CN118112721A - 一种波长选择开关和相关设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种波长选择开关WSS和相关设备，用于在增大WSS带宽的同时减小对切换角的影响。本申请实施例提供的WSS包括：第一级切换引擎、透镜组和第二级切换引擎。第一级切换引擎用于实现输入光信号在高度方向和色散平面上的光束偏转，得到目标光信号。透镜组在色散平面上的焦距小于在高度方向上的焦距，经过透镜组后，目标光信号投射至第二级切换引擎。第二级切换引擎用于将经过切换透镜组的目标光信号进行调整，使得输出第二级切换引擎的目标光信号与输出端口的光束方向一致。

Description

一种波长选择开关和相关设备

技术领域

本申请实施例涉及光通信领域，尤其涉及一种波长选择开关和相关设备。

背景技术

在光传输网络中，波长选择开关(wavelength selective switch，WSS)用于实现光信号的交叉连接。WSS将输入光信号中不同频段的光束(以中心波长为中心，具有一定频谱宽度的光束)偏转至对应的路径，从而通过对应的输出端口传输至对应的光纤上。

随着光传输网络的发展，使得网络对WSS的带宽要求越来越高。由于WSS的带宽BW与d/ω正相关(其中d为切换引擎上相邻通道中心波长的光斑中心之间的距离，ω为光斑半径)，因此一种常用的提升带宽方法为减小切换引擎上的光斑大小ω，使得d/ω增大，从而提升带宽。

但是，切换引擎上的光斑大小ω的减小，将会导致切换引擎的切换角增大，导致插损增大。

发明内容

本申请实施例提供了一种波长选择开关WSS和相关设备，用于在增大WSS带宽的同时减小对切换角的影响。

第一方面，本申请实施例提供了一种波长选择开关WSS。该WSS包括：第一级切换引擎、透镜组和第二级切换引擎。其中，第一级切换引擎用于实现输入光信号在高度方向和色散平面上的光束偏转，得到目标光信号。透镜组在色散平民上的焦距f1小于在高度方向上的焦距f2。经过透镜组后，目标光信号投射至第二级切换引擎。第二级切换引擎用于将经过切换透镜组的目标光信号进行调整，使得输出第二级切换引擎的目标光信号与输出端口的光束方向一致。

在本申请实施例中，通过两个方向(色散平面和高度方向)焦距不同的透镜组来调整第二级切换引擎4300上的光斑形态，实现了对第二级切换引擎4300上的光斑形态在两个方向上(色散平面与高度方向上)的解耦。由于透镜组4200在色散平面上的焦距f1小于高度方向上的焦距f2，因此透镜组4200可独立减小第二级切换引擎上色散平面光斑大小，在增大带宽的前提下对切换角的影响小。

在一种可选的实现方式中，输入光信号在第一级切换引擎上为圆光斑。目标光信号经透镜组后投射至第二级切换引擎上的光斑，在色散平面上的光斑大小r1，小于在高度方向上的光斑大小r2。

在本申请实施例中，若第一级切换引擎上的圆光斑在色散平面和高度方向上的光斑大小均为r0。通过f1小于f2的透镜组4200，可以在不影响第二级切换引擎4300在高度方向上光斑大小r2＝m*r0的前提下，减小第二级切换引擎4300在色散平面上的光斑大小r1，使r1小于r2＝m*r0(其中，m可以大于1、小于1或等于1)。从而在不影响切换角(第二级切换引擎在高度方向上的光斑大小)的前提下，减小第二级切换引擎在色散平面上的光斑大小。

在一种可选的实现方式中，输入光信号在第一级切换引擎上为椭圆光斑，第一级切换引擎上的椭圆光斑，在色散平面上的光斑大小为r3，在高度方向上的光斑大小为r4。目标光信号经透镜组后投射至第二级切换引擎上的光斑，在色散平面上的光斑大小为r5，在高度方向上的光斑大小为r6。经过透镜组，使得r5/r6<r4/r3。

在本申请实施例中，由于透镜组在色散平面上的焦距f1小于在高度方向上的焦距f2，因此透镜组可以使第二级切换引擎上的光斑在色散平面与在高度方向上的光斑大小的比例r5：r6，小于第一级切换引擎4100上的光斑在高度方向与在色散平面上的光斑大小的比例r4：r3。也就是说，r5/r6<r4/r3＝r5’/r6’(r5’/r6’为经过球面镜组成的透镜组，投射至第二级切换引擎上的光斑在色散平面与高度方向上的光斑大小的比值)。若不改变r6’的设置，使得第二级切换引擎在高度方向上的光斑大小r6＝r6’，则本申请实施例可以通过减小r5与r6的比值，减小第二级切换引擎在色散平面上的光斑大小r5(使得r5<r5’)，从而增大第二级切换引擎乃至整个WSS的带宽。

