TWI480611B - 具有多個輸入端口和多個輸出端口之小型波長選擇交叉連接設備 - Google Patents

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TWI480611B
TWI480611B TW102105038A TW102105038A TWI480611B TW I480611 B TWI480611 B TW I480611B TW 102105038 A TW102105038 A TW 102105038A TW 102105038 A TW102105038 A TW 102105038A TW I480611 B TWI480611 B TW I480611B
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David T Neilson
Roland Ryf
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Alcatel Lucent Usa Inc
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Description

具有多個輸入端口和多個輸出端口之小型波長選擇交叉連接設備
本發明係關於光通信裝備，且更具體而言(但非排外地)係關於波長選擇交叉連接切換器及可重組態光學塞/取多工器。
此章節介紹可有助於促進對本發明之更好理解的態樣。因此，此章節之陳述就此進行研讀，且不應理解為關於何內容在先前技術中或何內容不在先前技術中的許可。
波長選擇交叉連接(WSXC)切換器及可重組態光學塞/取多工器(ROADM)為光學分波多工(WDM)網路中之重要網路元件，此係因為該等元件可支援網路中之動態佈建及自動恢復，且可實施為對信號位元速率、調變格式及傳輸協定透明。實質上相同之實體設備架構可用以實施WSXC切換器及ROADM，其中主要取決於藉由設備實現之切換程度而將所得實體設備分類為WSXC切換器或ROADM。使用WSXC設備之光學WDM網路架構具有許多吸引人之特徵，該等特徵有助於加速服務部署，加速網路中故障點周圍之重新投送，減小服務提供者之資本費用及操作費用，且提供適於未來網路升級之網路拓撲。
習知WSXC設備通常包含諸如解多工器、切換器及多工器(MUX)之複數個個別組成光學設備，及該等光學設備之間的眾多光纖連接件。隨著光輸送容量之快速增長，實施適當習知WSXC設備所需之組成光學設備的數目可為大約一百或一百以上。結果，習知WSXC設備面臨許多挑戰，諸如佔據面積增加、維護複雜度及成本相對高以及可靠性降低，此為不利的。
本文中揭示一波長選擇交叉連接(WSXC)設備之各種實施例，該設備具有N個輸入端口及M個輸出端口，且經組態以將一或多個載波波長之任何集合自一對應輸入端口投送至任何選定輸出端口。在一個實施例中，該WSXC設備包括一繞射光柵及一光束轉向設備，該繞射光柵及該光束轉向設備彼此以光學方式耦接且耦接至該等輸入/輸出端口，使得該等載波波長中之每一者在自該各別輸入端口至一指定輸出端口之路線中橫穿該繞射光柵及該光束轉向設備兩次或兩次以上。亦揭示該WSXC設備之各種展開組態。所揭示實施例具有優於習知WSXC設備之某些優點，(例如)此係因為該等實施例可使用相對較小數目個組成設備組件來實施，具有相對小之佔據面積，具有良好之按比例調整特性，且實現靈活之波長頻道中心及寬度指派。
根據一個實施例，提供一種裝置，其包含：第一複數個端口；第二複數個端口；一第一繞射光柵，其插入於該第一複數個端口與該第二複數個端口之間；及一第一光束轉向設備，其插入於該第一複數個端口與該第二複數個端口之間。該第一複數個端口中之每一端口經組態以接收具有兩個或兩個以上各別WDM分量之一各別輸入WDM信號。該裝置經組態而以多種方式將該等WDM分量自該第一複數個端口投送至該第二複數個端口，使得該等WDM分量中之每一者橫穿該第一繞射光柵及該第一光束轉向設備。該第一繞射光柵經組態以使自 該第一複數個端口接收之光在光譜上色散，且將該光譜色散光導引至該第一光束轉向設備。該第一光束轉向設備可組態以使光束個別地轉向，從而使該裝置能夠將該等WDM分量中之任一者自該第一複數個端口中之該各別端口投送至該第二複數個端口中之任一端口，該等光束對應於自該第一繞射光柵接收之該光譜色散光的不同波長頻帶。
