CN117998233A - 光交换装置和光交换方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种光交换装置，应用于光通信领域。光交换装置的输入输出端口阵列包括M个输入端口、色散件、第一级切换引擎、第二级切换引擎和N个输出端口。M个输入端口用于接收M个第一光束。色散件用于将每个第一光束分解为P个子光束，得到M×P个子光束。第一级切换引擎和第二级切换引擎用于为M×P个子光束施加切换角度。色散件还用于将M×P个子光束合束为N个第二光束，向N个输出端口传输N个第二光束。其中，M个输入端口的端口高度为d1。N个输出端口的端口高度为d2。输入输出端口阵列的端口高度为d。d1与d2的和小于2d。通过改变输入输出端口阵列中的端口分布，本申请揭示的光交换装置的尺寸较小。

Description

光交换装置和光交换方法

技术领域

本申请涉及光通信领域，尤其涉及光交换装置和光交换方法。

背景技术

在光通信领域中，可以通过光交换节点进行光信号传输方向(或者说传输路径)的交换。光交换节点可以为可重构光分插复用器(reconfigurable optical add dropmultiplexer，ROADM)或数据中心网络内部的光交换节点。光交换节点可以包括一个或多个光交换装置。光交换装置可以为波长选择开关(wavelength selective switch，WSS)。WSS包括输出端口和输入端口。为了减少WSS中光器件的数量，可以使得输出端口和输入端口在WSS的同一侧。同一侧的输入端口和输出端口可以组成输入输出端口阵列。

在实际应用中，WSS中光器件的尺寸较大，从而导致WSS的尺寸较大。

发明内容

本申请提供了一种光交换装置和光交换方法，通过改变输入输出端口阵列中的端口分布，可以减小光交换装置的尺寸。

本申请第一方面提供了一种光交换装置。光交换装置包括输入输出端口阵列、第一镜片、色散件、第二镜片、第一级切换引擎、反射镜片和第二级切换引擎。输入输出端口阵列包括M个输入端口和N个输出端口。M与N的和大于2。N和M为大于0的整数。第一镜片用于从M个输入端口接收M个第一光束，将M个第一光束汇聚至色散件。M个第一光束和M个输入端口一一对应。色散件用于将每个第一光束分解为P个子光束，得到M×P个子光束。P为大于0的整数。色散件用于将每个第一光束分解为P个子光束也可以理解为色散件用于根据每个第一光束得到P个子光束。第二镜片用于从色散件接收M×P个子光束，将M×P个子光束准直入射至第一级切换引擎。第一级切换引擎用于为M×P个子光束施加切换角度，以向反射镜片传输M×P个子光束。反射镜片用于向第二级切换引擎反射M×P个子光束。第二级切换引擎用于改变M×P个子光束的传输角度，向色散件传输M×P个子光束。色散件还用于将M×P个子光束合束为N个第二光束，向N个输出端口传输N个第二光束。N个第二光束和N个输出端口一一对应。其中，M个输入端口的端口高度为d1。N个输出端口的端口高度为d2。输入输出端口阵列的端口高度为d。d1与d2的和小于2d。

在光交换装置中，光器件的尺寸与d1、d2相关。通过改变输入输出端口阵列中的端口分布，可以改变d1和/或d2的值，从而减小光器件的尺寸，进而减小光交换装置的尺寸。

在第一方面的一种可选方式中，第一镜片和第二镜片为同一镜片。第一镜片为反射镜。第一级切换引擎和第二级切换引擎为同一切换引擎。通过共用同一个器件，可以减少光交换装置中光器件的数量，从而减小光器件的尺寸。

在第一方面的一种可选方式中，光交换装置还包括第三镜片和第四镜片。第三镜片用于从M个输入端口接收M个第一光束，向第四镜片传输M个第一光束。第四镜片用于向第一镜片传输M个第一光束。第一级切换引擎用于通过第四镜片向反射镜片传输M×P个子光束。反射镜片用于通过第四镜片向第二级切换引擎反射M×P个子光束。

在第一方面的一种可选方式中，光交换装置还包括第五镜片。第一级切换引擎用于通过第五镜片和第四镜片向反射镜片传输M×P个子光束。反射镜片用于通过第五镜片和第四镜片向第二级切换引擎反射M×P个子光束。通过引入第五镜片，可以灵活设置反射镜片的位置，从而降低光交换装置的加工成本。

在第一方面的一种可选方式中，光交换装置还包括分离组件。第三镜片用于将M个第一光束汇聚至分离组件的第一区域，通过分离组件的第一区域向第四镜片传输M个第一光束。第一级切换引擎用于通过分离组件的第二区域和第四镜片向反射镜片传输M×P个子光束。反射镜片用于通过分离组件的第二区域和第四镜片向第二级切换引擎反射M×P个子光束。通过引入分离组件，可以在离色散件较远的位置设置反射镜片，便于光路布局。

在第一方面的一种可选方式中，第一镜片用于将M个第一光束汇聚至色散件的第一区域。色散件用于通过色散件的第一区域将每个第一光束分解为P个子光束。第一级切换引擎用于通过色散件的第二区域向反射镜片传输M×P个子光束。反射镜片用于通过色散件的第二区域向第二级切换引擎反射M×P个子光束。通过将色散组件设计成分离组件，可以减小光交换装置中光器件的数量，从而降低光交换装置的成本。

在第一方面的一种可选方式中，M个输入端口为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的M个端口。或，N个输出端口为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的N个端口。其中，d1与d2的和与光器件的尺寸正相关。当M个输入端口为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的M个端口时，d1的值最小。当N个输出端口为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的N个端口时，d2的值最小。通过尽量降低d1或d2的值，可以进一步减小光交换装置的尺寸。