在一种可选的实现方式中，WSS还包括光纤准直器。光纤准直器用于调整输入WSS的光信号的光斑，使得输入光信号在第一级切换引擎上为上述椭圆光斑(该椭圆光斑在色散平面上的光斑大小为r3，在高度方向上的光斑大小为r4)。光纤准直器在色散平面上的焦距小于在高度方向上的焦距。

在本申请实施例中，通过光纤准直器来减小第一级切换引擎在色散平面上的光斑大小(使r3<r4)，可以增大第一级切换引擎上的d/ω。由于第一级切换引擎的带宽与第一级切换引擎在色散平面上的d/ω正相关，因此光纤准直器可以增大第一级切换引擎的带宽，从而增大整个WSS的带宽。

在一种可选的实现方式中，透镜组包括准直透镜组和切换透镜组。准直透镜组用于将目标光信号准直，准直后的目标光信号入射至切换透镜组。切换透镜组用于将目标光信号的角度转换为位置差异，将目标光信号的位置差异转换为角度差异，切换透镜组在色散平面上的焦距大于在高度方向上的焦距。

在一种可选的实现方式中，透镜组包括会聚透镜组和切换透镜组。会聚透镜组用于将目标光信号会聚，会聚后的目标光信号入射至切换透镜组。切换透镜组用于将目标光信号的角度转换为位置差异，将目标光信号的位置差异转换为角度差异，切换透镜组在色散平面上的焦距小于在高度方向上的焦距。

在一种可选的实现方式中，切换透镜组包括第一透镜、第二透镜和反射镜。第一透镜用于实现输入光信号在色散平面上的调整。第二透镜用于实现输入光信号在高度方向上的调整。反射镜用于反射来自第一透镜和/或第二透镜的目标光信号，使目标光信号再次经过第一透镜和/或第二透镜。

在本申请实施例中，通过反射镜的设计，可以减少器件数量，以及可以对光路进行折叠，从而减小WSS内的光路传输范围，减小WSS的体积。

在一种可选的实现方式中，所述切换透镜组在色散平面上与在高度方向上的前焦点重合，后焦点也重合。

在本申请实施例中，使切换透镜组在色散平面与在高度方向上的前后焦点均重合，可以提升耦合效率，降低装置用在网络中的插损，降低对光放大器的要求。

第二方面，本申请实施例提供了一种可重构光分插复用器(reconfigurableoptical add-drop multiplexer，ROADM)。该ROADM包括第一方面所述的WSS。

第三方面，本申请实施例提供了一种光交换网络。该光交换网络包括第二方面所述的ROADM。

第二方面和第三方面的有益效果参见第一方面，此处不再赘述。

附图说明

图1为本申请的光传输网络示意图；

图2为本申请的切换引擎的示意图；

图3为本申请实施例提供的波长选择开关的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的在第一级切换引擎上输入圆光斑的光斑示意图；

图5a为本申请实施例提供的在第一级切换引擎上输入椭圆光斑的光斑示意图；

图5b为本申请实施例提供的光纤准直器的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的在第一级切换引擎上输入椭圆光斑的不同光斑形态示意图；

图7为本申请实施例提供的一种透镜组的结构示意图；

图8为本申请实施例提供的透镜组的详细结构示意图；

图9为本申请实施例提供的另一种透镜组的结构示意图；

图10为本申请实施例提供的透镜组的详细结构示意图；

图11a为本申请实施例提供的一种切换透镜组的结构示意图；

图11b为本申请实施例提供的另一种切换透镜组的结构示意图；

图12a为本申请实施例提供的一种包括反射镜的切换透镜组的结构示意图；

图12b为本申请实施例提供的另一种包括反射镜的切换透镜组的结构示意图；

图12c为本申请实施例提供的另一种包括反射镜的切换透镜组的结构示意图；

图13为本申请实施例提供的一种ROADM的结构示意图；

图14为本申请实施例提供的另一种ROADM的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请的实施例进行描述。本领域普通技术人员可知，随着技术的发展和新场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本申请的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，其目的在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。另外，“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的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