在以上裝置之一些實施例中，該第一複數個端口及該第二複數個端口共同地具有至少一個端口。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該裝置進一步包含一光學循環器，該光學循環器連接至該等共同端口中之一第一者，且經組態以分離施加至該第一共同端口之一輸出WDM信號與藉由該第一共同端口接收到之該輸入WDM信號。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該裝置具有一摺疊結構，該摺疊結構使一WDM分量橫穿該第一繞射光柵四次。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該摺疊結構使該WDM分量橫穿該第一光束轉向設備兩次。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該裝置進一步包含一彎曲鏡面，該彎曲鏡面經組態以在該第一繞射光柵與該第一光束轉向設備之間導引光，使得該WDM分量橫穿該鏡面八次。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該第一複數個端口中之該等端口係配置成一二維陣列。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該第二複數個端口中之該等端口係配置成一二維陣列。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該第一光束轉向設備包含一二維像素化MEMS鏡面陣列。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該陣列中之至少一個鏡面經組態以繞兩個不同軸線傾斜。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該第一光束轉向設備包含一像素化液晶覆矽微型顯示器。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該裝置進一步包含：一第二繞射光柵，其插入於該第一複數個端口與該第二複數個端口之間；及一第二光束轉向設備，其插入於該第一複數個端口與該第二複數個端口之間，其中該裝置經進一步組態以將該等WDM分量自該第一複數個端口投送至該第二複數個端口，使得該等WDM分量中之每一者亦橫穿該第二繞射光柵及該第二光束轉向設備。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，對於該第二複數個端口中之每一端口：該第二光束轉向設備經組態以減小光束間的角度分集，該等光束攜載投送至該端口之該等WDM分量；且該第二繞射光柵經組態以移除該等光束之光譜色散。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該裝置具有一摺疊結構，該摺疊結構使一WDM分量橫穿該第一繞射光柵及該第二繞射光柵中之每一者兩次。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該裝置進一步包含：一第一彎曲鏡面，其經組態以在該第一繞射光柵與該第一光束轉向設備之間導引光，使得該WDM分量橫穿該第一鏡面四次；及一第二彎曲鏡面，其經組態以在該第二繞射光柵與該第二光束轉向設備之間導引光，使得該WDM分量橫穿該第二鏡面四次。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該第二繞射光柵具有與該第一繞射光柵之標稱光譜色散特性不同的標稱光譜色散特性。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該裝置進一步包含：一第三繞射光柵，其插入於該第一複數個端口與該第二複數個端口之間；及一第四繞射光柵，其插入於該第一複數個端口與該第二複數個端口之間，其中該裝置經進一步組態以將該等WDM分量自該第一複 數個端口投送至該第二複數個端口，使得該等WDM分量中之每一者亦橫穿該第三繞射光柵及該第四繞射光柵。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該第一繞射光柵及該第三繞射光柵具有相同的標稱光譜色散特性；且該第二繞射光柵及該第四繞射光柵具有相同的標稱光譜色散特性。
在以上裝置中之任一者的一些實施例中，該第一繞射光柵及該第三繞射光柵之該等標稱光譜色散特性不同於該第二繞射光柵及該第四繞射光柵之該等標稱光譜色散特性。
100‧‧‧設備
1101 ‧‧‧輸入端口
