CN201194034Y - 具有无干扰切换的波长选择开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种具有无干扰切换的波长选择开关，有依次排列的光纤准直器阵列、聚焦透镜、准直透镜、衍射光栅和聚焦透镜，在聚焦透镜的另一侧还设置有衰减反射单元阵列。衰减反射单元阵列是由多个通道衰减反射单元组成。衰减反射单元包括有相互连接的透射式MEMS衰减器和一维MEMS反射镜，其中，透射式MEMS衰减器位于一维MEMS反射镜的前端。透射式MEMS衰减器和一维MEMS反射镜的中心轴对齐重合，并通过胶粘相连接。本实用新型有效地利用一维反射镜阵列和透射式MEMS光衰减器芯片的组合，实现光路切换和衰减、无干扰切换的功能。提高了填充因子，提高了波长选择开关的工作带宽。用于波长选择开关所用的反射镜由二维转为一维，工艺难度降低，降低了成本。

Description

具有无干扰切换的波长选择开关

技术领域

本实用新型涉及一种波长选择开关WSS(Wavelength selective switch，简称WSS)，特别是涉及一种能够实现光路切换和衰减、具有无干扰切换功能的波长选择开关。

技术背景

随着波分系统的发展，人们对系统的灵活性要求也来越高，波长选择光开关具有任意端口任意波长上下的功能，给光网络的灵活组网提供了必要的技术平台，正逐渐得到应用。

作为光传送网的核心设备，ROADM(Reconfigurable optical add-drop multiplexer，简称ROADM)的使用给网络的运营带来了更多业务开展的便利和运营成本的降低。首先，ROADM的使用支持波长级业务开展的需要。面对大客户提供波长级业务，使用ROADM节点设备，只需通过网管系统进行远端配置即可，极大地方便了这种新类型业务的开展，提高了对客户新需求的反应速度。其次，ROADM的使用便于进行网络规划，降低运营费用。对于突发和难以预测的业务，ROADM通过提供节点的重构能力，使得DWDM(DenseWavelength Division Multiplexing，简称DWDM)网络也可以方便地重构，因此对网络规划的要求就可以大大降低，而且应对突发情况的能力也大大增强，使整个网络的效率有很大的提升。另外，ROADM的使用便于维护和降低维护成本。采用ROADM，绝大多数日常维护操作包括增开业务及进行线路调整等，可通过网管进行，不需要人工操作，可极大提高工作效率，降低维护成本。WSS作为ROADM的新一代产品，使得光层在波长级实现了完全自动化。

中国专利CN1831574A，公开一种波长选择开关。所提供的波长选择开关包括分光部分，可动反射镜部分，可动反射镜驱动部分，反射光监测部分。该波长选择开关输入端口的WDM(Wavelength Division Multiplexing，简称WDM)光信号被分光部分分成为单独的波长信道，并且沿不同方向行进的波长信道被相应的可动反射镜反射。各可动反射镜的反射面角度被设定为待射入的波长信道的输出地址中所设定的输出端口的位置相对应。到达目标输出端口的各波长信道的部分被设置在输出端口端面上的反射部反射，并且反射光沿着先前的光路相反的方向向下行进，并返回至输入端口。该波长选择开关还具备反射光监测功能。该专利通过反射镜的旋转实现光路切换选择的功能，没有衰减和无干扰切换(Hitless)功能。

如图2所示，美国专利US7092599B2提出一种基于光栅和液晶技术实现的波长选择开关。但是液晶的温度特性不太好，需要温控，偏振特性也不好，响应时间慢。具备一定的局限性。

Capella公司的Joseph E Davis在这几年来连续有WSS的相关专利发布，原理没有太大的变化，只是陆续添加了一些功能以达到较好的光学指标。其最近的专利2006/0228071，所描述的波长选择开关和原有的专利类似，包括光纤准直器阵列，衍射光栅，光学透镜，反射镜阵列，1/4波片，入射光信号经过衍射光栅分光后，光信号被分成为单独的波长信道光信号，离散的通道光信号传输至二维反射镜阵列，二维反射镜阵列通过一个方向的旋转实现信号的偏转即波长选择开关功能，通过另一方向的旋转实现每通道信号的衰减功能。该专利通过二维反射镜的一个方向的旋转实现光路切换选择功能，另一方向的旋转实现每通道的衰减和无干扰切换Hitless功能。

同时为了保证波长选择开关需要的大的工作带宽，微机械MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems简称MEMS)反射镜间的间隙越小越好，即填充因子越大越好，一般情况下，二维的MEMS反射镜比一维MEMS反射镜多一个转轴，因此其填充因子相对较小。如图1所示，JDSU公司的专利US6,934,439B2专门针对二维的MEMS反射镜填充因子小的问题提出了一种制作“piano”式MEMS二维反射镜的专利。(图1中的附图标记，具体请参见JDSU公司的专利US6,934,439B2)