在第一方面的一种可选方式中，N等于M，输入输出端口阵列为Q行W列的端口组成的阵列。

在第一方面的一种可选方式中，d为Q－1。d1等于d，d2等于Q/2－1。或，d2等于d，d1等于Q/2－1。此时，d1与d2的和最小，即光器件的尺寸最小。因此，本申请可以减小光交换装置的尺寸。

在第一方面的一种可选方式中，Q大于2。

在第一方面的一种可选方式中，W等于1。N等于Q/2。M等于Q/2。

在第一方面的一种可选方式中，M等于W。M个输入端口为Q行W列的端口中的一行端口。M个输入端口为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的M个端口。此时，d1的值最小。当M个输入端口与光轴平面的距离为0时，d1等于0。因此，本申请可以减小光交换装置的尺寸。

本申请第二方面提供了一种光交换方法。光交换方法可以应用于光交换装置或光交换节点。下面以光交换方法应用于光交换装置为例进行描述。光交换方法包括以下步骤。光交换装置通过输入输出端口阵列中的M个输入端口接收M个第一光束。M个第一光束和M个输入端口一一对应。光交换装置通过输入输出端口阵列中的N个输出端口输出N个第二光束。N个第二光束是根据所述M个第一光束得到的。M与N的和大于2。N和M为大于0的整数。其中，M个输入端口的端口高度为d1。N个输出端口的端口高度为d2。输入输出端口阵列的端口高度为d。d1与d2的和小于2d。

在第一方面的一种可选方式中，M个输入端口为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的M个端口。或，N个输出端口为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的N个端口。

本申请第三方面提供了一种光交换节点。光交换节点包括多个前述第一方面或第一方面中任意一种可选方式中所述的光交换装置。多个光交换装置通过光纤相连。

本申请第四方面提供了一种光通信系统。光通信系统包括多个如第三方面所述的光交换节点。

附图说明

图1为本申请实施例提供的光交换装置的第一个结构示意图；

图2a为输入输出端口阵列的结构示意图；

图2b为本申请实施例提供的输入输出端口阵列的第一个结构示意图；

图2c为本申请实施例提供的输入输出端口阵列的第二个结构示意图；

图2d为本申请实施例提供的输入输出端口阵列的第三个结构示意图；

图2e为本申请实施例提供的输入输出端口阵列的第四个结构示意图；

图3a为本申请实施例提供的光交换装置的第二个结构示意图；

图3b为本申请实施例提供的光交换装置的第三个结构示意图；

图4a为本申请实施例提供的光交换装置的第四个结构示意图；

图4b为本申请实施例提供的光交换装置的第五个结构示意图；

图5a为本申请实施例提供的光交换装置的第六个结构示意图；

图5b为本申请实施例提供的光交换装置的第七个结构示意图；

图6a为本申请实施例提供的光交换装置的第八个结构示意图；

图6b为本申请实施例提供的光交换装置的第九个结构示意图；

图6c为本申请实施例提供的光交换装置的第十个结构示意图；

图7为本申请实施例提供的分离组件的结构示意图；

图8a为本申请实施例提供的光交换装置的第十一个结构示意图；

图8b为本申请实施例提供的光交换装置的第十二个结构示意图；

图8c为本申请实施例提供的光交换装置的第十三个结构示意图；

图9为本申请实施例提供的色散件的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的光交换节点的第一个结构示意图；

图11为本申请实施例提供的光交换节点的第二个结构示意图；

图12为本申请所提供的光通信系统的结构示意图；

图13为本申请实施例提供的光交换方法的流程示意图。

具体实施方式

本申请提供了一种光交换装置和光交换方法，通过改变输入输出端口阵列中的端口分布，可以减小光交换装置的尺寸。应理解，本申请中使用的“第一”、“第二”等仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。另外，为了简明和清楚，本申请多个附图中重复参考编号和/或字母。重复并不表明各种实施例和/或配置之间存在严格的限定关系。

本申请中的光交换装置也可以称为WSS。WSS包括M个输入端口和N个输出端口。M与N的和大于2。N和M为大于0的整数。WSS中包括反射镜片。反射镜片用于反射WSS的输入光束，使得WSS的输出光束的输出方向和WSS的输入光束的输入方向相反。此时，M个输入端口和N个输出端口位于WSS的同一侧。M个输入端口和N个输出端口组成输入输出端口阵列。M个输入端口的端口高度为d1。M个输入端口的端口高度是指目标输入端口与光轴平面的2倍距离。目标输入端口是指M个输入端口中与光轴平面距离最大的端口。光轴平面是指WSS的光轴所在的YZ平面。关于WSS的光轴的描述，请参阅后续的相关描述。N个输出端口的端口高度为d2。N个输出端口的端口高度是指目标输出端口与光轴平面的2倍距离。目标输出端口是指N个输出端口中与光轴平面的距离最大的端口。输入输出端口阵列的端口高度为d。输入输出端口阵列的端口高度是指目标端口与光轴平面的2倍距离。目标端口是指输入输出端口阵列中与光轴平面的距离最大的端口。d1与d2的和小于2d。下面对此进行举例描述。

图1为本申请实施例提供的光交换装置的第一个结构示意图。如图1所示，WSS100包括4个输入端口以及4个输出端口。4个输入端口用于接收4束第一光束。WSS100根据4束第一光束得到4束第二光束。4个输出端口用于输出4束第二光束。为了方便描述，定义Y轴方向包括Y轴正方向和Y轴反方向。在图1中，4束第一光束的输入方向为Y轴正方向，4束第二光束的输出方向为Y轴反方向。此时，在平面XZ内，4个输入端口和4个输出端口组成输入输出端口阵列。平面XZ垂直于Y轴。下面对不同排布的输入输出端口阵列进行分别描述。

