述L个光束输出到所述本地输出组件的各个输出端口。
在一种可能的设计中，所述K个输出组件中还包括具有一个输出端口的线路输出组件，所述线路输出组件用于将接收到的光束输出到线路侧，所述线路输出组件与所述本地输出组件间隔排列。
由此可知，由于相比线路输出组件，本地输出组件在波长交换装置内会占据更大的物理空间，因此，本申请实施例中将线路输出组件与本地输出组件间隔排列，可有效提高波长交换装置中的空间利用率和集成度，减小体积。
在一种可能的设计中，所述M个输入组件中的每个输入端口与一个输入光纤连接，所述输入光纤中传输的光束通过所述输入端口入射到所述第一光学组件。
在一种可能的设计中，所述第一光学组件包括：第三透镜组、第一色散元件、第四透镜组，所述第三透镜组用于将入射的光束的光束方向进行重定向，并入射到所述第一色散元件，所述第一色散元件用于对入射的各个光束进行色散得到各个波长对应的子光束，所述第四透镜组用于将入射的各个波长对应的子光束会聚到所述第一开关阵列，其中同一波长对应的子光束会聚在所述第一开关阵列中该波长对应的一列开关单元上。
在一种可能的设计中，所述第二光学组件包括：第七透镜组、第二色散元件、第八透镜组，所述第七透镜组用于将所述第二开关阵列出射的各个波长对应的子光束的光束方向进行重定向，并入射到所述第二色散元件，所述第二色散元件用于将入射的光束中各输出端口对应的子光束合成为一个光束，所述第八透镜组用于将入射的光束中各个输出端口对应的光束入射到对应的输出端口。
在一种可能的设计中，所述K个输出组件中的每个输出端口与一个输出光纤连接，入射到所述输出端口的光束被耦合进所述输出光纤中进行输出。第三方面，本申请实施例还提供一种波长交换系统，该系统包括：
M个线路选择组件、K个线路接收组件，以及至少两个如上述第一方面及第一方面的任一种可能的设计中，或者上述第二方面及第二方面的任一种可能的设计中所述的波长交换装置，M、K均为大于等于1的正整数；所述M个线路选择组件中每个线路选择组件，用于将接收到的光信号分配到所述至少两个波长交换装置中每个波长交换装置中对应的输入组件进行输入；所述至少两个波长交换装置中每个波长交换装置用于，根据设定的波长路由信息，将该波长交换装置的任一输入组件输入的光束中的任一波长，交换到该波长交换装置中所述任一波长对应的输出组件中进行输出；所述K个线路接收组件中每个线路接收组件，用于根据所述至少两个波长交换装置中每个波长交换装置中对应的输出组件输出的光束，得到输出的光信号。
由此可见，本申请实施例中的波长交换系统可包括至少两个波长交换装置，通过设置的各个线路选择组件和线路接收组件，可使该波长交换系统能够实现在同一时刻至少有一个波长交换装置可正常工作，从而可以大幅度地提高波长交换节点的可靠性，支撑波分传送网络未来的市场应用。
附图说明
图1为现有技术中ROADM的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种波长交换装置的结构示意图；
图3a为本申请实施例一提供的一种波长交换装置在端口平面上的光路图；
图3b为本申请实施例一提供的一种波长交换装置在波长平面上的光路图；
图4为本申请实施例一提供的一种平面光波导组件的结构示意图；
图5a为本申请实施例一提供的另一种波长交换装置在端口平面上的光路图；
图5b为本申请实施例一提供的另一种波长交换装置在波长平面上的光路图；
图6为本申请实施例一提供的波长交换装置中本地输入组件与线路输入组件间隔排列的示意图；
图7为本申请实施例提供的波长交换装置的模块化示意图；
图8为本申请实施例三提供的一种波长交换系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合说明书附图对本申请实施例进行具体描述。需要说明的是，本申请的实施方式部分使用的术语仅用于对本申请的具体实施例进行解释，而非旨在限定本申请。
需要理解的是，在下文的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
本申请实施例提供的波长交换装置可以为光通信网络中具有波长交换功能的核心节点设备，该波长交换装置还可以被称为ROADM、波长交叉连接器(wavelengthcrossconnect，WXC)、光交叉连接器(optical crossconnect，OXC)、光交换节点、波长交换节点等，本申请实施例对此不做具体限制。
下面结合说明书附图对本申请实施例进行详细描述。
实施例一：M个输入组件中包括至少一个本地输入组件
图2为本申请提供的一种波长交换装置的结构示意图，如图2所示，沿光束由输入至输出的方向，该装置依次包括：M个输入组件、第一光学组件、第一开关阵列、第二开关阵列、第二光学组件、K个输出组件，其中，M、K均为大于等于1的正整数，M与K的取值可以相同，也可以不相同，本申请实施例对此不做具体限定。
M个输入组件中每个输入组件均包括输入端口，依据输入组件的类型不同，输入组件中包含的输入端口的数量也不同。具体来说，本申请实施例涉及的输入组件可包括两种类型：一种为本地输入组件，包括N个输入端口，每个输入端口用于接收从本地侧(也称客户侧或本地维度)上载的光束，并通过本波长交换装置将其中的各个波长交换到对应的输出组件中输出，N为大于等于1的正整数；另一种为线路输入组件，包括一个输入端口，用于接收线路侧(也称线路维度)光网络中的其他节点传输到本节点的光束，通过本波长交换装置将该光束中的各个波长交换到对应的输出组件中输出。值得注意的是，通过上述任一输入组件中的输入端口接收的光束可以是包含单一波长的光束(即单色光)，也可以是包含多个波长的光束(即彩色光或复色光)，本申请实施例对此不做具体限定。
