CN1829132A - 波长选择交换机以及集成波长解复用器 - Google Patents

波长选择交换机以及集成波长解复用器 Download PDF

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Abstract

具有嵌入式复用器或解复用器功能的波长选择交换机(WSS)包括平面波导线路(PLC)堆叠，在平面波导线路堆叠中，除了一个PLC之外，其它所有PLC具有相同的特性，这些特性包括连接到自由空间区域并进一步连接到终止于PLC边缘面的波导阵列的单个波导，PLC的边缘面位于透镜的前焦点平面，该透镜在透镜的后焦点平面生成经过光谱分解的光信号。由于使用了单个透镜，因此，所有PLC的光谱分解的光信号重叠，只是传播方向不同。位于后焦点平面的倾斜微型反射镜阵列对光谱分量进行反射，实现波长选择切换。经过反射的光可以耦合到剩余的、用于复用的PLC中的任何一个，或者耦合到堆叠中的、实现复用器/解复用器的不同PLC。

Description

波长选择交换机以及集成波长解复用器
技术领域
本发明涉及波分复用光网络组件，更具体地说，涉及用于路由信道的波长选择交换机和具有在平面光波线路的堆叠式阵列内的信道插入/分路功能(add/drop functionality)的解复用器。
背景技术
光网络正在向网格体系结构发展。在光网格网络中，网络拓扑由节点和互连链路组成。为了增加链路上的容量，光纤链路上的流量利用了波分复用(WDM)。在网络节点，入口光纤上的信道或者被路由到出口光纤以便发送到后续网络节点，或者，信道终止于该节点以便在本地利用信道中携带的信息。在节点处实现这种功能的硬件可以基于需要进行光-电子-光转换的电子交换结构，或者，可以完全以光的方式实现。由于后一种方法节省成本、功耗以及所需空间，因而后一种方法有利。
图1示出了传统的网络节点体系结构100。入口光纤102(多个入口光纤中的一个，其余没有示出)连接到解复用型波长选择交换机(wavelength selective switch，WSS)110的输入端口106。该节点的其它多个入口光纤(图1中没有示出)中的每一个被连接到其它解复用型WSS(也没有示出)的输入端口。WSS 110具有单个输入端口106和多个输出端口114-A到114-D。WSS 110能够以独立的和可重新配置的方式，将WDM信道从输入端口106路由到输出端口114-A到114-D中的任何一个。在图1所示的网络节点体系结构中，被指定为从入口光纤102延续到出口光纤126的信道，被WSS 110路由到输出端口114-C。输出端口114-C被连接到复用型WSS 120的输入端口116-C。WSS 120具有多个输入端口116-A到116-D和单个输出端口122。WSS 120能够以独立的和可重新配置的方式，将任何WDM信道从输入端口116-A到116-D中的任何一个，路由到输出端口122。因此，被指定为从入口光纤102延续到出口光纤126的信道被WSS 110路由到输出端口114-C，并且进一步被WSS 120路由到与出口光纤126连接的输出端口122。通常，图1所示的网络节点具有另外的出口光纤，这里没有示出。节点的其它多个出口光纤(图1中没有示出)中的每一个通常被连接到其它复用型WSS(也没有示出)的输出端。WSS 110的输出端口114-A和114-B中的每一个被连接到这样的其它WSS的一个输入端口，以便将信道从入口光纤102路由到其它出口光纤。被指定为来自入口光纤102的、要在该节点本地利用的信道被WSS 110路由到与解复用器130的输入端连接的输出端口114-D。解复用器130被动地将WDM信道分到输出端口134-A到134-N，在这里，可以利用光电子装置对被分开的信道进行检测。以类似的方式，在这个网络节点处插入的、用于传输到出口光纤126的信道被连接到复用器140的端口136-A到136-N，并且，复用器140的输出端142被连接到复用型WSS 120的输入端口115-D。WSS 120将插入的信道从输入端口116-D路由到与出口光纤126连接的输出端122。
所需要的是用于减少单独部件的数量并且减少传统上在将光信号从入口光纤路由到分路(drop)端口的过程中以及在将光信号从插入(add)端口路由到出口光纤的过程中引起的损耗的方法和设备。
发明内容
简而言之，本发明包括具有基于平面光波线路(planar lightwavecircuit，PLC)的堆叠式阵列的嵌入式复用器/解复用器并且在PLC之间进行自由空间交换的波长选择交换机。本发明的各个实施例可以在复用的输入/输出端口当中交换光WDM信道，并且能够将光WDM信道交换到解复用的端口。
