CN117527130A - 一种光学设备、可重构光分叉复用器及信号监控方法 - Google Patents

一种光学设备、可重构光分叉复用器及信号监控方法 Download PDF

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CN117527130A CN202210912569.XA CN202210912569A CN117527130A CN 117527130 A CN117527130 A CN 117527130A CN 202210912569 A CN202210912569 A CN 202210912569A CN 117527130 A CN117527130 A CN 117527130A
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Abstract

一种光学设备、可重构光分叉复用器及信号监控方法。其中，第一光交换引擎在第一时刻将第一WDM信号通过色散系统入射到第二光交换引擎中的第一区域；以及在第二时刻进行旋转，使得第二WDM信号通过色散系统入射到第二光交换引擎中的第二区域。第二光交换引擎可通过固定的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统的第一WDM信号中第一波长的光信号入射到光探测器，以及在第二时刻将来自色散系统的第二WDM信号中第二波长的光信号入射到光探测器。这样，通过旋转第一光交换引擎即可快速调节入射到光探测器的光信号的波长，从而提高监测WDM信号的速度。

Description

一种光学设备、可重构光分叉复用器及信号监控方法
技术领域
本申请涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种光学设备、可重构光分叉复用器及信号监控方法。
背景技术
在波分复用(wavelength-division multiplex，WDM)网络中，WDM信号可包括多个具有不同波长的光信号。在传输过程中，不同波长的光信号在经过链路中的各元件时可能会发生不同的变化。例如，不同波长的光信号的功率可能会因光放大器的增益谱不平坦、传输光纤中受激拉曼散射等产生不同的变化，从而造成不同波长信道间功率的不均衡。又例如，WDM信号在经过光交换节点时发生波长的上传、波长的下载，或者由于通信链路中发生断纤或设备故障等原因，导致WDM信号中某些波长信道的缺失，进而导致WDM信号的光谱形状不平坦。
为了有效的控制和管理波分复用网络，需要对WDM信号中各波长的光信号进行监测。目前，可将监测功能集成到光网络中已有的器件如波长选择开关(WavelengthSelective Switch，WSS)中。具体的，可通过对WSS的光交换引擎实施控制算法，以从业务光中分出一部分功率作为监控光，并在不同时刻将监控光中不同波长的光信号分别输出到监测端口，从而实现对WDM信号中不同波长的光信号的监测。
然而，WSS中的光交换引擎通常是硅基液晶(Liquid crystal on silicon，LCOS)空间光调制器，其响应时间通常在100毫秒(ms)左右。因此，通过光交换引擎依次将不同波长的光信号分时输出到监测端口进行WDM信号的监测时，监测速度非常慢。
发明内容
本申请提供了一种光学设备、可重构光分叉复用器及信号监控方法，用以提高监测WDM信号的速度。
第一方面，本申请实施例提供一种光学设备，包括：光学系统、第一光交换引擎、色散系统、第二光交换引擎以及第一光探测器。
其中，光学系统可用于在不同时刻获取属于同一路光信号的不同WDM信号。具体的，光学系统可用于在第一时刻获取第一WDM信号，并将第一WDM信号入射到第一光交换引擎；在第二时刻获取第二WDM信号，并将第二WDM信号入射到第一光交换引擎。第一WDM信号和第二WDM信号为属于同一路光信号的不同WDM信号，且均为包括多个波长光信号的监控信号。
第一光交换引擎可用于在不同时刻将属于同一路光信号的WDM信号入射到第二光交换引擎的不同区域上。具体的，第一光交换引擎用于在第一时刻将来自光学系统的第一WDM信号通过色散系统入射到第二光交换引擎中的第一区域；以及在第二时刻进行旋转，使得来自光学系统的第二WDM信号通过色散系统入射到第二光交换引擎中的第二区域。其中，第一区域和第二区域可为第二光交换引擎中沿第一方向上的不同区域。
色散系统可用于对WDM信号进行色散处理。例如，色散系统可用于在第一时刻将来自第一光交换引擎的第一WDM信号中各波长的光信号分别入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域，在第二时刻将来自第一光交换引擎的第二WDM信号中各波长的光信号分别入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。其中，第一方向和第二方向垂直。
第二光交换引擎可用于通过固定的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统的第一WDM信号中第一波长的光信号入射到第一光探测器，以及在第二时刻将来自色散系统的第二WDM信号中第二波长的光信号入射到第一光探测器。
第一光探测器可用于对入射到第一光探测器的光信号进行检测。具体的，第一光探测器可用于在第一时刻对入射到第一光探测器的第一波长的光信号进行检测，在第二时刻对入射到第一光探测器的第二波长的光信号进行检测。
在该光学设备中，通过第一光交换引擎的旋转，可以使得一路光信号中的不同WDM信号在不同时刻入射到第二光交换引擎上的不同区域，即对该路光信号中的WDM信号在第二光交换引擎上的光斑位置进行快速扫描；并且，通过色散系统，使得该路光信号中的每个WDM信号中的不同波长的光分别入射第二光交换引擎上的不同区域；通过第二光交换引擎上的固定的光场调制图案，每个时刻可将该路光信号中的一个WDM信号中一个波长的光信号入射到第一光探测器。这样，通过旋转第一光交换引擎即可快速调节入射到第一光探测器的光信号的波长，无需更新第二光交换引擎上面的相位信息，从而提高监测WDM信号的速度。
在第一种可能的设计中，第一光交换引擎为MEMS器件或DLP器件，从而可实现快速旋转，进而提高监测WDM信号的速度。
在第二种可能的设计中，第二光交换引擎可通过第一光交换引擎将光信号入射到光探测器中。具体的，第二光交换引擎可用于通过光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统的第一WDM信号中第一波长的光信号入射到第一光交换引擎，在第二时刻将来自色散系统的第二WDM信号中第二波长的光信号入射到第一光交换引擎。第一光交换引擎可用于在第一时刻将来自第二光交换引擎的第一波长的光信号入射到第一光探测器；在第二时刻将来自第二光交换引擎的第二波长的光信号入射到第一光探测器。该设计提供了将来自第二光交换引擎的光信号入射到第一光探测器的一种可能的实现方式，实现较为简单。
在第三种可能的设计中，可通过以下实现方式之一来实现色散系统：
实现方式一：色散系统可包括：第一透镜、色散元件和第二透镜。
其中，第一透镜可用于在第一时刻对来自第一光交换引擎的第一WDM信号的光斑进行放大处理，在第二时刻对来自第一光交换引擎的第二WDM信号的光斑进行放大处理。
色散元件可对光信号进行色散处理。具体的，色散元件可用于在第一时刻将来自第一透镜的第一WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上，在第二时刻将来自第一透镜的第二WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上。
第二透镜可用于在第一时刻将来自色散元件的第一WDM信号中各波长的光信号入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域，在第二时刻将来自色散元件的第二WDM信号中各波长的光信号入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。
实现方式二：色散系统可包括：色散元件和第二透镜。
其中，色散元件可用于在第一时刻将来自第一光交换引擎的第一WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上，在第二时刻将来自第一光交换引擎的第二WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上。
第二透镜可用于在第一时刻将来自色散元件的第一WDM信号中各波长的光信号入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域，在第二时刻将来自色散元件的第二WDM信号中各波长的光信号入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。
该设计提供了色散系统的多种实现方式，较为灵活。
在第四种可能的设计中，色散元件可为光栅、棱镜或衍射光学元件DOE器件。该设计提供了色散元件的多种实现方式，较为灵活，易于实现。
在第五种可能的设计中，光学设备可通过多个光探测器对光信号进行检测。下面以两个光探测器为例进行说明。光学设备还可包括第二光探测器。此时，第二光交换引擎还可用于通过光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统的第一WDM信号中第三波长的光信号入射到第二光探测器，以及在第二时刻将来自色散系统的第二WDM信号中第四波长的光信号入射到第二光探测器。第二光探测器可用于在第一时刻对入射到第二光探测器的第三波长的光信号进行检测，在第二时刻对入射到第二光探测器的第四波长的光信号进行检测。通过该设计，可在同一时刻对多个波长的光信号进行检测，从而进一步提高监测WDM信号的速度。
在第六种可能的设计中，第二光交换引擎为MEMS器件、硅基液晶LCOS器件、其上设置有光场调制图案的DOE器件或其上设置有光场调制图案的超表面器件。该设计提供了第二光交换引擎的多种实现方式，较为灵活，易于实现。
在第七种可能的设计中，光学系统还可用于获取第三WDM信号，并将第三WDM信号入射到色散系统。其中，第三WDM信号为业务信号。
色散系统还可用于将来自光学系统的第三WDM信号中各波长的光信号入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。
第二光交换引擎包括第一偏转层和第二偏转层。其中，第一偏转层上设置有光场调制图案，第一偏转层用于调整第一WDM信号和第二WDM信号的传输方向；第二偏转层用于调整第三WDM信号的传输方向。
第二光交换引擎可用于通过第一偏转层上的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统的第一WDM信号中第一波长的光信号入射到第一光探测器，在第二时刻将来自色散系统的第二WDM信号中第二波长的光信号入射到第一光探测器。并且，第二光交换引擎还可用于通过第二偏转层，将来自色散系统的第三WDM信号中各波长的光信号入射到对应的输出端口。
通过该设计，当该光学设备中同时传输多路光信号(例如，包含第一WDM信号和第二WDM信号的一路光信号，以及包含第三WDM信号的另一路光信号)时，该光学设备可快速对一路光信号(例如，包含第一WDM信号和第二WDM信号的一路光信号)中的WDM信号进行监测，同时不影响其他路光信号(例如，包含第三WDM信号的另一路光信号)的传输；这样，该光学设备可同时实现WSS和光谱检测功能。
在第八种可能的设计中，第一WDM信号、第二WDM信号和第三WDM信号均为线偏振的光信号，第一WDM信号和第二WDM信号的偏振方向均为第一偏振方向，第三WDM信号的偏振方向为第二偏振方向，第一偏振方向和第二偏振方向垂直；第三WDM信号包括第四WDM信号和第五WDM信号。
该光学设备还包括：偏振合束器。
光学系统可用于在第一时刻获取第四WDM信号，并将第四WDM信号入射到偏振合束器；在第二时刻获取第五WDM信号，并将第五WDM信号入射到偏振合束器。