图2a为输入输出端口阵列的结构示意图。如图2a所示，输入输出端口阵列为4行2列的阵列，光轴平面201位于第二行端口和第三行端口之间。第一列端口包括4个输入端口。第二列端口包括4个输出端口。为了方便描述，定义同一列端口中相邻端口的距离相同且为H。此时，输入输出端口阵列的端口高度d为3H。4个输入端口的的端口高度d1也为3H。4个输出端口的的端口高度d2也为3H。d1与d2的和等于2d。

图2b为本申请实施例提供的输入输出端口阵列的第一个结构示意图。如图2b所示，输入输出端口阵列为4行2列的阵列。其中，第一行和第四行总共包括4个输出端口。第二行和第三行总共包括4个输入端口。此时，输入输出端口阵列的端口高度d为3H。4个输入端口的的端口高度d1为H。4个输出端口的的端口高度d2为3H。d1与d2的和小于2d。

应理解，在前述的示例中，M和N等于4。在实际应用中，M或N还可以为其它的值。下面对此进行分别举例描述。

图2c为本申请实施例提供的输入输出端口阵列的第二个结构示意图。如图2c所示，输入输出端口阵列为4行1列的阵列。其中，第一行和第四行总共包括2个输出端口。第二行和第三行总共包括2个输入端口。此时，输入输出端口阵列的端口高度d为3H。2个输入端口的的端口高度d1为H。2个输出端口的的端口高度d2为3H。d1与d2的和小于2d。

图2d为本申请实施例提供的输入输出端口阵列的第三个结构示意图。如图2d所示，输入输出端口阵列为5行2列的阵列。其中，第一行、第二行、第四行和第五行总共包括8个输出端口。第三行包括2个输入端口。光轴平面201位于第三行。此时，输入输出端口阵列的端口高度d为4H。2个输入端口的的端口高度d1为0。8个输出端口的的端口高度d2为4H。d1与d2的和小于2d。

应理解，在前述实施例中，输入输出端口阵列的排列方式为矩形。在实际应用中，M个输入端口和N个输出端口可以在平面XZ内随机排列，或整体排列成圆形、椭圆形、多边形等。下面以输入输出端口阵列为八边形进行示例描述。

图2e为本申请实施例提供的输入输出端口阵列的第四个结构示意图。如图2e所示，输入输出端口阵列包括6个输入端口和6个输出端口。输入输出端口阵列的形状为八边形。在图2e中，输入输出端口阵列的端口高度d为3H。6个输入端口的的端口高度d1为3H。6个输出端口的的端口高度d2为H。d1与d2的和小于2d。应理解，前述图2b至图2e只是本申请实施例提供的几种端口分布的示例。在实际应用中，本领域技术人员可以根据需求对端口分布进行适应性的修改。

在光交换装置中，光器件的尺寸与d1、d2相关。d1和/或d2的值越小时，光器件的尺寸越小。因此，在本申请实施例中，通过改变输入输出端口阵列中的端口分布，可以改变d1和/或d2的值，从而减小光器件的尺寸，进而减小光交换装置的尺寸。

在实际应用中，为了尽量减小光器件的尺寸，M个输入端口可以为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的M个端口。此时，第一输出端口与光轴平面的距离大于或等于目标输入端口与光轴平面的距离。目标输入端口是指M个输入端口中与光轴平面距离最大的端口。第一输出端口指N个输出端口中与光轴平面距离最小的端口。或者类似地，为了尽量减小光器件的尺寸，N个输出端口可以为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的N个端口。此时，第一输入端口与光轴平面的距离大于或等于目标输出端口与光轴平面的距离。目标输出端口是指N个输出端口中与光轴平面距离最大的端口。第一输入端口指M个输入端口中与光轴平面距离最小的端口。

在实际应用中，N可以等于M。输入输出端口阵列可以为Q行W列的端口组成的阵列。当输入输出端口阵列沿1维方向分布时，W等于1。当N等于M时，N等于Q/2，M等于Q/2。假设输入输出端口阵列在X轴方向沿光轴平面对称。此时，输入输出端口阵列的端口高度d为Q－1。当N个输出端口为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的N个端口时，M个输入端口的的端口高度d1等于d。N个输出端口的的端口高度d2等于Q/2－1。其中，Q-1为目标端口与光轴平面的2倍距离。d2、d1和d的单位为H长度。例如，H为2毫米，Q等于8，则d等于14毫米。关于H的描述，请参阅前述图2a的描述。目标端口是指输入输出端口阵列中与光轴平面的距离最大的端口。当M个输入端口可以为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的M个端口时，N个输出端口的端口高度d2等于d。M个输入端口的端口高度d1等于Q/2－1。

在实际应用中，当输入输出端口阵列为Q行W列的端口组成的阵列时，M可以等于W，M个输入端口可以为Q行W列的端口中的一行端口。例如，在图2d中，N等于8，M等于2，Q等于5。此时，M等于W。当输入输出端口阵列在X轴方向沿光轴平面对称，M个输入端口为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的M个端口时，d1的值可以为0。因为，本申请实施例可以进一减小光交换装置的尺寸。

