CN113534353A - 波长选择开关及调试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学器件领域，公开了一种波长选择开关及调试方法，包括输入端、单轴反射镜面、干涉薄膜波长选择滤波片、聚焦透镜和输出端，输入端发射输入光，单轴反射镜面由MEMS系统驱动进行单轴转动，单轴反射镜面设置在输入端的一侧，用于接收并反射输入光，干涉薄膜波长选择滤波片设置在单轴反射镜面的一侧，用于基于入射角对输入光的折射波长进行选择得到选择光，聚焦透镜固定设置在干涉薄膜波长选择滤波片的一侧，用于汇聚选择光，输出端设置在聚焦透镜的一侧，用于接收选择光并进行输出，可以方便地实现波长选择，解决现有的选择开关无法自由在规定波长范围内选择波长的问题。

Description

波长选择开关及调试方法
技术领域
本发明涉及光学器件领域，尤其涉及一种波长选择开关及调试方法。
背景技术
通信领域研究机构和产业界的高度重视,ROADM作为全光网最重要的组成部分之一，可以给光网络带来灵活可变、降低功耗和成本、充分利用网络空闲资源等优势，近年来开始在骨干网和城域网规模部署。对于组成ROADM的重要元器件之一——1×N端口波长选择开关及调试方法(WSS)是目前及下一代ROADM的核心器件。
现有的选择开关无法自由在规定波长范围内选择波长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种波长选择开关及调试方法，旨在解决现有的选择开关无法自由在规定波长范围内选择波长的问题。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种波长选择开关，包括输入端、单轴反射镜面、干涉薄膜波长选择滤波片、聚焦透镜和输出端，所述输入端发射输入光，所述单轴反射镜面由MEMS系统驱动进行单轴转动，所述单轴反射镜面设置在所述输入端的一侧，用于接收并反射输入光，所述干涉薄膜波长选择滤波片设置在所述单轴反射镜面的法线的另一侧，用于基于入射角对输入光的折射波长进行选择得到选择光，所述聚焦透镜固定设置在所述干涉薄膜波长选择滤波片的另一侧，用于汇聚选择光，所述输出端设置在所述聚焦透镜的接收端一侧，用于接收选择光并进行输出。
其中，所述输入端为光纤准直器。
其中，所述输出端为多通道准直器。
其中，所述输出端包括多通道准直器和双轴反射镜片，所述双轴反射镜片由MEMS系统驱动进行双轴转动，所述双轴反射镜片设置在所述聚焦透镜的一侧，所述多通道准直器设置在所述双轴反射镜片的同一侧。
其中，所述多通道准直器为微透镜阵列准直器或多光纤准直器。
其中，所述单轴反射镜面通过电压控制进行转动。
其中，所述波长选择开关及调试方法还包括通讯单元、MCU、空间光路选择驱动电路、波长选择驱动电路、波长选择温度控制电路、空间光路选择器和波长选择器，所述通讯单元与所述MCU连接，所述空间光路选择驱动电路、波长选择驱动电路和波长选择温度控制电路分别与所述MCU连接，所述波长选择驱动电路与所述波长选择温度控制电路连接，所述空间光路选择器与所述空间光路选择驱动电路连接，所述波长选择器与所述波长选择驱动电路连接，所述空间光路选择器与所述双轴反射镜片连接，所述波长选择器与所述单轴反射镜面连接。
第二方面，本发明还提供一种波长选择开关的调试方法，包括：
对光纤准直器进行调试，调节单轴反射镜面，使得出射角度的位置在干涉薄膜波长选择滤波片上；
调节干涉薄膜波长选择滤波片的位置和角度，使得预设的所有波长信号均被选择；
调节聚焦透镜，使得所有波长信号都聚焦准直在双轴反射镜片上；
调节多通道准直器，实现所有波长和所有的输出光路耦合。
本发明的一种波长选择开关及调试方法，所述光纤准直器用于高斯光准直输入，然后入射到基于MEMS系统的所述单轴反射镜面(反射角度满足波长选择要求的20度甚至25度)，通过不同的电压值可以控制所述单轴反射镜面进行转动以形成不同反射角度的光。不同反射角度的光入射到所述干涉薄膜波长选择滤波片，根据不同的入射角实现滤波器的折射波长的选择。经过波长选择的光进入所述聚焦透镜实现光的汇聚，然后进入所述多通道准直器的不同光纤，从而可以方便地实现波长选择，解决现有的选择开关无法自由在规定波长范围内选择波长的问题。也能够实现波长选择路由器件的国产化，成熟产品的技术多采用反射光栅作为波长选择的关键元件，采用液晶或硅基液晶作为空间光路选择关键元件，MEMS系统作为空间光路选择元件基于温度特性优异的特点；薄膜干涉滤波器是成熟的工艺也广泛应用于波长选择，如WDM和大带宽滤波器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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是本发明的实施例1的结构图；