下面对本申请实施例中出现的一些专业术语进行解释：

色散平面：光栅将一束含有多个波长的光色散展开成多个波长的光后，多个波长的光所在的平面。

高度方向：与色散平面垂直的方向。

光斑大小：光斑的束腰直径或束腰半径。束腰，是指高斯光半径最小的位置。半径，是指在高斯光的横截面考察，以最大振幅处为原点，振幅下降到原点处的1/e倍的地方，由于高斯光关于原点对称，所以1/e的地方形成一个圆，该圆的半径，就是光斑在此横截面的半径；如果取束腰处的横截面来考察，此时的半径，即是束腰半径。

如图1所示，在光传输网络中，通过波分复用(wavelength divisionmultiplexing，WDM)技术，将不同波长的光信号放在同一根光纤中传输。波长选择开关WSS用于实现光信号的交叉连接。具体的，WSS可以将光纤输入的不同波长的光信号(例如图1中的λ1+λ4)，分别传输至不同的输出端口，不同的端口连接不同的光纤，这些不同波长的光信号即可通过不同光纤传输至不同的节点(例如图1中的输出节点1至n)。

WSS包括光栅和光切换引擎，光信号输入WSS后，光栅实现光信号在色散平面上的分光，从而在色散平面上得到不同波长的多个光束。光切换引擎再对该多个光束进行光束偏转(本申请实施例也称为端口切换)，从而实现光信号的路径切换。

可选的，光栅可以是衍射光栅、阵列波导光栅(arrayed waveguide grating，AWG)等，本申请对此不做限定。

如图2所示，经过光栅后，光信号分为不同频段的多个光束(以中心波长为中心，具有一定频谱宽度的光束)，每个频段称为一个通道。不同频段的多个光束投射至光切换引擎的不同位置上，产生多个光斑。其中，x轴为高度方向，y轴方向为色散平面的方向，z轴方向为光束传播的方向。在本申请实施例中，光斑为各通道的光束的光斑，λ为各通道的中心波长。d为光切换引擎上，相邻通道中心波长的光斑在色散平面上的距离。

随着网络需求的提升，对WSS的端口数的要求变高，一种解决方式是在色散平面排列多列端口，则在切换引擎上排列多个端口(通道数也随之变多)。由于光斑数量变多，而光切换引擎的尺寸有限，因此端口数量的增加将会导致距离d变小。

如图2所示，相邻通道中心波长的光斑之间的距离由d减小至d’。由于WSS的带宽与相邻光斑之间的距离呈正相关的关系，因此端口数的增加导致d减小，将会导致WSS的带宽减小，进而影响整个光传输网络的带宽。

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种在色散平面、高度方向这2个维度进行端口切换的波长选择开关WSS，通过减小光切换引擎上的色散平面上的光斑大小，来提升WSS的带宽。如图3所示，本申请实施例提供的波长选择开关WSS 4000包括：第一级切换引擎4100、透镜组4200和第二级切换引擎4300，以及输入端口、输出端口等。

其中，第一级切换引擎4100用于实现输入光信号在高度方向和色散平面上的光束偏转(本申请实施例也称为端口切换)，以得到目标光信号。

透镜组4200在色散平面上的焦距f1小于在高度方向上的焦距f2，目标光信号经透镜组4200后投射至第二级切换引擎4300。透镜组4200用于控制投射至第二级切换引擎4300的目标光信号在色散平面上的光斑形态。

例如，透镜组4200可以将第一级切换引擎4100上的圆光斑转换为第二级切换引擎4300上的椭圆光斑(色散平面上的光斑大小小于高度方向的光斑大小)；或者透镜组4200可以将第一级切换引擎4100上的椭圆光斑转换为第二级切换引擎4300上的长短半轴比例不同的椭圆光斑等，下文将展开描述。

第二级切换引擎4300用于对经过透镜组4200的目标光信号进行调整，使得输出第二级切换引擎4300的目标光信号与输出端口的方向一致。第二级切换引擎4300上的光斑位置与输出端口一一对应，第二级切换引擎4300用于调整光信号耦合到输出端口的角度，使之与光纤轴向对齐，从而使光信号高效率地耦合到光纤，实现高效率传输。

由于WSS的带宽(bandwidth，BW)与d/ω(其中ω为色散平面上的光斑大小)正相关，因此通过第一级切换引擎与第二级切换引擎之间的透镜组来控制第二级切换引擎4300在色散平面上的光斑大小(例如减小ω，或者维持ω处于较低的水平)，可以使d/ω变大，从而提升WSS的带宽。