前面对本申请实施例提供的光交换装置的输入输出端口阵列进行描述，下面对本申请实施例提供的光交换装置的结构进行描述。图3a为本申请实施例提供的光交换装置的第二个结构示意图。图3b为本申请实施例提供的光交换装置的第三个结构示意图。如图3a和3b所示，光交换装置包括输入输出端口阵列、第一镜片301、色散件302、第二镜片303、第一级切换引擎304、反射镜片305和第二级切换引擎306。下面对光交换装置中的不同器件进行分别描述。

输入输出端口阵列包括M个输入端口和N个输出端口(在图3a中，仅示意出了一个输入端口和一个输出端口)。M与N的和大于2。N和M为大于0的整数。输入端口可以为与光交换装置连接的输入光纤的端口，输入光纤通过该输入端口将第一光束传输至光交换装置中，以进行传输方向的交换。应理解，输入端口还可以为平面光波导(planar lightwavecircuit，PLC)或PLC的光波导的端口。类似地，输出端口可以为与光交换装置连接的输出光纤的端口，输出光纤通过该输出端口从光交换装置接收第二光束。输出端口也可以为PLC或PLC的光波导的端口。M个输入端口用于接收M个第一光束。M个第一光束和M个输入端口一一对应。M个第一光束的传输方向为Y轴方向。Y轴方向也称为光束的传输方向。第一光束可以是包含单一波长的光束(即单色光)，也可以是包括多个波长的光束(即彩色光或复色光)。本实施例，以输入端口所获取的第一光束为包括多个波长的光束为例进行说明。例如，第一光束包括λ1、λ2、λ3和λ4。

第一镜片301可以为透镜或反射镜。第一镜片301用于从M个输入端口接收M个第一光束，将M个第一光束汇聚至色散件302。应理解，为了方便描述，在图3a中，仅示意了一个第一光束。应理解，第一镜片301可以为奇数或偶数个透镜组成的透镜组。此时，透镜组用于将M个第一光束汇聚至色散件302。

色散件302位于第一镜片301的后焦点处。色散件302可以为光栅302。色散件302用于对M个第一光束中的每个第一光束进行分解，得到M×P个子光束。P为每个第一光束包括的波长数量。P为大于0的整数。根据前面的描述可知，图3a仅以一个第一光束为例进行描述。此时，色散件302用于对一个第一光束进行分解，得到P个子光束。色散件302使得P个子光束分别以不同的出射角度从P个子光束出射以进行传输。色散件302输出的P个子光束传输至第二镜片303。

在本申请实施例中，X轴方向为与光栅302的刻线相互平行的方向，而Z轴方向为与光栅302的刻线相垂直的方向。色散件302用于将第一光束进行分解以形成P个子光束。P个子光束分别以不同的出射角度从色散件302出射以进行传输。Z轴方向为出射的P个子光束散开的方向，亦即该色散件302使得P个子光束获取角色散的方向。Z轴方向和X轴方向垂直。因此，在XY平面内，P个子光束互相重叠，仅用一个带箭头的实线表征P个子光束。

第二镜片303用于从色散件302接收M×P个子光束。色散件302位于第二镜片303的后焦点处。第二镜片303可以为透镜或反射镜。第二镜片303用于改变M×P个子光束的传输方向，使得M×P个子光束准直入射至第一级切换引擎304的M×P个区域。M×P个子光束和M×P个区域一一对应。

第一级切换引擎304可以为硅基液晶(liquid crystal on silicon，LCOS)芯片、液晶(liquid crystal，LC)阵列芯片或者微机电系统(micro electro mechanicalsystem，MEMS)。第一级切换引擎304包括M×P个区域。每个区域用于沿Z轴方向和/或X轴方向改变入射的子光束的传输方向，即M×P个区域中的每个区域用于为对应的子光束施加不同的切换角度。子光束的切换角度和N个输出端口一一对应。因此，向不同输出端口传输的子光束对应不同的切换角度。例如，一个第一光束包括4个子光束。4个子光束包括λ1、λ2、λ3和λ4。当λ1和λ2需要传输至相同的输出端口时，λ1和λ2的切换角度相同。当λ1和λ2需要传输至不同的输出端口时，λ1和λ2的切换角度不同。

在实际应用中，多个相同切换角度的子光束可以组成一个第二光束。在后续的描述中，色散件302用于对多个相同切换角度的子光束进行合束，得到一个第二光束。因此，多个相同切换角度的子光束可以称为一个第二光束。第一级切换引擎304可以根据M×P个子光束得到N个第二光束。当N等于M时，每个第二光束也可以包括P个子光束。N个第二光束和N个输出端口一一对应。第一级切换引擎304为N个第二光束中的每个第二光束施加了不同的切换角度。因此，N个第二光束中每个第二光束的传输方向不同。为了方便描述，在图3a的示例中，仅示意了一个第二光束或一个子光束的传输方向。

根据前面的描述可知，第二镜片303用于将M×P个子光束准直入射至第一级切换引擎304。准直入射并不是表征M×P个子光束一定和第一级切换引擎304的接收平面垂直。在本申请实施例中，为了使得M个第一光束和M×P个子光束分离，M×P个子光束中的每个子光束可以不垂直入射至第一级切换引擎304的接收平面。此时，第一级切换引擎304的接收平面存在绕X轴的夹角(即沿X轴方向为轴，第一级切换引擎304的接收平面存在一定夹角，图中未示出)。在本申请实施例中，M×P个子光束中的每个子光束也可以垂直入射至第一级切换引擎304的接收平面。此时，第一级切换引擎304为M×P个子光束施加固定或可变的绕X轴的偏转角，使得M个第一光束和M×P个子光束分离。通过上述方式，可以使得M×P个子光束和M个第一光束分离。具体地，在图3a中，第一级切换引擎304传输的M×P个子光束通过第二镜片303、色散件302和第一镜片301后传输至反射镜片305。应理解，在XY平面的示意中，第一级切换引擎304传输的M×P个子光束经过输入端口。在YZ平面中，第一级切换引擎304传输的M×P个子光束并未经过输入端口。