附图说明
图1示出了现有技术的、使用WSS和复用器/解复用器的网络节点体系结构。
图2示出了使用具有复用器/解复用器功能的WSS的、改进的网络节点体系结构。
图3示出了现有技术的、由PLC堆叠构成的WSS，每个PLC实施了一个AWG、一个透镜和一个微型反射镜阵列。
图4示出了按照本发明的、对信道进行重新复用并将信道分到独立输出光纤的PCL的示意性实施例。
图5示出了按照本发明的、将信道分到独立输出光纤的PCL的示意性实施例。
具体实施方式
图2所示的体系结构200是对传统体系结构100的改进。体系结构100与200之间的差异在于，新的解复用型WSS 210的性能超过了以前的解复用型WSS 110，并且新的复用型WSS 220的性能超过了以前的复用型WSS 120。在体系结构200中，以前由解复用器130执行的解复用性能已经被并入WSS 210。相似地，以前由复用器140执行的复用性能已经被并入WSS 220。按照本发明的体系结构200的元件比体系结构100少，并且，减少了部件并减少了在从入口光纤102路由到分路端口134-A到134-N以及从插入端口136-A到136-N路由到出口光纤126的过程中的损耗。
一般地说，本发明的实施例提供了具有基于平面光波线路(PLC)的堆叠式阵列的嵌入式复用器/解复用器并且在PLC之间进行自由空间交换的波长选择交换机。本发明的各个实施例可以在复用的输入/输出端口当中交换光WDM信道，并且能够将光WDM信道交换到解复用的端口。
按照本发明，堆叠中的PLC具有不同的功能。更具体地说，除了一个PLC之外，堆叠中的所有PLC都具有大致相同的特性，这些特性包括一个或多个波导，每个波导被连接到自由空间区域，并进一步连接到终止于PLC边缘面(edge facet)的波导阵列。PLC边缘面位于透镜的前焦点平面，该透镜用来在透镜的后焦点平面生成经过光谱分解的光信号，由此实现空间傅立叶变换。由于使用了用于对PLC阵列的所有边缘面进行空间傅立叶变换的单个透镜，因此，阵列中的所有PLC的经过光谱分解的光信号相互重叠，只是传播方向不同。可以将倾斜微型反射镜阵列置于后焦点平面，以便反射光谱分量并且实现波长选择切换。被反射的光可以耦合到剩余的、将对信道进行复用的PLC中的任何一个，或者耦合到堆叠中的不同PLC。堆叠中的用于实现复用器/解复用器的不同PLC具有同样终止于边缘面的波导阵列，但是，这个PLC被设计为将信道分到单独的经过解复用的波导，与将信道复用到单个波导相反。不同PLC的其它方面包括阵列波导光栅和自由空间区域，被设计用来给解复用的输出信道提供需要的通带特性。
这里提到“一个实施例”、“实施例”或者相似表述意味着结合实施例描述的具体特性、结构、操作或特征至少包括在本发明的一个实施例中。因此在这里，这些短语或表述的形式不一定全指相同的实施例。此外，可以将各种具体的特性、结构、操作或特征以任意合适的方式组合在一个或多个实施例中。
如这里所使用的，除非另外指明，表述“大致相同”意味着引用的项目是相同的，但可能有着由于构成这些项目所需的各种操作的制造公差引起的细微差别。
可以以各种方式构成WSS。一种可能的、用于实现WSS 300的现有技术的方法将平面光波线路(PLC)堆叠和自由空间光系统相结合，如图3所示。堆叠中的每个PLC 350具有用于WDM复用信道的公共波导，自由空间区域以及终止于边缘面的阵列波导光栅(AWG)。在用于解复用型WSS的一个实施例中，WSS输入端口102连接到堆叠中最上面的PLC。在PLC上光被引导到AWG的边缘面并且射出。透镜360进行空间傅立叶变换，在透镜的后焦点平面使WDM信道产生空间分离。微电子机械系统(MEMS)或者提供反射面且反射面能够改变它们的反射角的其它技术，反射镜阵列370-A到370-N中的每一个能够倾斜，使反射光沿着理想的方向传播。阵列中的每个反射镜被分配给特定波长的信道。来自每个反射镜或者每个信道的反射光通过透镜360反向传播，并且入射到堆叠中的不同PLC的边缘面上。光耦合到PLC，并且传播到信道被复用并被连接到输出端口光纤114-A到114-D的单个波导。在WSS 300中，所有PLC是相同或大致相同的，并且对于复用的输入信号在AWG边缘面生成角色散。当光线反向传播到PLC时，AWG使角色散复原，并且，信号被复用到输出波导。