本申请实施例中，输入组件的结构可具有多种可能的实现方式。在一种可能的实现方式中，本地输入组件可包括一维或二维排列的N个输入端口和第一透镜组。图3a和图3b示例性示出了本地输入组件采用N个输入端口和第一透镜组这种结构时波长交换装置中的光路。如图3a和图3b所示，由N个输入端口出射的相互平行的N个光束入射到第一透镜组后，被第一透镜组会聚在第一空间点(第一空间点为第一透镜组的像方焦点)，进而从不同输入端口输入的光束从第一空间点处沿不同角度入射到第一光学组件。而线路输入组件(图3a和图3b中暂未示出)仅包括一个输入端口，由该输入端口出射的光束直接入射到第一光学组件。
具体地，在该实现方式中，每个输入端口可与一个输入光纤连接所述输入光纤中传输的光束通过所述输入端口入射到所述第一透镜组上。由于光束在通过输入光纤进入本波长交换装置后便在自由空间中传播，为了避免光束在自由空间传播过程中过于发散而造成光功率衰减严重，该输入光纤还可具有一个对应的准直器件，用于对进入自由空间的光束进行准直。于是，通过该输入光纤进入本波长交换装置的光束，首先会入射到对应的准直器件上，经过准直后，再入射到第一透镜组上。
在另一种可能的实现方式中，本地输入组件可包括N个输入端口和与该N个输入端口连接的第一平面光波导组件，该第一平面光波导组件可以具体为平面光波导(planarlightwave circuit，PLC)lens。图4示例性示出了该第一平面光波导组件的结构，如图4所示，该第一平面光波导可包括N条输入/输出波导(I/O waveguides)、平板slab波导区(slabwaveguide)和多条的等长的阵列波导(arrayed waveguides)，N为大于等于1的正整数。
具体的，在该实现方式中，每个输入端口可与一个输入光纤连接，如此，第一平面光波导组件与N个输入端口相连接，实质上是指第一平面光波导组件中的N条输入/输出波导分别与N条输入光纤相连。也就是说，该实现方式中第一平面光波导组件中的一个输入/输出波导与一个输入端口匹配，输入/输出波导的数量与本地输入组件中输入端口的数量相同，均为N个，但需要注意的是，本申请实施例对第一平面光波导中阵列波导的数量不作具体限制。
图5a和图5b示例性示出了本地输入组件采用第一平面光波导组件这种结构时波长交换装置中的光路。结合图5a和图5b可知，从本地输入组件的N个输入端口输入的N个光束首先进入对应的N条输入/输出波导中，进而以不同的位置进入平板波导区，并以不同的相位面入射到等长的阵列波导中，最后在阵列波导的自由空间出射面以不同的角度入射到第一光学组件。而从线路输入组件的输入端口输入的光束在经过准直后，可直接入射到第一光学组件。
可以看出，第一平面光波导组件可以实现与上一种本地输入组件的实现方式中的第一透镜组相似的功能，即，将从本地输入组件的N个输入端口输入的N个光束在同一出射点以不同角度入射到第一光学组件。具体的，在应用第一透镜组时，该同一出射点是指第一透镜组的像方焦点(即上文中的第一空间点)，而在应用第一平面光波导组件时，该同一出射点是指第一平面光波导组件的自由空间出射面上光束的出射点。
与应用第一透镜组相比，本实现方式中的第一平面光波导组件更易于集成，利用平板光波导工艺可直接实现阵列式排布的多个平面光波导组件，也可称为平面光波导组件阵列，从而有效缩小波长交换装置的体积，提高集成度，并避免在应用第一透镜组时光束在自由空间中不必要的光损耗。此外，应用平面光波导组件还可消除第一透镜组对输入端口数目的限制，从而可支撑更多的输入端口，增强波长交换装置在本地侧的性能。
需要说明的是，本申请实施例中，M个输入组件中可包括至少一个本地输入组件，而除本地输入组件以外的其他输入组件为线路输入组件。也就是说，本申请实施例提供的波长交换中一定包括本地输入组件，但线路输入组件可以存在也可以不存在，具体不做限定。例如，M个输入组件可以全部为本地输入组件，或者也可以一部分输入组件为本地输入组件，而另一部分输入组件为线路输入组件。
作为一种示例，仅在图3a和图5a中示出了4个本地输入组件，且其中的每个本地输入组件均包括以三行三列的方式均匀排布的9个输入端口。但应理解，本申请实施例对本地输入组件的数目和线路输入组件的数目均不做具体限定，本领域技术人员可以根据该波长交换装置的组网需求对该波长交换装置中本地输入组件和线路输入组件的数目进行具体设置。同理，本申请实施例中，不同的本地输入组件内输入端口的数量(即N的取值)和排列方式可以相同也可以不同，本申请实施例同样不做具体限定。例如，某一本地输入组件可包括4个输入端口，这4个输入端口可按照两行两列的方式二维排列，而另一本地输入组件可包括6个输入端口，这6个输入端口可按照两行三列或三行两列的方式排列，或者还可以存在另一本地输入组件包括3个输入端口，这3个输入端口在竖直方向上一维排列。
为了使后续在进行波长交换时可以对不同输入组件输入的光束进行有效区分，本申请实施例中的M个输入组件可在与后续光路中色散元件(如光栅)的衍射光平面垂直的方向(即衍射光的色散平面)上一维排列。例如，若色散元件将入射光束在水平面内色散开，那么M个输入组件可沿竖直方向一维排布，不同输入组件输入的光束可入射到第一开关阵列的不同行上，如此，可根据光束打在第一开关阵列上的位置来区分从不同输入组件中输入的光束。需要说明的是，在实际应用中，也可不严格要求M个输入组件在垂直于衍射光平面的方向上一维排列。具体来说，若在本地输入组件中应用第一透镜组，则必须要求M个输入组件中各本地输入组件对应的第一空间点(即每个本地输入组件中第一透镜组的像方焦点)在垂直于衍射光平面的方向上一维排列；同理，若在本地输入组件中应用第一平面光波导组件，则必须要求M个输入组件中各本地输入组件中平面光波导组件的自由光空间出射面上的出射点在垂直沿与后续光路中色散元件的衍射光平面垂直的方向上一维排列，如此，也可达到与M个输入组件沿一维方向排列相同的效果。