反射镜片305可以为反射镜，或反射镜和透镜的组合。反射镜片305用于接收M×P个子光束(或称为N个第二光束)。M×P个子光束入射至反射镜片305的入射角度或入射位置不同。反射镜片305的功能是将入射光束的角度差异变换为位置差异、或位置差异变换为角度差异，并通过第一镜片301将子光束反射至第二级切换引擎306。具体地，当M×P个子光束的入射角度不同时，反射镜片305将不同的入射角度差异转换为不同的位置差异。此时，反射的M×P个子光束入射至第一镜片301的不同位置。当M×P个子光束的入射位置不同时，反射镜片305将不同的入射位置差异转换为不同的角度差异。此时，反射的M×P个子光束以不同的角度入射至第一镜片301。

如图3b所示，在图3a的基础上，反射镜片305用于反射M×P个子光束。应理解，为了方便描述，图3b中仅示意了一个子光束。M×P个子光束通过第一镜片301、色散件302和第二镜片303后到达第二级切换引擎306。应理解，在XY平面的示意中，反射镜片305反射的M×P个子光束经过输出端口。在YZ平面中，反射镜片305反射的M×P个子光束并未经过输出端口。第二级切换引擎306和第一级切换引擎304可以为同一切换引擎中的不同区域。例如，目标切换引擎包括第一区域和第二区域。第一区域也称为第一级切换引擎304。第二区域也称为第二级切换引擎306。

关于第二级切换引擎306的描述，可以参考前述第一级切换引擎304的描述。反射镜片305反射的M×P个子光束传输至第二级切换引擎306中的不同区域。第二级切换引擎306用于改变M×P个子光束的传输方向，使得M×P个子光束的传输方向与光交换装置的光轴平行。光交换装置的光轴可以为光交换装置中任意镜片的光轴，例如第一镜片301或第二镜片303的光轴。光交换装置的光轴位于光轴平面201上。光轴平面201平行于YZ平面。YZ平面是指垂直于X轴的平面。

从第二级切换引擎306输出的M×P个子光束通过第二镜片303后到达色散件302。色散件302用于对M×P个子光束中相同切换角度的子光束进行合束，得到N个第二光束。色散件302用于向通过第一镜片301向N个输出端口传输N个第二光束。N个输出端口和N个第二光束一一对应。应理解，在图3a和图3b中，仅以一个输出端口为例进行描述。

在实际应用中，为了方便实现第一光束和第二光束的分离，光交换装置还可以包括第三镜片和第四镜片。图4a为本申请实施例提供的光交换装置的第四个结构示意图。图4b为本申请实施例提供的光交换装置的第五个结构示意图。如图4a和4b所示，在图3a和图3b的基础上，光交换装置还包括第三镜片401和第四镜片402。下面对光交换装置中的不同器件进行分别描述。

第三镜片401和第四镜片402可以为透镜或反射镜。第三镜片401用于从M个输入端口接收M个第一光束，向第四镜片402传输M个第一光束。应理解，在图4a中，仅示意了一个第一光束。在XY平面的示意中，M个第一光束经过反射镜片305。在YZ平面中，M个第一光束并未经过反射镜片305。第三镜片401的后焦点和第四镜片402的前焦点重合。第四镜片402用于向第一镜片301传输M个第一光束。第四镜片402的后焦点和第一镜片301的前焦点重合。关于第一镜片301、色散件302、第二镜片303和第一级切换引擎304的描述，可以参考前述图3a中的描述。色散件302用于根据M个第一光束得到M×P个子光束，向第一级切换引擎304传输M×P个子光束。第一级切换引擎304用于改变M×P个子光束的传输方向。第一级切换引擎304反射的M×P个子光束经过第二镜片303、色散件302、第一镜片301和第四镜片402后到达反射镜片305。

反射镜片305用于将入射光束的角度差异变换为位置差异、或位置差异变换为角度差异，并向第二级切换引擎306反射N个第二光束。关于反射镜片305和第二级切换引擎306的描述，可以参考前述图3b的描述。其中，反射镜片305反射的M×P个子光束经过第四镜片402、第一镜片301、色散件302和第二镜片303后到达第二级切换引擎306。第二级切换引擎306输出的M×P个子光束(或称为N个第二光束)通过第二镜片303、色散件302、第一镜片301、第四镜片402和第三镜片401后到达N个输出端口。N个输出端口和N个第二光束一一对应。应理解，在图4a和图4b中，仅以一个输出端口为例进行描述。

在前述图3a和图3b中，光交换装置的光轴可以为第一镜片301或第二镜片303的光轴。在图4a和4b中，光交换装置的光轴也可以为第三镜片401或第四镜片402的光轴。

