CN116148985A - 波长选择开关 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例公开了一种波长选择开关，包括光纤模组、光学芯片组以及光切换模组，光学芯片组包括一个或者多个光学芯片；光纤模组向光学芯片组发射入射光束；入射光束在光学芯片组中被分为具有不同波长的多束色散光束，多束色散光束分别从光学芯片组的不同位置出射至光切换模组中，经过光切换模组的反射后返回光学芯片组中，多束色散光束在光学芯片组中合成一束信号波束，信号波束从光学芯片组出射后返回光纤模组。本申请的技术方案能够大幅度简化光学透镜的耦合调测，消除固有像差，减小产品体积；在生产制造时，基于集成光学的特点，适合大规模生产，复制产能更为高效，进而能够实现低成本，实现可重构光网络从骨干网下沉到汇聚层与数据中心。

Description

波长选择开关
技术领域
本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种波长选择开关。
背景技术
WSS(Wavelength Selective Switch)波长选择开关是光骨干网络的核心产品，其功能是实现任意波长配置到任意端口，从而实现了可重构光分插复用(ROADM)这里的“任意波长”代表了光信号传输的通道；“任意端口”代表了信号在光网络中传输的方向。
WSS产品的现有实现技术基于空间光学，其结构包含光纤阵列，衍射光栅，反射镜，硅基液晶(LCOS)或者微机电系统(MEMS)。由功能实现是：光信号由光纤阵列传输到光路，之后由衍射光栅将光束在空间上进行色散，之后由硅基液晶(或MEMS)对不同波长的出射方向进行控制，为了减小产品尺寸，通过反射镜对光路进行折叠。其基本原理示意图如图1所示。
基于空间光学的WSS需要多个透镜(一般的，透镜的数量需要5块或以上)进行高斯光束的整形，准直。由此造成相关的问题有：
1、需要对多个透镜进行多个维度的有源耦合，工艺复杂，制造周期长。
2、多个透镜的光学表面要求极高，导致原料成本高。
3、由球透镜面型引起的色散方向和端口方向的像差，导致插损变大，难以平衡或修正。
4、基于空间光学的WSS设计，规模化生产需要大量资金复制生产线。无法像其他光电产品一样，走向集成化，规模化。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种波长选择开关，用以解决现有技术中采用空间光学的WSS具有结构复杂、插损增大、成本高等技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种波长选择开关，包括：依次连接的光纤模组、光学芯片组以及光切换模组，其中，所述光学芯片组包括一个或者多个光学芯片，所述光学芯片用于对光进行耦合和传播；
所述光纤模组向所述光学芯片组发射入射光束；
所述入射光束在所述光学芯片组中被分为具有不同波长的多束色散光束，所述多束色散光束分别从所述光学芯片组的不同位置出射至所述光切换模组中，所述多束色散光束分别经过光切换模组的反射后返回所述光学芯片组中，所述多束色散光束在所述光学芯片组中合成一束信号波束，所述信号波束从所述光学芯片组出射后返回所述光纤模组中。
通过本实施例提供的方案，将入射光束的色散和配光功能集成在一个光学芯片组中，使波长选择开关从空间光学器件变为集成光学器件，由于入射光束、色散光束和信号波束传播的光路均实现制作在光学芯片组中，就规避了对透镜等器件的有源耦合、光学冷加工等复杂的工序，能够实现规模化、集成化生产，还能避免透镜引起的固有像差，减小插损，提高信号传输效果和信道隔离度。
在一种优选的实施方案中，所述光学芯片组包括一个光学芯片，所述光学芯片包括集成在一起且互相连接的光色散模组和光交叉模组；或者所述光学芯片组包括集成在一起的两个光学芯片，其中一个所述光学芯片具有光色散模组，另一个所述光学芯片具有光交叉模组；
所述光色散模组与所述光纤模组连接，所述光交叉模组与所述光切换模组连接；
在所述光色散模组中，所述入射光束被光色散后形成所述多束色散光束，所述多束色散光束在被光合束后形成一束所述信号波束；
在所述光交叉模组中，所述多束色散光束被光交叉后根据不同波长分别从所述光交叉模组的不同位置出射，所述多束色散光束返回并被光交叉后根据不同信号分别汇聚在一起后汇入所述光色散模组。
通过本实施例提供的方案，光色散模组起到对入射光束进行分束、对色散光束进行合束的作用，光交叉模组起到对色散光束按照波长进行光路分配出射、以及将返回的色散光束汇聚至与已选择信号对应的出射位置的作用，两者分开设计，集成配合，可集成在一个光学芯片中也可以分别集成在不同的光学芯片中，既能实现波长切换时插损减小，又能方便光学芯片的制造和装配。
在一种优选的实施方案中，所述光色散模组具有与所述光纤模组连接的入射面，所述光交叉模组具有与所述光切换模组连接的出射面；