若M个输入组件中既包括本地输入组件，也包括线路输入组件，那么考虑到由于本地输入组件中还包括第一透镜组，相比线路输入组件，本地输入组件会占据更大的物理空间，因此，本申请实施例中，还可在将M个输入组件一维排列的基础上，将本地输入组件与线路输入组件间隔排列，如图6所示，如此，可有效提高波长交换装置的集成度，减小体积，避免各个本地输入组件中的第一透镜组占据较多空间而导致装置整体空间设计上的困难。需要注意的是，图6仅从光路的角度说明了两种类型的输入组件的分布位置，但未图示出输入光纤、输入端口、准直器各个部分，但应理解，在实际的光学系统中包括这些组成部分。
例如，在一种可能的设计中，M个输入组件中可包括一半本地输入组件和一半线路输入组件，其中一个本地输入组件与一个线路输入组件相邻设置，于是整体看来，M个输入组件中本地输入组件与线路输入组件交叉设置。请注意，此示例中，并未严格要求M为偶数，本地输入组件的数目与线路输入组件的数目一定要相等，而是指本地输入组件的数目与线路输入组件的数目大致上相当，可以相等，也可以存在差一或其他较小范围内的差异。
如前所述，M个输入组件中的每个输入组件，用于将通过该输入组件的输入端口输入的光束入射到第一光学组件。参照图3a、图3b，或者图5a、图5b所示，本申请实施例中的第一光学组件可包括第三透镜组、第一色散元件、第四透镜组三部分。由各输入组件中的输入端口输入的光束首先入射到第一光学组件中的第三透镜组，经由第三透镜组对光束方向进行重定向后入射到第一色散元件，第一色散元件对入射的各光束进行色散，使得同一光束中不同波长对应的子光束沿不同方向出射，最后各波长对应的子光束经由第四透镜组的重定向作用，会聚在第一开关阵列上。其中，来自同一输入组件的各波长对应的子光束可会聚在第一开关阵列的同一行开关单元上。
具体的，对于M个输入组件中的每个本地输入组件，该本地输入组件中包括N个输入端口，在本地输入组件应用第一透镜组的情形下，从N个输入端口输入的光束会先会聚在第一空间点(即第一透镜组的像方焦点)，进而再从该第一空间点沿不同方向入射到第三透镜组，在本地输入组件应用平面光波导组件的情形下，从N个输入端口输入的光束会在第一平面光波导组件的自由空间出射面上的出射点沿不同方向入射到第三透镜组。由此，本申请实施例中，各个本地输入组件中第一透镜组的像方焦点，或者第一平面光波导组件的自由空间出射面上的出射点均位于第三透镜组的物方焦平面上，如此，参照图3a和图5a所示，由本地输入组件中的输入端口出射的N个光束在经过第二透镜组后，可转换为N个相互平行的光束并入射到第一色散元件上。
在一种可能的设计中，第一色散元件可以是第一光栅。图3b和图5b示例性示出了各输入组件输入的光束在波长平面上的光路，如图3b或图5b所示，针对每个入射到第一光栅上的光束，基于光栅的衍射作用，第一光栅可使该光束中的不同波长沿不同的角度出射，从而得到该光束中各波长对应的子光束，在图3b和图5b中，不同类型的虚线分别代表由同一光束色散得到的不同波长的子光束，各子光束入射到第四透镜组后，经第四透镜组的重定向作用，可会聚在第一开关阵列上。此处，需要注意的是，为使第四透镜组能够起到最佳的光束重定向作用，各波长对应的子光束在经过第四透镜组后能够准确地会聚在第一开关阵列上的对应位置处，第一光栅可位于第四透镜组的物方焦平面上，而第一开关阵列可位于第四透镜组的像方焦平面上。
需要说明的是，由于M个输入组件中的每个输入端口都会向第一光栅入射一个光束，那么经过第一光栅的色散作用后，这个光束原本包含多少个波长，该光束出射时就会转变为多个波长的子光束。考虑到从不同输入端口输入的光束中包含的波长的数量可能相同也可能不同，因此，本申请实施例对不同光束色散出的子光束的数量也不做具体限定。
本申请实施例中，第一开关阵列和第二开关阵列均可包括矩阵式排布的多个开关单元。具体来说，由于第一光学组件中第三透镜组和第四透镜组的重定向作用以及第一光栅的色散作用，M个输入组件中每个输入组件入射的光束可会聚在第一开关阵列的一行开关单元上，且该光束中不同波长对应的子光束可会聚在该行开关单元的不同列上。即，通过M个输入组件中的输入端口输入的各个光束在经过第一光栅后，每个光束中的各个波长都会在空间上被分为独立的子光束，在这些子光束中，来自同一输入组件的子光束被会聚在第一开关阵列的同一行开关单元上，而相同波长的子光束则被会聚在第一开关阵列的同一列开关单元上。因此，也可以理解为，第一开关阵列中的一行开关单元对应M个输入组件中的一个输入组件，一列开关单元对应通过M个输入组件中的输入端口输入到本波长交换装置的光束中的一个波长。
为了实现本波长交换装置的波长交换功能，第一开关阵列上的一行开关单元可用于对入射到该行开关单元上的各个波长的对应的子光束进行独立地偏转，根据设定的波长路由配置信息，将每个子光束偏转到用于输出该子光束的输出组件在第二开关阵列上对应的一行开关单元上。
