CN112099148B - 一种光信号选择调度装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光信号选择调度装置及方法，涉及光通信技术领域，本发明的光信号选择调度装置支持N个输入端口、M个输出端口，由2M+1层平面光学阵列元件逐层堆叠构成；每一层平面光学阵列元件至少具备分波、准直、开关、导波和合波功能中一种功能；每一层平面光学阵列元件的功能元件排列成N+1列，每一列包含一字排开但互不影响的K个功能元件。本发明的光信号选择调度装置采用平面光学阵列元件，平面光学阵列元件具有轻薄化平面化的特点，可大幅缩小元件尺寸、减少系统复杂性，降低光器件插入损耗和通道间串扰，实现高维度波长选择交叉器件的集成。

Description

一种光信号选择调度装置及方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，具体涉及一种光信号选择调度装置及方法。
背景技术
随着信息化革命逐步深入，光网络对传输容量和交叉节点调度能力的需求不断增加。在交叉调度层面，由于OTN时分复用机制的引入，光传送网络需要在交叉调度节点引入大容量的电交叉设备以确保节点任意空间维度和波长上OTN时域复用的业务数据之间能实现无阻塞交叉调度。随着波长通道速率的快速增长，电交叉设备的容量也正在逼近电互连背板带宽和机房供电散热能力的极限。当前单机柜电交叉容量已经达到64T，功耗1万瓦以上，采用集群方式可扩展到128T以上。尽管OTN仍在不断演进以满足新的网络发展需求，其缺陷日益突出，技术瓶颈难以突破。设备功耗已经成为网络建设、运维需要考虑的重要问题。此外，电交叉所需要光电电光转换还会带来额外的器件成本和信号处理时延。
然而，由于光逻辑、光存储和波长转换器件尚未成熟，无法对光信号在时域和频域上进行全光交叉和调度，当前商用的全光交叉设备大多为空间光线路交换，其核心单元为具有波长选择能力的光开关器件。由于基于传统光学器件的波长选择光交叉器件大多通过光程的积累改变相位，其体积、插入损耗和串扰比较大，大规模输入输出端口集成实现非常困难。
例如，采用目前可获得的商用WSS(Wavelength Selective Switch，波长选择光交叉开关)模块进行全光交叉，存在以下困难：
(1)其最大端口维度32维，无法满足未来网络Mesh化对更高交叉调度维度的需求；
(2)插损高达8～10dB，需要额外的光放大器件进行功率补偿；
(3)端口隔离度仅为20～25dB，且随端口数量的增加而进一步减小；
(4)由传统的光学器件搭建而成，模块体积大，集成度差。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种光信号选择调度装置及方法，实现高维度波长选择交叉器件的集成。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种光信号选择调度装置，
所述光信号选择调度装置包括N个输入端口、M个输出端口，由2M+1层平面光学阵列元件逐层堆叠构成；
每一层平面光学阵列元件至少具备分波、准直、开关、导波和合波功能中一种功能；
每一层平面光学阵列元件包括(N+1)*K个功能元件，全部功能元件排列成N+1列，每一列包含一字排开但互不影响的K个功能元件，K＝最大频谱范围/最小频谱调整间隔；
每一层平面光学阵列元件的前N列用于N个输入光信号的处理，最后一列用于光信号的输出。
在上述技术方案的基础上，所述光信号选择调度装置的2M+1层平面光学开关阵列元件在垂直方向上的堆叠顺序自上而下依次为：
第1层为平面光学分波阵列元件；
第2m层为平面光学准直阵列元件，m为小于等于M的正整数；
第2m+1层为平面光学开关阵列元件，每一层平面光学开关阵列元件对应一个输出端口。
在上述技术方案的基础上，所述功能元件包括：
平面光学分波阵列元件，用于：将输入光信号中的特定波长引导至相应的导波空间；
平面光学准直阵列元件，用于：对光信号传播路径进行约束使其按所期望的方向传播；
平面光学开关阵列元件，用于：切换光信号传播方向。
在上述技术方案的基础上，所述平面光学开关阵列元件中集成导波元件或合波元件，所述导波元件用于引导特定波长的光信号沿着特定导波空间传播；所述合波元件用于将波长频率或/和导波空间不同的光信号引导至同一导波空间。
在上述技术方案的基础上，所述光信号选择调度装置支持的波长起始频率为SHz，最小频谱调整间隔为ΔHz时，
平面光学分波阵列元件中的第n列分波阵列元件用于：将第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量分离至第k行第n列分波阵列元件所处的位置，并使该光信号分量垂直导入下一层的平面光学准直阵列元件中的第k行第n列准直元件上；n为小于等于N的正整数，k为小于等于K的正整数；
平面光学准直阵列元件中的第k行第n列准直元件用于：对第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量进行准直处理，使其垂直导入下一层平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件上；