在所述入射面上设有一个信号输入端和能够输出不同信号的多个信号输出端，所述出射面设有能够传输不同波长的所述色散光束的多组传输端口组；
每组所述传输端口组均包括一个出射端口和多个入射端口，在单个所述传输端口组中，所述入射端口与所述信号输出端一一对应；
所述入射光束从所述信号输入端进入所述光色散模组，所述色散光束从所述出射端口出射且经所述光切换模组反射后从所述入射端口入射，所述信号波束从所述信号输出端进入所述光纤模组。
通过本实施例提供的方案，信号输入端确定入射光束进入光学芯片组的位置，各个出射端口确定各个波长的色散光束离开光学芯片组的位置，各个传输端口组的各个入射端口确定不同信号下各个波长的色散光束返回光学芯片组的位置，各个信号输出端确定信号波束输出光学芯片组的位置，由信号输入端、各出射端口、各入射端口以及信号输出端确定了对应不同信号时，从发射入射光束到接收信号波束的传播路径。
在一种优选的实施方案中，所述光交叉模组包括交叉导光体和波导阵列，所述波导阵列集成在所述交叉导光体中，所述出射面位于所述交叉导光体上；
所述波导阵列将所述多束色散光束分配至与所述色散光束的波长对应的所述传输端口组的所述出射端口出射。
通过本实施例提供的方案，预先在交叉导光体中制作波导阵列，将不同波长的色散光束的传播路径预先进行分配，使色散光束在交叉导光体中能够有序传播。
在一种优选的实施方案中，所述交叉导光体具有与所述光色散模组连接的耦合面，所述耦合面与所述出射面相对设置，在所述耦合面上设有一组耦合入射口组和能够传输不同信号的多组耦合出射口组，所述耦合入射口组具有多个耦合入射端，每组所述耦合出射口组均具有多个耦合出射端；
所述波导阵列具有能够通过不同波长的所述色散光束的多个信号通道，通过所述信号通道将所述耦合入射口组的各个所述耦合入射端与各组所述传输端口组的各个所述出射端口根据波长一一连接起来，通过所述信号通道将所述耦合出射口组的各个所述耦合出射端与各组所述传输端口组的各个所述入射端口根据波长和信号一一对应连接起来。
通过本实施例提供的方案，色散光束根据波长被分配至不同的信号通道，互相之间不会相交、串扰、发生衍射等问题，且通过信号通道能够将根据信号将返回的色散光束引导至能够传播至信号对应的信号输出端。
在一种优选的实施方案中，在所述耦合面上，所述耦合入射口组和各组所述耦合出射口组沿第一方向排布，各个所述耦合入射端沿所述第一方向排列，各组所述耦合出射口组中的各个所述耦合出射端沿所述第一方向排列；
在所述出射面上，各组所述传输端口组沿所述第一方向排布，各组所述传输端口组中的所述出射端口和所述多个入射端口沿与所述第一方向垂直的第二方向排列。
通过本实施例提供的方案，波导阵列中的信号通道形成一个三维光传输系统，在分配光时，色散光束横向散开，在接收光时，返回的色散光束根据信号的不同竖向选择进入光交叉模组的入射端口，实现竖直方向的光切换。
在一种优选的实施方案中，所述第一方向为水平方向，所述第二方向为竖直方向。
在一种优选的实施方案中，所述多个信号通道通过三维波导的方式形成于所述交叉导光体中。
通过本实施例提供的方案，能够制作出精确度更高的信号通道和波导阵列。
在一种优选的实施方案中，所述光色散模组包括色散导光体和多个阵列波导光栅，所述多个阵列波导光栅集成安装在所述色散导光体中，所述入射面位于所述色散导光体上；
所述多个阵列波导光栅分别与所述信号输入端和所述多个信号输出端一一对应耦合连接，同时所述多个阵列波导光栅分别与所述耦合入射口组以及所述多个耦合出射口组一一对应设置；
所述入射光束在所述阵列波导光栅中被光色散后根据波长被分束成所述多束色散光束后通过所述耦合入射口组进入所述波导阵列中的各所述信号通道；
从其中一组所述耦合出射口组中出射的多束色散光束在对应所述阵列波导光栅中被光合束后形成一束所述信号波束。
通过本实施例提供的方案，采用阵列波导光栅能够根据需要输出指定波长的色散光束，以及将返回的色散光束合束成信号波束，实现波分复用和解复用。
在一种优选的实施方案中，具有不同波长的所述色散光束沿这所述色散导光体中不同的色散波导出射。
通过本实施例提供的方案，色散导光体的介质均匀，针对不同波长的色散光束会将其折射至色散导光体的不同位置处出射，使得各个色散光束之间有一定间隔，互相之间不会串扰产生衍射之类的问题。
在一种优选的实施方案中，所述光纤模组具有一个输入信道和能够输出不同信号的多个输出信道，所述输入信道与所述信号输入端耦合连接，所述多个输出信道与所述多个信号输出端一一对应耦合连接。
通过本实施例提供的方案，对应不同信号的信号波束将从不同的位置、不同的路径传输出去，让光学芯片组发挥选择信号的功能，光纤模组发挥输入输出功能，简化光纤模组的结构和设计难度，同时也能够使信号波束能够准确地从光纤模组中发出。
在一种优选的实施方案中，所述光纤模组包括光纤阵列以及封装固定在所述光纤阵列中的多根光纤，其中一根所述光纤形成所述输入信道，其余所述光纤形成所述输出信道。
通过本实施例提供的方案，传播入射光线的输入信道和信号波束的输出信道被固定，不会产生光扰动进而影响波长选择开关的效果。