在本发明的实施例中，给WSS增加了解复用性能。在本发明的某些实施例中，通过用不同的PLC代替堆叠中的一个大致相同的PLC来实现这项增加的性能。PLC 400示出了这种不同PLC的示意性实施例。对于解复用功能，像前面描述的PLC中那样，首先使要去往解复用器的光入射到AWG边缘面上。光穿过使角色散复原的AWG 410，通过自由空间区域420，并且，光耦合到对所有信道进行复用的单个波导430。AWG 410、自由空间区域420和单个波导430都与堆叠中剩余的PLC等效。在PLC 400中，单个波导430耦合到第二自由空间区域440、第二AWG 450、第三自由空间区域460，并且耦合到对信道进行解复用的独立波导134-A到134-N。可以将光纤阵列连接到输出波导上，以便将信道传送到光电检测器。两个自由空间440和460以及连接在其间的AWG 450构成了基于传统的PLC的解复用器，现在已经将这个解复用器布置为与用于对要被解复用的信道进行复用的AWG 410和自由空间区域420相邻。AWG 410和450具有不同的特性，按照具体任务使每个AWG的特性最优化。AWG 410提供高分辨率，使得WDM信道被很好地限制在单独的MEMS微型反射镜上。AWG 450提供低分辨率，使得当WDM信道被耦合到解复用输出光纤时，WDM信道将表现出理想的通带特性。
注意，在另一个方案中，也可以将按照本发明的WSS构成为水平切换，在这种情况下，应该有具有若干阵列波导光栅的单个PLC。换句话说，在这样的实施例中，应该没有PLC堆叠。
参照图5，PLC 500示出了不同PLC的示意性实施例。单个AWG510连接到自由空间区域520并连接到对信道进行解复用的独立波导134-A到134-N。AWG 510与PLC 400中的AWG 410和450不同。AWG 510相当于AWG 410减去AWG 450。换句话说，从堆叠中的其它PLC中的一个中减去了由AWG 410提供的角色散，使得当被耦合到经过解复用的输出光纤时，剩余的角色散将表现出理想的通带特性。
下面参照附图，对AWG的设计进行更详细的说明。使单个输出型AWG(350型)具有光栅级(grating order)A。堆叠中的所有350型AWG都具有光栅级A。510型AWG必须具有光栅级B，且B＜A。典型的关系应该是B＝A/2。对于这两种型式的AWG，其它AWG参数应该相同，包括总臂(arm)数和在边缘面的波导节距(waveguidepitch)。
理解这种器件的运行的另一种方式是自由空间光系统引起像倒置。例如，假设光离开第一PLC并且被反射镜改变方向，到达第二PLC。第一PLC中的最短光栅臂中的光将被映射到第二PLC中的最长臂，同样，第一PLC中的最长光栅臂中的光将被映射到第二PLC中的最短臂。这意味着光将经受的净光栅级为A1-A2，式中，A1和A2分别为第一PLC和第二PLC的光栅级。起WSS输入和输出作用的PLC具有A1＝A2，因此，净光栅级为零，并且不进行解复用/复用。但是，当从WSS输入/输出型PLC来到解复用PLC时，A1不等于A2，并且进行解复用/复用。
本领域技术人员应该理解并从本申请的公开内容中得到益处的是，由于通过无源光元件进行光传播的互反性(reciprocal nature)，由与具有解复用器的解复用型WSS相同的元件构成具有用于插入信道的复用器的复用型WSS。在具有复用器的复用型WSS中，在独立波导134-A到134-N引入增加的信道。光通过PLC传播到边缘面，在边缘面，光辐射到MEMS微型反射镜上，MEMS微型反射镜将信道引导到PLC上，PLC将信道复用到PLC的输出端口上。
此外，基于PLC的光栅具有温度相关性。这引起了随温度改变的光谱响应。因此，一般使PLC保持恒温。这样做消耗了大量的电能并且需要预热时间和额外的电子设备。一个解决方案是利用适当的机械设计，使微型反射镜阵列在空间上随温度移动，从而补偿PLC的温度相关性。这样将允许整个装置在不受温度控制的情况下，保持其波长校准。因此，按照本发明的这个方面的设备应该包括微型反射镜阵列，利用热敏材料使微型反射镜阵列在空间上移动，以便补偿由PLC中的温度变化导致的波长改变。
本领域技术人员应该理解并从本申请公开内容中得到益处的是，每个PLC可以包含不止一个AWG，用于在单个PLC上支持常规的复用输出端口和单独的解复用输出端口。
结论
这里已经对由堆叠式PLC构成的并且具有嵌入式复用或解复用功能的波长选择交换机进行了描述。
本发明的各个实施例的一个优点在于减少了将光信号从入口光纤路由到分路端口的过程中以及将光信号从插入端口路由到出口光纤的过程中的损耗。
应该将本发明理解为不限于以上所描述的实施例，但是，本发明包含在所附权利要求及其等价物的范围内的任何以及所有实施例。