第一光交换引擎可用于在第一时刻将来自光学系统的第一WDM信号依次通过偏振合束器和色散系统入射到第二光交换引擎中的第一区域；以及在第二时刻进行旋转，使得来自光学系统的第二WDM信号依次通过偏振合束器和色散系统入射到第二光交换引擎中的第二区域。
偏振合束器可用于在第一时刻将来自第一光交换引擎的第一WDM信号和来自光学系统的第四WDM信号合成为第一路光信号，并将第一路光信号入射到色散系统；在第二时刻将来自第一光交换引擎的第二WDM信号和来自光学系统的第五WDM信号合成为第二路光信号，并将第二路光信号入射到色散系统；
色散系统可用于在第一时刻将来自偏振合束器的第一路光信号中WDM信号的各波长的光信号分别入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域；在第二时刻将来自偏振合束器的第二路光信号中WDM信号的各波长的光信号分别入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。
第二光交换引擎中的第一偏转层和第二偏转层可为叠层。其中，第一偏转层用于调整第一偏振方向的光信号的传输方向，第二偏转层用于调整第二偏振方向的光信号的传输方向。
在该设计中，第二光交换引擎可包括层叠设置的第一偏转层和第二偏转层，第一偏转层和第二偏转层分别可调整具有第一偏振方向的WDM信号的传输方向和具有第二偏振方向的WDM信号的传输方向，从而可减小第二光交换引擎的尺寸，进而减小光学设备占用的空间，降低光学设备的成本。
在第九种可能的设计中，光学系统可包括：输入端口、光分支器、第一偏振转换单元和第二偏振转换单元。
其中，输入端口可用于在第一时刻接收第六WDM信号，并将第六WDM信号入射到光分支器；在第二时刻接收第七WDM信号，并将第七WDM信号入射到光分支器；
光分支器可用于在第一时刻将来自输入端口的第六WDM信号分成第八WDM信号和第九WDM信号，并将第八WDM信号入射到第一偏振转换单元，将第九WDM信号入射到第二偏振转换单元；在第二时刻将来自输入端口的第七WDM信号分成第十WDM信号和第十一WDM信号，并将第十WDM信号入射到第一偏振转换单元，将第十一WDM信号入射到第二偏振转换单元；
第一偏振转换单元可用于在第一时刻将来自光分支器的第八WDM信号的偏振方向转换为第一偏振方向，得到第一WDM信号；在第二时刻将来自光分支器的第十WDM信号的偏振方向转换为第一偏振方向，得到第二WDM信号；
第二偏振转换单元可用于在第一时刻将来自光分支器的第九WDM信号的偏振方向转换为第二偏振方向，得到第四WDM信号；在第二时刻将来自光分支器的第十一WDM信号的偏振方向转换为第二偏振方向，得到第五WDM信号。
通过该设计，光学设备可方便的获取到具有第一偏振方向的WDM信号和具有第二偏振方向的WDM信号。
在第十种可能的设计中，第一偏转层为其上设置有光场调制图案的超表面层，第二偏转层为LCOS层。该设计易于实现。
第二方面，本申请实施例还提供了一种可重构光分叉复用器，至少两个第七种-第十种可能的设计中任一种设计中的光学设备。
第三方面，本申请实施例还提供了一种信号监控方法，该方法可应用于光学设备。该方法包括：在第一时刻，通过光学系统获取第一波分复用WDM信号，并将第一WDM信号入射至第一光交换引擎，第一WDM信号为包括多个波长光信号的监控信号。在第一时刻，通过第一光交换引擎将来自光学系统的第一WDM信号通过色散系统入射到第二光交换引擎中的第一区域；通过色散系统将来自第一光交换引擎的第一WDM信号中各波长的光信号分别入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。通过第二光交换引擎上固定的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统的第一WDM信号中第一波长的光信号入射到第一光探测器。在第二时刻，通过光学系统获取第二WDM信号，并将第二WDM信号入射至第一光交换引擎，第二WDM信号和第一WDM信号属于同一路光信号，第二WDM信号为包括多个波长光信号的监控信号。在第二时刻，旋转第一光交换引擎，使得来自光学系统的第二WDM信号通过色散系统入射到第二光交换引擎中的第二区域；通过色散系统将来自第一光交换引擎的第二WDM信号中各波长的光信号分别入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域；其中，第一区域和第二区域为第二光交换引擎中沿第一方向上的不同区域，第一方向和第二方向垂直。通过第二光交换引擎上的光场调制图案，在第二时刻将来自色散系统的第二WDM信号中第二波长的光信号入射到第一光探测器。
在一种可能的设计中，第一光交换引擎为MEMS器件或DLP器件。
在一种可能的设计中，可通过第一光交换引擎将来自第二光交换引擎的光信号入射到光探测器中。具体的，在第一时刻，可通过第二光交换引擎上的光场调制图案，将来自色散系统的第一波长的光信号入射到第一光交换引擎上；然后，通过第一光交换引擎，将来自第二光交换引擎的第一波长的光信号入射到第一光探测器。在第二时刻，可通过该光场调制图案，将来自色散系统的第二波长的光信号入射到第一光交换引擎上；然后，通过第一光交换引擎，将来自第二光交换引擎的第二波长的光信号入射到第一光探测器。
在一种可能的设计中，可通过以下实现方式之一对第一WDM信号和第二WDM信号进行色散处理：
实现方式一：色散系统包括：第一透镜、色散元件和第二透镜。
在第一时刻，通过第一透镜，对来自第一光交换引擎的第一WDM信号的光斑进行放大处理；通过色散元件，将来自第一透镜的第一WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上；通过第二透镜，将来自色散元件的第一WDM信号中各波长的光信号入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。
在第二时刻，通过第一透镜，对来自第一光交换引擎的第二WDM信号的光斑进行放大处理；通过色散元件，将来自第一透镜的第二WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上；通过第二透镜，将来自色散元件的第二WDM信号中各波长的光信号入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。
实现方式二：色散系统包括：色散元件和第二透镜。
在第一时刻，可通过色散元件，将来自第一光交换引擎的第一WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上；通过第二透镜，将来自色散元件的第一WDM信号中各波长的光信号入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。
在第二时刻，可通过色散元件，将来自第一光交换引擎的第二WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上；通过第二透镜，将来自色散元件的第二WDM信号中各波长的光信号入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。
在一种可能的设计中，色散元件为光栅、棱镜或衍射光学元件DOE器件。
在一种可能的设计中，该方法还可包括：在第一时刻，通过第二光交换引擎上的光场调制图案，将来自色散系统的第一WDM信号中第三波长的光信号入射到第二光探测器；在第二时刻，通过第二光交换引擎上的光场调制图案，将来自色散系统的第二WDM信号中第四波长的光信号入射到第二光探测器。
在一种可能的设计中，第二光交换引擎为MEMS器件、硅基液晶LCOS器件、其上设置有光场调制图案的DOE器件或其上设置有光场调制图案的超表面器件。
在一种可能的设计中，该方法可还包括：
通过光学系统获取第三WDM信号，并将第三WDM信号入射到色散系统。其中，第三WDM信号可为业务信号。
通过色散系统将第三WDM信号中各波长的光信号入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。
第二光交换引擎包括第一偏转层和第二偏转层。其中，第一偏转层上设置有光场调制图案，第一偏转层用于调整第一WDM信号和第二WDM信号的传输方向，第二偏转层用于调整第三WDM信号的传输方向。这样，通过第一偏转层上的光场调制图案，在第一时刻可将来自色散系统的第一波长的光信号入射到第一光探测器，在第二时刻可将来自色散系统的第二波长的光信号入射到第一光探测器；通过第二偏转层，可将来自色散系统的第三WDM信号中各波长的光信号入射到对应的输出端口。
在一种可能的设计中，第一WDM信号、第二WDM信号和第三WDM信号均可为线偏振的光信号，第一WDM信号和第二WDM信号的偏振方向为第一偏振方向，第三WDM信号的偏振方向为第二偏振方向，第一偏振方向和第二偏振方向垂直。另外，第三WDM信号可包括第四WDM信号和第五WDM信号。第二光交换引擎上的第一偏转层和第二偏转层为叠层。第一偏转层用于调整第一偏振方向的光信号的传输方向，第二偏转层用于调整第二偏振方向的光信号的传输方向。
在第一时刻，可通过光学系统获取第四WDM信号，并将第四WDM信号入射到偏振合束器；通过第一光交换引擎将来自光学系统的第一WDM信号依次通过偏振合束器和色散系统入射到第二光交换引擎中的第一区域；这样，可通过偏振合束器将来自第一光交换引擎的第一WDM信号和来自光学系统的第四WDM信号合成为第一路光信号，并将第一路光信号入射到色散系统；通过色散系统将来自偏振合束器的第一路光信号中WDM信号的各波长的光信号分别入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。
在第二时刻，可通过光学系统获取第五WDM信号，并将第五WDM信号入射到偏振合束器；旋转第一光交换引擎，使得光学系统的第二WDM信号依次通过偏振合束器和色散系统入射到第二光交换引擎中的第二区域；这样，可通过偏振合束器将来自第一光交换引擎的第二WDM信号和来自光学系统的第五WDM信号合成为第二路光信号，并将第二路光信号入射到色散系统；再通过色散系统将来自偏振合束器的第二路光信号中WDM信号的各波长的光信号分别入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。
在一种可能的设计中，光学系统包括：输入端口、光分支器、第一偏振转换单元和第二偏振转换单元。
在第一时刻，可通过输入端口接收第六WDM信号，并将第六WDM信号入射到光分支器；通过光分支器将来自输入端口的第六WDM信号分成第八WDM信号和第九WDM信号，并将第八WDM信号入射到第一偏振转换单元，将第九WDM信号入射到第二偏振转换单元；通过第一偏振转换单元将来自光分支器的第八WDM信号的偏振方向转换为第一偏振方向，得到第一WDM信号；通过第二偏振转换单元将来自光分支器的第九WDM信号的偏振方向转换为第二偏振方向，得到第四WDM信号。
在第二时刻，可通过输入端口接收第七WDM信号，并将第七WDM信号入射到光分支器；通过光分支器将来自输入端口的第七WDM信号分成第十WDM信号和第十一WDM信号，并将第十WDM信号入射到第一偏振转换单元，将第十一WDM信号入射到第二偏振转换单元；通过第一偏振转换单元将来自光分支器的第十WDM信号的偏振方向转换为第一偏振方向，得到第二WDM信号；通过第二偏振转换单元将来自光分支器的第十一WDM信号的偏振方向转换为第二偏振方向，得到第五WDM信号。
在一种可能的设计中，第一偏转层为其上设置有光场调制图案的超表面层，第二偏转层为LCOS层。
上述第二方面或第三方面可以达到的技术效果可以参照上述第一方面中任一种可能设计可以达到的技术效果说明，重复之处不予论述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种通信系统的架构图；
图2为本申请实施例提供的第一种光学设备的结构示意图；
图3A为本申请实施例提供的第一种光学设备中一种光学系统的结构示意图；