在一种优选的实施方案中，所述光切换模组包括准直透镜阵列和反射器件，所述准直透镜阵列与所述光学芯片组耦合连接，所述反射器件耦合连接在所述准直透镜阵列的远离所述光学芯片组的一侧；
所述准直透镜阵列将所述多束色散光束准直后汇聚至所述反射器件，所述反射器件将被准直的所述多束色散光束反射，被反射的所述多束色散光束经所述准直透镜阵列返回所述光学芯片组。
通过本实施例提供的方案，将色散光束准直后再出射，能够使色散光束被反射后准确地进入指定信号对应的入射端口，减小插损。
在一种优选的实施方案中，所述反射器件包括微电机系统和反射镜，所述微电机系统与所述反射镜连接并驱动所述反射镜；
所述光学芯片组具有与所述光纤模组连接的入射面以及与所述光切换模组连接的出射面；
在所述入射面上设有一个信号输入端和能够输出不同信号的多个信号输出端，所述出射面上设有能够传输不同波长的所述色散光束的多组传输端口组；
每组所述传输端口组均包括一个出射端口和多个入射端口，在单个所述传输端口组中，所述入射端口与所述信号输出端一一对应；
具有不同波长的多束所述色散光束从各个所述出射端口射出并投射至所述反射镜，所述微电机系统根据不同信号调节所述反射镜相对于所述光学芯片组的倾斜角度，改变所述色散光束的反射方向，控制所述色散光束反射至与所述色散光束的波长对应的所述传输端口组中与所述信号输出端对应的其中一个入射端口。
通过本实施例提供的方案，反射器件中只需要布置一列一维的反射镜，结构实现简单。
在一种优选的实施方案中，所述反射镜的数量为至少二个，所述反射镜与所述传输端口组根据所述色散波束的波长一一对应。
在一种优选的实施方案中，所述反射器件为硅基液晶阵列；
所述光学芯片组具有与所述光纤模组连接的入射面、与所述光切换模组连接的出射面以及位于所述入射面和所述出射面之间的偏振分束与合束结构，所述偏振分束与合束结构对所述多束色散光束进行偏振转换；
在所述入射面上设有一个信号输入端和能够输出不同信号的多个信号输出端，所述出射面上设有能够传输不同波长的所述色散光束的多组传输端口组；
每组所述传输端口组均包括一个出射端口和多个入射端口，在单个所述传输端口组中，所述入射端口与所述信号输出端一一对应；
具有不同波长的多束所述色散光束从各个所述出射端口射出并投射至所述硅基液晶阵列，所述硅基液晶阵列根据不同信号生成闪耀光栅，改变所述色散光束的反射方向，控制所述色散光束反射至与所述色散光束的波长对应的所述传输端口组中与所述信号输出端对应的其中一个入射端口。
第二方面，本申请实施例还公开了一种光学芯片，包括光色散模组，或者包括光交叉模组，或者包括集成在一起且互相连接的光色散模组和光交叉模组；
所述光色散模组用于将接收的入射光束进行光色散形成多束色散光束后出射，以及将返回的所述多束色散光束进行光合束形成一束信号波束后出射；
所述光交叉模组用于将接收的所述多束色散光束进行光交叉后根据不同波长分别从所述光交叉模组的不同位置出射，以及将返回的所述多束色散光束进行光交叉后根据不同信号分别汇聚在一起后出射。
第三方面，本申请实施例还公开了一种光通信设备，所述光通信设备包括光发送部件、光接收部件和如第一方面及第一方面各种实现方式所述的波长选择开关，所述光发送部件向所述波长选择开关发送入射光束，所述波长选择开关将所述入射光束根据波长转换成对应的信号波束，所述光接收部件接收从波长选择开关中输出的所述信号波束。
与现有技术相比，本技术方案至少具有如下有益效果：
本申请实施例所公开的波长选择开关，采用集成光学芯片组的结构，相比于空间光学，能够大幅度简化光学透镜的耦合调测，消除固有像差，减小产品体积；在生产制造时，基于集成光学的特点，适合大规模生产，复制产能更为高效，进而能够实现低成本，实现可重构光网络从骨干网下沉到汇聚层与数据中心。
附图说明
图1是现有技术中采用空间光学的波长选择开关的示意图；
图2是本申请实施例所提供的波长选择开关的结构示意图；
图3是本申请实施例所提供的波长选择开关中光交叉模组各个端口的布置示意图；
图4是本申请实施例所提供的波长选择开关中光交叉模组内波导阵列的示意图；
图5是本申请实施例所提供的波长选择开关中采用微电机系统的光切换模组与光交叉模组的组合示意图；
图6是本申请实施例所提供的波长选择开关中采用硅基液晶的光切换模组与光交叉模组的组合示意图；
图7是本申请实施例所提供的光通信设备的示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
本申请实施例公开了一种波长选择开关，用集成光学代替空间光学实现WSS(波长选择开关)的方法，能够简化产品结构(减少光学镜片数量)，用光学芯片代替大部分透镜，用波导光学实现光的整形、光色散和光交叉，从而实现波长选择和信号切换。
