CN111708119B

CN111708119B - 多播交换光开关

Info

Publication number: CN111708119B
Application number: CN202010577017.9A
Authority: CN
Inventors: 谢卉; 徐晓辉; 郑洁; 李迪; 岳青岩; 张博; 肖清明; 罗勇
Original assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Current assignee: Accelink Technologies Co Ltd
Priority date: 2020-06-22
Filing date: 2020-06-22
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2040-06-22
Also published as: WO2021258666A1; CN111708119A

Abstract

本申请提供一种多播交换光开关，包括M个第一端口、控制开关、N个第二端口以及分光装置，控制开关包括N个反射开关，分光装置包括衬底、以及位于所述衬底上的M个输入端、N个输出端、N个传输端和M个平面波导分光单元，所述传输端包括M个第一子端和1个第二子端，所述衬底具有相对的P端和Q端，M个所述输入端和N个所述输出端位于所述衬底的P端，N个所述传输端位于所述衬底的Q端，所述输入端与所述第一端口一一对应设置，所述平面波导分光单元与所述输入端一一对应设置，所述第二子端与所述输出端一一对应设置，所述输出端与所述第二端口一一对应设置。上述多播交换光开关具有集成度高、体积小的特性。

Description

多播交换光开关

技术领域

本申请涉及光通讯技术领域，尤其涉及一种多播交换光开关。

背景技术

现有技术中，多播交换光开关(MCS，Multicast Switch)包括M个输入端口、M个分光装置、N个控制开关及N个输出端口。M个分光装置将来自M个输入端口的M路光信号中的其中一路分为N路子光信号，控制开关用于将N路子光信号中的一路传输至N个输出端口的其中一个，通常M个输入端口、M个分光装置、N个控制开关及N个输出端口均为分立器件，各分立器件之间通过光纤熔接实现拼接，如此，使得多播交换光开关体积大、盘纤复杂。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种多播交换光开关，具有集成度高、体积小的特性。为达到上述有益效果，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供一种多播交换光开关，包括：

M个第一端口，其中，M为大于1的正整数；

控制开关，包括N个反射开关，其中，N为大于1的正整数；

N个第二端口；以及

分光装置，包括衬底、以及位于所述衬底上的M个输入端、N个输出端、N个传输端和M个平面波导分光单元，所述传输端包括M个第一子端和1个第二子端，所述衬底具有相对的P端和Q端，M个所述输入端和N个所述输出端位于所述衬底的P端，N个所述传输端位于所述衬底的Q端，所述输入端与所述第一端口一一对应设置，所述平面波导分光单元与所述输入端一一对应设置，所述第二子端与所述输出端一一对应设置，所述输出端与所述第二端口一一对应设置；

所述平面波导分光单元能够将对应的所述输入端的光信号分成N个子光信号，且所述平面波导分光单元将N个所述子光信号的其中一个导向所述传输端的M个第一子端的其中一个，所述第一子端将所述子光信号导向N个所述反射开关的其中一个，所述反射开关能够将所述子光信号反射至N个所述第二子端的其中一个，所述第二子端将所述子光信号导向对应的所述输出端。

进一步地，所述反射开关能够绕第一轴线转动以将所述子光信号反射至N个所述第二子端的其中一个，所述第一轴线垂直于所述衬底所在的平面。

进一步地，所述第二子端位于M个所述第一子端的一侧，所述反射开关绕所述第一轴线朝所述第二子端转动。

进一步地，所述第二子端位于相邻的两个所述第一子端之间，所述反射开关绕所述第一轴线朝所述第二子端的两侧转动。

进一步地，每个所述传输端中，相邻的两个所述第一子端之间的间距不相等，且相邻的所述第一子端和所述第二子端之间的间距不相等。

进一步地，所述反射开关能够沿第二轴线转动以实现无干扰切换，所述第二轴线和所述第一轴线垂直，且所述第二轴线平行于所述衬底所在的平面。

进一步地，所述多播交换光开关包括：

衍射光栅，所述衍射光栅和所述反射开关配合以将设定波长的所述子光信号反射至N个所述第二子端的其中一个。

进一步地，所述衍射光栅的刻线垂直于所述第二轴线，且所述衍射光栅的刻线与所述第一轴线的夹角为α，其中，0°＜α＜90°。

进一步地，所述多播交换光开关包括：

N个准直透镜组，位于所述分光装置和所述控制开关之间，所述准直透镜组包括M+1个准直透镜，所述准直透镜组与所述传输端一一对应设置，所述准直透镜组的M+1个准直透镜与对应的所述传输端的M个第一子端和1个第二子端对应设置，所述准直透镜用于准直所述第一子端的子光信号或所述第二子端的子光信号。