平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件用于：对第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量的进行方向切换，使其垂直导入下一层平面光学阵列元件中的第k行第n列功能元件上，或沿着第k行水平传播至第k行第N+1列的合波元件；
平面光学开关阵列元件中的第N+1列合波元件用于：将本层平面光学阵列元件中前N列所对应行开关元件切换过来的光信号分量进行合波并引导至对应的输出端口。
在上述技术方案的基础上，光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件具体用于：对于由第n个输入端口输入的包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号，其输出端口与本层所对应的输出端口不一致时，将光信号分量进行方向切换，使其垂直导入下一层平面光学准直阵列元件中的第k行第n列的准直元件上；其输出端口与本层所对应的输出端口一致时，将光信号分量的进行方向切换，使其沿着第k行水平传播至第k行第N+1列的合波元件。
在上述技术方案的基础上，任意时刻，平面光学开关阵列元件中的第k行最多只有一个开关元件使频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量沿着第k行水平传播至第k行第N+1列的导波空间。
在上述技术方案的基础上，各层平面光学阵列元件中同一行数同一列数的功能元件自上而下垂直对齐。
本发明还提供一种采用所述的光信号选择调度装置的光信号选择调度方法，包括以下步骤；
获取所述光信号选择调度装置支持的波长起始频率SHz，最小频谱调整间隔ΔHz；获取输入的光信号所包含的频率、输入端口n和对应的输出端口m；
将第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量分离至第k行第n列导波元件所处的位置，并使该光信号分量垂直导入下一层的平面光学准直阵列元件中的第k行第n列准直元件上；n为小于等于N的正整数，k为小于等于K的正整数；
平面光学准直阵列元件中的第k行第n列准直元件对第n个输入光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量进行准直处理，使其垂直导入下一层平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件上；
小于第2m+1层的平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件对第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量的进行方向切换，使其垂直导入下一层平面光学准直阵列元件中的第k行第n列的准直元件上；
第2m+1层的平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件对第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量的进行方向切换，使其沿着第k行水平传播至第k行第N+1列的合波元件；
平面光学开关阵列元件中的第N+1列合波元件将本层平面光学阵列元件中前N列所对应行开关元件切换过来的光信号分量进行合波并引导至对应的输出端口。
在上述技术方案的基础上，任意时刻，平面光学开关阵列元件中的第k行最多只有一个开关元件选择传播路径，使频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量沿着第k行水平传播至第k行第N+1列的导波空间。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的光信号选择调度装置支持N个输入端口、M个输出端口，由2M+1层平面光学阵列元件逐层堆叠构成；每一层平面光学阵列元件至少具备分波、准直、开关、导波和合波功能中一种功能；每一层平面光学阵列元件的功能元件排列成N+1列，每一列包含一字排开但互不影响的K个功能元件。本发明的光信号选择调度装置采用平面光学阵列元件，平面光学阵列元件具有轻薄化平面化的特点，可大幅缩小元件尺寸、减少系统复杂性，降低光器件插入损耗和通道间串扰，实现高维度波长选择交叉器件的集成。
本发明的光信号选择调度方法，采用上述平面光学阵列元件组成光信号选择调度装置进行光信号选择调度，大幅减少调度复杂性，且能有效降低光器件插入损耗和通道间串扰。
附图说明
图1为本发明实施例的一层平面光学阵列元件的示意图；
图2为本发明实施例的平面光学分波阵列元件的示意图；
图3为本发明实施例的平面光学准直阵列元件的示意图；
图4为本发明实施例的平面光学开关阵列元件的示意图；
图5为本发明实施例的光信号选择调度装置平面光学阵列元件堆叠结构的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
本发明实施例提供一种光信号选择调度装置，该光信号选择调度装置包括N个输入端口、M个输出端口，由2M+1层平面光学阵列元件逐层堆叠构成；N和M均为正整数。
每一层平面光学阵列元件至少具备分波、准直、开关、导波和合波功能中一种功能；
每一层平面光学阵列元件包括(N+1)*K个功能元件，全部功能元件排列成N+1列，每一列包含一字排开但互不影响的K个功能元件，K＝最大频谱范围/最小频谱调整间隔；