如图2所示，本实施例的波长选择开关包括：依次连接的光纤模组1、光学芯片组2以及光切换模组3，其中，光学芯片组2包括一个或者多个光学芯片，光学芯片用于对光进行耦合和传播；光纤模组1向光学芯片组2发射入射光束L-in；入射光束L-in在光学芯片组2中被分为具有不同波长的多束色散光束L-dis，多束色散光束L-dis分别从光学芯片组2的不同位置出射至光切换模组3中，多束色散光束L-dis分别经过光切换模组3的反射后返回光学芯片组2中，多束色散光束L-dis在光学芯片组2中合成一束信号波束L-sl，信号波束L-sl从光学芯片组2出射后返回光纤模组1中。在此过程中,任意波长的信号波束L-sl可返回到光纤模组1中的任意光纤，从而实现波长选择开关功能。
本实施例的波长选择开关中，具有三部分功能：光色散、光交叉和光切换，其中光学芯片组2集成了光色散和光交叉功能，光切换模组3实现光切换功能，其中集成是指集约度很高的生产工艺、生产设备及产品，能够布置成千上万个零件。具体来说，入射光束L-in从光纤模组1中射出后进入光学芯片组2，先在光学芯片组2中进行光色散，入射光束L-in被分束成多束色散光束L-dis，该多束色散光束L-dis再经过光交叉，将不同波长的色散光束L-dis分开至不同位置出射，这些出射的位置均与特定波长相对应，即特定波长的色散光束L-dis只能在该位置或附近出射或入射，然后色散光束L-dis经过光切换模组3根据需要切换的信号切换返回光学芯片组2的入射位置，具有不同波长的色散光束L-dis分别在与波长对应的入射位置进入光学芯片组2，所有色散光束L-dis再经过光交叉被汇聚在一起，再经过光合束(光色散的反向操作)后汇聚成一束信号波束L-sl，该信号波束L-sl输出光学芯片组2返回光纤模组1，该信号波束L-sl具有选定的信号，执行与该信号对应的特定的任务。
采用本实施例的波长选择开关，将入射光束L-in的色散和配光功能集成在一个集成光学芯片组2中，使波长选择开关从空间光学器件变为集成光学器件，由于入射光束L-in、色散光束L-dis和信号波束L-sl传播的光路均实现制作在光学芯片组2中，就规避了对透镜等器件的有源耦合、光学表面制作等复杂的工序，能够实现规模化、集成化生产，还能避免透镜引起的固有像差，减小插损，提高信号传输效果和切换效率。
在本实施例的波长选择开关中，光学芯片组2中光学芯片的数量可以是一个，也可以是两个。当光学芯片组2包括一个光学芯片时，该光学芯片包括集成在一起且互相连接的光色散模组4和光交叉模组5；或者当光学芯片组2包括集成在一起的两个光学芯片时，其中一个光学芯片具有光色散模组4，另一个光学芯片具有光交叉模组5。光色散模组4与光纤模组1连接，光交叉模组5与光切换模组3连接；在光色散模组4中，入射光束L-in被光色散后形成多束色散光束L-dis，多束色散光束L-dis在被光合束后形成一束信号波束L-sl；在光交叉模组5中，多束色散光束L-dis被光交叉后根据不同波长分别从光交叉模组5的不同位置出射，多束色散光束L-dis返回并被光交叉后根据不同信号分别汇聚在一起汇入光色散模组4。上述设计使得不同波长的色散光束L-dis从不同位置出射，根据信号由光切换模组3选择色散光束L-dis的返回路径，光交叉模组5再起到将切换好返回路径的色散光束L-dis分配至与信号对应的位置使传播相同信号的色散光束汇聚在一起再汇入光色散模组4，从而实现信号的切换。
采用本实施例的波长选择开关，光色散模组4起到对入射光束L-in进行分束、对色散光束L-dis进行合束的作用，光交叉模组5起到对色散光束L-dis按照波长进行光路分配出射、以及将返回的色散光束L-dis汇聚至与已选择信号对应的出射位置的作用，两者分开设计，集成配合，可集成在一个光学芯片中也可以分别集成在不同的光学芯片中，既能实现波长切换时插损减小，又能方便光学芯片的制造和装配。
在本实施例的波长选择开关中，光色散模组4具有与光纤模组1连接的入射面6，光交叉模组5具有与光切换模组3连接的出射面7；在入射面6上设有一个信号输入端8和能够输出不同信号的多个信号输出端9，信号输入端8和信号输出端9为入射面6上用于插接光传输元件的部位，出射面7设有能够传输不同波长的色散光束L-dis的多组传输端口组10；每组传输端口组10均包括一个出射端口11和多个入射端口12，出射端口11和入射端口12为出射面7上用于出射和接收光线的部位，在单个传输端口组10中，入射端口12与信号输出端9一一对应；入射光束L-in从信号输入端8进入光色散模组4，色散光束L-dis从出射端口11出射且经光切换模组3反射后从入射端口12入射，信号波束L-sl从信号输出端9进入光纤模组1。
采用本实施例的波长选择开关，信号输入端8确定入射光束L-in进入光学芯片组2的位置，各个出射端口11确定各个波长的色散光束L-dis离开光学芯组片2的位置，各个传输端口组10的各个入射端口12确定不同信号下各个波长的色散光束L-dis返回光学芯片组2的位置，各个信号输出端9确定信号波束L-sl输出光学芯片组2的位置，由信号输入端8、各出射端口11、各入射端口12以及信号输出端9确定了对应不同信号时，从发射入射光束L-in到接收信号波束L-sl的传播路径。