1102 ‧‧‧輸入端口
110N ‧‧‧輸入端口
1201 ‧‧‧(1×M)波長選擇切換器(WSS)
1202 ‧‧‧(1×M)波長選擇切換器(WSS)
120N ‧‧‧(1×M)波長選擇切換器(WSS)
1401 ‧‧‧(1×N)波長選擇切換器(WSS)
1402 ‧‧‧(1×N)波長選擇切換器(WSS)
140M ‧‧‧(1×N)波長選擇切換器(WSS)
1501 ‧‧‧輸出端口
1502 ‧‧‧輸出端口
150M ‧‧‧輸出端口
200‧‧‧設備
2101 ‧‧‧輸入端口
2106 ‧‧‧輸入端口
214a‧‧‧透鏡
214b‧‧‧透鏡
214c‧‧‧透鏡
214d‧‧‧透鏡
214e‧‧‧透鏡
214f‧‧‧透鏡
214g‧‧‧透鏡
216‧‧‧跡線
218a‧‧‧繞射光柵
218b‧‧‧繞射光柵
220‧‧‧準直光束
222‧‧‧控制信號
224‧‧‧光束轉向設備
2261 ‧‧‧條帶
2262 ‧‧‧條帶
2263 ‧‧‧條帶
2266 ‧‧‧條帶
228‧‧‧跡線/光束
230‧‧‧平行光束
232‧‧‧控制信號
234‧‧‧光束轉向設備
2361 ‧‧‧條帶
2362 ‧‧‧條帶
2363 ‧‧‧條帶
2368 ‧‧‧條帶
2369 ‧‧‧條帶
238a‧‧‧繞射光柵
238b‧‧‧繞射光柵
240‧‧‧光束
244‧‧‧光束
246‧‧‧跡線
248‧‧‧光束
2501 ‧‧‧輸出端口
2509 ‧‧‧輸出端口
252‧‧‧偏轉光束
254‧‧‧會聚光束
256‧‧‧跡線
258‧‧‧光束
260‧‧‧準直光束
300‧‧‧設備
304‧‧‧輸出端口之二維陣列/矩形陣列
33611 ‧‧‧條帶
33613 ‧‧‧條帶
33621 ‧‧‧條帶
33623 ‧‧‧條帶
33631 ‧‧‧條帶
33633 ‧‧‧條帶
33673 ‧‧‧條帶
33681 ‧‧‧條帶
33683 ‧‧‧條帶
33691 ‧‧‧條帶
33692 ‧‧‧條帶
33693 ‧‧‧條帶
35011 ‧‧‧輸出端口
35012 ‧‧‧輸出端口
35013 ‧‧‧輸出端口
35021 ‧‧‧輸出端口
35031 ‧‧‧輸出端口
35051 ‧‧‧輸出端口
35091 ‧‧‧輸出端口
35073 ‧‧‧輸出端口
35083 ‧‧‧輸出端口
35092 ‧‧‧輸出端口
35093 ‧‧‧輸出端口
402‧‧‧輸入端口之二維陣列
41011 ‧‧‧輸入端口
41012 ‧‧‧輸入端口
41021 ‧‧‧輸入端口
41022 ‧‧‧輸入端口
41031 ‧‧‧輸入端口
41032 ‧‧‧輸入端口
41041 ‧‧‧輸入端口
41042 ‧‧‧輸入端口
41051 ‧‧‧輸入端口
41052 ‧‧‧輸入端口
500‧‧‧波長選擇交叉連接(WSXC)設備
502‧‧‧輸入端口陣列
504‧‧‧輸出端口陣列
514a‧‧‧鏡面
514b‧‧‧鏡面
518‧‧‧繞射光柵
522‧‧‧控制信號
524‧‧‧光束轉向設備
532‧‧‧控制信號
534‧‧‧光束轉向設備
538‧‧‧繞射光柵
570‧‧‧透鏡
600‧‧‧波長選擇交叉連接(WSXC)設備
603‧‧‧端口陣列
614‧‧‧彎曲鏡面
618‧‧‧繞射光柵
622‧‧‧控制信號
624‧‧‧光束轉向設備
670‧‧‧彎曲鏡面
680‧‧‧光學循環器
P1‧‧‧平面
P2‧‧‧平面
S1‧‧‧點狀光源
本發明之各種實施例之其他態樣、特徵及益處將藉由實例自以下詳細描述及隨附圖式變得更顯而易見，其中：圖1展示說明根據本發明之一個實施例的波長選擇交叉連接(WSXC)設備之代表性功能性的方塊圖；圖2A至圖2D說明根據本發明之一個實施例的WSXC設備；圖3A至圖3B說明根據本發明之另一實施例的WSXC設備；圖4A至圖4B說明根據本發明之又一實施例的WSXC設備；圖5展示根據本發明之，又一實施例之WSXC設備的方塊圖；及圖6展示根據本發明之又一實施例之WSXC設備的方塊圖。
圖1展示說明根據本發明之一個實施例的波長選擇交叉連接(WSXC)設備之代表性功能性的設備100之方塊圖。設備100具有N個輸入端口1101 至110N 及M個輸出端口1501 至150M ，其中N及M為(相同或不同)大於一之整數。在代表性組態中，輸入端口110及輸出端口150中之每一者具有連接至其之各別光纖(圖1中未明確展示)。在操作中，此等光纖中之每一者經組態以輸送各別WDM信號。原則上，所輸送WDM信號中之每一者可具有任意數目個WDM分量(經調變之載 波波長)，其中藉由設備100處置之獨特載波波長之總數目K與N及/或M無關。