图3B为本申请实施例提供的第一种光学设备中另一种光学系统的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的第一种光学设备中第一平面上的第一种光路示意图；
图5为本申请实施例提供的第一种光学设备中第二平面上的光路示意图；
图6A为本申请实施例提供的第一种光学设备中不同时刻光交换引擎24上的光斑分布示意图；
图6B为本申请实施例提供的第一种光学设备中第一平面上的第二种光路示意图；
图6C为本申请实施例提供的一种光场调制图案示意图；
图6D为本申请实施例提供的另一种光场调制图案示意图；
图6E为本申请实施例提供的第二种光学设备的结构示意图；
图6F为本申请实施例提供的第二种光学设备中第一平面上的第一种光路示意图；
图6G为本申请实施例提供的第二种光学设备中第一平面上的第二种光路示意图；
图6H为本申请实施例提供的又一种光场调制图案示意图；
图6I为本申请实施例提供的再一种光场调制图案示意图；
图7A为本申请实施例提供的一种色散系统23的示意图；
图7B为本申请实施例提供的另一种色散系统23的示意图；
图8A为本申请实施例提供的第三种光学设备的结构示意图；
图8B为本申请实施例提供的第三种光学设备中第一平面上的第一种光路示意图；
图8C为本申请实施例提供的第三种光学设备中第一平面上的第二种光路示意图；
图8D为本申请实施例提供的第三种光学设备中第二平面上的光路示意图；
图9为本申请实施例提供的第四种光学设备的结构示意图；
图10A为本申请实施例提供的第四种光学设备中光学系统21的第一种结构示意图；
图10B为本申请实施例提供的第四种光学设备中光学系统21的第二种结构示意图；
图10C为本申请实施例提供的第四种光学设备中光学系统21的第三种结构示意图；
图11A为本申请实施例提供的第五种光学设备的结构示意图；
图11B为本申请实施例提供的第六种光学设备的结构示意图；
图11C为本申请实施例提供的第六种光学设备中光学系统21的第一种结构示意图；
图11D为本申请实施例提供的第六种光学设备中光学系统21的第二种结构示意图；
图11E为本申请实施例提供的第六种光学设备中光学系统21的第三种结构示意图；
图12A为本申请实施例提供的第七种光学设备的结构示意图；
图12B为本申请实施例提供的第七种光学设备中第二平面上的光路示意图；
图12C为本申请实施例提供的第七种光学设备中第一平面上的第一种光路示意图；
图12D为本申请实施例提供的第七种光学设备中第一平面上的第二种光路示意图；
图13为本申请实施例提供的一种可重构光分叉复用器的结构框图；
图14为本申请实施例提供的一种信号监控方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请的光路图中，虚线框所示的元件在其所在光路图所示的平面内对WDM信号进行透传。例如，在下文图4中，在第一平面内，色散系统23对第一WDM信号和第二WDM信号进行透传。又例如，在下文图8D中，在第二平面内，光交换引擎22和透镜25对第一WDM信号和第二WDM信号进行透传。
本申请实施例中，对于名词的数目，除非特别说明，表示“单数名词或复数名词”，即“一个或多个”。“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项(个)中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。
另外，需要理解的是，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不应理解为指示或暗示相对重要性，也不应理解为指示或暗示顺序。
图1为本申请实施例提供的一种通信系统的架构图。如图1所示，该系统包括：一个或多个可重构光分叉复用器(Reconfigurable optical add/drop multiplexers，ROADM)、一个或多个光放大器(optical amplifier，OA)和一个或多个光信道监控器(opticalchannel monitor，OCM)。该系统中的各设备可通过光纤连接，从而传输WDM信号。下面分别对该系统中的设备进行说明。
ROADM可动态调整WDM信号中的波长，例如，在WDM信号中插入波长1的光信号。又例如，从WDM信号中分离出波长2的光信号。
ROADM中可包括至少一个WSS。WSS可包括至少一个输入端口和至少一个输出端口。WDM信号可从输入端口入射到WSS，然后，该WDM信号中各波长的光信号可分别被WSS路由至对应的输出端口。
OA可对WDM信号进行放大处理。可选的，OA可基于激光的受激辐射，将泵浦光的能量转变为WDM信号的能量，从而实现对WDM信号的放大。
OCM可对WDM信号的光谱进行实时监控。OCM的监控结果可用于确定是否在WDM信号中上传假光。具体的，当检测到WDM信号的信道状态发生变化时OCM可通知系统控制器(图中未示出)，以便系统控制器据此进行处理。例如，当OCM检测到WDM信号中缺少波长3的光信号对应的信道时，系统控制器可上传波长3的假光(dummy light，DL)，以补齐WDM信号中缺失的信道。用于确定是否在WDM信号中上传假光的OCM可单独设置，也可以集成在WSS中。
本申请实施例提供了一种光学设备。该光学设备可为图1所示的通信系统中的任一设备，例如，WSS；或者，该光学设备也可以为其他光学设备，例如，光探测器(Photo-detector，PD)。下面参阅图2所示的结构图，对该光学设备进行具体说明。
如图2所示，该光学设备包括：光学系统21、光交换引擎22、色散系统23、光交换引擎24以及PD 201。该光学设备还可包括至少一个输入端口和至少一个输出端口。其中，该光学设备可通过任一输入端口接收输入至该光学设备的WDM信号，该光学设备可通过任一输出端口向该光学设备之外的光学设备输出WDM信号。下面对图2所示的光学设备的各组成部分进行具体说明。
光学系统21可用于在第一时刻获取第一WDM信号，并将第一WDM信号入射到光交换引擎22；在第二时刻获取第二WDM信号，并将第二WDM信号入射到光交换引擎22。其中，第一WDM信号和第二WDM信号属于同一路光信号，并且，第一WDM信号和第二WDM信号均为包括多个波长光信号的监控信号。
光学系统21对第一WDM信号和第二WDM信号的处理方式相同，下面以第一WDM为例进行说明。
如图3A所示，光学系统21可包括该光学设备的输入端口211，该输入端口211可在第一时刻接收入射到光学设备的第一WDM信号，并将第一WDM信号入射到光交换引擎22。
可选的，如图3B所示，在图3A所示的光学系统21的基础上，光学系统21还包括准直元件212。输入端口211可在第一时刻将接收到的第一WDM信号入射到准直元件212；准直元件212在对来自输入端口211的第一WDM信号进行准直处理后，可将准直处理后的第一WDM信号入射到光交换引擎22。其中，准直元件212可为透镜(例如，凸透镜)，输入端口211可设置在准直元件212的前焦面附近。
光交换引擎22可用于在第一时刻将来自光学系统21的第一WDM信号通过色散系统23入射到光交换引擎24中的第一区域；以及在第二时刻进行旋转，使得来自光学系统21的第二WDM信号通过色散系统23入射到光交换引擎24中的第二区域；其中，第一区域和第二区域为光交换引擎24中沿第一方向上的不同区域。其中，光交换引擎22可在控制器的控制下进行旋转，在第一平面内(如，x-z平面)改变第一WDM信号的偏转角度，从而使得不同的WDM信号在不同时刻通过色散系统23入射到光交换引擎24中沿第一方向上的不同区域。在第一平面内，色散系统23可透射来自光交换引擎22的WDM信号，即不对来自光交换引擎22的WDM信号进行处理。
可选的，第一平面为切换平面。在切换平面内，入射到光交换引擎24的光信号在经过光交换引擎24的作用后，可以沿预设的角度反射，并最终输出到目标输出端口。
可选的，第一方向为端口方向。端口方向可为端口排列的方向。
示例性的，如图4上图所示，在第一时刻，光交换引擎22处于角度位置1，可将来自光学系统21的第一WDM信号通过色散系统23入射到光交换引擎24中x1对应的第一区域中。如图4下图所示，在第二时刻，光交换引擎22处于角度位置2，可将来自光学系统21的第二WDM信号通过色散系统23入射到光交换引擎24中x2对应的第二区域中。此时，第一平面为x-z平面，即切换平面；第一方向可为x轴方向，即端口方向。
其中，光交换引擎22可为微机电系统(Micro-electromechanical system，MEMS)器件或数字光处理(Digital Light Processing，DLP)器件，从而可实现快速旋转，即实现快速的角度扫描。
色散系统23可对WDM信号进行色散处理。具体的，色散系统23可在第一时刻将来自光交换引擎22的第一WDM信号中各波长的光信号分别入射到光交换引擎24中沿第二方向上的不同区域；在第二时刻将来自光交换引擎22的第二WDM信号中各波长的光信号分别入射到光交换引擎24中沿第二方向上的不同区域。第二方向与上文中的第一方向垂直。换句话说，色散系统23可在第二平面(如，y-z平面)内对第一WDM信号进行色散处理，第二平面与第一平面垂直。在第二平面内，光交换引擎22不对WDM信号进行处理。
可选的，第二平面为色散平面。在色散平面内，WDM信号中不同波长的光信号被色散系统23色散展开后入射到光交换引擎24上的不同区域。
可选的，第二方向可为色散方向。色散方向为不同波长的光信号色散展开的方向。
示例性的，如图5所示，色散系统23在第一时刻将来自光交换引擎22的第一WDM信号中第一波长的光信号入射到光交换引擎24中y1对应的区域中，色散系统23在第一时刻将来自光交换引擎22的第二WDM信号中第二波长的光信号入射到光交换引擎24中y2对应的区域中。此时，第二平面可为y-z平面，即色散平面；第二方向可为y轴方向，即色散方向。
这样，通过光交换引擎22和色散系统23对WDM信号进行处理，在第一时刻，第一WDM信号中各波长的光信号分别入射到第一区域中的不同区域；在第二时刻，第二WDM信号中各波长的光信号分别入射到第二区域中的不同区域。示例性的，图6A示出了不同时刻光交换引擎24上的光斑分布，其中，λ1-λ7分别为第一WDM信号和第二WDM信号中光信号的波长。如图6A所示，第一WDM信号和第二WDM信号中不同波长的光信号的光斑在第二方向(例如，y轴方向)上是分离的，而由于光交换引擎22的角度变化，第一WDM信号和第二WDM信号在第一方向(例如，x轴方向)上的位置是不同的。
光交换引擎24可用于通过固定的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统23的第一WDM信号中第一波长的光信号入射到PD 201，以及在第二时刻将来自色散系统23的第二WDM信号中第二波长的光信号入射到PD 201。其中，光场调制图案可为能够控制光信号反射方向的相位调制图。
在一些可能的方式中，光交换引擎24可通过固定的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统23的第一WDM信号中第一波长的光信号直接入射到PD 201，在第二时刻将来自色散系统23的第二WDM信号中第二波长的光信号直接入射到PD 201。示例性的，如图4上图所示，在第一时刻，光交换引擎24可将x1对应的第一区域中第一波长的光信号直接入射到PD 201。如图4下图所示，在第二时刻，光交换引擎24可将x2对应的第二区域中第二波长的光信号直接入射到PD 201。
在另一些可能的方式中，光交换引擎24可通过光交换引擎22将各波长的光信号入射到PD 201。具体的，光交换引擎24用于通过固定的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统23的第一WDM信号中第一波长的光信号入射到光交换引擎22，在第二时刻将来自色散系统23的第二WDM信号中第二波长的光信号入射到光交换引擎22；光交换引擎22还用于在第一时刻将来自光交换引擎24的第一波长的光信号入射到PD 201，在第二时刻将来自光交换引擎24的第二波长的光信号入射到PD 201。示例性的，如图6B上图所示，在第一时刻，光交换引擎24可将x1对应的第一区域中第一波长的光信号通过光交换引擎22入射到PD 201。如图6B下图所示，在第二时刻，光交换引擎24可将x2对应的第二区域中第二波长的光信号通过光交换引擎22入射到PD 201。