通常，第一级切换引擎与第二级切换引擎之间的透镜由球面镜组成，球面镜对光斑大小的调整在两个方向(色散平面和高度方向)上是相互关联的。即，若通过球面镜组成的透镜组将色散平面上的光斑减小，则高度方向上的光斑大小也会随之减小，导致切换角增大，增大切换插损。

在本申请实施例中，通过两个方向(色散平面和高度方向)焦距不同的透镜组4200来调整第二级切换引擎4300上的光斑形态，实现了对第二级切换引擎4300上的光斑形态在两个方向上(色散平面与高度方向上)的解耦。由于透镜组4200在色散平面上的焦距小于高度方向上的焦距，因此透镜组4200对色散平面的光斑大小的减小效果比对高度方向的减小效果强，在增大带宽的前提下对切换角的影响小。

在本申请实施例中，WSS 4000可以在不同场景中提升WSS的带宽，并在提升带宽的同时减小对切换角的影响。例如图4所示，若第一级切换引擎4100上的光斑为圆光斑，则可以通过色散平面焦距f1小于高度方向焦距f2的透镜组4200，将第一级切换引擎4100上的圆光斑转换为第二级切换引擎4300上的椭圆光斑，且该椭圆光斑在色散平面上的光斑大小r1小于在高度方向的光斑大小r2。

例如，若第一级切换引擎4100上的圆光斑在色散平面和高度方向上的光斑大小均为r0。在高度方向上，光信号经过透镜组4200后，投射至第二级切换引擎4300上的光斑大小为第一级切换引擎4100上光斑大小(即r0)的m倍(不限定m的大小，m可以大于1、小于1或等于1)。由于透镜组4200在色散平面上的焦距f1小于在高度方向上的焦距f2，因此在色散平面上，光信号经过透镜组4200后，投射至第二级切换引擎4300上的光斑大小，可以小于第一级切换引擎4100上光斑大小(即r0)的m倍。

通过f1小于f2的透镜组4200，可以如图4所示，在不影响第二级切换引擎4300在高度方向上光斑大小r2＝m*r0的前提下，减小第二级切换引擎4300在色散平面上的光斑大小r1，使r1小于r2＝m*r0。从而在不影响切换角(第二级切换引擎4300在高度方向上的光斑大小)的前提下，减小第二级切换引擎4300在色散平面上的光斑大小。

可选的，通过本申请实施例提供的WSS 4000，可以在不同场景下提升带宽。例如，在第二级切换引擎4300上端口数量增加，导致第二级切换引擎4300上相邻光斑之间的距离由d减小为d’(从而导致带宽减小)的情况下。可以通过透镜组4200将第二级切换引擎4300在色散平面上的光斑大小由原来的r2＝m*r0减小为r1<m*r0，以匹配第二级切换引擎4300上减小后的d’。从而在不改变切换角的前提下，降低了端口数量增加对带宽产生的影响。

可选的，在第二级切换引擎4300上端口数量不变(即d不变)的情况下。也可以通过f1小于f2的透镜组4200，在不改变第二级切换引擎4300在高度方向上的光斑大小r2＝m*r0的前提下，将第二级切换引擎4300在色散平面上的光斑大小由原来的r2＝m*r0减小为r1<m*r0，增大d/ω，从而增大第二级切换引擎4300以及WSS 4000的带宽，本申请对此不做限定。

可选的，第一级切换引擎4100和第二级切换引擎4300可以是硅基液晶(liquidcrystal on silicon，LCOS)、微机电系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)等，本申请对此不做限定。

可选的，若第一级切换引擎4100上的光斑为椭圆光斑，也可以通过f1小于f2的透镜组4200来控制第二级切换引擎4300上的光斑形态，以控制第二级切换引擎4300在色散平面上的光斑大小。

如图5a所示，在本申请实施例中，波长选择开关WSS 4000还可以包括光纤准直器4400。来自光纤的光信号经过光纤准直器4400后投射至第一级切换引擎4100。其中，光纤准直器4400在色散平面的焦距f3小于在高度方向的焦距f4。由于f3小于f4，因此光纤准直器4400可以将光纤准直器4400上的圆光斑转换为第一级切换引擎4100上的椭圆光斑，且该椭圆光斑在色散平面上的光斑大小r3小于在高度方向的光斑大小r4。

可选的，光纤准直器4400的结构可以如图5b所示，包括透镜1和透镜2。其中，透镜1只在色散平面上有光焦度，用于调整光信号在色散平面上的光斑大小；透镜2只在高度方向上有光焦度，用于调整光信号在高度方向上的光斑大小。