在本实施例的波长选择开关中，光色散模组4包括色散导光体13和多个阵列波导光栅14，多个阵列波导光栅14集成安装在色散导光体13中，入射面6位于色散导光体13上；多个阵列波导光栅14分别与信号输入端8和多个信号输出端9一一对应耦合连接；入射光束L-in在阵列波导光栅14中被光色散后根据波长被分束成多束色散光束L-dis后通过耦合入射端口12组进入波导阵列17中的各信号通道15；从其中一组耦合出射端口11组中出射的多束色散光束L-dis在对应阵列波导光栅14中被光合束后形成一束信号波束L-sl。
具体来说，光色散模组4具有光色散功能，采用集成光学的阵列波导光栅14(AWG)实现，阵列波导光栅14的材料可基于二氧化硅、氮化硅或者硅波导。阵列波导光栅14的具体设计可基于本实施例的波长选择开关的需求定制。
采用本实施例的波长选择开关，采用阵列波导光栅14能够根据需要输出指定波长的色散光束L-dis，以及将返回的色散光束L-dis合束成信号波束L-sl，实现波分复用和解复用。
在本实施例的波长选择开关中，色散光束L-dis在色散导光体13中的偏折角度与色散光束L-dis的波长成正比。
采用本实施例的波长选择开关，色散导光体13的介质均匀，针对不同波长的色散光束L-dis会将其折射至色散导光体13的不同位置处出射，使得各个色散光束L-dis之间有一定间隔，互相之间不会干扰产生衍射之类的问题。
如图3和图4所示，在本实施例的波长选择开关中，光交叉模组5包括交叉导光体16和波导阵列17，波导阵列17集成在交叉导光体16中，出射面7位于交叉导光体16上；波导阵列17将多束色散光束L-dis分配至与色散光束L-dis的波长对应的传输端口组10的出射端口11出射。
采用本实施例的波长选择开关，预先在交叉导光体16中制作波导阵列17，将不同波长的色散光束L-dis的传播路径预先进行分配，使色散光束L-dis在交叉导光体16中能够有序传播。
在本实施例的波长选择开关中，交叉导光体16具有与光色散模组4连接的耦合面18，耦合面18与出射面7相对设置，在耦合面18上设有一组耦合入射口组19和能够传输不同信号的多组耦合出射口组20，耦合入射口组19与一个阵列波导光栅14对应设置，多个耦合出射口组20与多个阵列波导光栅14分别一一对应设置。耦合入射口组19具有多个耦合入射端21，每组耦合出射口组20均具有多个耦合出射端22，耦合入射端21和耦合出射端22为耦合面18上用于在光色散模组4和光交叉模组5之间传输光线的部位；波导阵列17具有能够通过不同波长的色散光束L-dis的多个信号通道15，通过信号通道15将耦合入射口组19的各个耦合入射端21与各组传输端口组10的各个出射端口11根据波长一一连接起来，通过信号通道15将耦合出射口组20的各个耦合出射端22与各组传输端口组10的各个入射端口12根据波长和信号一一对应连接起来，信号通道15为光交叉模组5中用于传输光线的光传播路径。
采用本实施例的波长选择开关，色散光束L-dis根据波长被分配至不同的信号通道15，互相之间不会相交、干扰、发生衍射等问题，且通过信号通道15能够将根据信号将返回的色散光束L-dis引导至能够传播至信号对应的信号输出端9。
在本实施例的波长选择开关中，在耦合面18上，耦合入射口组19和各组耦合出射口组20沿第一方向D1排布，各个耦合入射端21沿第一方向D1排列，各组耦合出射口组20中的各个耦合出射端22沿第一方向D1排列；在出射面7上，各组传输端口组10沿第一方向D1排布，各组传输端口组10中的出射端口11和多个入射端口12沿与第一方向D1垂直的第二方向D2排列。其中，第一方向D1为水平方向，在图3和图4中是横向，第二方向D2为竖直方向，在图3和图4中是竖向。
采用本实施例的波长选择开关，波导阵列17中的信号通道15形成一个三维光传输系统，在分配光时，色散光束L-dis横向散开，在接收光时，返回的色散光束L-dis根据信号的不同竖向选择进入光交叉模组5的入射端口12，实现竖直方向的光切换。
在本实施例的波长选择开关中，多个信号通道15通过三维波导的方式形成于交叉导光体16中。其中三维波导的方式可以是激光直写或光子键合的方式。
采用本实施例的波长选择开关，能够制作出精确度更高的信号通道15和波导阵列17。
在本实施例的波长选择开关中，光纤模组1具有一个输入信道23和能够输出不同信号的多个输出信道24，输入信道23与信号输入端8耦合连接，多个输出信道24与多个信号输出端9一一对应耦合连接。
采用本实施例的波长选择开关，对应不同信号的信号波束L-sl将从不同的位置、不同的路径传输出去，让光学芯片组2发挥选择信号的功能，光纤模组1发挥输入输出功能，简化光纤模组1的结构和设计难度，同时也能够使信号波束L-sl能够准确地从光纤模组1中发出。