综上可见，已有的WSS具备以下两个特点：1.基于二维MEMS反射镜技术的波长选择开关成本高2.基于MEMS技术二维反射镜填充因子不可能做得很高。此外，二维MEMS反射镜的设计和制作工艺难度相当大，目前仅国外少数公司可以提供，而且成品率很低。这就使得基于二维MEMS反射镜技术的波长选择开关仅有少数几家欧美公司可以提供，而且由于二维MEMS反射镜的成本较高，使得波长选择开关的成本高。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种基于一维的MEMS转镜实现切换的功能和透射式MEMS衰减器技术而实现衰减和无干扰切换(Hitless)功能的具有无干扰切换的波长选择开关。

本实用新型所采用的技术方案是：一种具有无干扰切换的波长选择开关，包括有依次排列的光纤准直器阵列、聚焦透镜、准直透镜、衍射光栅和聚焦透镜，在聚焦透镜的另一侧还设置有衰减反射单元阵列。

所述的衰减反射单元阵列是由多个通道衰减反射单元组成。

所述的衰减反射单元包括有相互连接的透射式MEMS衰减器和一维MEMS反射镜，其中，透射式MEMS衰减器位于一维MEMS反射镜的前端。

所述的透射式MEMS衰减器和一维MEMS反射镜的中心轴对齐重合，并通过胶粘相连接。

本实用新型的具有无干扰切换的波长选择开关，具有如下特点：

1、有效地利用一维反射镜阵列和透射式MEMS光衰减器芯片的完美组合，实现光路切换和衰减、无干扰切换的功能。

2、在同等工艺水平下，一维MEMS设计较二维MEMS设计简单，提高了填充因子，提高了波长选择开关的工作带宽。

3、用于波长选择开关所用的反射镜由二维转为一维，工艺难度降低，降低了成本。

附图说明

图1是传统波长选择开关中衰减反射单元；

图2是基于液晶技术的传统波长选择开关的结构示意图；

图3是本实用新型的光路结构示意图，其中，

a是衰减反射单元的主视图，b是衰减反射单元的侧视图；

图4是本实用新型的衰减反射单元工作示意图；

图5是本实用新型的透射式MEMS衰减器的工作原理示意图；

图6是本实用新型实施例的工作过程示意图。

其中：

201：光纤准直器阵列            202：聚焦透镜

203：准直透镜                  204：衍射光栅

205：聚焦透镜                  206：透射式MEMS衰减器

207：一维MEMS反射镜            208：透射式MEMS衰减器

209：入射光线                  210：反射光线，

具体实施方式

下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型的具有无干扰切换的波长选择开关是如何实现的。

如图3所示，本实用新型的具有无干扰切换的波长选择开关的总体系统结构图，包括有依次排列的光纤准直器阵列201、聚焦透镜202、准直透镜203、衍射光栅204和聚焦透镜205，其特征在于：在聚焦透镜205的另一侧还设置有衰减反射单元阵列。所述的衰减反射单元阵列是由多个通道衰减反射单元组成。

所述的衰减反射单元包括有相互连接的透射式MEMS衰减器206和一维MEMS反射镜207，其中，透射式MEMS衰减器206位于一维MEMS反射镜207的前端。

所述的透射式MEMS衰减器206和一维MEMS反射镜207的中心轴对齐重合，并通过胶粘相连接。

光输入信号通过光纤准直器阵列201的一个端口即输入端口输入，光纤准直器阵列201的其他端口为输出端口，数量为1至N个，经过聚焦透镜202在透镜焦点处，此焦点也是下一个准直透镜203的焦点，光线经过焦点后继续传播至准直透镜203，输入光信号经过准直透镜203准直后，平行光束经过衍射光栅204分光成依次排序的单通道光信号，经过衍射光栅204后不同波长的通道光信号由聚焦透镜205将不同波长的光在聚焦透镜的焦平面上沿光栅刻线方向聚焦分布在不同的位置上，即聚焦到每个通道衰减反射单元。衰减反射单元阵列由多个通道衰减反射单元组成，透射式MEMS衰减器206与一维MEMS反射镜207均以阵列的形式存在的，每个通道对应的一维MEMS反射镜207通过其绕X轴方向的旋转实现该通道的切换功能，即开关功能。一维MEMS反射镜207之前的透射式MEMS衰减器206则实现波长选择开关的衰减和无干扰切换，即Hitless功能。