图2是本发明的实施例2的结构图；
图3是本发明的实施例2的控制结构图；
图4是本发明的实施例3的流程图。
1-输入端、2-单轴反射镜面、3-干涉薄膜波长选择滤波片、4-聚焦透镜、5-输出端、6-通讯单元、7-MCU、8-空间光路选择驱动电路、9-波长选择驱动电路、10-波长选择温度控制电路、11-空间光路选择器、12-波长选择器、51-多通道准直器、52-双轴反射镜片。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
实施例1
请参阅图1，本发明提供一种波长选择开关，包括：
输入端1、单轴反射镜面2、干涉薄膜波长选择滤波片3、聚焦透镜4和输出端5，所述输入端1发射输入光，所述单轴反射镜面2由MEMS系统驱动进行单轴转动，所述单轴反射镜面2设置在所述输入端1的一侧，用于接收并反射输入光，所述干涉薄膜波长选择滤波片3设置在所述单轴反射镜面2的一侧，用于基于入射角对输入光的折射波长进行选择得到选择光，所述聚焦透镜4固定设置在所述干涉薄膜波长选择滤波片3的一侧，用于汇聚选择光，所述输出端5设置在所述聚焦透镜4的一侧，用于接收选择光并进行输出；所述输入端1为光纤准直器；所述输出端5为多通道准直器51；所述多通道准直器51为微透镜阵列准直器或多光纤准直器。所述单轴反射镜面2通过电压控制进行转动。
在本实施方式中，所述光纤准直器用于高斯光准直输入，然后入射到基于MEMS系统的所述单轴反射镜面2(反射角度满足波长选择要求的20度甚至25度)，通过不同的电压值可以控制所述单轴反射镜面2进行转动以形成不同反射角度的光。
不同反射角度的光入射到所述干涉薄膜波长选择滤波片3，根据不同的入射角实现滤波器的折射波长的选择，如示意图中的第一波长和最后波长。经过波长选择的光进入所述聚焦透镜4实现光的汇聚，然后进入所述多通道准直器51的不同光纤。
其中所述单轴反射镜片(TF)采用平窗TO气密封装，该技术是成熟也易于实现，实现MEMS芯片的气密封装，所述输入端1的入射光到单轴反射镜片上，通过控制电压改变入射角以实现产生不同反射角度和位置的出射光。
干涉薄膜波长选择滤波片3的特性是光在不同的入射角的情况下由于干涉原理只有特定的波长的光才能通过，其它波长的光都被反射到自由空间，实现特定波长的选择。通过调节单轴反射镜片的偏转角度实现管理入射到薄膜干涉滤波片上光的角度和位置，选择特定波长的光通过薄膜滤波器。结构上根据光路计算设计薄膜干涉滤波片的装配位置，该滤波片可以装配在金属介质上。
实施例2
请参阅图2和图3，本发明提供一种波长选择开关，包括：
输入端1、单轴反射镜面2、干涉薄膜波长选择滤波片3、聚焦透镜4和输出端5，所述输入端1发射输入光，所述单轴反射镜面2由MEMS系统驱动进行单轴转动，所述单轴反射镜面2设置在所述输入端1的一侧，用于接收并反射输入光，所述干涉薄膜波长选择滤波片3设置在所述单轴反射镜面2的一侧，用于基于入射角对输入光的折射波长进行选择得到选择光，所述聚焦透镜4固定设置在所述干涉薄膜波长选择滤波片3的一侧，用于汇聚选择光，所述输出端5设置在所述聚焦透镜4的一侧，用于接收选择光并进行输出；所述输入端1为光纤准直器；所述输出端5包括多通道准直器51和双轴反射镜片52，所述双轴反射镜片52由MEMS系统驱动进行双轴转动，所述双轴反射镜片52设置在所述聚焦透镜4的一侧，所述多通道准直器51设置在所述双轴反射镜片52的一侧。所述多通道准直器51为微透镜阵列准直器或多光纤准直器。所述单轴反射镜面2通过电压控制进行转动。所述波长选择开关及调试方法还包括通讯单元6、MCU7、空间光路选择驱动电路8、波长选择驱动电路9、波长选择温度控制电路10、空间光路选择器11和波长选择器12，所述通讯单元6与所述MCU7连接，所述空间光路选择驱动电路8、波长选择驱动电路9和波长选择温度控制电路10分别与所述MCU7连接，所述波长选择驱动电路9与所述波长选择温度控制电路10连接，所述空间光路选择器11与所述空间光路选择驱动电路8连接，所述波长选择器12与所述波长选择驱动电路9连接，所述空间光路选择器11与所述双轴反射镜片52连接，所述波长选择器12与所述单轴反射镜面2连接。
在本实施方式中，通过所述通讯单元6可以与外部设备进行通讯以输入控制信号到所述MCU7中，通过所述空间光路选择驱动电路8，可以控制所述空间光路选择器11通过电压驱动所述双轴反射镜片52移动，通过所述波长选择驱动电机可以驱动所述波长选择器12通过电压带动所述单轴反射镜片2移动，所述波长选择温度控制电路10可以对所述波长选择驱动电路9的输出进行补偿以提高精确度。所述光纤准直器1用于高斯光准直输入，然后入射到基于MEMS系统的所述单轴反射镜面2(反射角度满足波长选择要求的20度甚至25度)，通过不同的电压值可以控制所述单轴反射镜面2进行转动以形成不同反射角度的光。