进一步地，所述准直透镜的工作距离为W，所述子光信号从所述准直透镜的出光面到所述反射开关的入光面的光程为S，其中，W为S的两倍。

本申请实施例提供的多播交换光开关，输入端、输出端、传输端和平面波导分光单元均集成在衬底上，不仅尺寸较小，还可以避免分立器件光纤熔接带来的损耗；第一端口、控制开关、第二端口以及分光装置之间的耦合工艺难度较低。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种多播交换光开关的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种分光装置的结构示意图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为图2中的传输端和准直透镜组、反射开关的配合示意图；

图5为本申请实施例提供的一种传输端的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的另一种传输端的结构示意图；

图7为本申请实施例提供的另一种多播交换光开关的结构示意图；

图8为本申请实施例中衍射光栅、反射开关、准直透镜组和分光装置的配合示意图。

附图标记说明

第一端口10；控制开关20；反射开关21；第二端口30；分光装置40；衬底41；第一子端421；第二子端422；平面波导分光单元45；衍射光栅50；准直透镜组60。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。下面结合附图及具体实施例对本申请再作进一步详细的说明。

请参见图1～图8，本申请实施例提供一种多播交换光开关，多播交换光开关(MCS，Multicast Switch)包括M个第一端口10、控制开关20、N个第二端口30以及分光装置40。控制开关20包括N个反射开关21。其中，M为大于1的正整数，N为大于1的正整数。分光装置40包括衬底41、以及位于衬底41上的M个输入端、N个输出端、N个传输端和M个平面波导分光单元45。即，M个输入端、N个输出端、N个传输端和M个平面波导分光单元45均位于衬底41上。也就是说，输入端、输出端、传输端和平面波导分光单元45均集成在衬底41上。传输端包括M个第一子端421和1个第二子端422。衬底41具有相对的P端和Q端，M个输入端和N个输出端位于衬底41的P端，N个传输端位于衬底41的Q端。输入端与第一端口10一一对应设置。平面波导分光单元45与输入端一一对应设置。第二子端422与输出端一一对应设置。输出端与第二端口30一一对应设置。如此，可以避免级联式光开关设计，损耗小，功耗低。

平面波导分光单元45能够将对应的输入端的光信号分成N个子光信号。平面波导分光单元45与输入端一一对应，也就是说，每个光信号被对应的平面波导分光单元45分成N个子光信号，由于有M个光信号，这样就形成了M*N个子光信号。且平面波导分光单元45将N个子光信号的其中一个导向传输端的M个第一子端421的其中一个。也就是说，从一个平面波导分光单元45输出的N个子光信号的其中一个，传输至一个传输端的任意一个第一子端421。第一子端421将子光信号导向N个反射开关21的其中一个，反射开关21能够将子光信号反射至N个第二子端422的其中一个，第二子端422将子光信号导向对应的输出端。也就是说，光信号可以通过第一端口10进入分光装置40，通过分光装置40分成M*N个子光信号，M*N个第一子端421将M*N个子光信号投向控制开关20，再通过N个反射开关21将M*N个子光信号反射至N个输出端，再通过第二端口30输出。当然，光信号也可以通过第二端口30进入分光装置40，从第一端口10输出。也就是说，本申请实施例提供的多播交换光开关不仅可以正向的从M个第一端口10向N个第二端口30下载光信号。也可以从N个第二端口30向M个第一端口10上传光信号。

现有技术中，有些多播交换光开关采用单片集成分路器和级联式光开关的设计，此种技术，设计复杂，损耗大，功耗高，芯片良率低。另外有些多播交换光开关采用将多层平面波导分路器立体堆叠，立体堆叠的平面波导分路器与柱面透镜组形成自由空间光路，然而，多层平面波导分路器堆叠设计高度难以降低，与柱面透镜组形成的自由空间光路复杂，器件之间的耦合工艺要求高，且难以缩小体积，产品难以批量生产。

本申请实施例中，输入端、输出端、传输端和平面波导分光单元45均集成在衬底41上，不仅尺寸较小，还可以避免分立器件光纤熔接带来的损耗；第一端口10、控制开关20、第二端口30以及分光装置40之间的耦合工艺难度较低，光路设计较为简单，损耗较小，功耗较低，芯片良率较高，可以避免单片集成分路器和级联式光开关的设计带来的设计复杂，损耗大，功耗高，芯片良率低等问题，还可以避免自由空间光路存在的体积大、光路复杂、耦合工艺高等问题。