透镜1与透镜2的光焦度可以独立设置，从而灵活设置色散平面与高度方向上光斑大小之间的比例。在本申请实施例中，通过使透镜1与透镜2的光焦度不同，使得光纤准直器4400在色散平面上的焦距f3小于在高度方向上的焦距f4。从而通过光纤准直器4400的调整，使得第一级切换引擎4100上的椭圆光斑的r3小于r4。

在本申请实施例中，通过光纤准直器4400来减小第一级切换引擎4100在色散平面上的光斑大小(使r3<r4)，可以减小第一级切换引擎4100上的d/ω。由于第一级切换引擎4100的带宽与第一级切换引擎4100在色散平面上的d/ω正相关，因此光纤准直器4400可以减小第一级切换引擎4100的带宽，从而减小整个WSS 4000的带宽。

可选的，除了光纤准直器4400，本申请实施例还可以通过其他方式获取第一级切换引擎4100上的椭圆光斑(r3小于r4的椭圆光斑)，例如通过平面光波导(planarlightwave circuit，PLC)等，本申请对此不做限定。

如图5a所示，假设目标光信号经过透镜组4200后，在第二级切换引擎4300上的光斑，在色散平面上的光斑大小为r5，在高度方向上的光斑大小为r6。由于透镜组4200的f1小于f2，因此透镜组4200可以使r5/r6<r4/r3，从而减小第二级切换引擎4300在色散平面上的光斑大小r5。

关于光信号经透镜组4200后产生的光斑在两个方向上的比例的改变，可以参见图6。如图6所示，若来自输入光纤的光信号的光斑为圆光斑，光纤准直器可以将光纤准直器4400上的圆光斑转化为第一级切换引擎上的r3小于r4的椭圆光斑。其中，r3为第一级切换引擎在色散平面上的光斑大小，r4为第一级切换引擎在高度方向上的光斑大小。

若第一级切换引擎与第二级切换引擎之间的透镜组在色散平面上的焦距f1与在高度方向上的焦距f2相等，则经过f1＝f2的透镜组后，投射至第二级切换引擎上的光斑，在色散平面上的光斑大小r5’与在高度方向上的光斑大小r6’之间的比例与第一级切换引擎上r3与r4的比例相关。具体的，r5’/r6’＝r4/r3。

在本申请实施例中，由于透镜组4200在色散平面上的焦距f1小于在高度方向上的焦距f2，因此透镜组4200可以使第二级切换引擎4300上的光斑在色散平面与在高度方向上的光斑大小的比例r5：r6，小于第一级切换引擎4100上的光斑在高度方向与在色散平面上的光斑大小的比例r4：r3。也就是说，r5/r6<r4/r3＝r5’/r6’。

若不改变r6’的设置，使得第二级切换引擎在高度方向上的光斑大小r6＝r6’，则本申请实施例可以通过减小r5与r6的比值，减小第二级切换引擎4300在色散平面上的光斑大小r5(使得r5<r5’)，从而增大第二级切换引擎4300乃至整个WSS 4000的带宽。

上面说明了WSS 4000的整体结构，下面说明WSS 4000中，透镜组4200的内部结构。在本申请实施例中，透镜组4200在色散平面上的焦距f1小于在高度方向上的焦距f2。

可选的，透镜组4200可以包括切换透镜组4210、准直透镜组、会聚透镜组等，本申请对此不做限定。其中，切换透镜组4210用于将目标光信号的角度转换为位置差异，将目标光信号的位置差异转换为角度差异。在本申请实施例中，可以使透镜组4200的f1小于f2，来增大第二级切换引擎4300的带宽。可选的，在本申请实施例中，WSS中不同的光路可以对应切换透镜组4210在两方向(即色散平面和高度方向)上的不同的焦距大小关系。

可选的，若目标光信号平行入射至切换透镜组4210，可以使切换透镜组4210在色散平面上的焦距大于在高度方向上的焦距，以使得透镜组4200的f1<f2。

如图7所示，透镜组4200可以包括第一准直透镜组4220、切换透镜组4210和第二准直透镜组。来自第一级切换引擎4100的目标光信号，经第一准直透镜组4220准直后，平行入射至切换透镜组4210。由于在这种光路结构中，焦距与前后焦面上的光斑大小的乘积成正比，因此为了降低第二级切换引擎4300在色散平面上的光斑大小，使得切换透镜组4210在色散平面上的焦距大于在高度方向上的焦距。