在实际应用中，为了可以更灵活的设置反射镜片305的位置，光交换装置还包括第五镜片。第五镜片用于改变M×P个子光束的传输方向。图5a为本申请实施例提供的光交换装置的第六个结构示意图。图5b为本申请实施例提供的光交换装置的第七个结构示意图。如图5a和5b所示，在图4a和图4b的基础上，光交换装置还包括第五镜片501。第五镜片501用于改变第一级切换引擎304反射的M×P个子光束的传输方向。其中，第一级切换引擎304反射的M×P个子光束经过第二镜片303、色散件302、第一镜片301、第四镜片402和第五镜片501后到达反射镜片305。反射镜片305反射的M×P个子光束经过第五镜片501、第四镜片402、第一镜片301、色散件302和第二镜片303后到达第二级切换引擎306。应理解，在图5a和图5b中各个光器件的描述，可以参考前述图4a和图4b的描述。在图5a和图5b中，在XY平面的示意中，第五镜片501与输入光束的路径重叠。在YZ平面中，第五镜片501与输入光束的路径不重叠。因此，M个第一光束不经过第五镜片501。

在图3a、图4a和图5a的示例中，光交换装置通过第一级切换引擎304的接收平面绕X轴的夹角或第一级切换引擎304施加的绕X轴的偏转角来实现第一光束和M×P个子光束的分离。在实际应用中，光交换装置也可以通过分离组件来实现第一光束和M×P个子光束的分离。图6a为本申请实施例提供的光交换装置的第八个结构示意图。图6b为本申请实施例提供的光交换装置的第九个结构示意图。图6c为本申请实施例提供的光交换装置的第十个结构示意图。如图6a、图6b和图6c所示，在图4a和图4b的基础上，光交换装置还包括分离组件601。

分离组件601位于第三镜片401和第四镜片402之间。例如，分离组件601可以位于第三镜片401的后焦点上。分离组件601包括包括第一区域和第二区域。图7为本申请实施例提供的分离组件的结构示意图。如图7所示，分离组件601包括灰色所示的第一区域和白色所示的第二区域。第一区域位于光轴平面201附近。在其中一个示例中，第一区域和第二区域为平面，平面的法线为Y轴。第一区域和第二区域在色散平面(YZ平面)内有角度差异，以此在色散平面将第一光束和第二光束分离。下面对分离组件601的功能进行描述。

在图6a中，M个第一光束依次经过第三镜片401、分离组件601、第四镜片402、第一镜片301、色散件302、第二镜片303和第一级切换引擎304。第一级切换引擎304反射的N个第二光束依次经过第二镜片303、色散件302、第一镜片301、第四镜片402后到达分离组件601。其中，分离组件601的第一区域用于从第三镜片401接收M个第一光束，向第四镜片402反射或透射M个第一光束。分离组件601的第二区域用于从第四镜片402接收M×P个子光束，向反射镜片305反射或透射M×P个子光束。

在图6b中，反射镜片305反射的M×P个子光束依次经过分离组件601、第四镜片402、第一镜片301、色散件302、第二镜片303和第二级切换引擎306。其中，分离组件601的第二区域用于从反射镜片305接收M×P个子光束，向第四镜片402反射或透射M×P个子光束。

在图6c中，第二级切换引擎306输出的M×P个子光束通过第二镜片303、色散件302、第一镜片301、第四镜片402、分离组件601和第三镜片401后到达N个输出端口。其中，分离组件601的第一区域用于从第四镜片402接收N个第二光束，向第三镜片401反射或透射N个第二光束。应理解，在图6a、图6b和图6c中各个光器件的描述，可以参考前述图4a和图4b的描述。

在实际应用中，为了减少光交换装置中光器件的数量，可以将分离组件601的功能集成在色散件302上。图8a为本申请实施例提供的光交换装置的第十一个结构示意图。图8b为本申请实施例提供的光交换装置的第十二个结构示意图。图8c为本申请实施例提供的光交换装置的第十三个结构示意图。如图8a、图8b和图8c所示，在图3a和图3b的基础上，色散件302包括第一区域和第二区域。图9为本申请实施例提供的色散件的结构示意图。如图9所示，色散件302包括灰色示意的第一区域和白色示意的第二区域。第一区域位于光轴平面201附近。在其中一个示例中，第一区域和第二区域的衍射能力不同，从而在色散平面将第一光束和第二光束分离。下面对色散件302的功能进行描述。

在图8a中，M个第一光束依次经过第一镜片301、色散件302、第二镜片303和第一级切换引擎304。第一级切换引擎304反射的M×P个子光束依次经过第二镜片303和色散件302。其中，色散件302的第一区域用于从第一镜片301接收M个第一光束，根据M个第一光束得到M×P个子光束，向第二镜片303传输M×P个子光束。色散件302的第二区域用于从第二镜片303接收M×P个子光束，向反射镜片305透射M×P个子光束。

在图8b中，反射镜片305反射的M×P个子光束依次经过色散件302、第二镜片303和第二级切换引擎306。其中，色散件302的第二区域用于从反射镜片305接收M×P个子光束，向第二镜片303透射M×P个子光束。

在图8c中，第二级切换引擎306输出的M×P个子光束通过第二镜片303、色散件302和第一镜片301后到达N个输出端口。其中，色散件302的第一区域用于从第二镜片303接收M×P个子光束，根据M×P个子光束得到N个第二光束，向第一镜片301透射N个第二光束。应理解，在图8a、图8b和图8c中各个光器件的描述，可以参考前述图3a和图3b的描述。

前面对本申请提供的光交换装置进行描述。下面对本申请实施例提供的光交换节点进行描述。在本申请中，光交换节点可以为ROADM或数据中心网络内部的光交换节点。在其他示例中，该光交换节点还可称之为波长交叉连接器(wavelength crossconnect，WXC)、光交叉连接器(optical crossconnect，OXC)、光交换节点或波长交换节点等，本申请实施例对此不做具体限制。光交换节点包括多个光交换装置。多个光交换装置之间通过光纤间接或直接相连。下面对本申请实施例提供的光交换节点的2个示例进行描述。