Claims (10)

1.一种波长选择交换机，具有嵌入式解复用器(210)，该波长选择交换机包括：
多个大致相同的堆叠式第一平面波导线路(350)，各自包括连接到自由空间区域并且进一步连接到终止于平面波导线路边缘面的阵列波导光栅的单个波导；
第二平面波导线路(400，500)，与所述第一平面波导线路(350)不同，与所述多个第一平面波导线路堆叠在一起；以及
透镜(360)，被定位成使所述平面波导线路边缘面位于所述透镜(360)的前焦点平面，用于在所述透镜的后焦点平面生成光谱分解的光信号，由此实现空间傅立叶变换；
其中，所述波长选择交换机(210)具有至少一个输入端口(106)和至少一个输出端口(114)。
2.如权利要求1所述的波长选择交换机(210)，还包括倾斜微型反射镜阵列(370A-370N)，位于所述透镜的后焦点平面，用于反射光谱分量。
3.如权利要求2所述的波长选择交换机(210)，其中，所述第二平面波导线路(400，500)用于将多个信道分到对应的多个独立的解复用波导。
4.如权利要求2所述的波长选择交换机(210)，其中，从所述倾斜微型反射镜阵列(370A-370N)反射的光被耦合到所述第一(350)或第二(400，500)平面波导线路中的至少一个。
5.如权利要求3所述的波长选择交换机(210)，其中，所述第二平面波导线路(400，500)还包括阵列波导光栅和自由空间区域，用于为解复用的输出信道提供预定的通带特性。
6.一种光网络节点(200)，包括：
第一波长选择交换机(210)，具有至少一个适合于耦合到至少一个入口光纤(102)的输入端口(106)，所述第一波长选择交换机(210)具有多个分路端口(134A-134N)以及至少一个输出端口；以及
第二波长选择交换机(220)，具有至少一个耦合到所述第一波长选择交换机(210)的至少一个输出端口的输入端口，所述第二波长选择交换机具有多个插入端口(136A-136N)以及至少一个输出端口；
其中，所述第一波长选择交换机(210)包括嵌入式解复用器，所述第二波长选择交换机(220)包括嵌入式复用器。
7.如权利要求6所述的光网络节点(200)，其中，所述第一波长选择交换机包括：
多个大致相同的堆叠式第一平面波导线路(350)，各自包括连接到自由空间区域并且进一步连接到终止于平面波导线路边缘面的阵列波导光栅的单个波导；
第二平面波导线路(400，500)，与所述第一平面波导线路(350)不同，与所述多个第一平面波导线路堆叠在一起；以及
透镜(360)，被定位成使所述平面波导线路边缘面位于所述透镜的前焦点平面，用于在所述透镜的后焦点平面生成光谱分解的光信号，由此实现空间傅立叶变换；
其中，所述波长选择交换机具有至少一个输入端口和至少一个输出端口。
8.一种制作波长选择交换机的方法，包括如下步骤：
堆叠多个大致相同的第一平面波导线路，所述第一平面波导线路具有边缘面；
将与所述第一平面波导线路不同的第二平面波导线路(400，500)与所述多个第一平面波导线路堆叠在一起，所述第二平面波导线路具有边缘面；
对透镜(360)定位，使所述第一和第二平面波导线路边缘面位于所述透镜的前焦点平面，所述透镜用于在所述透镜的后焦点平面生成光谱分解的光信号；并且
使倾斜微型反射镜阵列(370A-370N)位于所述透镜的后焦点平面，使得所述倾斜微型反射镜阵列(370A-370N)反射光谱分量。
9.如权利要求8所述的方法，还包括使光纤阵列(102)耦合到所述第二平面波导线路。
10.如权利要求8所述的方法，还包括使输入光纤耦合到平面波导线路堆叠的顶部。
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