在本实施例的波长选择开关中，光纤模组1包括光纤阵列25(FAU，Fiber arrayunit)以及封装固定在光纤阵列25中的多根光纤，该光纤阵列25把多根光纤并排按照固定间距封装起来，是无源器件，其中一根光纤形成输入信道23，其余光纤形成输出信道24。
采用本实施例的波长选择开关，传播入射光线的输入信道23和信号波束L-sl的输出信道24被固定，不会产生光扰动进而影响波长选择开关的效果。
如图5和图6所示，在本实施例的波长选择开关中，光切换模组3包括准直透镜阵列26和反射器件27，准直透镜阵列26与光学芯片组2耦合连接，反射器件27耦合连接在准直透镜阵列26的远离光学芯片组2的一侧；准直透镜阵列26将多束色散光束L-dis准直后汇聚至反射器件27，反射器件27将被准直的多束色散光束L-dis反射，被反射的多束色散光束L-dis经准直透镜阵列26返回光学芯片组2。
采用本实施例的波长选择开关，将色散光束L-dis准直后再出射，能够使色散光束L-dis被反射后准确地进入指定信号对应的入射端口12，减小插损。
参见图5，在本实施例的波长选择开关中，反射器件27包括微电机系统28(MEMS)和反射镜29，微电机系统28与反射镜29连接并驱动反射镜29；结合图2至图5，光学芯片组2具有与光纤模组1连接的入射面6以及与光切换模组连接的出射面7；在入射面6上设有一个信号输入端8和能够输出不同信号的多个信号输出端9，出射面6上设有能够传输不同波长的色散光束L-dis的多组传输端口组10；每组传输端口组10均包括一个出射端口11和多个入射端口12，在单个传输端口组10中，入射端口11与信号输出端9一一对应；具有不同波长的多束色散光束L-dis从各个出射端口11射出并投射至反射镜29，微电机系统28根据不同信号调节反射镜29相对于光学芯片组2的倾斜角度，改变色散光束L-dis的反射方向，控制色散光束L-dis反射至与该色散光束L-dis的波长对应的传输端口组10中与信号输出端9对应的其中一个入射端口12。进一步地，反射镜29的数量为至少二个，反射镜29与传输端口组10根据色散波束L-dis的波长一一对应。具体来说，在图5中的反射器件27中，布置有一维阵列排布的多个反射镜29，反射镜29的数量根据从入射光束L-in分束出的色散光束L-dis的数量布置，一个反射镜29对应一束色散光束L-dis，各个反射镜29的倾斜角度根据对应的色散光束L-dis的波长设置，故在上述技术方案汇总，反射器件27中只需要布置一列一维的反射镜29，结构实现简单。
参见图6，在本实施例的波长选择开关中，反射器件27为硅基液晶阵列30(LCOS)；光学芯片组2具有与光纤模组1连接的入射面6、与光切换模组3连接的出射面7以及位于入射面6和出射面7之间的偏振分束与合束结构，偏振分束与合束结构对多束色散光束L-dis进行偏振转换；在入射面6上设有一个信号输入端8和能够输出不同信号的多个信号输出端9，出射面6上设有能够传输不同波长的色散光束L-dis的多组传输端口组10；每组传输端口组10均包括一个出射端口11和多个入射端口12，在单个传输端口组10中，入射端口11与信号输出端9一一对应；具有不同波长的多束色散光束L-dis从各个出射端口11射出并投射至反射镜29，硅基液晶阵列30根据不同信号形成闪耀光栅，改变色散光束L-dis的反射方向，控制色散光束L-dis投射至与色散光束L-dis的波长对应的传输端口组10中与信号输出端9对应的其中一个入射端口12。
结合图2至图5，本实施例的波长选择开关中，光纤模组1具有一个输入信道23和四个输出信道24，光学芯片组2中的光色散模组4在其入射面6处对应设置一个信号输入端8和四个信号输出端9。在光色散模组4内部对应设置五个阵列波导光栅14，其中一个阵列波导光栅14连接在信号输入端8，其余四个阵列波导光栅14分别一一对应连接在四个信号输出端9，每个阵列波导光栅14均可传输五种波长的光线(即五种颜色)。在光交叉模组5中，耦合面18设置横向排布的(即第一方向D1)一组耦合入射端口组19和四组耦合出射端口组20，其中耦合入射端口组19位于图中最上侧，耦合入射端口组20有横向排列的五个耦合入射端21，每个耦合入射端21对应入射一种波长(即一种颜色)的色散光束L-dis，每组耦合出射端口11组都有横向排列的五个耦合出射端22，每个耦合出射端22对应出射一种波长的色散光束L-dis；出射面7设置横向排布的(即第一方向D1)五组传输端口组10，每组传输端口组10都有竖向排列的(即第二方向D2)一个出射端口11和四个入射端口12，其中出射端口11位于图中最顶部，每组传输端口组10对应传输(即通过出射端口11出射及通过入射端口12入射)一种波长的色散光束L-dis；在耦合面18和出射面7之间，通过信号通道15将传输相同波长的色散光束L-dis的端口互相连通，实现光交叉功能。在光切换模组3中，准直透镜阵列26设置在反射器件27和光学芯片组2之间，将从光学芯片组2出射的色散光束L-dis进行准直，统一色散光束L-dis投射到反射器件27上的角度，进而统一反射角度，反射器件27可以通过两种方式控制其反射色散光束L-dis的反射角度，即微电机系统28驱动的反射镜29和硅基液晶阵列30，两者均能够实现波长选择和信号切换。