图10为本申请实施例提供的光交换节点的第一个结构示意图。如图10所示，光交换节点1000包括3个分波器(即分波器1004、分波器1005和分波器1006)、3个WSS(即WSS1001、WSS 1002和WSS 1003)和3个合波器(即合波器1007、合波器1008和合波器1009)。3个分波器中的每个分波器用于接收输入光束，将输入光束分为不同波长的三个子光束。3个WSS中的每个WSS用于从3个分波器接收3个子光束。3个分波器和3个子光束一一对应。关于WSS的描述，可以参考前述图1至图9中对光交换装置的描述。3个子光束对应前述光交换装置接收的3个第一光束。每个WSS用于根据3个子光束得到3个第二光束，向3个合波器中的每个合波器传输一个第二光束。3个合波器中的每个合波器用于从3个WSS接收3个第二光束，对3个第二光束进行合波，得到输出光束。3个WSS和3个第二光束一一对应。

图11为本申请实施例提供的光交换节点的第二个结构示意图。如图11所示，光交换节点1100包括输入侧的四个WSS(即WSS110、WSS111、WSS112以及WSS113)，还包括输出侧的四个WSS(即WSS210、WSS211、WSS212以及WSS213)。输入侧的每个WSS为1*4(即一个输入端口，四个输出端口)的WSS，输出侧的每个WSS为4*1(即四个输入端口，一个输出端口)的WSS。输入侧的每个WSS的输出端口，与输出侧的每个WSS的输入端口连接。本实施例所示的八个WSS位于不同的位置，本实施例对光交换节点所包括的WSS的数量以及各WSS的位置不做限定。位于不同位置处的WSS之间用于进行光信号的传输方向的交换，以实现对光信号的灵活调度。以WSS110为例，WSS110可将光信号传播至该输出侧所包括的任一与WSS110通过光纤连接的WSS，以实现光信号的不同方向的交换。例如，本实施例所示的光交换节点中，与该WSS110通过光纤连接有WSS210、WSS211、WSS212以及WSS213，WSS110可将光信号传播至WSS210、WSS211、WSS212以及WSS213中的任一个WSS。

应理解，图10和图11只是本申请实施例提供的示例。在实际应用中，本领域技术人员可以根据需求对光交换节点的结构进行适应性的修改。

本申请实施例还提供了一种光通信系统，图12为本申请所提供的光通信系统的结构示意图。如图12所示，光通信系统1600包括多个光交换节点。针对该光交换节点的说明可参见前述图10或图11的描述。如图12所示，本实施例所示的光通信系统1600包括光交换节点1601、光交换节点1602、光交换节点1603、光交换节点1604以及光交换节点1605。需明确的是，本实施例对光通信系统1600所包括的光交换节点的数量的说明为可选地示例，不做限定。该光通信系统1600还包括连接在两个光交换节点之间的光纤，以光交换节点1601和光交换节点1605为例，该光通信系统1600还包括连接在光交换节点1601和光交换节点1605之间的光纤1606，本实施例对光通信系统1600所包括的多个光交换节点之间的连接关系不做限定。

在图12中，关于光交换节点1601、光交换节点1602、光交换节点1603、光交换节点1604或光交换节点1605的描述，可以参考前述图10或图11中对光交换节点的描述。在其它实施例中，光通信系统1600中的任意光交换节点可以为光交换装置，例如图1所示的光交换装置。因此，关于光交换节点1601、光交换节点1602、光交换节点1603、光交换节点1604或光交换节点1605的描述可以参考前述图1至图9中对光交换装置的描述。

本申请实施例还提供了一种光交换方法。图13为本申请实施例提供的光交换方法的流程示意图。光交换方法可以应用于光交换装置或光交换节点。下面以光交换方法应用于光交换装置为例进行描述。如图13所示，光交换方法包括以下步骤。

在步骤1301中，光交换装置通过输入输出端口阵列中的M个输入端口接收M个第一光束。M个第一光束和M个输入端口一一对应。每个第一光束包括一个或多个波长。

在步骤1302中，光交换装置通过输入输出端口阵列中的N个输出端口输出N个第二光束。N个第二光束是根据M个第一光束得到的。M与N的和大于2。N和M为大于0的整数。N个输出端口和N个第二光束一一对应。其中，M个输入端口的端口高度为d1。N个输出端口的端口高度为d2。输入输出端口阵列的端口高度为d。d1与d2的和小于2d。

应理解，关于光交换方法的描述，可以参考前述光交换装置的描述。例如，M个输入端口为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的M个端口。或，N个输出端口为输入输出端口阵列中最接近光轴平面的N个端口。又例如，N等于M，输入输出端口阵列为Q行W列的端口组成的阵列。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，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。

Claims (16)

1.一种光交换装置，其特征在于，包括输入输出端口阵列、第一镜片、色散件、第二镜片、第一级切换引擎、反射镜片和第二级切换引擎，其中：

所述输入输出端口阵列包括M个输入端口和N个输出端口，所述M与所述N的和大于2，所述N和所述M为大于0的整数；

所述第一镜片用于从所述M个输入端口接收M个第一光束，将所述M个第一光束汇聚至所述色散件，所述M个第一光束和所述M个输入端口一一对应；

所述色散件用于将每个第一光束分解为P个子光束，得到M×P个子光束，所述P为大于0的整数；

所述第二镜片用于从所述色散件接收所述M×P个子光束，将所述M×P个子光束准直入射至所述第一级切换引擎；

所述第一级切换引擎用于为所述M×P个子光束施加切换角度，向所述反射镜片传输所述M×P个子光束；

所述反射镜片用于向所述第二级切换引擎反射所述M×P个子光束；

所述第二级切换引擎用于改变所述M×P个子光束的传输角度，向所述色散件传输所述M×P个子光束；

所述色散件还用于将所述M×P个子光束合束为N个第二光束，向所述N个输出端口传输所述N个第二光束，所述N个第二光束和所述N个输出端口一一对应；

其中，所述M个输入端口的端口高度为d1，所述N个输出端口的端口高度为d2，所述输入输出端口阵列的端口高度为d，所述d1与所述d2的和小于2d。

2.根据权利要求1所述的光交换装置，其特征在于，所述第一镜片和所述第二镜片为同一镜片，所述第一镜片为反射镜，所述第一级切换引擎和所述第二级切换引擎为同一切换引擎。