具体来说，本申请实施例中，第一开关阵列中的每个开关单元都可对入射到该开关单元上的子光束进行独立地偏转。例如，第一开关阵列可包括M行X列的开关单元，其中，位于第i行第j列的开关单元用于将入射到该开关单元的子光束进行独立地偏转。由于该子光束实际上为M个输入组件中第i个输入组件中输入的光束中波长j对应的子光束，若波长路由配置信息中设定了从第i个输入组件中输入的波长j通过K个输出组件中的第k个输出组件输出，那么第一开关阵列中第i行第j列的开关单元可将该子光束偏转到第二开关阵列中的第k行第j列的开关单元上，即K个输出组件中第k个输出组件在第二开关阵列中对应的一行开关单元中波长k具体对应的那个开关单元。在此示例中，X可为本波长交换装置中涉及的波长的最大数量，i为大于等于1且小于等于M的正整数，j为大于等于1且小于等于X的正整数，k为大于等于1且小于等于K的正整数。
同理，本申请实施例中，第二开关阵列中的每行开关单元也可对入射到该行开关单元上的各波长对应的子光束进行独立地偏转，根据该行开关单元对应的输出组件的空间位置，将各个子光束按照对应的偏转角度入射到第二光学组件，以使各个子光束经过第二光学组件重定向光束方向后，能够被耦合到对应的输出组件中进行输出。需要说明的是，本申请实施例中，第二开关阵列可包括K行X列的开关单元，其中，一行开关单元对应K个输出组件中的一个输出组件，一列开关单元对应通过M个输入组件中的输入端口输入到本波长交换装置的光束中的一个波长。如此，一行开关单元对应的输出组件即为，用于输出入射到该行开关单元上各波长对应的子光束的输出组件。
可以看出，入射到第二开关阵列的同一行开关单元上的各个波长对应的子光束均为通过同一输出组件输出的子光束，但由于波长不同，各个子光束会入射在该行开关单元中不同列的开关单元上，并且入射角度可能相同也可能不同，因此，第二开关阵列上的每个开关单元也可以对入射到其上的子光束进行独立偏转，此处不再赘述。
本申请实施例中，第一开关阵列和第二开关阵列可采用硅上液晶(liquidcrystal on silicon，LCoS)、微机电系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)阵列或是其他类型的交换引擎技术来实现，本申请实施例对此不做具体限定。
在一种可能的设计中，如图3a、图3b或图5a、图5b所示，第一开关阵列和第二开关阵列中间还可包括对称设置的第五透镜组和第六透镜组，用于对第一开关阵列和第二开关阵列中交换的子光束进行重定向，避免各子光束在传播过程中发散地太大，造成损耗。需要说明的是，本申请实施例中第一开关阵列可位于第五透镜组的物方焦平面上，第二开关阵列可位于第六透镜组的像方焦平面上，且第五透镜组的焦距可与第六透镜组的焦距相同。
进一步地，各个波长对应的子光束由第二开关阵列出射后，会入射到第二光学组件上。参照图3a、图3b，或者图5a、图5b所示，本申请实施例中的第二光学组件包括第七透镜组、第二色散元件和第八透镜组三部分，用于将第二开关阵列中每行开关单元出射的光束重定向到该行开关单元对应的输出组件。
具体的，本申请实施例中，第二开关阵列可位于第七透镜组的物方焦平面上，第二色散元件可以是第二光栅，第二光栅可位于第七透镜组的像方焦平面上。由于第二开关阵列中的一行开关单元的出射的光束中可能包含多个波长对应的子光束，而该行开关单元具体是根据对应的输出组件的空间位置，对通过该输出组件输出的各波长对应的子光束进行偏转的。因此，从端口平面上看，在该输出组件不包括多个输出端口的情况下，各个波长对应的子光束的偏转角度相同；从波长平面上看，如图3b或图5b所示，各个波长对应的子光束从第二开关阵列中的该行开关单元出射后相互平行，经由第七透镜组的重定向作用后，被会聚在第二光栅上的同一位置，进而由于第二光栅的逆向的色散作用，各个波长的子光束被合成为一个光束(即，将各个波长的单色光合成为一束彩色光)，并通过第八透镜组重定向光束方向后，最终入射到该行开关单元对应的输出组件中。
与输入组件类似，本申请实施例中涉及的输出组件同样可包括两种类型：一种为本地输出组件，包括L个输出端口，用于将接收到的光束中的各个波长下载到本地(即本地维度或客户侧)，L为大于1的正整数；一种为线路输出组件，包括一个输出端口，用于接收到的光束中的各个波长输出到线路侧(即线路维度)并继续传输到光通信网络中的其他节点，其中输出到线路侧的光束中的各个波长可以来自本地上载的光束，也可以来自通过线路输入组件从线路侧输入的光束。需要说明的是，通过上述任一输出组件中的输出端口输出的光束可以是包含单一波长的光束(即单色光)，也可以是包含多个波长的光束(即彩色光或复色光)，本申请实施例对此不做具体限定。
本申请实施例中，K个输出组件可以不包括本地输出组件，全部输出组件都为线路输出组件，或者，也可以包括至少一个本地输出组件，除该至少一个本地输出组件以外的其它输出组件为线路输出组件。需要说明的是，由于本申请实施例中的M个输入组件中包括至少一个本地输入组件，因此，K个输出组件中也必定包括至少一个线路输出组件，用于将通过至少一个本地输入组件上载的各个波长，继续传输至光通信网络中的另一节点。同理，若K个输出组件中包括至少一个本地输出组件，那么M个输入组件中一定包括至少一个线路输入组件，用于接收线路维度上由光通信网络中的其它节点传输到本节点的光束。当然，通过M个输入组件中的线路输入组件输入到本波长交换装置的各个波长，可以通过本地输出组件下载到本地，或者也可以通过线路输入组件继续传输至光通信网络中的其它节点，具体可由波长交换装置中配置的波长路由配置信息而定，本申请实施例对此不做具体限定。
以K个输出组件中的某一输出组件为例，若该输出组件为线路输出组件，那么该线路输出组件在第二开关阵列中对应的一行开关单元，将入射到其上的各个波长对应的子光束按照该线路输出组件的空间位置出射后，出射后的各个波长对应的子光束会经第七透镜组会聚在第二光栅上的同一位置，并在第二光栅的作用下，合成为一个光束，最后通过第八透镜组重定向光束方向后，耦合进该线路输出组件中的输出端口进行输出。