每一层平面光学阵列元件的前N列用于N个输入光信号的处理，最后一列用于光信号的输出。
本发明实施例的光信号选择调度装置采用平面光学阵列元件，平面光学阵列元件具有轻薄化平面化的特点，可大幅缩小元件尺寸、减少系统复杂性，降低光器件插入损耗和通道间串扰，实现高维度波长选择交叉器件的集成。
具体的说，对于一个支持N个输入端口，M个输出端口，波长起始频率为SHz，最小频谱调整间隔为ΔHz，最大频谱范围为K*ΔHz的光信号选择调度装置而言，每一层平面光学阵列元件由至少(N+1)*K个功能元件按照如下规则排列构成：每一层平面光学阵列元件分为K行和N+1列；相邻的列之间保持一定间隔以避免产生干扰，前面N列用于N个输入光信号的处理，最后一列用于光信号的输出；每一列包含一字排开、紧密相连但互不影响的K个功能元件。
构成上述M个输出端口的光信号选择调度装置，其平面光学开关阵列元件在垂直方向上的堆叠顺序自上而下依次为：
①第1层为平面光学分波阵列元件；
②第2m(m＝1,2,3……M)层为平面光学准直阵列元件；
③第2m+1(m＝1,2,3……M)层为平面光学开关阵列元件，每一层平面光学开关阵列元件对应一个输出端口。
所述功能元件是指至少具备上述分波、准直、开关、导波和合波功能中一种功能的平面光学元件。其中，分波是指将输入光信号中的特定波长引导至相应的导波空间；准直是对光信号传播路径进行约束使其按所期望的方向传播；开关是指可以实现光信号传播方向快速切换的导波器件；导波是指引导特定波长的光信号沿着特定导波空间传播；合波是将波长频率或(和)导波空间不同的光信号引导至同一导波空间。
具体的说，平面光学开关阵列元件中集成导波元件或合波元件。导波元件设置在同一行的各开关功能元件之间，以及该行第N列开关功能元件与第N+1列合波元件之间，用于引导特定波长的光信号沿着特定导波空间传播。
合波元件设置于每行第N+1列，用于将波长频率或/和导波空间不同的光信号引导至同一导波空间。
本发明的光信号选择调度装置可大幅缩小元件尺寸、减少系统复杂性，降低光器件插入损耗和通道间串扰，实现高维度波长选择交叉器件的集成。
具体而言，本发明实施例提供一种光信号选择调度装置所包含的功能元件用于：
①平面光学分波阵列元件第n(n＝1,2,3……N)列用于实现第n个输入光信号的分波，将第n个输入光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量分离至第k行第n列分波阵列元件所处的位置,使其能垂直导入下一层平面光学阵列元件中的第k(k＝1,2,3……K)行第n(n＝1,2,3……N)列功能元件上；
②平面光学准直阵列元件中的第k(k＝1,2,3……K)行第n(n＝1,2,3……N)列准直元件用于实现第n个输入光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量的准直，使其能垂直导入下一层平面光学阵列元件中的第k(k＝1,2,3……K)行第n(n＝1,2,3……N)列功能元件上；
③平面光学开关阵列元件中的第k(k＝1,2,3……K)行第n(n＝1,2,3……N)列开关元件用于实现第n个输入光信号中所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量传播路径切换，通过对开关元件的控制可在如下两种传播路径上选择一种传播路径：
(A)输入光信号对应的输出端口为m时，在未到达第2m+1层之前的开关阵列元件中，垂直导入下一层平面光学准直阵列元件中的第k(k＝1,2,3……K)行第n(n＝1,2,3……N)列功能元件上；
(B)在到达第2m+1层的开关阵列元件中，沿着第k行各开关阵列元件之间的导波元件、以及第N列开关阵列元件与第N+1列的合波元件之间的导波元件水平传播至第k行第N+1列的导波空间；
任意时刻，平面光学开关阵列元件中的第k(k＝1,2,3……K)行最多只有一个开关元件选择传播路径(B)。
④平面光学开关阵列元件中的第N+1列为合波元件，用于将本层平面光学阵列元件中前N列所对应行开关元件切换过来的光信号分量进行合波并引导至对应的输出端口。
如图1所示的平面光学阵列元件由K行和N+1列的功能元件阵列构成，其中λ1，λ2，λ3……λK为功能阵列的行标号，I1，I2，I3……IN为功能阵列前N列的列标号，O为功能阵列第N+1列的列标号。任意相邻两列之间保持了一定间隔以避免产生干扰。平面光学阵列中的功能元件根据其所在的行列位置进行了标号,第k(k＝1,2,3……K)行第n(n＝1,2,3……N)列功能元件标号为Fkn(k＝1,2,3……K,n＝1,2,3……N)，第N+1列第k(k＝1,2,3……K)行的功能元件标号为Ok(n＝1,2,3……N)。标号为Fkn(k＝1,2,3……K,n＝1,2,3……N)的功能元件主要实现分波、准直和开关功能，标号为Ok(k＝1,2,3……K)的功能元件为合波元件，主要实现合波功能。
如图2所示的平面光学分波阵列元件由K行和N+1列的功能元件阵列构成，其中λ1，λ2，λ3……λK为分波阵列元件的行标号，I1，I2，I3……IN为分波阵列元件前N列的列标号，O为功能阵列第N+1列的列标号。任意相邻两列之间保持了一定间隔以避免产生干扰。