示例性的，请参见图2～图4，在一具体实施例中，M为8，N为4，即提供8*4的多播交换光开关，则输入端为8个，输出端为4个，4个传输端和8个平面波导分光单元45。每个传输端包括8个第一子端421和1个第二子端422。为便于表述，将8个输入端分别定义为I1、I2、I3、I4、I5、I6、I7和I8。4个输出端分别定义为O1、O2、O3和O4。4个传输端定义为Q1、Q2、Q3和Q4。Q1传输端的8个第一子端421分别为I11、I12、I13、I14、I15、I16、I17和I18。Q1传输端的1个第二子端422为O11。Q2传输端的8个第一子端421分别为I21、I22、I23、I24、I25、I26、I27和I28。Q2传输端的1个第二子端422为O21。Q3传输端的8个第一子端421分别为I31、I32、I33、I34、I35、I36、I37和I38。Q3传输端的1个第二子端422为O31。Q4传输端的8个第一子端421分别为I41、I、I、I44、I45、I46、I47和I48。Q4传输端的1个第二子端422为O41。8个平面波导分光单元45分别定义为L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7和L8。其中，O11和O1对应设置，O21和O2对应设置，O31和O3对应设置，O41和O4对应设置。I1和L1对应设置，I2和L2对应设置，I3和L3对应设置，I4和L4对应设置，I5和L5对应设置，I6和L6对应设置，I7和L7对应设置，I8和L8对应设置。I1的光信号进入L1，L1将来自I1的光信号分成4个子光信号，来自L1的4个子光信号分别进入Q1、Q2、Q3、Q4。来自L1的1个子光信号进入I11，来自L2的1个子光信号进入I12，来自L3的1个子光信号进入I31，来自L4的1个子光信号进入I41，来自L5的1个子光信号进入I51，来自L6的1个子光信号进入I61，来自L7的1个子光信号进入I71，来自L8的1个子光信号进入I81。来自L1的其余3个子光信号分别进入I21、I31和I41，其他子光信号的具体路径见图2中所示，在此不再一一描述。如此，I11将来自L1的1个子光信号导向4个反射开关21的其中一个，反射开关21将接收到的来自I11的子光信号反射至O11、O21、O31或O41，例如反射开关21将接收到的来自I11的子光信号反射至O11，O11将接收到的子光信号导向O1。如此，实现8*4的多播交换光开关的光信号传输。本领域技术人员可以理解的是，来自L1的1个子光信号也可以进入Q1的I12、I13、I14、I15、I16、I17或I18，来自L2的1个子光信号也可以进入Q1的I11、I13、I14、I15、I16、I17或I18，其他端口亦是同样的原理。在本具体实施例中对子光信号的路径的描述，仅仅为便于表述，并不是对本申请的限定。

在一实施例中，请参见图4，反射开关21能够绕第一轴线Y转动以将子光信号反射至N个第二子端422的其中一个，第一轴线垂直于衬底41所在的平面。

为便于清楚表述本申请实施例，本申请实施例中，将光信号从第一端口10入射的方向定义为Z轴，第一轴线的方向为Y轴，垂直于Z-Y平面的方向为X轴，后续表述中，第二轴线的方向为X轴，其中X轴、Y轴和Z轴形成相互垂直的坐标系，例如图1和图7所示的方位或位置关系。

在一些实施例中，M个第一端口10为1*M光纤阵列。具体的，M个第一端口10沿X轴方向分布。N个第二端口30为1*N光纤阵列。具体的，N个第二端口30沿X轴方向分布。也就是说，M个第一端口10构成一维光纤阵列，N个第二端口30也构成一维光纤阵列。进一步地，光纤可以为包层腐蚀光纤。

进一步地，M个第一端口10由M个腐蚀光纤构成1*M光纤阵列。具体的，M个腐蚀光纤在X轴方向上按照第一设定间距固定在第一硅基上。优选地，第一硅基上形成有第一V形槽，腐蚀光纤位于第一V形槽内。N个第二端口30由个腐蚀光纤构成1*N光纤阵列。具体的，N个腐蚀光纤在X轴方向上按照第二设定间距固定在第二硅基上。优选地，第一硅基上形成有第二V形槽，腐蚀光纤位于第二V形槽内。