若该输出组件为本地输出组件，那么该本地输出组件在第二开关阵列中对应的一行开关单元，可将入射到其上的各个波长对应的子光束，根据输出每个子光束的输出端口的空间位置进行独立地偏转。由于第二开关阵列处于第七透镜组的物方焦平面上，所以从端口平面上看，通过不同输出端口输出的子光束在经过第七透镜组后转换为相互平行的光束，并会聚在第二光栅的不同位置上。在第二光栅的衍射作用下，通过同一输出端口输出的子光束被合成为一个光束(即将通过同一输出端口输出的各个波长的单色光合成为一束彩色光)，最后L个平行的光束经第八透镜组重定向光束方向后，分别耦合进对应的输出端口进行输出。
具体来说，本申请实施例中本地输出组件也可具有多种可能的实现方式，其中，一种可能的实现方式为，本地输出组件可包括第二透镜组和一维或二维排列的L个输出端口。在这一实现方式中，如图3a和图3b所示，第八透镜组可将通过某一本地输出组件中各个输出端口输出的光束会聚在第二空间点，该第二空间点可为第二透镜组的物方焦点，如此，通过各个输出端口输出的光束将从该第二空间点沿不同方向分别入射到第二透镜组，并在经过第二透镜组后转换为相互平行的多个光束，分别耦合进对应的输出端口。
另一种可能的实现方式为，本地输出组件可包括第二平面光波导组件和与该第二平面光波导组件相连的L个输出端口，该第二平面光波导组件具有与上述第一平面光波导组件类似的结构，此处不再赘述。在这一实现方式中，如图5a和图5b所示，第八透镜组可将通过某一本地输出组件中各个输出端口输出的光束会聚在第二平面光波导组件的自由空间出射面上的同一点处，由此，通过各个输出端口输出的光束可被耦合进第二平面光波导组件中等长的阵列波导中，并通过L条输入/输出波导将各光束输入到对应的输出组件中输出。
本申请实施例中，每个输出端口可包括一个输出光纤，在本地输出组件应用第二透镜组的情形下，为使通过某个输出端口输出的光束能够高效率地从自由空间中耦合进输出光纤，每个输出光纤还可具有一个对应的准直透镜，于是，通过某一输出端口输出的光束将首先从第二透镜组入射到准直透镜上，进而再耦合进光纤中。在本地输出组件应用第二平面光波导组件的情形下，本地输出组件中的L个输出光纤分别与第二平面光波导组件中的L个输入/输出波导对应连接。
需要说明的是，本申请实施例中的K个输出组件，也可按照与M个输入组件相同的方向一维排列。在一种可能的设计中，若K个输出组件中既包括本地输出组件，也包括线路输出组件，那么还可以在K个输出组件一维排列的基础上，将本地输出组件可以与线路输出组件间隔排列，从而提高波长交换装置的集成度，减小体积。例如，K个输出组件中可包括一半本地输出组件和一半线路输出组件，其中一个本地输出组件与一个线路输出组件相邻设置，整体看来，K个输入组件中本地输出组件与线路输出组件交叉设置。请注意，此示例中，同样未严格限定K为偶数，本地输出组件的数目与线路输出组件的数目，可以相等，也可以存在差一或其他较小范围内的差异。
作为一种示例，仅在图3a和图5a中示出了4个本地输出组件，且其中的每个本地输出组件均包括以三行三列的方式均匀排布的9个输出端口。但应理解，本申请实施例对本地输出组件的数目和线路输出组件的数目均不做具体限定，本领域技术人员可以根据该波长交换装置的组网需求对该波长交换装置中本地输出组件和线路输出组件的数目进行具体设置。同理，本申请实施例中，不同的本地输出组件内输出端口的数量(即L的取值)和排列方式可以相同也可以不同，本申请实施例同样不做具体限定。
需要说明的是，虽然上述图3a、图3b以及图5a、图5b中所示出的波长交换装置中，第一光栅、第二光栅、第一开关阵列、第二开关阵列均为透射式的光学元件，但应理解，上述结构仅为本申请实施例提供的一种示例，在实际应用中，波长交换装置中的光栅、开关阵列等光学元件可以是透射式的，也可以是反射式的，本申请实施例对此不作具体限制。
本发明实施例提供的波长交换装置包括，M个输入组件、第一光学组件、第一开关阵列、第二开关阵列、第二光学组件、K个输出组件等组成部分，其中第一开关阵列可将入射到其中任一行开关单元上的光束中各波长对应的子光束，偏转到用于输出各子光束的输出组件在第二开关阵列中对应的一行开关单元上，第二开关阵列可将入射到其中任一行开关单元上的光束中各波长对应的子光束，根据该行开关单元对应的输出组件的空间位置进行偏转，以使各子光束在重定向光束方向后，最终能够耦合到对应的输出组件中进行输出。由此可见，通过设置的第一开关阵列和第二开关阵列，本申请实施例提供的波长交换装置可实现M*K维度的波长交换功能，即从M个输入组件中任一输入组件中输入的波长，能够被交换到K个输出组件中的任一输出组件中输出。
在此基础上，由于M个输入组件中包括至少一个具有N个输入端口的本地输入组件，而且通过本地输入组件输入的光束能够在第一光学组件的作用下，会聚在第一开关阵列上该本地输入组件对应的一行开关单元上，如此，便相当于在M*K维度的WSS的输入端再连接一个N*1维度的WSS，从而可使本申请实施例提供的波长交换装置在M*K维度的WSS的基础上集成波长上载功能。如图7所示为本申请实施例中的波长交换装置的模块化示意图，结合图7可以看出，通过在波长交换装置中设置本地输入组件，可无需再单独外接波长上载模块，从而可有效避免将波长交换模块外置波长上载模块时，由于整个光学系统组成较多较复杂而性能较差的技术问题，并提高波长交换装置的性能和集成度，减小波长交换装置的体积。