平面光学阵列中的功能元件根据其所在的行列位置进行了标号,第k(k＝1,2,3……K)行第n(n＝1,2,3……N)列分波阵列元件标号为Dkn(k＝1,2,3……K,n＝1,2,3……N)。第N+1列第k(k＝1,2,3……K)行功能元件空缺。
标号为Dkn(k＝1,2,3……K,n＝1,2,3……N)的分波阵列元件将第n个输入光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量分离至第k行第n列分波阵列元件所处的位置，并使其向下垂直传播。
如图3所示的平面光学准直阵列元件由K行和N+1列的功能元件阵列构成，其中λ1，λ2，λ3……λK为准直阵列元件的行标号，O为功能阵列第N+1列的列标号。任意相邻两列之间保持了一定间隔以避免产生干扰。
平面光学阵列中的功能元件根据其所在的行列位置进行了标号,第k(k＝1,2,3……K)行第n(n＝1,2,3……N)列分波阵列元件标号为Ckn(k＝1,2,3……K,n＝1,2,3……N)。第N+1列第k(k＝1,2,3……K)行功能元件空缺。
标号为Ckn(k＝1,2,3……K,n＝1,2,3……N)的准直阵列元件可将自上而下输入的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量的准直，使其能垂直导入下一层平面光学阵列元件中的第k(k＝1,2,3……K)行第n(n＝1,2,3……N)列功能元件上。
如图4所示的平面光学开关阵列元件由K行和N+1列的功能元件阵列构成，其中λ1，λ2，λ3……λK为开关阵列元件的行标号。任意相邻两列之间保持了一定间隔以避免产生干扰。
平面光学阵列中的功能元件根据其所在的行列位置进行了标号,第k(k＝1,2,3……K)行第n(n＝1,2,3……N)列开关阵列元件标号为Skn(k＝1,2,3……K,n＝1,2,3……N)。第N+1列第k(k＝1,2,3……K)行的功能元件标号为合波元件Ok(k＝1,2,3……K)。
标号为Skn(k＝1,2,3……K,n＝1,2,3……N)的开关元件对自上而下输入的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量传播路径进行切换，通过对开关元件的控制可在如下两种传播路径上选择一种传播路径：
(A)垂直导入下一层平面光学阵列元件中的第k(k＝1,2,3……K)行第n(n＝1,2,3……N)列功能元件上；
(B)沿着第k行各开关阵列元件之间的导波元件、以及第N列开关阵列元件与第N+1列的合波元件之间的导波元件水平传播至第k行第N+1列的导波空间；
任意时刻，平面光学开关阵列元件中的第k(k＝1,2,3……K)行最多只有一个开关元件选择传播路径(B)。
标号为Ok(k＝1,2,3……K)的合波元件将本层平面光学开关阵列元件第k(k＝1,2,3……K)行中前N列所对应行开关元件切换过来的光信号分量进行合波并引导至输出端口。
如图5所示的支持N个输入端口，M个输出端口的光信号选择调度装置由2M+1层具有分波、准直、开关、导波和合波功能的平面光学阵列元件逐层堆叠构成。
各层平面光学阵列元件自上而下依次标号为L_1，L_2，L_3，……L_2M+1；各层平面光学阵列元件第k(k＝1,2,3……K)行第n(n＝1,2,3……N)列标号为Fkn(k＝k＝1,2,3……K,n＝1,2,3……N)的功能元件自上而下垂直对齐。
图5对各层平面光学阵列元件行剖面上功能元件进行了标号：Dn(n＝1,2,3……N)为平面光学分波阵列元件上第n列分波阵列元件；Cn(n＝1,2,3……N)为平面光学准直阵列元件上第n列准直阵列元件；Sn(n＝1,2,3……N)为平面光学开关阵列元件上第n列开关阵列元件；O_m(m＝1,2,3……M)为L_2m+1(m＝1,2,3……M)层平面光学开关阵列元件上的第N+1列合波元件。
构成上述N个输入M个输出的光信号选择调度装置，其平面光学开关阵列元件在垂直方向上的堆叠顺序自上而下依次为：L_1层为平面光学分波阵列元件；L_2m(m＝1,2,3……M)层为平面光学准直阵列元件；L_2m+1(m＝1,2,3……M)层为平面光学开关阵列元件。
支持N个输入端口，M个输出端口，波长起始频率为SHz，最小频谱调整间隔为ΔHz，最大频谱范围为K*ΔHz的光信号选择调度装置，其运行过程如下：
①第n(n＝1,2,3……N)个输入光信号通过L_1层的平面光学分波阵列元件中的分波阵列元件将所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz(k＝1,2,3……K)的光信号分量分离至第k行第n列分波阵列元件Dkn处，并使该光信号分量垂直导入L_2层平面光学准直阵列元件中的第k行第n列准直元件Ckn上；
②L_2层平面光学准直阵列元件中的第k行第n列准直元件Ckn对L_1层分波阵列元件分离的第n个输入光信号所包含频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量进行准直，使其能垂直导入下一层平面光学阵列元件中的第k行第n列的开关元件上；
③通过对L_3层平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件的控制，可在以下两种传播路径上选择一种传播路径：