图7为目标光信号平行入射至切换透镜组4210的结构示意简图，该种结构中还可以包括更多的透镜用于实现准直、会聚、成像等，一种示例为图8所示的结构。

在图8所示的结构中，从输入端口到第一级切换引擎4100为成像光路，成像光路用于将来自不同输入端口的光信号映射到第一级切换引擎4100的不同位置上。从第一级切换引擎4100到第二级切换引擎4300之间为切换光路，切换光路(包括图中的透镜组4200，即第一准直透镜组4220、切换透镜组4210和第二准直透镜组)用于将不同波长光信号在第一级切换引擎4100上输出的切换角度转换为第二级切换引擎4300上的对应位置，该位置与输出端口的位置对应。

来自不同输入端口的光束，以不同的角度投射至第二级切换引擎4300。第二级切换引擎4300用于去除这个角度差异，让光束平行于光轴(图中水平虚线)，从而使光束与输出端口的方向一致，都能高效率地耦合到输出端口。第二级切换引擎4300与输出端口之间的光路为成像光路，成像光路用于将第二级切换引擎4300上的光斑映射到输出端口。

可选的，若目标光信号会聚入射至切换透镜组4210，可以使切换透镜组4210在色散平面上的焦距小于在高度方向上的焦距。以使得透镜组4200的f1<f2。

如图9所示，透镜组4200可以包括第一会聚透镜组4230、切换透镜组4210和第二会聚透镜组。来自第一级切换引擎4100的目标光信号，经第一会聚透镜组4230后，会聚入射至切换透镜组4210。由于在这种结构中，焦距与前后焦面的光斑大小的乘积成反比，因此为了降低第二级切换引擎4300在色散平面上的光斑大小，使得切换透镜组4210在色散平面上的焦距小于在高度方向上的焦距。

图9为目标光信号会聚入射至切换透镜组4210的结构示意简图，该种结构中还可以包括更多的透镜用于实现准直、会聚、成像等，一种示例为图10所示的结构。

在图10所示的结构中，从输入端口到第一级切换引擎4100为成像光路，成像光路用于将来自不同输入端口的光信号映射到第一级切换引擎4100的不同位置上。从第一级切换引擎4100到第二级切换引擎4300之间为切换光路，切换光路(包括图中的透镜组4200，即第一会聚透镜组4230、切换透镜组4210和第二会聚透镜组)用于将不同波长光信号在第一级切换引擎4100上输出的切换角度转换为第二级切换引擎4300上的对应位置，该位置与输出端口的位置对应。

来自不同的输入端口的光束，以不同的角度投射至第二级切换引擎4300。第二级切换引擎4300的作用参见图8的描述，此处不再赘述。

可选的，在本申请实施例中，可以通过多种方式实现切换透镜组4210在两个方向(色散平面和高度方向)上的焦距的不同。例如，可以通过使切换透镜组4210中的透镜在两个方向上的曲率、数量、距离等不同，实现两个方向上的焦距不同，本申请实施例对此不做限定。

示例地，如图11a和图11b所示，切换透镜组4210可以包括曲率不同的第一透镜4211与第二透镜4212。其中，第一透镜4211用于实现输入光信号在色散平面上的调整，第二透镜4212用于实现输入光信号在高度方向上的调整。

在本申请实施例中，不限定第一透镜4211和第二透镜4212的数量，第一透镜4211可以是一个或多个，第二透镜4212也可以是一个或多个。例如第一透镜4211的数量为1个，第二透镜4212的数量为2个。

可选的，第一透镜4211和第二透镜4212可以有公共的元件，例如共用一个透镜，使得该透镜在两个方向上都有聚焦能力。可选的，该共用的透镜在两个方向上的聚焦能力可以不同，以实现两个方向上不同的焦距。或者，该透镜在两个方向上的聚焦能力也可以相同，通过切换透镜组4210中其他的两方向上焦距不同的透镜，实现切换透镜组4210在两个方向上不同的焦距等，本申请对此不做限定。

在本申请实施例中，切换透镜组4210在色散平面和高度方向上的焦距不同。在不同的光路结构中，切换透镜组4210有不同的设计。下面结合上述图7至图10实施例中的光路结构，说明这些光路结构中，切换透镜组4210可用的不同透镜设计。

示例地，在图7和图8所示的结构中，光束准直入射至切换透镜组4210，则可以使切换透镜组4210在色散平面上的焦距为高度方向上焦距的x倍(x大于1，也就是使切换透镜组4210在色散平面上的焦距大于在高度方向上的焦距)，接下来以x＝2为例进行说明。