可选的，光交换引擎24可通过色散系统将WDM信号入射到PD 201。具体的，光交换引擎24可用于通过固定的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统23的第一WDM信号中第一波长的光信号通过色散系统23入射到PD 201，以及在第二时刻将来自色散系统23的第二WDM信号中第二波长的光信号通过色散系统23入射到PD 201。由于色散系统23在第一平面内不对WDM信号进行处理，因此，光交换引擎24通过色散系统将WDM信号入射到PD 201的具体内容可参考对图4和图6B的说明，此处不再赘述。
可选的，光场调制图案可以是预先编辑好或预先刻录好的。通过该光场调制图案，光交换引擎24在每个时刻将WDM信号中一个波长的光信号入射到PD 201，从而实现对WDM信号的监测。
例如，光场调制图案可包括图6C中虚线所示的方框，虚线所示的椭圆为不同时刻光交换引擎24上的光斑分布，只有入射到虚线所示的方框中的光信号可以传输到PD 201。其中，t1时刻，只有波长为λ1的光信号被入射到PD 201；t2时刻，只有波长为λ2的光信号被入射到PD 201。
又例如，光场调制图案可包括图6D中虚线所示的方框，虚线所示的椭圆为不同时刻光交换引擎24上的光斑分布，只有入射到虚线所示的方框中的光可以入射到PD 201。其中，t1时刻，只有波长为λ1的光信号被入射到PD 201；t2时刻，只有波长为λ3的光信号被入射到PD 201。
应理解，图6C和图6D仅是示例，也可以采用其他固定的光场调制图案，只要该光场调制图案能够使得在每个时刻仅有WDM信号中一个波长的光信号入射到PD 201即可。
可选的，光交换引擎24为MEMS器件、LCOS器件、其上设置有光场调制图案的衍射光学元件(diffractive optical element，DOE)器件或其上设置有光场调制图案的超表面器件。
当光交换引擎24为MEMS器件或LCOS器件时，可通过像素化的控制来选择传输至PD201的光信号的波长，即实现所需要的光束偏转功能。具体的，光交换引擎24包含多个像素单元，每个像素单元可以独立编辑或控制，因此，可以预先在光交换引擎24上编辑好设定的光场调制图案，从而可选择传输至PD 201的光信号的波长。
当光交换引擎24为DOE或超表面器件时，可通过在表面刻写与光场调制图案对应的微结构来对入射光进行调制，从而可选择传输至PD 201的光信号的波长，实现对选择的波长的光信号进行偏转。
另外，PD 201可与该光学设备中的其他元件集成在一起，也可以分开设置。当PD201与该光学设备中的其他元件集成在一起时，光交换引擎24可在第一时刻将来自色散系统23的第一WDM信号中第一波长的光信号入射到PD 201的感光区域，以及在第二时刻将来自色散系统23的第二WDM信号中第二波长的光信号入射到PD 201的感光区域。当PD 201该光学设备中的其他元件分开设置时，光交换引擎24可在第一时刻将来自色散系统23的第一WDM信号中第一波长的光信号通过监控端口入射到PD 201，以及在第二时刻将来自色散系统23的第二WDM信号中第二波长的光信号通过监控端口入射到PD 201。其中，监控端口为光学设备中的其他元件与PD 201连接的输出端口。
PD 201可对入射到PD 201的光信号进行检测，例如，PD 201可检测入射到PD 201的光信号的光功率。具体的，PD 201可用于在第一时刻对入射到PD 201的第一波长的光信号进行检测，在第二时刻对入射到PD 201的第二波长的光信号进行检测。
在图2所示的光学设备中，通过光交换引擎22的旋转，可以使得一路光信号中的不同WDM信号在不同时刻入射到光交换引擎24上的不同区域，即对该路光信号中的WDM信号在光交换引擎24上的光斑位置进行快速扫描；并且，通过色散系统23，使得该路光信号中的每个WDM信号中的不同波长的光分别入射光交换引擎24上的不同区域；通过光交换引擎24上的固定的光场调制图案，每个时刻可将该路光信号中的一个WDM信号中一个波长的光信号入射到PD 201。这样，通过旋转光交换引擎22即可快速调节入射到PD 201的光信号的波长，无需更新光交换引擎24上面的相位信息，从而提高监测WDM信号的速度。
可选的，可通过多个PD对WDM信号进行监测。下面以通过两个PD对WDM信号进行监测为例进行说明。
如图6E所示，该光学设备还包括：PD 202。
光交换引擎24可通过固定的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统23的第一WDM信号中第一波长的光信号入射到PD 201，将来自色散系统23的第一WDM信号中第三波长的光信号入射到PD 202；在第二时刻将来自色散系统23的第二WDM信号中第二波长的光信号入射到PD 201，将来自色散系统23的第二WDM信号中第四波长的光信号入射到PD 202。
PD 202可对入射到PD 202的光信号进行检测。具体的，PD 202可用于在第一时刻对入射到PD 202的第三波长的光信号进行检测，在第二时刻对入射到PD 202的第四波长的光信号进行检测。
在一些可能的方式中，光交换引擎24可通过固定的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统23的第一WDM信号中第一波长的光信号直接入射到PD 201，将来自色散系统23的第一WDM信号中第三波长的光信号直接入射到PD 202；在第二时刻将来自色散系统23的第二WDM信号中第二波长的光信号直接入射到PD 201，将来自色散系统23的第二WDM信号中第四波长的光信号直接入射到PD 202。示例性的，如图6F上图所示，在第一时刻，光交换引擎24可将x1对应的第一区域中第一波长的光信号直接入射到PD 201，将x1对应的第一区域中第三波长的光信号直接入射到PD 202。如图6F下图所示，在第二时刻，光交换引擎24可将x2对应的第二区域中第二波长的光信号直接入射到PD 201，将x2对应的第二区域中第四波长的光信号直接入射到PD 202。
在另一些可能的方式中，光交换引擎24可通过光交换引擎22将不同波长的光信号分别入射到PD 201和PD 202。具体的，光交换引擎24用于通过固定的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统23的第一WDM信号中第一波长的光信号和第三波长的光信号入射到光交换引擎22，在第二时刻将来自色散系统23的第二WDM信号中第二波长的光信号和第四波长的光信号入射到光交换引擎22；光交换引擎22还用于在第一时刻将来自光交换引擎24的第一波长的光信号入射到PD 201，在第一时刻将来自光交换引擎24的第三波长的光信号入射到PD 202，在第二时刻将来自光交换引擎24的第二波长的光信号入射到PD 201，在第二时刻将来自光交换引擎24的第四波长的光信号入射到PD 202。示例性的，如图6G上图所示，在第一时刻，光交换引擎24可将x1对应的第一区域中第一波长的光信号通过光交换引擎22入射到PD 201，将x1对应的第一区域中第三波长的光信号通过光交换引擎22入射到PD202。如图6G下图所示，在第二时刻，光交换引擎24可将x2对应的第二区域中第二波长的光信号通过光交换引擎22入射到PD 201，将x2对应的第二区域中第四波长的光信号通过光交换引擎22入射到PD 202。
可选的，光场调制图案可以是预先编辑好或预先刻录好的。通过该光场调制图案，光交换引擎24在一个时刻可将第一WDM信号中不同波长的光信号分别入射到不同的PD中。从而实现对第一WDM信号的监测。
例如，光场调制图案可包括图6H中虚线所示的方框，虚线所示的椭圆为不同时刻光交换引擎24上的光斑分布，入射到虚线所示的左侧方框中的光信号可以传输到PD 201，入射到虚线所示的右侧方框中的光信号可以传输到PD 202。其中，t1时刻，波长为λ1的光信号被入射到PD 201，波长为λ2的光信号被入射到PD 202；t2时刻，波长为λ3的光信号被入射到PD 201，波长为λ4的光信号被入射到PD 202。
又例如，光场调制图案可包括图6I中虚线所示的方框，虚线所示的椭圆为不同时刻光交换引擎24上的光斑分布，入射到虚线所示的左侧方框中的光信号可以传输到PD201，入射到虚线所示的右侧方框中的光信号可以传输到PD 202。其中，t1时刻，波长为λ1的光信号被入射到PD 201，波长为λ3的光信号被入射到PD 202；t2时刻，波长为λ4的光信号被入射到PD 201，波长为λ6的光信号被入射到PD 202。
通过该光学设备，可在同一时刻对多个波长的光信号进行检测，从而进一步提高监测WDM信号的速度。
可选的，在图2所示的光学设备中，可通过如下实现方式之一来实现色散系统23。
实现方式一：如图7A所示，色散系统23可包括：透镜231、色散元件232和透镜233。
其中，透镜231和透镜233可为4f结构。具体的，光学系统21位于透镜231的前焦面附近；色散元件232位于透镜231的后焦面附近和透镜233的前焦面附近；光交换引擎24位于透镜233的后焦面附近。
可选的，透镜231可用于对来自光交换引擎22的WDM信号进行光斑变换，示例性的，透镜231可对WDM信号的光斑进行放大处理。然后，透镜231可将光斑变换后的WDM信号入射到色散元件232。例如，透镜231可在第一时刻对来自光交换引擎22的第一WDM信号的光斑进行放大处理；在第二时刻对来自光交换引擎22的第二WDM信号的光斑进行放大处理。
色散元件232可用于将来自第一透镜231的WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上；也就是说，色散元件232可通过色散作用将来自第一透镜231的WDM信号中各波长的光信号分别沿第二方向上的不同角度出射。例如，色散元件232可在第一时刻将来自第一透镜231的第一WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上；在第二时刻将来自第一透镜231的第二WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上。
可选的，色散元件232为光栅、棱镜或衍射光学元件(diffractive opticalelement，DOE)器件。
透镜233可用于将来自色散元件232的WDM信号中各波长的光信号入射到光交换引擎24中沿第二方向上的不同区域。具体的，透镜233可实现WDM信号中各波长的光信号的角度到位置的转换，从而将WDM信号中各波长的光信号分别入射到光交换引擎24中沿第二方向上的不同区域。例如，透镜233可在第一时刻将来自色散元件232的第一WDM信号中各波长的光信号入射到光交换引擎24中沿第二方向上的不同区域；在第二时刻将来自色散元件232的第二WDM信号中各波长的光信号入射到光交换引擎24中沿第二方向上的不同区域。
在本申请中，透镜231和透镜233可为柱状透镜，可在第二平面内处理WDM信号，在第一平面内透传WDM信号。
实现方式二：如图7B所示，色散系统23可包括：色散元件232和透镜233。
可选的，色散元件232位于透镜233的前焦面附近，光交换引擎24位于透镜233的后焦面附近。
其中，色散元件232和透镜233的具体内容可参考实现方式一，重复之处不再赘述。
在实现方式二中，色散元件232可用于将来自光交换引擎22的WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上。例如，色散元件232可在第一时刻将来自光交换引擎22的第一WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上；在第二时刻将来自光交换引擎22的第二WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上。