本申请实施例中的K个输出组件中还可包括至少一个具有L个输出端口的本地输出组件，而且由第二开关阵列中本地输出组件对应的一行开关单元出射的子光束能够在第二光学组件的作用下，分别入射到该本地输出组件中对应的输出端口输出，从而可使本申请实施例提供的波长交换装置可在M*K维度的WSS的基础上集成波长下载功能。如图7所示，通过在波长交换装置中设置本地输出组件，可无需再单独外接波长上载模块，从而可有效避免将波长交换模块外置波长下载模块，整个光学系统组成较多较复杂而性能较差的技术问题，并提高波长交换装置的性能和集成度，减小波长交换装置的体积。
此外，本申请实施例中的波长交换装置中的第一开关阵列和第二开关阵列具体是根据预先设置的波长路由配置信息，对通过任一输入端口输入的光束中的各波长选择对应的输出端口的。本申请实施例中，任一开关阵列中的波长路由配置信息均可由本领域技术人员根据光交换节点的组网需求、业务需求等进行动态地设置，从而可实现灵活、可重构的波长交换功能。
实施例二：输出组件中包括至少一个本地输出组件
本申请实施例二提供另一种波长交换装置，该波长交换装置同样具有如图2所示的结构，即沿光束输入至输出的方向，依次包括M个输入组件、第一光学组件、第一开关阵列、第二开关阵列、第二光学组件以及K个输出组件。
但是与本申请实施一相比，本申请实施例二的K个输出组件中包括至少一个本地输出组件，K个输出组件中除该至少一个本地输出组件以外的其他输出组件为线路输出组件。由于K个输出组件中包括至少一个本地输出组件，那么M个输入组件中必定包括至少一个线路输入组件，除线路输入组件以外，M个输入组件中可以包括本地输入组件，也可以不包括本地输入组件，本申请实施例对此不作具体限定。当然，K个输出组件也可以为，全部输出组件均为本地输出组件，不包括线路输出组件，本申请实施例同样不作具体限定。
参照图3a、图3b或者图5a、图5b，本申请实施例二中波长交换装置的具体实施方式可与实施例一中的描述相同，此处不再赘述。
实施例三：冗余备份功能的波长交换系统
本申请实施例三提供一种波长交换系统，图8示例性示出了该波长交换系统的结构示意图，如图8所示，该系统包括：M个线路选择组件、K个线路接收组件，以及至少两个如本申请实施例一或本申请实施例二的任一种可能设计中提供的波长交换装置，其中，M、K均为大于等于1的正整数。
本申请实施例中，上述至少两个波长交换装置中的每个波长交换装置可均为具有M个输入组件和K个输出组件的波长交换装置。相应地，M个线路选择组件中每个线路选择组件，可与每个波长交换装置中对应的输入组件连接，K个线路接收组件中的每个线路接收组件，可与每个波长交换装置中对应的输出组件连接。
具体的，M个线路选择组件中的每个线路选择组件，可将接收到的光信号按照一定的比例，分配到各个波长交换装置中对应的输入组件进行输入。需要说明的是，该比例可以为输入到各个波长交换装置中子光束的功率比例，线路选择组件既可以将光信号的功率平均分配给各个波长交换装置，也可以将光信号的全部功率只分配给其中某个波长交换装置，本申请实施例对此不作具体限制。例如，若波长交换系统中包括两个波长交换装置，分别为波长交换装置1和波长交换装置2，那么M个线路选择组件中的线路选择组件1可分别与波长交换装置1中的输入组件1，以及波长交换装置2中的输入组件1连接，并将接收到的光信号按照一定的比例输入到两个输入组件1中。
至少两个波长交换装置中每个波长交换装置，可根据设定的波长路由配置信息，将该波长交换装置的任一输入组件输入的光束中的任一波长，交换到该波长交换装置中该波长对应的输出组件进行输出。K个线路接收组件中的每个线路接收组件，可根据每个波长交换装置中对应的输出组件输出的光束，得到输出的光信号。
本申请实施例中，所述线路选择组件可具有多种可能的实现方式，在一种可能的实现方式中，线路选择组件可以为分光器，用以支持上述至少两个波长交换装置并发工作。在这一情形下，波长交换系统中的各个波长交换装置可以同时工作。例如，若波长交换系统中包括两个波长交换装置，那么可通过一个分光器，可将输入的光束一分为二，每个子光束的功率相同，分别通过对应的输入组件中输入到两个波长交换装置进行波长交换。
相应地，在这一情形下，线路接收组件可以为光开关，用于从至少两个波长交换装置对应的输出中选择其中一路作为波长交换系统的输出。如此，在一般情况下，系统内的每个波长交换装置均正常工作，这时线路接收组件可从各个波长交换装置对应的输出组件的输出中选择一路默认的或缺省的输出，作为波长交换系统的输出，而在遇到突发情况时，若当前选择的波长交换装置发生异常，那么线路接收组件可将系统的输出切换到另一正常工作的波长交换装置中，如此，通过在波长交换系统中设置至少两个波长交换装置，可使该波长交换系统除波长交换的功能外，还具有冗余备份的功能，从而可有效提高波长交换系统的可靠性，保证波长交换系统始终正常工作不宕机。
在另一种可能的实现方式中，线路选择组件也可以为光开关，用以支持至少两个波长交换装置选发工作。在这一情形下，该波长交换系统中同一时刻只有其中一个波长交换装置在工作，通过光开关可以选择工作的波长交换装置，并将工作的波长交换装置在波长交换系统中的各个波长交换装置中进行切换。相应地，在这一情形下，线路接收组件可以为光开关或耦合器，用于从至少两个波长交换装置中选择出工作的那个波长交换装置的输出作为系统输出。如此，在遇到突发情况时，若原本工作的波长交换装置发生了异常，也可通过线路选择组件将工作的波长交换装置切换为系统中的另一波长交换装置，如此，通过在波长交换系统中设置至少两个波长交换装置，可使该波长交换系统除波长交换的功能外，还具有冗余备份的功能，从而可有效提高波长交换系统的可靠性，保证波长交换系统始终正常工作不宕机。