設備100係展示為具有N個(1×M)波長選擇切換器(WSS)1201 至120N 及M個(1×N)波長選擇切換器(WSS)1401 至140M 。波長選擇切換器為可(重)組態光學多工器/解多工器，該光學多工器/解多工器可經組態以在其共同端口與其複數個端口中之選定者之間投送K個載波波長之全集或任何選定子集。如本文中所使用，術語「共同端口」指代位於切換器之具有單一端口之側處的端口(參見圖1)。術語「複數個端口」指代位於切換器之具有多個端口之側處的端口中之任一者(亦參見圖1)。舉例而言，在設備100中，每一波長選擇切換器120i 之共同端口連接至對應輸入端口110i 。類似地，每一波長選擇切換器140i 之共同端口連接至對應輸出端口150i 。如圖1中所指示，波長選擇切換器1201 至120N 之複數個端口連接至波長選擇切換器1401 至140M 之複數個端口。後一連接可(例如)經由具有鏡面及透鏡之自由空間或經由光波導來實施。
每一波長選擇切換器120經組態以作為將光學信號自共同端口投送至各種複數個端口之可組態解多工器而操作。每一波長選擇切換器140經組態以作為將光學信號自各種複數個端口投送至共同端口之可組態多工器而操作。使用波長選擇切換器120及140之投送特性，設備100能夠將任何載波波長或兩個或兩個以上載波波長之任何集合自任何輸入端口110導引至任何輸出端口150。設備100通常使用以操作方式連接以控制波長選擇切換器120及140之投送組態的切換控制器(圖1中未明確展示)。控制器使用適當投送演算法(例如)以避免輸出端口1501 至150M 中之任一者處之信號衝突，其中衝突為具有相同載波波長之兩個不同光學信號同時到達同一輸出端口150的事件。
可用以實施設備100中之波長選擇切換器1201 至120N 及1401 至 140M 的各種波長選擇切換器揭示於(例如)美國專利第7,283,709號、第7,689,073號及第7,336,867號中，所有前述專利之教示以全文引用之方式併入本文中。
圖2A至圖2D說明根據本發明之一個實施例的WSXC設備200之結構及操作。更具體而言，圖2A及圖2B分別展示設備200之示意性側視圖及俯視圖。圖2A及圖2B亦展示在以下解釋設備200中之光傳播及處理之描述中提及的代表性光線跡線。圖2C及圖2D分別展示可產生於設備200中平面P1及P2(圖2A至圖2B中所展示)處的光譜色散光之代表性條帶。
設備200在圖2A至圖2B中係展示為具有六個輸入端口2101 至2106 (亦即，N=6)及九個輸出端口2501 至2509 (亦即，M=9)。為了描述清楚且簡潔，參考六個載波波長λ1至λ6(亦即，K=6)來解釋設備200之操作。基於所提供之描述，一般熟習此項技術者將能夠進行及使用設備200之具有以下各者之實施例：任何合適數目個(N個)輸入端口、任何合適數目個(M個)輸出端口及任何合適數目個(K個)WDM通道。
設備200之各種實施例具有類似於WSXC設備100(圖1)之功能性的一般功能性。更具體而言，設備200之輸入端口210在功能上類似於設備100之輸入端口110。設備200之輸出端口250在功能上類似於設備100之輸出端口150。如將自以下描述清楚的，設備200之實施例具有優於習知WSXC設備之某些優點，(例如)此係因為該等實施例可使用相對小數目個組成設備組件來實施，具有相對小之佔據面積，且具有良好之按比例調整特性。
在一個實施例中，輸入端口2101 至2106 中之每一者可為用於連接對應光纖之光纖連接器，該光纖連接器經組態以將各別光學WDM信號遞送至設備200。輸出端口2501 至2509 中之每一者可類似地為用於連接對應光纖之光纖連接器，該光纖連接器經組態以自設備200接收 各別光學WDM信號(例如)以供進一步輸送至外部設備。
在一替代性實施例中，端口210及250中之每一者可為用於接收對應(例如，多色)準直光束之孔隙。
在一代表性實施例中，輸入端口2101 至2106 配置成沿著Z座標軸定向之線性陣列。輸出端口2501 至2509 類似地配置成沿著Z座標軸定向之線性陣列。一般熟習此項技術者將理解，可延伸或截斷線性陣列中之每一者以產生設備200之對應於N≠6及/或M≠9的各種實施例。