在一实施例中，请参见图5，第二子端422位于M个第一子端421的一侧，反射开关21绕第一轴线Y朝第二子端422转动。如此，保证反射开关21在绕第一轴线Y转动时，能够将来自第一子端421的子光信号反射至第二子端422。需要说明的是，图5中第一子端421的数量仅用于示例。

在一实施例中，请参见图4和图6，第二子端422位于相邻的两个第一子端421之间，反射开关21绕第一轴线Y朝第二子端422的两侧转动。如此，保证第一端口10的子光信号投向反射开关21，反射开关21在绕第一轴线Y转动时，能够将来自第一子端421的子光信号反射至第二子端422。需要说明的是，图4和图6中第一子端421的数量仅用于示例。

在一实施例中，请参见图6，每个传输端中，相邻的两个第一子端421之间的间距不相等，且相邻的第一子端421和第二子端422之间的间距不相等。也就是说，所有通道的光路不对称，从而保证在任意通道工作的条件下，子光信号不会从一个非工作的第一子端421进入另一个非工作的第一子端421，而是进入工作的第一子端421，即子光信号不会从一个非工作通道进入另一个非工作通道，能够规避光信号传输的方向性问题。

在一实施例中，请参见图1，反射开关21能够沿第二轴线X转动以实现无干扰切换，第二轴线X和第一轴线Y垂直，且第二轴线X平行于衬底41所在的平面。也就是说，反射开关21可以沿两个方向转动，反射开关21绕第一轴线Y转动实现端口选择，反射开关21绕第二轴线X转动避免子光信号从一个非工作第一子端421进入另一个工作第一子端421，即子光信号不会从一个非工作通道进入另一个非工作通道，实现无干扰切换(Hitless)功能。

在一实施例中，请参见图7和图8，多播交换光开关包括衍射光栅50。具体的，衍射光栅50位于分光装置40和反射开关21之间。衍射光栅50和反射开关21配合以将设定波长的子光信号反射至N个第二子端422的其中一个。通过衍射光栅50使得不同波长的子光信号以不同角度衍射，从而使得不同波长的子光信号在空间上分离，只有设定波长的子光信号入射进入反射开关21并原路返回，其他波长的子光信号在y-z平面分开，无法全部进入分光装置40耦合，不同波长的损耗曲线形成一定的滤波光谱。示例性的，请参见图8，图8中示出了B、C、D三个光路的子光信号，其中，B、C、D三个光路的子光信号的波长均不相同，在衍射光栅50的作用下，B光路的子光信号和D光路的子光信号均无法进入分光装置40，C光路的子光信号作为设定波长的子光信号能够进入分光装置40耦合。因此，反射开关21绕第二轴线X转动从而选择设定波长的子光信号能够被工作端接收，从而实现波长选择，反射开关21绕第一轴线Y转动将被选择的设定波长的子光信号反射至N个第二子端422的其中一个。也就是说，反射开关21绕第二轴线X转动用于选择设定波长的子光信号，反射开关21绕第一轴线Y转动用于选择第二子端422。由于有N个传输端，每个传输端具有一个第二子端422，因此，第二子端422有N个，而每个第二子端422对应有一个输出端，因此，可以通过反射开关21绕第一轴线Y转动将接收到的设定波长的子光信号反射至对应的输出端，从而实现波长选择输出。

在一实施例中，衍射光栅50的刻线垂直于第二轴线X，且衍射光栅50的刻线与第一轴线Y的夹角为α，其中，0°＜α＜90°。也就是说，衍射光栅50的刻线位于垂直于第二轴线X的平面内，即衍射光栅50的刻线位于Y-Z平面内，且衍射光栅50的刻线与第一轴线Y的夹角α大于0°，小于90°，如此，衍射光栅50的刻线与传输至衍射光栅50的子光信号之间的夹角为衍射效率最高的角度。

反射开关21包括但不限于微机械系统(MEMS，Micro-Electronic-MechanicalSystem)反射镜、硅基液晶(LCoS，即Liquid Crystal on Silicon)芯片等。N个微机械系统反射镜可以构成微机械系统反射镜阵列。MEMS反射镜阵列可以为一维MEMS反射镜阵列，即MEMS反射镜均可绕第一轴线Y转动。MEMS反射镜阵列可以为二维MEMS反射镜阵列，即MEMS反射镜均可绕第一轴线Y和第二轴线X转动。具体的，通过衍射光栅50使得不同波长的子光信号在空间上分离，这些离散的子光信号传输至MEMS反射镜阵列，MEMS反射镜阵列通过绕第二轴线X和第一轴线Y转动实现无干扰切换。N个MEMS反射镜也可以为分立结构。具体的，N个硅基液晶芯片可以为阵列也可以为分立结构。