不同反射角度的光入射到所述干涉薄膜波长选择滤波片3，根据不同的入射角实现滤波器的折射波长的选择，如示意图中的第一波长和最后波长。经过波长选择的光进入所述聚焦透镜4实现光的汇聚，然后通过控制所述双轴反射镜片52沿X/Y轴的旋转角度实现将选择出不同波长的光耦合进所述多通道准直器51的不同光纤。
通过本发明可以实现波长选择路由器件的国产化，成熟的产品的技术多采用反射光栅作为波长选择的关键元件，采用液晶或硅基液晶作为空间光路选择关键元件，MEMS系统芯片作为空间光路选择元件基于温度特性优异的特点；干涉薄膜波长选择滤波片3是成熟的工艺也广泛应用于波长选择，如WDM和大带宽滤波器；
采用干涉薄膜波长选择滤波片3实现波长的选择，通过对基板和镀膜参数控制的方式，可以实现器件对于温度和应力的敏感度降低；
采用通过电压的变化来驱动MEMS系统，使得所述单轴反射镜面2实现改变的入射光进入薄膜滤波片的入射角，优化传统的用步进电机旋转薄膜滤波光的方式。入射角的改变精度更高相应时间更快，分别可以达到0.01度的精度调节和5ms的响应时间；
在自由空间上实现光路的耦合，结构上具有灵活性，设计上在光路和物理位置有冲突的情况下可以通过适当的反射镜面实现光路的冗余；
通过MCU7控制驱动电压的电压输出的智能管理，实现对两个MEMS系统的反射角度控制，分别实现波长和输出通道的智能管理。
所述多通道准直器51采用单个聚焦透镜4和多纤光纤装配的方式，制作上采用调试多纤光纤的方式，最大N可以达到96。
实施例3
请参阅图3，本发明提供一种波长选择开关的调试方法，包括：
S101对光纤准直器进行调试，使得出射角度的位置在干涉薄膜波长选择滤波片3上；
S102调节干涉薄膜波长选择滤波片3的位置和角度，使得预设的所有波长信号均被选择；
S103调节聚焦透镜4，使得所有波长信号都聚焦准直在双轴反射镜片52上；
S104调节多通道准直器51，实现所有波长和所有的输出光路耦合。
通过MCU控制单轴反射镜面2和多轴反射镜面，实现输入光纤的光信号所携带的所有波长能从所有的输出光路输出。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种波长选择开关，其特征在于，
包括输入端、单轴反射镜面、干涉薄膜波长选择滤波片、聚焦透镜和输出端，所述输入端发射输入光，所述单轴反射镜面由MEMS系统驱动进行单轴转动，所述单轴反射镜面设置在所述输入端的一侧，用于接收并反射输入光，所述干涉薄膜波长选择滤波片设置在所述单轴反射镜面的一侧，用于基于入射角对输入光的折射波长进行选择得到选择光，所述聚焦透镜固定设置在所述干涉薄膜波长选择滤波片的一侧，用于汇聚选择光，所述输出端设置在所述聚焦透镜的一侧，用于接收选择光并进行输出。
2.如权利要求1所述的一种波长选择开关，其特征在于，
所述输入端为光纤准直器。
3.如权利要求2所述的一种波长选择开关，其特征在于，
所述输出端为多通道准直器。
4.如权利要求2所述的一种波长选择开关，其特征在于，
所述输出端包括多通道准直器和双轴反射镜片，所述双轴反射镜片由MEMS系统驱动进行双轴转动，所述双轴反射镜片设置在所述聚焦透镜的一侧，所述多通道准直器设置在所述双轴反射镜片的一侧。
5.如权利要求3或4所述的一种波长选择开关，其特征在于，
所述多通道准直器为微透镜阵列准直器或多光纤准直器。
6.如权利要求1所述的一种波长选择开关，其特征在于，
所述单轴反射镜面通过电压控制进行转动。
7.如权利要求4所述的一种波长选择开关，其特征在于，
所述波长选择开关还包括通讯单元、MCU、空间光路选择驱动电路、波长选择驱动电路、波长选择温度控制电路、空间光路选择器和波长选择器，所述通讯单元与所述MCU连接，所述空间光路选择驱动电路、波长选择驱动电路和波长选择温度控制电路分别与所述MCU连接，所述波长选择驱动电路与所述波长选择温度控制电路连接，所述空间光路选择器与所述空间光路选择驱动电路连接，所述波长选择器与所述波长选择驱动电路连接，所述空间光路选择器与所述双轴反射镜片连接，所述波长选择器与所述单轴反射镜面连接。
8.一种波长选择开关的调试方法，应用于如权利要求4所述的一种波长选择开关，其特征在于，
对光纤准直器进行调试，调节单轴反射镜面，使得出射角度的位置在干涉薄膜波长选择滤波片上；
调节干涉薄膜波长选择滤波片的位置和角度，使得预设的所有波长信号均被选择；
调节聚焦透镜，使得所有波长信号都聚焦准直在双轴反射镜片上；
调节多通道准直器，实现所有波长和所有的输出光路耦合。
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