3.根据权利要求1所述的光交换装置，其特征在于，所述光交换装置还包括第三镜片和第四镜片；

所述第三镜片用于从所述M个输入端口接收所述M个第一光束，向所述第四镜片传输所述M个第一光束；

所述第四镜片用于向所述第一镜片传输所述M个第一光束；

所述第一级切换引擎用于向所述反射镜片传输所述M×P个子光束包括：所述第一级切换引擎用于通过所述第四镜片向所述反射镜片传输所述M×P个子光束；

所述反射镜片用于向所述第二级切换引擎反射所述M×P个子光束包括：所述反射镜片用于通过所述第四镜片向所述第二级切换引擎反射所述M×P个子光束。

4.根据权利要求3所述的光交换装置，其特征在于，所述光交换装置还包括第五镜片；

所述第一级切换引擎用于向所述反射镜片传输所述M×P个子光束包括：所述第一级切换引擎用于通过所述第五镜片和所述第四镜片向所述反射镜片传输所述M×P个子光束；

所述反射镜片用于向所述第二级切换引擎反射所述M×P个子光束包括：所述反射镜片用于通过所述第五镜片和所述第四镜片向所述第二级切换引擎反射所述M×P个子光束。

5.根据权利要求3所述的光交换装置，其特征在于，所述光交换装置还包括分离组件；

所述第三镜片用于向所述第四镜片传输所述M个第一光束包括：所述第三镜片用于将所述M个第一光束汇聚至所述分离组件的第一区域，通过所述分离组件的第一区域向所述第四镜片传输所述M个第一光束；

所述第一级切换引擎用于向所述反射镜片传输所述M×P个子光束包括：所述第一级切换引擎用于通过所述分离组件的第二区域和所述第四镜片向所述反射镜片传输所述M×P个子光束；

所述反射镜片用于向所述第二级切换引擎反射所述M×P个子光束包括：所述反射镜片用于通过所述分离组件的第二区域和所述第四镜片向所述第二级切换引擎反射所述M×P个子光束。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的光交换装置，其特征在于，

所述第一镜片用于将所述M个第一光束汇聚至所述色散件包括：所述第一镜片用于将所述M个第一光束汇聚至所述色散件的第一区域；

所述色散件用于将每个第一光束分解为P个子光束包括：所述色散件用于通过所述色散件的第一区域将每个第一光束分解为P个子光束；

所述第一级切换引擎用于向所述反射镜片传输所述M×P个子光束包括：所述第一级切换引擎用于通过所述色散件的第二区域向所述反射镜片传输所述M×P个子光束；

所述反射镜片用于向所述第二级切换引擎反射所述M×P个子光束包括：所述反射镜片用于通过所述色散件的第二区域向所述第二级切换引擎反射所述M×P个子光束。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的光交换装置，其特征在于，

所述M个输入端口为所述输入输出端口阵列中最接近光轴平面的M个端口；或，

所述N个输出端口为所述输入输出端口阵列中最接近光轴平面的N个端口。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的光交换装置，其特征在于，所述N等于所述M，所述输入输出端口阵列为Q行W列的端口组成的阵列。

9.根据权利要求8所述的光交换装置，其特征在于，所述d为Q－1；

所述d1等于d，所述d2等于Q/2－1；或，

所述d2等于d，所述d1等于Q/2－1。

10.根据权利要求9所述的光交换装置，其特征在于，所述Q大于2。

11.根据权利要求9所述的光交换装置，其特征在于，所述W等于1，所述N等于Q/2，所述M等于Q/2。

12.根据权利要求8至11中任意一项所述的光交换装置，其特征在于，所述M个输入端口为所述Q行W列的端口中的一行端口，所述M个输入端口为所述输入输出端口阵列中最接近光轴平面的M个端口。

13.一种光交换方法，其特征在于，包括：

通过输入输出端口阵列中的M个输入端口接收M个第一光束，所述M个第一光束和所述M个输入端口一一对应；

通过所述输入输出端口阵列中的N个输出端口输出N个第二光束，所述N个第二光束是根据所述M个第一光束得到的，所述M与所述N的和大于2，所述N和所述M为大于0的整数，所述M个输入端口的端口高度为d1，所述N个输出端口的端口高度为d2，所述输入输出端口阵列的端口高度为d，所述d1与所述d2的和小于2d。

14.根据权利要求13所述的光交换方法，其特征在于，所述M个输入端口为所述输入输出端口阵列中最接近光轴平面的M个端口；或，所述N个输出端口为所述输入输出端口阵列中最接近光轴平面的N个端口。

15.一种光交换节点，其特征在于，包括多个如权利要求1至12中任意一项所述光交换装置，多个所述光交换装置通过光纤相连。

16.一种光通信系统，其特征在于，包括多个如权利要求15所述的光交换节点。