通过实现方式一和实现方式二，提供了色散系统23的多种实现方式，实现较为简单。
可选的，如图8A所示，在图2所示的光学设备的基础上，该光学设备还包括：透镜25。
其中，透镜25可设置在光交换引擎22和光交换引擎24之间。例如，光交换引擎22和光交换引擎24分别位于透镜25的前焦面附近和后焦面附近。
光交换引擎22可在控制器的控制下旋转，在第一平面内(如，x-z平面)改变WDM信号的偏转角度，从而使得WDM信号在不同时刻以不同角度入射到透镜25。透镜25可实现第一WDM信号的角度到位置的转换，从而使得WDM信号在不同时刻入射到光交换引擎24中沿第一方向上的不同区域。其中，透镜25可为柱状透镜，可在第一平面内处理第一WDM信号，在第二平面内透传第一WDM信号。
在一些可能的方式中，如图8B上图所示，在第一时刻，通过光学系统21接收的第一WDM信号可入射到光交换引擎22上。光交换引擎22对来自光学系统21的第一WDM信号进行一定的角度偏转后使其入射到透镜25上。第一WDM信号在通过透镜25进行光斑变换后，入射到光交换引擎24中x3对应的第一区域中。光交换引擎24对来自透镜25的第一WDM信号中第一波长的光信号偏转一定角度后，使其反射到透镜25上。透镜25可将来自光交换引擎24的第一波长的光信号的角度转换为输出端的位置变化，从而使得第一波长的光信号入射到PD201。如图8B下图所示，在第二时刻，第二WDM信号可通过光交换引擎22和透镜25入射到光交换引擎24中x4对应的第二区域中；然后，第二WDM信号中第二波长的光信号可通过透镜25入射到PD 201。
在另一些可能的方式中，如图8C上图所示，在第一时刻，第一WDM信号可依次通过光交换引擎22和透镜25入射到光交换引擎24中x3对应的第一区域中；光交换引擎24对来自透镜25的第一WDM信号中第一波长的光信号偏转一定角度后，使其反射到透镜25上。透镜25可将来自光交换引擎24的第一波长的光信号的角度转换为输出端的位置变化，从而使得第一波长的光信号入射到光交换引擎22上。光交换引擎22可对来自光交换引擎24的第一波长的光信号进行一定的角度偏转后使其入射到PD 201。如图8C下图所示，在第二时刻，第二WDM信号可依次通过光交换引擎22和透镜25入射到光交换引擎24中x4对应的第二区域中；然后，第二WDM信号中第二波长的光信号可依次通过透镜25和光交换引擎22入射到PD 201。
另外，如图8D所示，在第二平面内，光交换引擎22和透镜25对第一WDM信号和第二WDM信号进行透传。因此，图8D的具体内容可参考对图7A的说明，此处不再赘述。
可选的，当通过多个PD对WDM信号进行监测时，在第一时刻，透镜25可通过对第一波长的光信号类似的处理方式处理第一WDM信号中第三波长的光信号，使得第三波长的光信号入射到PD 202中；在第二时刻，透镜25可通过对第二波长的光信号类似的处理方式处理第二WDM信号中第四波长的光信号，使得第四波长的光信号入射到PD 202中，此处不再赘述。
在图8A所示的通信设备中，通过透镜25可将WDM信号向光轴方向进行汇聚，从而可减小光交换引擎24的尺寸，进而减小光学设备占用的空间，降低光学设备的成本。
本申请实施例还提供了一种光学设备。示例性的，该光学设备可为WSS(可选的，该WSS中集成光信道检测功能)。下面参阅图9所示的结构图，对该光学设备进行具体说明。
如图9所示，该光学设备包括：光学系统21、光交换引擎22、色散系统23、第二光交换引擎24以及PD 201。
光学系统21用于在第一时刻获取第一WDM信号，并将第一WDM信号入射到光交换引擎22；在第二时刻获取第二WDM信号，并将第二WDM信号入射到光交换引擎22。其中，第一WDM信号和第二WDM信号属于同一路光信号，并且，第一WDM信号和第二WDM信号均为包括多个波长光信号的监控信号。光学系统21还用于获取第三WDM信号，并将第三WDM信号入射到色散系统23。其中，第三WDM信号可为业务信号。
在一些可能的方式中，如10A所示，光学系统21可包括该光学设备的输入端口211和输入端口213，其中，输入端口211用于在第一时刻接收第一WDM信号，并将第一WDM信号入射到光交换引擎22，在第二时刻接收第二WDM信号，并将第二WDM信号入射到光交换引擎22；输入端口213用于接收第三WDM信号，并将第三WDM信号入射到色散系统23。
可选的，如图10B所示，在图10A所示的光学系统21的基础上，光学系统21还包括准直元件212和准直元件214。输入端口211可将在第一时刻接收到的第一WDM信号入射到准直元件212；准直元件212在对来自输入端口211的第一WDM信号进行准直处理后，可将准直处理后的第一WDM信号入射到光交换引擎22。输入端口211可将在第二时刻接收到的第二WDM信号入射到准直元件212；准直元件212在对来自输入端口211的第二WDM信号进行准直处理后，可将准直处理后的第二WDM信号入射到光交换引擎22。输入端口213可将接收到的第三WDM信号入射到准直元件214；准直元件214在对来自输入端口213的第三WDM信号进行准直处理后，可将准直处理后的第二WDM信号入射到色散系统23。其中，准直元件212和准直元件214可为透镜，输入端口211可设置在准直元件212的前焦面附近，输入端口213可设置在准直元件214的前焦面附近。
在另一些可能的方式中，如图10C所示，光学系统21包括：输入端口211和光分支器215。其中，输入端口211可用于接收WDM信号，并将接收的WDM信号输入至光分支器215。光分支器215可用于将来自输入端口211的WDM信号分成两个WDM信号。具体的，第三WDM信号可包括第四WDM信号和第五WDM信号。输入端口211可用于在第一时刻接收第六WDM信号，并将第六WDM信号输入至光分支器215；光分支器215可用于将来自输入端口211的第六WDM信号分成第一WDM信号和第四WDM信号。输入端口211可用于在第二时刻接收第七WDM信号，并将第七WDM信号输入至光分支器215；光分支器215可用于将来自输入端口211的第七WDM信号分成第二WDM信号和第五WDM信号。可选的，光分支器215可为分光片。
光交换引擎22可用于在第一时刻将来自光学系统21的第一WDM信号入射到光交换引擎24中的第一区域；以及在第二时刻进行旋转，使得来自光学系统21的第二WDM信号入射到光交换引擎24中的第二区域；其中，第一区域和第二区域为光交换引擎24中沿第一方向上的不同区域。光交换引擎22的具体内容可参考对图2至图8D的说明，此处不再赘述。
色散系统23可对WDM信号进行色散处理。具体的，色散系统23可在第一时刻将来自光交换引擎22的第一WDM信号中各波长的光信号分别入射到光交换引擎24中沿第二方向上的不同区域；在第二时刻将来自光交换引擎22的第二WDM信号中各波长的光信号分别入射到光交换引擎24中沿第二方向上的不同区域。其中，第一方向和第二方向垂直。色散系统23的具体内容可参考对图2至图8D的说明，此处不再赘述。
色散系统23还可对第三WDM信号进行色散处理，具体的，色散系统23可将来自光学系统21的第三WDM信号中各波长的光信号入射到光交换引擎24中沿第二方向上的不同区域。色散系统23对第三WDM信号进行色散处理的方式可参考对第一WDM信号进行色散处理的方式，此处不再赘述。
其中，第一WDM信号和第三WDM信号可入射到光交换引擎24中相同的区域，也可以入射到光交换引擎24中不同的区域；第二WDM信号和第三WDM信号可入射到光交换引擎24中相同的区域，也可以入射到光交换引擎24中不同的区域。
光交换引擎24包括第一偏转层和第二偏转层。
其中，第一偏转层上设置有固定的光场调制图案，第一偏转层用于调整第一WDM信号和第二WDM信号的传输方向。这样，光交换引擎24可通过第一偏转层上的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统23的第一WDM信号中第一波长的光信号入射到PD 201，在第二时刻将来自色散系统23的第二WDM信号中第二波长的光信号入射到PD 201。也就是说，第一偏转层可实现图2-图8D所示的光交换引擎24的功能。可选的，第一偏转层为其上设置有光场调制图案的超表面层。
第二偏转层可用于调整第三WDM信号的传输方向。这样，光交换引擎24可通过第二偏转层将来自色散系统23的第三WDM信号中各波长的光信号入射到对应的输出端口，即第二偏转层可用于第三WDM信号的端口切换。可选的，第二偏转层为LCOS层，可进行像素化的控制来选择入射至任一输出端口的光信号的波长。
其中，第一偏转层和第二偏转层可位于同一平面，或者，第一偏转层和第二偏转层可为叠层。
在图9所示的光学设备中，通过光交换引擎22的旋转，可以使得一路光信号中的不同WDM信号在不同时刻入射到光交换引擎24上的不同区域；并且，通过色散系统23，使得该路光信号中的每个WDM信号中的不同波长的光分别入射光交换引擎24上的不同区域；通过光交换引擎24上的设定的光场调制图案，每个时刻可将该路光信号中的一个WDM信号中一个波长的光信号入射到PD 201。这样，通过旋转光交换引擎22即可快速调节入射到PD 201的光信号的波长，无需更新光交换引擎24上面的相位信息，从而提高监测WDM信号的速度。
并且，当该光学设备中同时传输多路光信号(例如，包含第一WDM信号和第二WDM信号的一路光信号，以及包含第三WDM信号的另一路光信号)时，该光学设备可快速对一路光信号(例如，包含第一WDM信号和第二WDM信号的一路光信号)中的WDM信号进行监测，同时不影响其他路光信号(例如，包含第三WDM信号的另一路光信号)的传输；这样，该光学设备可同时实现WSS和光谱检测功能。
可选的，第一偏转层也可以用于通过多个PD对WDM信号进行检测。下面以第一偏转层用于通过两个PD对WDM信号进行检测为例进行说明。
如图11A所述，该光学设备还包括：PD 202。
第一偏转层可通过固定的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统23的第一WDM信号中第一波长的光信号入射到PD 201，将来自色散系统23的第一WDM信号中第三波长的光信号入射到PD 202；在第二时刻将来自色散系统23的第二WDM信号中第二波长的光信号入射到PD 201，将来自色散系统23的第二WDM信号中第四波长的光信号入射到PD202。也就是说，第一偏转层可实现图6E-图6I所示的光交换引擎24的功能。
PD 202可对入射到PD 202的光信号进行检测。具体的，PD 202可用于在第一时刻对入射到PD 202的第三波长的光信号进行检测，在第二时刻对入射到PD 202的第四波长的光信号进行检测。
可选的，第一WDM信号、第二WDM信号和第三WDM信号均为线偏振的光信号，且第一WDM信号和第二WDM信号的偏振方向与第三WDM信号的偏振方向垂直。具体的，第一WDM信号和第二WDM信号的偏振方向为第一偏振方向，第三WDM信号的偏振方向为第二偏振方向，第一偏振方向和第二偏振方向垂直。第三WDM信号可包括第四WDM信号和第五WDM信号。
光交换引擎24中的第一偏转层和第二偏转层为叠层。第一偏转层可用于调整第一偏振方向的光信号的传输方向，从而可调整第一WDM信号的传输方向；第二偏转层可用于调整第二偏振方向的光信号的传输方向，从而可调整第二WDM信号的传输方向。本申请对WDM信号入射到第一偏转层和第二偏转层的先后顺序不作限定，下面以WDM信号先入射到第二偏转层，再入射到第一偏转层为例进行说明。
如图11B所示，在图9所示的光学设备的基础上，该光学设备还可以包括：偏振合束器(polarization beam combiner，PBC)26。
光学系统21可用于在第一时刻获取第四WDM信号，并将第四WDM信号入射到PBC26；在第二时刻获取第五WDM信号，并将第五WDM信号入射到PBC 26。光学系统21的具体内容可参考下文对图10A、图11C-图11D的说明，此处暂不展开。
光交换引擎22可用于在第一时刻将来自光学系统21的第一WDM信号依次通过PBC26和色散系统23入射到光交换引擎24中的第一区域；以及在第二时刻进行旋转，使得来自光学系统21的第二WDM信号依次通过PBC 26和色散系统23入射到光交换引擎24中的第二区域。光交换引擎22的具体内容可参考对图2-图8D的说明，此处不再赘述。