需要说明的是，本申请实施例中的至少两个波长交换装置可以相同。这可以理解为，一方面，波长交换系统中的各个波长交换装置中的波长路由配置信息是相同的，如此，系统中的各个波长交换装置可具备相同的波长交换功能，当各个波长交换装置输入相同的光束时，各个波长交换装置的输出也是相同的；另一方面，波长交换系统中的各个波长交换装置具有相同的结构，且该结构可与本申请实施例一提供的波长交换装置、或本申请实施例二提供的波长交换装置的结构相同。如此，可使波长交换系统中各个波长交换装置的性能也相同，即使在遇到突发情况，需要在多个波长交换装置之间进行切换时，仍可保证波长交换系统的输出保持稳定，不受外界影响。
由此可见，本申请实施例中的波长交换系统可包括至少两个波长交换装置，通过设置的各个线路选择组件和线路接收组件，可使该波长交换系统能够实现在同一时刻至少有一个波长交换装置可正常工作，从而可以大幅度地提高波长交换节点的可靠性，支撑波分传送网络未来的市场应用。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (21)

1.一种波长交换装置，其特征在于，沿光束由输入至输出的方向，所述装置依次包括，M个输入组件、第一光学组件、第一开关阵列、第二开关阵列、第二光学组件、K个输出组件，所述第一开关阵列和所述第二开关阵列均包括多行开关单元，M、K均为大于等于1的正整数；
所述M个输入组件中存在至少一个输入组件为本地输入组件，所述本地输入组件用于接收通过所述本地输入组件的输入端口上载的光束，所述本地输入组件包括N个输入端口，N为大于等于1的正整数，每个输入组件用于将通过该输入组件的输入端口输入的光束入射到所述第一光学组件；
所述第一光学组件用于将每个输入组件入射的光束会聚在所述第一开关阵列中该输入组件对应的一行开关单元上；
所述第一开关阵列中的每行开关单元用于将入射到该行开关单元上的光束中各波长对应的子光束，偏转到用于输出该子光束的输出组件在第二开关阵列中对应的一行开关单元上；
所述第二开关阵列中的每行开关单元用于将入射到该行开关单元上的光束中各波长对应的子光束，根据该行开关单元对应的输出组件的空间位置进行偏转，并入射到所述第二光学组件；
所述第二光学组件用于将第二开关阵列中每行开关单元出射的光束重定向到该行开关单元对应的输出组件；
所述K个输出组件中每个输出组件用于将通过该输出组件输出的光束耦合进输出端口中进行输出。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述本地输入组件还包括第一透镜组；
所述第一透镜组用于接收所述N个输入端口出射的相互平行的N个光束，将所述N个光束会聚在第一空间点后，沿不同角度入射到所述第一光学组件。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述本地输入组件还包括与所述N个输入端口连接的第一平面光波导组件；
所述第一平面光波导组件用于接收所述N个输入端口输入的N个光束，在所述第一平面光波导组件的自由空间出射面将所述N个光束以不同角度入射到所述第一光学组件。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述M个输入组件中还包括具有一个输入端口的线路输入组件，所述线路输入组件用于接收通过所述线路输入组件输入的光束，所述线路输入组件与所述本地输入组件间隔排列。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述K个输出组件中存在至少一个输出组件为本地输出组件，所述本地输出组件用于将接收到的光束下载到本地，所述本地输出组件包括L个输出端口，L为大于等于1的正整数；
所述第二开关阵列中对应所述本地输出组件的一行开关单元，用于将入射到该行开关单元上的光束中各波长对应的子光束，根据所述本地输出组件中用于输出该子光束的输出端口的空间位置进行偏转，并入射到所述第二光学组件；
所述第二光学组件用于将通过所述本地输出组件的不同输出端口输出的光束以不同角度重定向到所述本地输出组件。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述本地输出组件还包括第二透镜组；
所述第二透镜组用于接收所述第二光学组件以不同角度入射的L个光束，将所述L个光束转换为相互平行的L个光束，并分别入射到所述本地输出组件的各个输出端口。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述本地输出组件还包括与所述L个输出端口连接的第二平面光波导组件；
所述第二平面光波导组件用于接收所述第二光学组件以不同角度入射的L个光束，将所述L个光束输出到所述本地输出组件的各个输出端口。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述K个输出组件中还包括具有一个输出端口的线路输出组件，所述线路输出组件用于将接收到的光束输出到线路侧，所述线路输出组件与所述本地输出组件间隔排列。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述M个输入组件中的每个输入端口与一个输入光纤连接，所述输入光纤中传输的光束通过所述输入端口入射到所述第一光学组件。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一光学组件包括：第三透镜组、第一色散元件、第四透镜组，所述第三透镜组用于将入射的光束的光束方向进行重定向，并入射到所述第一色散元件，所述第一色散元件用于对入射的各个光束进行色散得到各个波长对应的子光束，所述第四透镜组用于将入射的各个波长对应的子光束会聚到所述第一开关阵列，其中同一波长对应的子光束会聚在所述第一开关阵列中该波长对应的一列开关单元上。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二光学组件包括：第七透镜组、第二色散元件、第八透镜组，所述第七透镜组用于将所述第二开关阵列出射的各个波长对应的子光束的光束方向进行重定向，并入射到所述第二色散元件，所述第二色散元件用于将入射的光束中各输出端口对应的子光束合成为一个光束，所述第八透镜组用于将入射的光束中各个输出端口对应的光束入射到对应的输出端口。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其特征在于，所述K个输出组件中的每个输出端口与一个输出光纤连接，入射到所述输出端口的光束被耦合进所述输出光纤中进行输出。