第一种：垂直导入L_4平面光学准直阵列元件中的第k行第n列准直元件Ckn上；
第二种：沿着L_3层平面光学开关阵列元件第k行的导波元件水平传播至第k行第N+1列的导波空间；
例如，若输出端口m＝1，即第n个输入光信号所包含频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量对应的输出端口为O_1，则控制L_3层平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件使该光信号分量沿着L_3层平面光学开关阵列元件第k行的导波元件水平传播至第k行第N+1列的合波元件Ok所处的导波空间；
④若输出端口m＝y，即第n个输入光信号所包含频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量对应的输出端口为O_y(y＝2,3……M)，使该光信号分量从上至下依次垂直穿过L_4，L_5,……L_2y层平面光学阵列元件中的第k行第n列功能元件Ckn，最终在L_2y+1层平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件的控制下沿着L_2y+1平面光学开关阵列元件第k行的导波元件水平传播至第k行第N+1列的合波元件Ok所处的导波空间。
本发明实施例还提供一种采用光信号选择调度装置的光信号选择调度方法，包括以下步骤；
获取所述光信号选择调度装置支持的波长起始频率SHz，最小频谱调整间隔ΔHz；获取输入的光信号所包含的频率、输入端口n和对应的输出端口m；
将第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量分离至第k行第n列导波元件所处的位置，并使该光信号分量垂直导入下一层的平面光学准直阵列元件中的第k行第n列准直元件上；n为小于等于N的正整数，k为小于等于K的正整数；
平面光学准直阵列元件中的第k行第n列准直元件对第n个输入光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量进行准直处理，使其垂直导入下一层平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件上；
小于第2m+1层的平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件对第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量的进行方向切换，使其垂直导入下一层平面光学准直阵列元件中的第k行第n列的准直元件上；
第2m+1层的平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件对第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量的进行方向切换，使其沿着第k行水平传播至第k行第N+1列的合波元件；
平面光学开关阵列元件中的第N+1列合波元件将本层平面光学阵列元件中前N列所对应行开关元件切换过来的光信号分量进行合波并引导至对应的输出端口。
本发明实施例的光信号选择调度方法，采用上述平面光学阵列元件组成光信号选择调度装置进行光信号选择调度，大幅减少调度复杂性，且能有效降低光器件插入损耗和通道间串扰。
作为优选的实施方式，任意时刻，平面光学开关阵列元件中的第k行最多只有一个开关元件选择传播路径，使频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量沿着第k行水平传播至第k行第N+1列的导波空间。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种光信号选择调度装置，其特征在于；
所述光信号选择调度装置包括N个输入端口、M个输出端口，由2M+1层平面光学阵列元件逐层堆叠构成；
每一层平面光学阵列元件至少具备分波、准直、开关、导波和合波功能中一种功能；
每一层平面光学阵列元件包括(N+1)*K个功能元件，全部功能元件排列成N+1列，每一列包含一字排开但互不影响的K个功能元件，K＝最大频谱范围/最小频谱调整间隔；
每一层平面光学阵列元件的前N列用于N个输入光信号的处理，最后一列用于光信号的输出。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光信号选择调度装置的2M+1层平面光学开关阵列元件在垂直方向上的堆叠顺序自上而下依次为：
第1层为平面光学分波阵列元件；
第2m层为平面光学准直阵列元件，m为小于等于M的正整数；
第2m+1层为平面光学开关阵列元件，每一层平面光学开关阵列元件对应一个输出端口。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述功能元件包括：
平面光学分波阵列元件，用于：将输入光信号中的特定波长引导至相应的导波空间；
平面光学准直阵列元件，用于：对光信号传播路径进行约束使其按所期望的方向传播；