PBC 26可用于在第一时刻将来自光交换引擎22的第一WDM信号和来自光学系统21的第四WDM信号合成为第一路光信号，并将第一路光信号入射到色散系统23；在第二时刻将来自光交换引擎22的第二WDM信号和来自光学系统21的第五WDM信号合成为第二路光信号，并将第二路光信号入射到色散系统23。
色散系统23可用于在第一时刻将来自PBC 26的第一路光信号中WDM信号的各波长的光信号分别入射到光交换引擎24中沿第二方向上的不同区域。这样，在第一时刻，第一WDM信号和第四WDM信号中各波长的光信号分别入射到光交换引擎24中沿第二方向上的不同区域。色散系统23还可用于在第二时刻将来自PBC 26的第二路光信号中WDM信号的各波长的光信号分别入射到光交换引擎24中沿第二方向上的不同区域。这样，在第二时刻，第二WDM信号和第五WDM信号中各波长的光信号分别入射到光交换引擎24中沿第二方向上的不同区域。色散系统23的具体内容可参考对图2-图8D的说明，此处不再赘述。
在第一时刻，光交换引擎24中的第二偏转层可透传具有第一偏振方向的第一WDM信号。这样，第一WDM信号可透过第二偏转层入射至第一偏转层上，光交换引擎24通过第一偏转层上的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统23的第一WDM信号中第一波长的光信号通过第二偏转层入射到PD 201。第一偏转层可反射具有第二偏振方向的第四WDM信号，光交换引擎24可通过第二偏转层，将来自色散系统23的第四WDM信号中各波长的光信号入射到对应的输出端口。
在第二时刻，光交换引擎24中的第二偏转层可透传具有第一偏振方向的第二WDM信号。这样，第二WDM信号可透过第二偏转层入射至第一偏转层上，光交换引擎24通过第一偏转层上的光场调制图案，在第二时刻将来自色散系统23的第二WDM信号中第二波长的光信号通过第二偏转层入射到PD 201。第一偏转层可反射具有第二偏振方向的第五WDM信号，光交换引擎24可通过第二偏转层，将来自色散系统23的第五WDM信号中各波长的光信号入射到对应的输出端口。
在图11B所示的光学设备中，光交换引擎24可包括层叠设置的第一偏转层和第二偏转层，第一偏转层和第二偏转层分别可调整具有第一偏振方向的WDM信号的传输方向和具有第二偏振方向的WDM信号的传输方向，从而可减小光交换引擎24的尺寸，进而减小光学设备占用的空间，降低光学设备的成本。
可选的，图11B所示的光学设备可通过以下实现方式之一得到具有不同偏振方向的线偏光。
实现方式1：
如10A所示，光学系统21可包括该光学设备的输入端口211和输入端口213。输入端口211用于接收具有第一偏振方向的WDM信号；输入端口213用于接收具有第二偏振方向的WDM信号。例如，输入端口211用于在第一时刻接收具有第一偏振方向的第一WDM信号，在第二时刻接收具有第一偏振方向的第二WDM信号；输入端口213用于在第一时刻接收具有第二偏振方向的第四WDM信号，在第二时刻接收具有第二偏振方向的第五WDM信号。
可选的，在实现方式1中，光交换引擎22可设置在输入端口211和PBC 26之间。
实现方式2：
如图11C所示，光学系统21包括：输入端口211和光分支器215、偏振转换单元216和偏振转换单元217。
输入端口211可用于在第一时刻接收第六WDM信号，并将第六WDM信号入射至光分支器215；在第二时刻接收第七WDM信号，并将第七WDM信号入射至光分支器215。示例性的，输入端口211可为光学设备的输入端口，用于接收入射到光学设备的WDM信号。
光分支器215可用于对来自输入端口211的WDM信号进行分光处理。例如，光分支器215可用于在第一时刻将来自输入端口211的第六WDM信号分成第八WDM信号和第九WDM信号，将第八WDM信号入射至偏振转换单元216，将第九WDM信号入射至偏振转换单元217；在第二时刻将来自输入端口211的第七WDM信号分成第十WDM信号和第十一WDM信号，将第十WDM信号入射至偏振转换单元216，将第十一WDM信号入射至偏振转换单元217。可选的，光分支器215可为分光片。
偏振转换单元216可用于将光分支器215分出的一路信号中的WDM信号的偏振方向转换为第一偏振方向。例如，偏振转换单元216可用于在第一时刻将来自光分支器215的第八WDM信号的偏振方向转换为第一偏振方向，得到第一WDM信号；在第二时刻将来自光分支器215的第十WDM信号的偏振方向转换为第一偏振方向，得到第二WDM信号。
偏振转换单元217可用于将光分支器215分出的另一路信号中的WDM信号的偏振方向转换为第二偏振方向。例如，偏振转换单元217可用于在第一时刻将来自光分支器215的第九WDM信号的偏振方向转换为第二偏振方向，得到第四WDM信号；在第二时刻将来自光分支器215的第十一WDM信号的偏振方向转换为第二偏振方向，得到第五WDM信号。
这样，光学设备可从输入到光学设备的一个WDM信号中分离出具有不同偏振方向的监控信号和业务信号。
可选的，偏振转换单元216和/或偏振转换单元217为偏振片。
另外，在实现方式2中，光交换引擎22可设置在偏振转换单元216所在光路中的光分支器215和PBC 26之间。例如，光交换引擎22设置在光分支器215和偏振转换单元216之间。
此外，光学系统21还可对WDM信号进行准直处理。下面对此进行具体说明。
在一些可能的方式中，如图11D所示，在图11C所示的光学系统21的基础上，该光学系统21还包括：准直元件212。输入端口211还用于在第一时刻将第六WDM信号入射到准直元件212。准直元件212用于对来自输入端口211的第六WDM信号进行准直处理后，将准直处理后的第六WDM信号入射到光分支器215。输入端口211还用于在第二时刻将第七WDM信号入射到准直元件212。准直元件212用于对来自输入端口211的第七WDM信号进行准直处理后，将准直处理后的第七WDM信号入射到光分支器215。
在另一些可能的方式中，如图11E所示，在图11C所示的光学系统21的基础上，该光学系统21还包括：准直元件218和准直元件219。光分支器215还用于在第一时刻将第八WDM信号入射到准直元件218，准直元件218对来自光分支器215的第八WDM信号进行准直处理后，将准直处理后的第八WDM信号入射到偏振转换单元216。光分支器215还用于在第一时刻将第九WDM信号入射到准直元件219，准直元件219对来自光分支器215的第九WDM信号进行准直处理后，将准直处理后的第九WDM信号入射到偏振转换单元217。光分支器215还用于在第二时刻将第十WDM信号入射到准直元件218，准直元件218对来自光分支器215的第十WDM信号进行准直处理后，将准直处理后的第十WDM信号入射到偏振转换单元216。光分支器215还用于在第二时刻将第十一WDM信号入射到准直元件219，准直元件219对来自光分支器215的第十一WDM信号进行准直处理后，将准直处理后的第十一WDM信号入射到偏振转换单元217。
通过实现方式1或实现方式2，光学设备可方便的获取到具有第一偏振方向的WDM信号和具有第二偏振方向的WDM信号。
可选的，如图12A所示，在图11B所示的光学设备的基础上，该光学设备还包括：透镜25。
其中，透镜25可设置在光交换引擎22和光交换引擎24之间，具体内容可参考对图8A的说明，重复之处不再赘述。
可选的，光交换引擎24设置在透镜25的后焦面附近。
下面以光学系统21为图10A所示的光学系统，色散系统23为图7A所示的色散系统，光交换引擎24的第一偏转层为超表面层241，光交换引擎24的第二偏转层为LCOS层242，第一平面为x-z平面，第二平面为y-z平面为例，对第一WDM信号、第二WDM信号、第四WDM信号和第五WDM信号在图12A所示的光学设备中的光路图进行说明。
图12B示出了y-z平面上第一WDM信号、第二WDM信号、第四WDM信号和第五WDM信号在图12A所示的光学设备中的光路图。如图12B所示，在第一时刻，第一WDM信号可依次通过输入端口211和光交换引擎22入射到PBC 26中，第四WDM信号通过输入端口213入射到PBC26中。PBC 26将来自光交换引擎22的第一WDM信号和来自输出端口213的第四WDM信号合成第一路光信号后，将第一路光信号通过色散系统23入射到光交换引擎24上，其中，色散系统23可对第一路光信号进行色散处理，具体内容可参考对图7A的说明。类似的，在第二时刻，第二WDM信号可依次通过输入端口211和光交换引擎22入射到PBC 26中，第五WDM信号通过输入端口213入射到PBC 26中。PBC 26将来自光交换引擎22的第二WDM信号和来自输出端口213的第五WDM信号合成第二路光信号后，将第二路光信号通过色散系统23入射到光交换引擎24上。
图12C示出了x-z平面上第一WDM信号和第二WDM信号在图12A所示的光学设备中的光路图。如图12C上图所示，在第一时刻，通过输入端口211接收的第一WDM信号可入射到光交换引擎22上。光交换引擎22对来自输入端口211的第一WDM信号进行一定的角度偏转后使其入射到透镜25上。来自光交换引擎22的第一WDM信号在通过透镜25进行光斑变换后，入射到超表面层241中x3对应的第一区域中。超表面层241可对来自透镜25的第一WDM信号的光场进行调制，使得第一WDM信号中第一波长的光信号偏转一定角度后反射到透镜25上。透镜25可将来自超表面层241的第一波长的光信号的角度转换为输出端的位置变化，从而使得第一波长的光信号入射到光交换引擎22上。光交换引擎22可对来自透镜25的第一WDM信号进行一度的角度偏转后使其入射到PD 201。如图12C下图所示，在第二时刻，第二WDM信号可依次通过光交换引擎22和透镜25入射到超表面层241中x4对应的第二区域中；然后，第二WDM信号中第二波长的光信号可依次通过透镜25和光交换引擎22入射到PD 201。
图12D示出了x-z平面上第四WDM信号和第五WDM信号在图12A所示的光学设备中的光路图。光学设备可采用相同的方式对第四WDM信号和第五WDM信号进行处理，下面以第四WDM信号为例进行说明。如图12D所示，通过输入端口213接收的第四WDM信号在通过透镜25进行光斑变换后，入射到LCOS层242上。LCOS层242对来自透镜25的第四WDM信号产生相位调制，从而使其以设定的角度反射到透镜25上。透镜25可将来自LCOS层242的第四WDM信号的角度转换为输出端的位置变化，从而使得第四WDM信号输入至目标输出端口。(例如，图12D中的输出端口27)。可选的，第四WDM信号在从输出端口213传输到透镜25的过程中，可进行准直处理。
可选的，当通过多个PD对WDM信号进行监测时，在第一时刻，透镜25可通过对第一波长的光信号类似的处理方式处理第一WDM信号中第三波长的光信号，使得第三波长的光信号入射到PD 202中；在第二时刻，透镜25可通过对第二波长的光信号类似的处理方式处理第二WDM信号中第四波长的光信号，使得第四波长的光信号入射到PD 202中，此处不再赘述。
图13示出了本申请实施例提供的一种ROADM。该ROADM可包括至少两个图9-图12D任一项所示的光学设备。例如，如图13所示，该ROADM 1300包括光学设备1301和光学设备1302。光学设备1301和光学设备1302可为图9-图12D所示的光学设备。可选的，光学设备1301可用于上传波长，光学设备1302可用于下载波长。
图14示出了本申请实施例提供的一种信号监控方法，该方法可应用于图2-图12D所示的任一光学设备。参见图14，该方法包括：
S1401：在第一时刻，通过光学系统获取第一WDM信号，并将第一WDM信号入射至第一光交换引擎，第一WDM信号为包括多个波长光信号的监控信号；
S1402：在第一时刻，通过第一光交换引擎将来自光学系统的第一WDM信号通过色散系统入射到第二光交换引擎中的第一区域；通过色散系统将来自第一光交换引擎的第一WDM信号中各波长的光信号分别入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域；