13.一种波长交换装置，其特征在于，沿光束由输入至输出的方向，所述装置依次包括，M个输入组件、第一光学组件、第一开关阵列、第二开关阵列、第二光学组件、K个输出组件，所述第一开关阵列和所述第二开关阵列均包括多行开关单元，M、K均为大于等于1的正整数；
所述M个输入组件中每个输入组件用于将通过该输入组件的输入端口输入的光束入射到所述第一光学组件；
所述第一光学组件用于将每个输入组件入射的光束会聚在所述第一开关阵列中该输入组件对应的一行开关单元上；
所述第一开关阵列中的每行开关单元用于将入射到该行开关单元上的光束中各波长对应的子光束，偏转到用于输出该子光束的输出组件在第二开关阵列中对应的一行开关单元上；
所述第二开关阵列中的每行开关单元用于将入射到该行开关单元上的光束中各波长对应的子光束，根据该行开关单元对应的输出组件中用于输出该子光束的输出端口的空间位置进行偏转，并入射到所述第二光学组件；
所述第二光学组件用于将第二开关阵列中每行开关单元出射的光束重定向到该行开关单元对应的输出组件；
所述K个输出组件中存在至少一个输出组件为所述本地输出组件，所述本地输出组件用于将接收到的光束下载到本地，所述本地输出组件包括L个输出端口，L为大于1的正整数，每个输出组件用于将通过该输出组件输出的光束耦合进输出端口中进行输出。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述本地输出组件还包括第二透镜组；
所述第二透镜组用于接收所述第二光学组件以不同角度入射的L个光束，将所述L个光束转换为相互平行的L个光束，并分别入射到所述本地输出组件的各个输出端口。
15.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述本地输出组件还包括与所述L个输出端口连接的第二平面光波导组件；
所述第二平面光波导组件用于接收所述第二光学组件以不同角度入射的L个光束，将所述L个光束输出到所述本地输出组件的各个输出端口。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述K个输出组件中还包括具有一个输出端口的线路输出组件，所述线路输出组件用于将接收到的光束输出到线路侧，所述线路输出组件与所述本地输出组件间隔排列。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的装置，其特征在于，所述M个输入组件中的每个输入端口与一个输入光纤连接，所述输入光纤中传输的光束通过所述输入端口入射到所述第一光学组件。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第一光学组件包括：第三透镜组、第一色散元件、第四透镜组，所述第三透镜组用于将入射的光束的光束方向进行重定向，并入射到所述第一色散元件，所述第一色散元件用于对入射的各个光束进行色散得到各个波长对应的子光束，所述第四透镜组用于将入射的各个波长对应的子光束会聚到所述第一开关阵列，其中同一波长对应的子光束会聚在所述第一开关阵列中该波长对应的一列开关单元上。
19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第二光学组件包括：第七透镜组、第二色散元件、第八透镜组，所述第七透镜组用于将所述第二开关阵列出射的各个波长对应的子光束的光束方向进行重定向，并入射到所述第二色散元件，所述第二色散元件用于将入射的光束中各输出端口对应的子光束合成为一个光束，所述第八透镜组用于将入射的光束中各个输出端口对应的光束入射到对应的输出端口。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的装置，其特征在于，所述K个输出组件中的每个输出端口与一个输出光纤连接，入射到所述输出端口的光束被耦合进所述输出光纤中进行输出。
21.一种波长交换系统，其特征在于，所述系统包括：M个线路选择组件、K个线路接收组件，以及至少两个如权利要求1至12中任一项所述的波长交换装置，M、K均为大于等于1的正整数；
所述M个线路选择组件中每个线路选择组件，用于将接收到的光信号分配到所述至少两个波长交换装置中每个波长交换装置中对应的输入组件进行输入；
所述至少两个波长交换装置中每个波长交换装置用于，根据设定的波长路由信息，将该波长交换装置的任一输入组件输入的光束中的任一波长，交换到该波长交换装置中所述任一波长对应的输出组件中进行输出；
所述K个线路接收组件中每个线路接收组件，用于根据所述至少两个波长交换装置中每个波长交换装置中对应的输出组件输出的光束，得到输出的光信号。
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