本申请实施例还公开了一种光学芯片，该光学芯片包括光色散模组4，或者包括光交叉模组5，或者包括集成在一起且互相连接的光色散模组4和光交叉模组5；光色散模组4用于将接收的入射光束L-in进行光色散形成多束色散光束L-dis后出射，以及将返回的多束色散光束L-dis进行光合束形成一束信号波束L-sl后出射；光交叉模组5用于将接收的多束色散光束L-dis进行光交叉后根据不同波长分别从光交叉模组5的不同位置出射，以及将返回的多束色散光束L-dis进行光交叉后根据不同信号分别汇聚在一起后出射。
本申请实施例还公开了一种光通信设备，该光通信设备包括光发送部件100、光接收部件200和如上文所述的波长选择开关300，光发送部件100向波长选择开关300发送入射光束L-in，波长选择开关300将入射光束L-in根据波长转换成对应的信号波束L-sl，光接收部件200接收从波长选择开关300中输出的信号波束L-sl。
本申请实施例所公开的波长选择开关，采用集成光学芯片的结构，相比于空间光学，能够大幅度简化光学透镜的耦合调测，消除固有像差，减小产品体积；在生产制造时，基于集成光学的特点，适合大规模生产，复制产能更为高效，进而能够实现低成本，实现可重构光网络从骨干网下沉到汇聚层与数据中心。
以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (18)

1.一种波长选择开关，其特征在于，包括：依次连接的光纤模组、光学芯片组以及光切换模组，其中，所述光学芯片组包括一个或者多个光学芯片，所述光学芯片用于对光进行耦合和传播；
所述光纤模组向所述光学芯片组发射入射光束；
所述入射光束在所述光学芯片组中被分为具有不同波长的多束色散光束，所述多束色散光束分别从所述光学芯片组的不同位置出射至所述光切换模组中，所述多束色散光束分别经过光切换模组的反射后返回所述光学芯片组中，所述多束色散光束在所述光学芯片组中合成一束信号波束，所述信号波束从所述光学芯片组出射后返回所述光纤模组中。
2.根据权利要求1所述的波长选择开关，其特征在于，所述光学芯片组包括一个光学芯片，所述光学芯片包括集成在一起且互相连接的光色散模组和光交叉模组；或者所述光学芯片组包括集成在一起的两个光学芯片，其中一个所述光学芯片具有光色散模组，另一个所述光学芯片具有光交叉模组；
所述光色散模组与所述光纤模组连接，所述光交叉模组与所述光切换模组连接；
在所述光色散模组中，所述入射光束被光色散后形成所述多束色散光束，所述多束色散光束在被光合束后形成一束所述信号波束；
在所述光交叉模组中，所述多束色散光束被光交叉后根据不同波长分别从所述光交叉模组的不同位置出射，所述多束色散光束返回并被光交叉后根据不同信号分别汇聚在一起后汇入所述光色散模组。
3.根据权利要求2所述的波长选择开关，其特征在于，所述光色散模组具有与所述光纤模组连接的入射面，所述光交叉模组具有与所述光切换模组连接的出射面；
在所述入射面上设有一个信号输入端和能够输出不同信号的多个信号输出端，所述出射面设有能够传输不同波长的所述色散光束的多组传输端口组；
每组所述传输端口组均包括一个出射端口和多个入射端口，在单个所述传输端口组中，所述入射端口与所述信号输出端一一对应；
所述入射光束从所述信号输入端进入所述光色散模组，所述色散光束从所述出射端口出射且经所述光切换模组反射后从所述入射端口入射，所述信号波束从所述信号输出端进入所述光纤模组。
4.根据权利要求3所述的波长选择开关，其特征在于，所述光交叉模组包括交叉导光体和波导阵列，所述波导阵列集成在所述交叉导光体中，所述出射面位于所述交叉导光体上；
所述波导阵列将所述多束色散光束分配至与所述色散光束的波长对应的所述传输端口组的所述出射端口出射。
5.根据权利要求4所述的波长选择开关，其特征在于，
所述交叉导光体具有与所述光色散模组连接的耦合面，所述耦合面与所述出射面相对设置，在所述耦合面上设有一组耦合入射口组和能够传输不同信号的多组耦合出射口组，所述耦合入射口组具有多个耦合入射端，每组所述耦合出射口组均具有多个耦合出射端；
所述波导阵列具有能够通过不同波长的所述色散光束的多个信号通道，通过所述信号通道将所述耦合入射口组的各个所述耦合入射端与各组所述传输端口组的各个所述出射端口根据波长一一连接起来，通过所述信号通道将所述耦合出射口组的各个所述耦合出射端与各组所述传输端口组的各个所述入射端口根据波长和信号一一对应连接起来。
6.根据权利要求5所述的波长选择开关，其特征在于，在所述耦合面上，所述耦合入射口组和各组所述耦合出射口组沿第一方向排布，各个所述耦合入射端沿所述第一方向排列，各组所述耦合出射口组中的各个所述耦合出射端沿所述第一方向排列；
在所述出射面上，各组所述传输端口组沿所述第一方向排布，各组所述传输端口组中的所述出射端口和所述多个入射端口沿与所述第一方向垂直的第二方向排列。