S1403：通过第二光交换引擎上固定的光场调制图案，在第一时刻将来自色散系统的第一WDM信号中第一波长的光信号入射到第一光探测器；
S1404：在第二时刻，通过光学系统获取第二WDM信号，并将第二WDM信号入射至第一光交换引擎，第二WDM信号和第一WDM信号属于同一路光信号，第二WDM信号为包括多个波长光信号的监控信号；
S1405：在第二时刻，旋转第一光交换引擎，使得来自光学系统的第二WDM信号通过色散系统入射到第二光交换引擎中的第二区域；通过色散系统将来自第一光交换引擎的第二WDM信号中各波长的光信号分别入射到第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域；其中，第一区域和第二区域为第二光交换引擎中沿第一方向上的不同区域，第一方向和第二方向垂直；
S1406：通过第二光交换引擎上的光场调制图案，在第二时刻将来自色散系统的第二WDM信号中第二波长的光信号入射到第一光探测器。
其中S1401和S1404可以由光学系统21执行，S1402以及S1405可以由光交换引擎22(即第一光交换引擎)和色散系统23执行，S1403以及S1406可以由光交换引擎24(即第二光交换引擎)执行。上述各个模块的具体内容可以参考前面的描述，在此不再赘述。
上述方法的其他内容，可以参考前面关于光学设备的内容，在此不再赘述。
本申请各装置实施例之间相关部分可以相互参考；各装置实施例所提供的装置用于执行对应的方法实施例所提供的方法，故方法实施例可以参考相关的装置实施例中的相关部分进行理解。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关硬件来完成，所述的程序可以存储于一个设备的可读存储介质中，该程序在执行时，包括上述全部或部分步骤，所述的存储介质，如：磁盘存储器、光学存储器等。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，不同的实施例可以进行组合，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何组合、修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (25)

1.一种光学设备，其特征在于，包括：光学系统、第一光交换引擎、色散系统、第二光交换引擎以及第一光探测器；
所述光学系统，用于在第一时刻获取第一波分复用WDM信号，并将所述第一WDM信号入射到所述第一光交换引擎；在第二时刻获取第二WDM信号，并将所述第二WDM信号入射到所述第一光交换引擎；其中，所述第一WDM信号和所述第二WDM信号属于同一路光信号，所述第一WDM信号和所述第二WDM信号均为包括多个波长光信号的监控信号；
所述第一光交换引擎，用于在所述第一时刻将来自所述光学系统的所述第一WDM信号通过所述色散系统入射到所述第二光交换引擎中的第一区域；以及在第二时刻进行旋转，使得来自所述光学系统的所述第二WDM信号通过所述色散系统入射到所述第二光交换引擎中的第二区域；其中，所述第一区域和所述第二区域为所述第二光交换引擎中沿第一方向上的不同区域；
所述色散系统，用于在所述第一时刻将来自所述第一光交换引擎的所述第一WDM信号中各波长的光信号分别入射到所述第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域，在所述第二时刻将来自所述第一光交换引擎的所述第二WDM信号中各波长的光信号分别入射到所述第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域；其中，所述第一方向和所述第二方向垂直；
所述第二光交换引擎，用于通过固定的光场调制图案，在所述第一时刻将来自所述色散系统的所述第一WDM信号中第一波长的光信号入射到所述第一光探测器，以及在所述第二时刻将来自所述色散系统的所述第二WDM信号中第二波长的光信号入射到所述第一光探测器；
所述第一光探测器，用于在所述第一时刻对入射到所述第一光探测器的所述第一波长的光信号进行检测，在所述第二时刻对入射到所述第一光探测器的所述第二波长的光信号进行检测。
2.如权利要求1所述的光学设备，其特征在于，所述第一光交换引擎为微机电系统MEMS器件或数字光处理DLP器件。
3.如权利要求1或2所述的光学设备，其特征在于，
所述第二光交换引擎具体用于通过所述光场调制图案，在所述第一时刻将来自所述色散系统的所述第一WDM信号中所述第一波长的光信号入射到所述第一光交换引擎，在所述第二时刻将来自所述色散系统的所述第二WDM信号中所述第二波长的光信号入射到所述第一光交换引擎；
所述第一光交换引擎还用于在所述第一时刻将来自所述第二光交换引擎的所述第一波长的光信号入射到所述第一光探测器；在所述第二时刻将来自所述第二光交换引擎的所述第二波长的光信号入射到所述第一光探测器。
4.如权利要求1-3任一项所述的光学设备，其特征在于，所述色散系统包括：第一透镜、色散元件和第二透镜，
所述第一透镜，用于在所述第一时刻对来自所述第一光交换引擎的所述第一WDM信号的光斑进行放大处理，在所述第二时刻对来自所述第一光交换引擎的所述第二WDM信号的光斑进行放大处理；
所述色散元件，用于在所述第一时刻将来自所述第一透镜的所述第一WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上，在所述第二时刻将来自所述第一透镜的所述第二WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上；
所述第二透镜，用于在所述第一时刻将来自所述色散元件的所述第一WDM信号中各波长的光信号入射到所述第二光交换引擎中沿所述第二方向上的不同区域，在所述第二时刻将来自所述色散元件的所述第二WDM信号中各波长的光信号入射到所述第二光交换引擎中沿所述第二方向上的不同区域。
5.如权利要求1-3任一项所述的光学设备，其特征在于，所述色散系统包括：色散元件和第二透镜，
所述色散元件，用于在所述第一时刻将来自所述第一光交换引擎的所述第一WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上，在所述第二时刻将来自所述第一光交换引擎的所述第二WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上；
所述第二透镜，用于在所述第一时刻将来自所述色散元件的所述第一WDM信号中各波长的光信号入射到所述第二光交换引擎中沿所述第二方向上的不同区域，在所述第二时刻将来自所述色散元件的所述第二WDM信号中各波长的光信号入射到所述第二光交换引擎中沿所述第二方向上的不同区域。
6.如权利要求4或5所述的光学设备，其特征在于，所述色散元件为光栅、棱镜或衍射光学元件DOE器件。
7.如权利要求1-6任一项所述的光学设备，其特征在于，所述光学设备还包括第二光探测器，
所述第二光交换引擎，还用于通过所述光场调制图案，在所述第一时刻将来自所述色散系统的所述第一WDM信号中第三波长的光信号入射到第二光探测器，以及在所述第二时刻将来自所述色散系统的所述第二WDM信号中第四波长的光信号入射到所述第二光探测器；
所述第二光探测器，用于在所述第一时刻对入射到所述第二光探测器的所述第三波长的光信号进行检测，在所述第二时刻对入射到所述第二光探测器的所述第四波长的光信号进行检测。
8.如权利要求1-7任一项所述的光学设备，其特征在于，所述第二光交换引擎为MEMS器件、硅基液晶LCOS器件、其上设置有所述光场调制图案的DOE器件或其上设置有所述光场调制图案的超表面器件。
9.如权利要求1-7任一项所述的光学设备，其特征在于，
所述光学系统还用于获取第三WDM信号，并将所述第三WDM信号入射到所述色散系统，所述第三WDM信号为业务信号；
所述色散系统还用于将来自所述光学系统的所述第三WDM信号中各波长的光信号入射到所述第二光交换引擎中沿所述第二方向上的不同区域；
所述第二光交换引擎包括第一偏转层和第二偏转层；其中，所述第一偏转层上设置有所述光场调制图案，所述第一偏转层用于调整所述第一WDM信号和所述第二WDM信号的传输方向；所述第二偏转层用于调整所述第三WDM信号的传输方向；
所述第二光交换引擎，用于通过所述第一偏转层上的所述光场调制图案，在所述第一时刻将来自所述色散系统的所述第一WDM信号中所述第一波长的光信号入射到所述第一光探测器，在所述第二时刻将来自所述色散系统的所述第二WDM信号中所述第二波长的光信号入射到所述第一光探测器；以及用于通过所述第二偏转层，将来自所述色散系统的所述第三WDM信号中各波长的光信号入射到对应的输出端口。
10.如权利要求9所述的光学设备，其特征在于，
所述第一WDM信号、所述第二WDM信号和所述第三WDM信号均为线偏振的光信号，所述第一WDM信号和所述第二WDM信号的偏振方向均为第一偏振方向，所述第三WDM信号的偏振方向为第二偏振方向，所述第一偏振方向和所述第二偏振方向垂直；所述第三WDM信号包括第四WDM信号和第五WDM信号；
所述光学设备还包括：偏振合束器；
所述光学系统具体用于在所述第一时刻获取第四WDM信号，并将所述第四WDM信号入射到所述偏振合束器；在所述第二时刻获取所述第五WDM信号，并将所述第五WDM信号入射到所述偏振合束器；
所述第一光交换引擎具体用于在所述第一时刻将来自所述光学系统的所述第一WDM信号依次通过所述偏振合束器和所述色散系统入射到所述第二光交换引擎中的第一区域；以及在第二时刻进行旋转，使得来自所述光学系统的所述第二WDM信号依次通过所述偏振合束器和所述色散系统入射到所述第二光交换引擎中的第二区域；
所述偏振合束器用于在所述第一时刻将来自所述第一光交换引擎的所述第一WDM信号和来自所述光学系统的所述第四WDM信号合成为第一路光信号，并将所述第一路光信号入射到所述色散系统；在所述第二时刻将来自所述第一光交换引擎的所述第二WDM信号和来自所述光学系统的所述第五WDM信号合成为第二路光信号，并将所述第二路光信号入射到所述色散系统；
所述色散系统具体用于在所述第一时刻将来自所述偏振合束器的所述第一路光信号中WDM信号的各波长的光信号分别入射到所述第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域；在所述第二时刻将来自所述偏振合束器的所述第二路光信号中WDM信号的各波长的光信号分别入射到所述第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域；
所述第一偏转层和所述第二偏转层为叠层；所述第一偏转层用于调整所述第一偏振方向的光信号的传输方向，所述第二偏转层用于调整所述第二偏振方向的光信号的传输方向。
11.如权利要求10所述的光学设备，其特征在于，所述光学系统包括：输入端口、光分支器、第一偏振转换单元和第二偏振转换单元；
所述输入端口，用于在所述第一时刻接收第六WDM信号，并将所述第六WDM信号入射到所述光分支器；在所述第二时刻接收第七WDM信号，并将所述第七WDM信号入射到所述光分支器；
所述光分支器，用于在所述第一时刻将来自所述输入端口的所述第六WDM信号分成所述第八WDM信号和所述第九WDM信号，并将所述第八WDM信号入射到所述第一偏振转换单元，将所述第九WDM信号入射到所述第二偏振转换单元；在所述第二时刻将来自所述输入端口的所述第七WDM信号分成所述第十WDM信号和所述第十一WDM信号，并将所述第十WDM信号入射到所述第一偏振转换单元，将所述第十一WDM信号入射到所述第二偏振转换单元；
所述第一偏振转换单元，用于在所述第一时刻将来自所述光分支器的所述第八WDM信号的偏振方向转换为所述第一偏振方向，得到所述第一WDM信号；在所述第二时刻将来自所述光分支器的所述第十WDM信号的偏振方向转换为所述第一偏振方向，得到所述第二WDM信号；
所述第二偏振转换单元，用于在所述第一时刻将来自所述光分支器的所述第九WDM信号的偏振方向转换为所述第二偏振方向，得到所述第四WDM信号；在所述第二时刻将来自所述光分支器的所述第十一WDM信号的偏振方向转换为所述第二偏振方向，得到所述第五WDM信号。