在一实施例中，请参见图1和图7，多播交换光开关包括N个准直透镜组60。N个准直透镜组60位于分光装置40和控制开关20之间。准直透镜组60包括M+1个准直透镜。也就是说，有N*(M+1)个准直透镜。准直透镜组60与传输端一一对应设置。也就是说，每个准直透镜组60对应一个传输端。准直透镜组60的M+1个准直透镜与对应的传输端的M个第一子端421和1个第二子端422对应设置。如此，每个第一子端421对应一个准直透镜，以便准直来自第一子端421的子光信号；每个第二子端422也对应一个准直透镜，以便准直来自第二子端422的子光信号。

具体的，N*(M+1)个准直透镜可以构成阵列结构，也可以为分立结构。

在一实施例中，请参见图4，准直透镜的工作距离为W，子光信号从准直透镜的出光面到反射开关21的入光面的光程为S，其中，W为S的两倍。即W＝2*S。如此，保证子光信号导向反射开关21的为平行光。

在一实施例中，1＜M≤8，1＜N≤8。也就是说，多播交换光开关为低端口的多播交换光开关。如此，比较容易控制输入端、输出端、传输端、平面波导分光单元45之间的交叉，便于在衬底41上设置上述结构，避免上述结构之间出现多点交叉，避免通过上述结构的信号互相干扰。具体的，输入端、输出端、传输端、平面波导分光单元45之间均可以采用波导连接。波导包括但不限于二氧化硅等。

由于交叉点处的波导的交叉角度越大，损耗越低，串扰越小，在一些实施例中，波导之间的交叉角度大于预设值。可以通过增大衬底41的面积从而增加波导的设置面积，从而保证波导之间的交叉角度大于预设值。

在一些实施例，可以通过合理布线尽量减少波导之间的交叉点，如此，进一步地避免波导内的信号互相干扰。

本申请实施例提供的多播交换光开关可以用于无色无方向性无竞争性可重构光分插复用系统(CDC ROADM)，用于实现CDC ROADM上下路中的广播功能。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不仅限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种多播交换光开关，其特征在于，包括：

M个第一端口，其中，M为大于1的正整数；

控制开关，包括N个反射开关，其中，N为大于1的正整数；

N个第二端口；以及

所述平面波导分光单元能够将对应的所述输入端的光信号分成N个子光信号，且所述平面波导分光单元将N个所述子光信号的其中一个导向所述传输端的M个第一子端的其中一个，所述第一子端将所述子光信号导向N个所述反射开关的其中一个，所述反射开关能够将所述子光信号反射至N个所述第二子端的其中一个，所述第二子端将所述子光信号导向对应的所述输出端；

每个所述传输端中，相邻的两个所述第一子端之间的间距不相等，且相邻的所述第一子端和所述第二子端之间的间距不相等。

2.根据权利要求1所述的多播交换光开关，其特征在于，所述反射开关能够绕第一轴线转动以将所述子光信号反射至N个所述第二子端的其中一个，所述第一轴线垂直于所述衬底所在的平面。

3.根据权利要求2所述的多播交换光开关，其特征在于，所述第二子端位于M个所述第一子端的一侧，所述反射开关绕所述第一轴线朝所述第二子端转动。

4.根据权利要求2所述的多播交换光开关，其特征在于，所述第二子端位于相邻的两个所述第一子端之间，所述反射开关绕所述第一轴线朝所述第二子端的两侧转动。

5.根据权利要求2所述的多播交换光开关，其特征在于，所述反射开关能够沿第二轴线转动以实现无干扰切换，所述第二轴线和所述第一轴线垂直，且所述第二轴线平行于所述衬底所在的平面。

6.根据权利要求5所述的多播交换光开关，其特征在于，所述多播交换光开关包括：

7.根据权利要求6所述的多播交换光开关，其特征在于，所述衍射光栅的刻线垂直于所述第二轴线，且所述衍射光栅的刻线与所述第一轴线的夹角为α，其中，0°＜α＜90°。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的多播交换光开关，其特征在于，所述多播交换光开关包括：

9.根据权利要求8所述的多播交换光开关，其特征在于，所述准直透镜的工作距离为W，所述子光信号从所述准直透镜的出光面到所述反射开关的入光面的光程为S，其中，W为S的两倍。