例如，若初始设计高度方向、色散平面的焦距都为f，则在切换透镜组4210中，可以使高度方向的焦距f不变、色散平面的焦距变为2f。例如在图11a中，可以使两个第一透镜4211的焦距相同，且是第二透镜4212的2倍。两个第一透镜4211分别置于第二透镜4212的前后焦面上。切换透镜组4210在高度方向的等效焦距与第二透镜4212相同，在色散平面的等效焦距与第一透镜4211相同，且高度方向、色散平面的前后焦面分别重合。切换透镜组4210在色散平面与在高度方向上的前焦点重合，后焦点也重合。

在本申请实施例中，使切换透镜组4210在色散平面与在高度方向上的前后焦点均重合，可以提升耦合效率，降低装置用在网络中的插损，降低对光放大器的要求。

若在光信号输入第一级切换引擎4100之前，通过光纤准直器4400调整了光信号的光斑形状，使得色散平面的光斑大小为高度方向光斑大小的1/√2倍。则由于焦距f正比于(1/x)^2，其中x为光斑大小，在WSS 4000中，各器件处在两个方向上的光斑大小具有表1所示的关系：

表1WSS 4000中各器件处在两个方向上的光斑大小比值

由表1可知，在第一级切换引擎4100和第二级切换引擎4300上，色散平面的光斑大小都缩小到高度方向的1/√2倍。切换引擎的带宽，与波长通道长度和光斑半径的比值(d/ω)正相关。光斑大小ω的缩小可以提升波长通道长度与光斑半径的比值，从而提升切换引擎的带宽。

可选的，在图9和图10所示的结构中，光束会聚入射至切换透镜组4210，则可以使切换透镜组4210在色散平面上的焦距为高度方向上焦距的x倍(x小于1，也就是使切换透镜组4210在色散平面上的焦距小于在高度方向上的焦距)，接下来以x＝1/2为例进行说明。

例如，若初始设计高度方向、色散平面的焦距都为f，则在切换透镜组4210中，可以使高度方向的焦距f不变、色散平面的焦距变为f/2。例如在图11b中，可以使两个第二透镜4212的焦距相同，且是第一透镜4211的2倍。两个第二透镜4212分别置于第一透镜4211的前后焦面上。切换透镜组4210在高度方向的等效焦距与第二透镜4212相同，在色散平面的等效焦距与第一透镜4211相同，且高度方向、色散平面的前后焦面分别重合。切换透镜组4210在色散平面与在高度方向上的前焦点重合，后焦点也重合。

可选的，如图12a所示，切换透镜组4210还可以包括反射镜4213。反射镜4213可以在高度方向上有曲率，作为第二透镜4212使用。光束经过第一透镜4211后，经反射镜4213(第二透镜4212)的反射，再次经过第一透镜4211。可选的，图12a所示的切换透镜4210结构，可以应用在图7和图8所示的透镜组4200结构中。

在本申请实施例中，通过反射镜4213的设计，可以减少器件数量，以及可以对光路进行折叠，从而减小WSS 4000内的光路传输范围，减小WSS 4000的体积。

可选的，在包括反射镜4213的切换透镜组4210结构中，也可以如图12b所示，使反射镜4213在色散平面上有曲率，将反射镜4213作为第一透镜4211使用，并独立设置第二透镜4212，本申请对此不做限定。可选的，图12b所示的切换透镜4210结构，可以应用在图9和图10所示的透镜组4200结构中。

可选的，反射镜4213也可以在两个方向上均没有曲率。在这种结构中，可以独立设置第一透镜4211和第二透镜4212，光束经反射镜4213的反射，两次经过第一透镜4211和第二透镜4212。

上文描述了本申请实施例提供的WSS 4000的结构，下面说明WSS 4000的应用。

如图13所示，本申请实施例还提供了一种可重构光分插复用器(reconfigurableoptical add-drop multiplexer，ROADM)。该ROADM包括MxN WSS(即前述实施例中的WSS4000)、多个维度的输入端口和多个维度的输出端口。其中，M与N可以相同，也可以不相同，本申请对此不做限定。

图13中左侧维度1～M为每个维度的输入光纤，与MxN WSS上的多个输入端口连接；右侧维度1～N为每个维度的输出光纤，与MxN WSS上的多个输出端口连接。输入光纤和输出光纤均用于传输WDM光。MxN WSS可以将任一输入光纤中的任一波长的光信号，输出到任一输出光纤。