光线经过放置在焦平面之前的阵列透射式MEMS衰减器206之后，入射到焦平面上的一维MEMS反射镜207的反射面上。在焦平面上放置的一维MEMS反射镜207中的每一个对应着分布的一定宽度的波长带，光线入射在该面上反射后再经过透射式MEMS衰减器206，聚焦透镜205、衍射光栅204、准直透镜203和聚焦透镜202后进入阵列准直器的某个端口，进入光纤，一维MEMS反射镜207的角度决定了返回的光线进入的端口位置，即实现了任意波长到任意端口的开关选择。衰减反射单元中的反射镜通过绕Y轴旋转实现对入射到该镜面的通道波长光信号的偏转，可以实现光路对应偏转到目标地址的输出端口。调节透射MEMS衰减器的衰减量实现衰减功能，衰减反射单元中的MEMS衰减器可将衰减量设置到最大衰减量后再进行切换，可实现无干扰切换(Hitless)功能。

本实用新型所涉及的一维MEMS反射镜207如图4(a)所示，衰减反射单元工作原理具体描述为：如图4(b)、图4(c)所示，当光线209入射时首先经过透射式MEMS衰减器206发生衰减，然后入射在一维MEMS反射镜207镜面上，光线在镜面上发生反射后再次通过透射式MEMS衰减器206，最后在透射式MEMS衰减器206后出射光线为210，由于透射式MEMS衰减器206不对通过的光线的角度产生偏转，当一维MEMS反射镜207镜面绕Y轴发生偏转时，透射式MEMS衰减器206后出射的光线210也随之发生偏转，这样出射的光线的衰减值为两次通过透射式MEMS衰减器206的两次衰减之和，其出射的角度由一维MEMS反射镜207的转角决定。调节透射式MEMS衰减器206的衰减值可以实现总衰减值可调，当总衰减值大于35dB时，我们认为其达到了阻断功能。这样一维MEMS反射镜实现光路切换的同时，通过调节透射式MEMS衰减器206实现光信号的衰减和光路的无干扰切换(Hitless)功能。

具体工作过程如图6所示，在该组图中，端口号由①、②、③、④、⑤表示。图(a)所示状态表示信号由输入端口①输入，由输出端口②输出。图(a)到图(d)所述过程为由端口①进、端口②出切换到端口①进、端口⑤出。首先将透射式MEMS反射镜的衰减调到最大，即Hitless功能，如图(b)所示；其次设置一维MEMS反射镜转角度数对应到⑤端口地址，这样光路即调整为端口①进端口⑤出，但此时该通道对应的衰减还是最大的，处于Hitless状态，如图(c)所示；随后将透射式MEMS反射镜的衰减调节到需要的状态，即解除阻断Hitless状态，如图(d)所示。

所述透射式MEMS衰减器是基于多光束干涉原理实现的，即通过改变两个具有高反射率的平行平面之间的距离，使得其干涉条纹改变，从而获得对信号的衰减功能，如图4所示，206为透射式MEMS衰减器，207为一维MEMS反射镜、208为与206相邻的透射式MEMS衰减器。图4中：图(a)仅画出了一维MEMS反射镜的示意图，图(b)、图(c)画出了一维MEMS反射镜和透射式MEMS衰减器的示意图，图(b)的透射式MEMS衰减器208属于没有改变平行平面距离的状态，透射式MEMS衰减器两平行平面之间的距离为d₀，图(c)的208为改变了平行平面距离的状态，透射式MEMS衰减器两平行平面之间的距离为d₁。

图5所示是对图4透射式MEMS衰减器两平行平面之间的距离改变而引起衰减变化的具体描述，当透射式MEMS衰减器两平行平面之间的距离改变时，对应三个不同间距所在的状态A、B、C、针对λ₁的插损从IL_A下降到IL_B，再下降到IL_C。

Claims (4)

1.一种具有无干扰切换的波长选择开关，包括有依次排列的光纤准直器阵列(201)、聚焦透镜(202)、准直透镜(203)、衍射光栅(204)和聚焦透镜(205)，其特征在于：在聚焦透镜(205)的另一侧还设置有衰减反射单元阵列。

2.根据权利要求1所述的具有无干扰切换的波长选择开关，其特征在于：所述的衰减反射单元阵列是由多个通道衰减反射单元组成。

3.根据权利要求1或2所述的具有无干扰切换的波长选择开关，其特征在于：所述的衰减反射单元包括有相互连接的透射式MEMS衰减器(206)和一维MEMS反射镜(207)，其中，透射式MEMS衰减器(206)位于一维MEMS反射镜(207)的前端。

4.根据权利要求1所述的具有无干扰切换的波长选择开关，其特征在于：所述的透射式MEMS衰减器(206)和一维MEMS反射镜(207)的中心轴对齐重合，并通过胶粘相连接。

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