平面光学开关阵列元件，用于：切换光信号传播方向。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述平面光学开关阵列元件中集成导波元件或合波元件，所述导波元件用于引导特定波长的光信号沿着特定导波空间传播；所述合波元件用于将波长频率或/和导波空间不同的光信号引导至同一导波空间。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述光信号选择调度装置支持的波长起始频率为SHz，最小频谱调整间隔为ΔHz时，
平面光学分波阵列元件中的第n列分波阵列元件用于：将第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量分离至第k行第n列分波阵列元件所处的位置，并使该光信号分量垂直导入下一层的平面光学准直阵列元件中的第k行第n列准直元件上；n为小于等于N的正整数，k为小于等于K的正整数；
平面光学准直阵列元件中的第k行第n列准直元件用于：对第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量进行准直处理，使其垂直导入下一层平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件上；
平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件用于：对第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量的进行方向切换，使其垂直导入下一层平面光学阵列元件中的第k行第n列功能元件上，或沿着第k行水平传播至第k行第N+1列的合波元件；
平面光学开关阵列元件中的第N+1列合波元件用于：将本层平面光学阵列元件中前N列所对应行开关元件切换过来的光信号分量进行合波并引导至对应的输出端口。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：
光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件具体用于：对于由第n个输入端口输入的包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号，其输出端口与本层所对应的输出端口不一致时，将光信号分量进行方向切换，使其垂直导入下一层平面光学准直阵列元件中的第k行第n列的准直元件上；其输出端口与本层所对应的输出端口一致时，将光信号分量的进行方向切换，使其沿着第k行水平传播至第k行第N+1列的合波元件。
7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，任意时刻，平面光学开关阵列元件中的第k行最多只有一个开关元件使频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量沿着第k行水平传播至第k行第N+1列的导波空间。
8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，各层平面光学阵列元件中同一行数同一列数的功能元件自上而下垂直对齐。
9.一种采用如权利要求4所述的光信号选择调度装置的光信号选择调度方法，其特征在于，包括以下步骤；
获取所述光信号选择调度装置支持的波长起始频率SHz，最小频谱调整间隔ΔHz；获取输入的光信号所包含的频率、输入端口n和对应的输出端口m；
将第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量分离至第k行第n列导波元件所处的位置，并使该光信号分量垂直导入下一层的平面光学准直阵列元件中的第k行第n列准直元件上；n为小于等于N的正整数，k为小于等于K的正整数；
平面光学准直阵列元件中的第k行第n列准直元件对第n个输入光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量进行准直处理，使其垂直导入下一层平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件上；
小于第2m+1层的平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件对第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量的进行方向切换，使其垂直导入下一层平面光学准直阵列元件中的第k行第n列的准直元件上；
第2m+1层的平面光学开关阵列元件中的第k行第n列开关元件对第n个输入端口输入的光信号所包含的频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量的进行方向切换，使其沿着第k行水平传播至第k行第N+1列的合波元件；
平面光学开关阵列元件中的第N+1列合波元件将本层平面光学阵列元件中前N列所对应行开关元件切换过来的光信号分量进行合波并引导至对应的输出端口。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，任意时刻，平面光学开关阵列元件中的第k行最多只有一个开关元件选择传播路径，使频率为S+(k-1)*ΔHz至S+k*ΔHz的光信号分量沿着第k行水平传播至第k行第N+1列的导波空间。
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