可选的，本申请实施例还提供了一种分波带的ROADM。如图14所示，该ROADM包括K个MxN WSS(即前述实施例中的WSS 4000)、M个1xK分波器和N个Kx1合波器(图中以K＝2个为例)。该ROADM将全波带分为K个波带(例如图中维度1通过分波器分为K个波带)，每个MxNWSS支持其中的一个波带的路径切换，K个MxN WSS支持全波带的路径切换。

K个MxN WSS的每个输入维度通过1xK端口的分波器连接。图中以输入维度1为例，整个ROADM的输入维度1的光纤与1xK分波器连接，分波后得到的K个光信号分别传输至对应波带MxN WSS的维度1输入端口上。

K个MxN WSS的每个输出维度通过Kx1端口的合波器连接。图中以输出维度1为例，K个MxN WSS的输出维度1的端口均与Kx1合波器连接，Kx1合波器将来自K个MxN WSS的输出维度1的光信号合波后传输至整个ROADM的输出维度1的光纤。

本申请实施例还提供了一种光交换网络，该光交换网络包括图13或图14所述的ROADM。可选的，该光交换网络可以是网状、环状等形态，本申请对此不做限定。

Claims (10)

1.一种波长选择开关WSS，其特征在于，包括：

第一级切换引擎，用于实现输入光信号在高度方向和色散平面上的光束偏转，得到目标光信号；

透镜组，所述透镜组在所述色散平面上的焦距f1小于在所述高度方向上的焦距f2，经过所述透镜组后，所述目标光信号投射至第二级切换引擎；

第二级切换引擎，用于将经过所述切换透镜组的目标光信号进行调整，使得输出所述第二级切换引擎的目标光信号与输出端口的光束方向一致。

2.根据权利要求1所述的WSS，其特征在于，所述输入光信号在所述第一级切换引擎上为圆光斑；

所述目标光信号经所述透镜组后投射至所述第二级切换引擎上的光斑，在所述色散平面上的光斑大小r1，小于在所述高度方向上的光斑大小r2。

3.根据权利要求1所述的WSS，其特征在于，所述输入光信号在所述第一级切换引擎上为椭圆光斑，所述第一级切换引擎上的椭圆光斑，在所述色散平面上的光斑大小为r3，在所述高度方向上的光斑大小为r4；

所述目标光信号经所述透镜组后投射至所述第二级切换引擎上的光斑，在所述色散平面上的光斑大小为r5，在所述高度方向上的光斑大小为r6；经过所述透镜组，使得r5/r6<r4/r3。

4.根据权利要求3所述的WSS，其特征在于，还包括：

光纤准直器，用于调整输入所述WSS的光信号的光斑，使得所述输入光信号在所述第一级切换引擎上为所述椭圆光斑；

所述光纤准直器在所述色散平面上的焦距小于在所述高度方向上的焦距。

5.根据权利要求1至4中任一项述的WSS，其特征在于，所述透镜组包括：准直透镜组和切换透镜组；

所述准直透镜组用于将所述目标光信号准直，准直后的目标光信号入射至所述切换透镜组；

所述切换透镜组用于将所述目标光信号的角度转换为位置差异，将所述目标光信号的位置差异转换为角度差异，所述切换透镜组在所述色散平面上的焦距大于在所述高度方向上的焦距。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的WSS，其特征在于，所述透镜组包括：会聚透镜组和切换透镜组；

所述会聚透镜组用于将所述目标光信号会聚，会聚后的目标光信号入射至所述切换透镜组；

所述切换透镜组用于将所述目标光信号的角度转换为位置差异，将所述目标光信号的位置差异转换为角度差异，所述切换透镜组在所述色散平面上的焦距小于在所述高度方向上的焦距。

7.根据权利要求5或6所述的WSS，其特征在于，所述切换透镜组包括：

第一透镜，用于实现所述输入光信号在所述色散平面上的调整；

第二透镜，用于实现所述输入光信号在所述高度方向上的调整；

反射镜，用于反射来自所述第一透镜和/或所述第二透镜的目标光信号，使目标光信号再次经过所述第一透镜和/或所述第二透镜。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的WSS，其特征在于：

所述切换透镜组在所述色散平面上与在所述高度方向上的前焦点重合，后焦点也重合。

9.一种可重构光分插复用器ROADM，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的WSS。

10.一种光交换网络，其特征在于，包括权利要求9所述的ROADM。