12.如权利要求9-11任一项所述的光学设备，其特征在于，所述第一偏转层为其上设置有所述光场调制图案的超表面层，所述第二偏转层为LCOS层。
13.一种可重构光分叉复用器，其特征在于，包括至少两个如权利要求9-12任一项所述的光学设备。
14.一种信号监控方法，其特征在于，包括：
在第一时刻，通过光学系统获取第一波分复用WDM信号，并将所述第一WDM信号入射至第一光交换引擎，所述第一WDM信号为包括多个波长光信号的监控信号；
在所述第一时刻，通过所述第一光交换引擎将来自所述光学系统的所述第一WDM信号通过色散系统入射到第二光交换引擎中的第一区域；通过所述色散系统将来自所述第一光交换引擎的所述第一WDM信号中各波长的光信号分别入射到所述第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域；
通过所述第二光交换引擎上固定的光场调制图案，在所述第一时刻将来自所述色散系统的所述第一WDM信号中第一波长的光信号入射到第一光探测器；
在第二时刻，通过所述光学系统获取第二WDM信号，并将所述第二WDM信号入射至所述第一光交换引擎，所述第二WDM信号和所述第一WDM信号属于同一路光信号，所述第二WDM信号为包括多个波长光信号的监控信号；
在所述第二时刻，旋转所述第一光交换引擎，使得来自所述光学系统的所述第二WDM信号通过所述色散系统入射到所述第二光交换引擎中的第二区域；通过所述色散系统将来自所述第一光交换引擎的所述第二WDM信号中各波长的光信号分别入射到所述第二光交换引擎中沿所述第二方向上的不同区域；其中，所述第一区域和所述第二区域为所述第二光交换引擎中沿第一方向上的不同区域，所述第一方向和所述第二方向垂直；
通过所述第二光交换引擎上的所述光场调制图案，在所述第二时刻将来自所述色散系统的所述第二WDM信号中第二波长的光信号入射到所述第一光探测器。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一光交换引擎为微机电系统MEMS器件或数字光处理DLP器件。
16.如权利要求14或15所述的方法，其特征在于，
通过所述第二光交换引擎上固定的光场调制图案，在所述第一时刻将来自所述色散系统的所述第一WDM信号中第一波长的光信号入射到第一光探测器，包括：通过所述光场调制图案，在所述第一时刻将来自所述色散系统的所述第一波长的光信号入射到所述第一光交换引擎上；通过所述第一光交换引擎，将来自所述第二光交换引擎的所述第一波长的光信号入射到所述第一光探测器；
通过所述第二光交换引擎上的所述光场调制图案，在所述第二时刻将来自所述色散系统的所述第二WDM信号中第二波长的光信号入射到所述第一光探测器，包括：通过所述光场调制图案，在所述第二时刻将来自所述色散系统的所述第二波长的光信号入射到所述第一光交换引擎上；通过所述第一光交换引擎，将来自所述第二光交换引擎的所述第二波长的光信号入射到所述第一光探测器。
17.如权利要求14-16任一项所述的方法，其特征在于，所述色散系统包括：第一透镜、色散元件和第二透镜，
通过所述色散系统将来自所述第一光交换引擎的所述第一WDM信号中各波长的光信号分别入射到所述第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域，包括：通过所述第一透镜，对来自所述第一光交换引擎的所述第一WDM信号的光斑进行放大处理；通过所述色散元件，将来自所述第一透镜的所述第一WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上；通过所述第二透镜，将来自所述色散元件的所述第一WDM信号中各波长的光信号入射到所述第二光交换引擎中沿所述第二方向上的不同区域；
通过所述色散系统将来自所述第一光交换引擎的所述第二WDM信号中各波长的光信号分别入射到所述第二光交换引擎中沿所述第二方向上的不同区域，包括：通过所述第一透镜，对来自所述第一光交换引擎的所述第二WDM信号的光斑进行放大处理；通过所述色散元件，将来自所述第一透镜的所述第二WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上；通过所述第二透镜，将来自所述色散元件的所述第二WDM信号中各波长的光信号入射到所述第二光交换引擎中沿所述第二方向上的不同区域。
18.如权利要求14-16任一项所述的方法，其特征在于，所述色散系统包括：色散元件和第二透镜，
通过所述色散系统将来自所述第一光交换引擎的所述第一WDM信号中各波长的光信号分别入射到所述第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域，包括：通过所述色散元件，将来自所述第一光交换引擎的所述第一WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上；通过所述第二透镜，将来自所述色散元件的所述第一WDM信号中各波长的光信号入射到所述第二光交换引擎中沿所述第二方向上的不同区域；
通过所述色散系统将来自所述第一光交换引擎的所述第二WDM信号中各波长的光信号分别入射到所述第二光交换引擎中沿所述第二方向上的不同区域，包括：通过所述色散元件，将来自所述第一光交换引擎的所述第二WDM信号中各波长的光信号分散到不同方向上；通过所述第二透镜，将来自所述色散元件的所述第二WDM信号中各波长的光信号入射到所述第二光交换引擎中沿所述第二方向上的不同区域。
19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述色散元件为光栅、棱镜或衍射光学元件DOE器件。
20.如权利要求14-19任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在第一时刻，通过所述第二光交换引擎上的所述光场调制图案，将来自所述色散系统的所述第一WDM信号中第三波长的光信号入射到第二光探测器；
在第二时刻，通过所述第二光交换引擎上的所述光场调制图案，将来自所述色散系统的所述第二WDM信号中第四波长的光信号入射到所述第二光探测器。
21.如权利要求14-20任一项所述的方法，其特征在于，所述第二光交换引擎为MEMS器件、硅基液晶LCOS器件、其上设置有所述光场调制图案的DOE器件或其上设置有所述光场调制图案的超表面器件。
22.如权利要求14-20任一项所述的方法，其特征在于，
所述方法还包括：通过所述光学系统获取第三WDM信号，并将所述第三WDM信号入射到所述色散系统，所述第三WDM信号为业务信号；
通过所述色散系统将所述第三WDM信号中各波长的光信号入射到所述第二光交换引擎中沿所述第二方向上的不同区域；
所述第二光交换引擎包括第一偏转层和第二偏转层；其中，所述第一偏转层上设置有所述光场调制图案，所述第一偏转层用于调整所述第一WDM信号和所述第二WDM信号的传输方向，所述第二偏转层用于调整所述第三WDM信号的传输方向；通过所述第二偏转层，将来自所述色散系统的所述第三WDM信号中各波长的光信号入射到对应的输出端口；
通过所述第二光交换引擎上固定的光场调制图案，在所述第一时刻将来自所述色散系统的所述第一WDM信号中第一波长的光信号入射到第一光探测器，包括：通过所述第一偏转层上的所述光场调制图案，在所述第一时刻将来自所述色散系统的所述第一波长的光信号入射到所述第一光探测器；
通过所述第二光交换引擎上的所述光场调制图案，在所述第二时刻将来自所述色散系统的所述第二WDM信号中第二波长的光信号入射到所述第一光探测器，包括：通过所述第一偏转层上的所述光场调制图案，在所述第二时刻将来自所述色散系统的所述第二波长的光信号入射到所述第一光探测器。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，
所述第一WDM信号、所述第二WDM信号和所述第三WDM信号均为线偏振的光信号，所述第一WDM信号和所述第二WDM信号的偏振方向为第一偏振方向，所述第三WDM信号的偏振方向为第二偏振方向，所述第一偏振方向和所述第二偏振方向垂直；所述第三WDM信号包括第四WDM信号和第五WDM信号；
所述第一偏转层和所述第二偏转层为叠层；所述第一偏转层用于调整所述第一偏振方向的光信号的传输方向，所述第二偏转层用于调整所述第二偏振方向的光信号的传输方向；
在所述第一时刻，通过所述光学系统获取第三WDM信号，包括：在所述第一时刻，通过所述光学系统获取所述第四WDM信号，并将所述第四WDM信号入射到偏振合束器；
在所述第一时刻，通过所述第一光交换引擎将来自所述光学系统的所述第一WDM信号通过色散系统入射到第二光交换引擎中的第一区域，包括：在所述第一时刻，通过所述第一光交换引擎将来自所述光学系统的所述第一WDM信号依次通过所述偏振合束器和所述色散系统入射到所述第二光交换引擎中的第一区域；
所述方法还包括：在所述第一时刻，通过所述偏振合束器将来自所述第一光交换引擎的所述第一WDM信号和来自所述光学系统的所述第四WDM信号合成为第一路光信号，并将所述第一路光信号入射到所述色散系统；在所述第一时刻，通过所述色散系统将来自所述偏振合束器的所述第一路光信号中WDM信号的各波长的光信号分别入射到所述第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域；
在所述第二时刻，通过所述光学系统获取第三WDM信号，包括：在所述第二时刻，通过所述光学系统获取所述第五WDM信号，并将所述第五WDM信号入射到所述偏振合束器；
在所述第二时刻，旋转所述第一光交换引擎，使得来自所述光学系统的所述第二WDM信号通过所述色散系统入射到所述第二光交换引擎中的第二区域，包括：在所述第二时刻，旋转所述第一光交换引擎，使得所述光学系统的所述第二WDM信号依次通过所述偏振合束器和所述色散系统入射到所述第二光交换引擎中的第二区域；
所述方法还包括：在所述第二时刻，通过所述偏振合束器将来自所述第一光交换引擎的所述第二WDM信号和来自所述光学系统的所述第五WDM信号合成为第二路光信号，并将所述第二路光信号入射到所述色散系统；在所述第二时刻，通过所述色散系统将来自所述偏振合束器的所述第二路光信号中WDM信号的各波长的光信号分别入射到所述第二光交换引擎中沿第二方向上的不同区域。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述光学系统包括：输入端口、光分支器、第一偏振转换单元和第二偏振转换单元；
在所述第一时刻，通过所述光学系统获取所述第四WDM信号，包括：在所述第一时刻，通过所述输入端口接收第六WDM信号，并将所述第六WDM信号入射到所述光分支器；通过所述光分支器将来自所述输入端口的所述第六WDM信号分成所述第八WDM信号和所述第九WDM信号，并将所述第八WDM信号入射到所述第一偏振转换单元，将所述第九WDM信号入射到所述第二偏振转换单元；通过所述第一偏振转换单元将来自所述光分支器的所述第八WDM信号的偏振方向转换为所述第一偏振方向，得到所述第一WDM信号；通过所述第二偏振转换单元将来自所述光分支器的所述第九WDM信号的偏振方向转换为所述第二偏振方向，得到所述第四WDM信号；
在所述第二时刻，通过所述光学系统获取所述第五WDM信号，包括：在所述第二时刻，通过所述输入端口接收第七WDM信号，并将所述第七WDM信号入射到所述光分支器；通过所述光分支器将来自所述输入端口的所述第七WDM信号分成所述第十WDM信号和所述第十一WDM信号，并将所述第十WDM信号入射到所述第一偏振转换单元，将所述第十一WDM信号入射到所述第二偏振转换单元；通过所述第一偏振转换单元将来自所述光分支器的所述第十WDM信号的偏振方向转换为所述第一偏振方向，得到所述第二WDM信号；通过所述第二偏振转换单元将来自所述光分支器的所述第十一WDM信号的偏振方向转换为所述第二偏振方向，得到所述第五WDM信号。
25.如权利要求22-24任一项所述的方法，其特征在于，所述第一偏转层为其上设置有所述光场调制图案的超表面层，所述第二偏转层为LCOS层。
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