7.根据权利要求5所述的波长选择开关，其特征在于，所述第一方向为水平方向，所述第二方向为竖直方向。
8.根据权利要求5所述的波长选择开关，其特征在于，所述多个信号通道通过三维波导的方式形成于所述交叉导光体中。
9.根据权利要求5所述的波长选择开关，其特征在于，所述光色散模组包括色散导光体和多个阵列波导光栅，所述多个阵列波导光栅集成安装在所述色散导光体中，所述入射面位于所述色散导光体上；
所述多个阵列波导光栅分别与所述信号输入端和所述多个信号输出端一一对应耦合连接，同时所述多个阵列波导光栅分别与所述耦合入射口组以及所述多个耦合出射口组一一对应设置；
所述入射光束在所述阵列波导光栅中被光色散后根据波长被分束成所述多束色散光束后通过所述耦合入射口组进入所述波导阵列中的各所述信号通道；
从其中一组所述耦合出射口组中出射的多束色散光束在对应所述阵列波导光栅中被光合束后形成一束所述信号波束。
10.根据权利要求9所述的波长选择开关，其特征在于，具有不同波长的所述色散光束沿着所述色散导光体中不同的色散波导出射。
11.根据权利要求9所述的波长选择开关，其特征在于，所述光纤模组具有一个输入信道和能够输出不同信号的多个输出信道，所述输入信道与所述信号输入端耦合连接，所述多个输出信道与所述多个信号输出端一一对应耦合连接。
12.根据权利要求11所述的波长选择开关，其特征在于，所述光纤模组包括光纤阵列以及封装固定在所述光纤阵列中的多根光纤，其中一根所述光纤形成所述输入信道，其余所述光纤形成所述输出信道。
13.根据权利要求1所述的波长选择开关，其特征在于，所述光切换模组包括准直透镜阵列和反射器件，所述准直透镜阵列与所述光学芯片组耦合连接，所述反射器件耦合连接在所述准直透镜阵列的远离所述光学芯片组的一侧；
所述准直透镜阵列将所述多束色散光束准直后汇聚至所述反射器件，所述反射器件将被准直的所述多束色散光束反射，被反射的所述多束色散光束经所述准直透镜阵列返回所述光学芯片组。
14.根据权利要求13所述的波长选择开关，其特征在于，所述反射器件包括微电机系统和反射镜，所述微电机系统与所述反射镜连接并驱动所述反射镜；
所述光学芯片组具有与所述光纤模组连接的入射面以及与所述光切换模组连接的出射面；
在所述入射面上设有一个信号输入端和能够输出不同信号的多个信号输出端，所述出射面上设有能够传输不同波长的所述色散光束的多组传输端口组；
每组所述传输端口组均包括一个出射端口和多个入射端口，在单个所述传输端口组中，所述入射端口与所述信号输出端一一对应；
具有不同波长的多束所述色散光束从各个所述出射端口射出并投射至所述反射镜，所述微电机系统根据不同信号调节所述反射镜相对于所述光学芯片组的倾斜角度，改变所述色散光束的反射方向，控制所述色散光束反射至与所述色散光束的波长对应的所述传输端口组中与所述信号输出端对应的其中一个入射端口。
15.根据权利要求14所述的波长选择开关，其特征在于，所述反射镜的数量为至少二个，所述反射镜与所述传输端口组根据所述色散波束的波长一一对应。
16.根据权利要求13所述的波长选择开关，其特征在于，所述反射器件为硅基液晶阵列；
所述光学芯片组具有与所述光纤模组连接的入射面、与所述光切换模组连接的出射面以及位于所述入射面和所述出射面之间的偏振分束与合束结构，所述偏振分束与合束结构对所述多束色散光束进行偏振转换；
在所述入射面上设有一个信号输入端和能够输出不同信号的多个信号输出端，所述出射面上设有能够传输不同波长的所述色散光束的多组传输端口组；
每组所述传输端口组均包括一个出射端口和多个入射端口，在单个所述传输端口组中，所述入射端口与所述信号输出端一一对应；
具有不同波长的多束所述色散光束从各个所述出射端口射出并投射至所述硅基液晶阵列，所述硅基液晶阵列根据不同信号形成闪耀光栅，改变所述色散光束的反射方向，控制所述色散光束反射至与所述色散光束的波长对应的所述传输端口组中与所述信号输出端对应的其中一个入射端口。
17.一种光学芯片，其特征在于，包括光色散模组，或者包括光交叉模组，或者包括集成在一起且互相连接的光色散模组和光交叉模组；
所述光色散模组用于将接收的入射光束进行光色散形成多束色散光束后出射，以及将返回的所述多束色散光束进行光合束形成一束信号波束后出射；
所述光交叉模组用于将接收的所述多束色散光束进行光交叉后根据不同波长分别从所述光交叉模组的不同位置出射，以及将返回的所述多束色散光束进行光交叉后根据不同信号分别汇聚在一起后出射。
18.一种光通信设备，其特征在于，所述光通信设备包括光发送部件、光接收部件和如权利要求1-16任一所述的波长选择开关，所述光发送部件向所述波长选择开关发送入射光束，所述波长选择开关将所述入射光束根据波长转换成对应的信号波束，所述光接收部件接收从所述波长选择开关中输出的所述信号波束。
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