設備200包含繞射光柵218a、218b、238a及238b；光束轉向設備224及234；以及透鏡214a至214g。繞射光柵218a及218b具有相同的標稱光色散特性。類似地，繞射光柵238a及238b具有相同的標稱光色散特性。取決於特定實施例，繞射光柵218之標稱光譜色散特性可與繞射光柵238之標稱光色散特性相同或不同。在一些實施例中，可省略透鏡214a至214g中之至少一些。替代光學元件(諸如，經組態而以類似方式重導引各種光束及/或子光束的微型稜鏡或微型透鏡)可取代透鏡214a至214g。
可使用(i)二維像素化MEMS鏡面陣列或(ii)液晶覆矽(LCOS)微型顯示器來實施光束轉向設備224及234中之每一者。在MEMS實施中，陣列中MEMS鏡面之定向可以控制方式改變，從而使光之對應反射光束在預期方向上轉向。在LCOS實施中，可適當地控制藉由微型顯示器之個別像素賦予至對應光束上之相移，以在預期光束偏轉之方向上產生線性光學相位延遲。在兩個實施中，光束轉向設備之不同部分可經個別地組態以使撞擊在設備上之不同光束在不同各別方向上轉向。
在操作中，繞射光柵218a使其經由透鏡214a自輸入端口2101 至2106 中之每一者接收的(多色)光在光譜上色散。沿著Y座標軸在XY平面中使光在光譜上色散，例如，如藉由圖2B中之跡線216的發散扇形區所指示。經定位以在焦平面中具有繞射光柵218a之透鏡214b使跡線 216之發散光準直，且將所得準直光束220施加至光束轉向設備224，例如，如圖2B中所指示。若輸入端口210i 接收到白光，則在表示光束轉向設備224之光束轉向表面之平面P1處，繞射光柵218a產生光之對應條帶226i ，其中沿著條帶以類彩虹方式將不同波長投射於不同位置處。圖2C展示標示為2261 至2266 之六個此等條帶。當設備200之六個輸入端口2101 至2106 中之每一者接收到白光時，條帶2261 至2266 產生於平面P1處。每一條帶226之Z座標對應於發端輸入端口210之Z座標。
當輸入端口210i 接收到具有複數個經調變載波波長之WDM信號時，對應於該WDM信號之不同經調變載波波長之光被限於條帶226i 之不同各別區域(區塊(patch)、波長頻帶)。圖2C中之垂直虛線指示條帶2261 至2266 中對應於經調變載波波長λ1至λ6之區域。如此項技術中所已知的，對應於經調變載波波長之光具有可包括載波波長自身及一或多個調變旁頻帶之光譜組成。舉例而言，條帶2261 之λ1區域自輸入端口2101 接收載波波長λ1及其調變旁頻帶。條帶2261 之λ2區域自輸入端口2101 接收載波波長λ2及其調變旁頻帶。條帶2261 之λ3區域自輸入端口2101 接收載波波長λ3及其調變旁頻帶，依此類推。條帶2262 之λ1區域自輸入端口2102 接收載波波長λ1及其調變旁頻帶。條帶2262 之λ2區域自輸入端口2102 接收載波波長λ2及其調變旁頻帶。條帶2262 之λ3區域自輸入端口2102 接收載波波長λ3及其調變旁頻帶，依此類推。條帶2266 之λ1區域自輸入端口2106 接收載波波長λ1及其調變旁頻帶。條帶2266 之λ2區域自輸入端口2106 接收載波波長λ2及其調變旁頻帶。條帶2266 之λ3區域自輸入端口2106 接收載波波長λ3及其調變旁頻帶，依此類推。
設備200以操作方式連接至或包含投送控制器(routing controller)(圖2中未明確展示)，該投送控制器經組態以適當地控制光 束轉向設備224及234。更具體而言，投送控制器經由控制信號222來控制光束轉向設備224之組態。投送控制器類似地經由控制信號232來控制光束轉向設備234之組態。一般而言，控制信號222及232可使光束轉向設備224及234中之每一者的不同像素化部分採用不同的各別光束轉向組態，(例如)以實現光自各種輸入端口2101 至2106 至各種輸出端口2501 至2509 之預期波長選擇投送。
在一代表性實施例中，光束轉向設備224經組態以藉由改變光束在XZ平面中之傳播方向來使光束轉向，例如，如藉由圖2A中之跡線/光束228之扇形部分(fan)所指示。為了實施六個輸入端口2101 至2106 之線性陣列至九個輸出端口2501 至2509 之線性陣列的必要波長選擇映射，可基於控制信號222組態光束轉向設備224之每一像素化部分以產生九個不同(例如，離散)的光束偏轉角。後一性質使設備200能夠將來自展示於圖2C中之條帶2261 至2266 之不同區塊的光適當地分佈至展示於圖2D中之條帶2361 至2369 之不同區塊。更具體而言，條帶2361 至2369 為可形成於設備200中平面P2處之光條帶，該平面P2表示光束轉向設備234之光束轉向表面。個別條帶236一般類似於個別條帶226。圖2D中之垂直虛線指示條帶2361 至2369 中對應於WDM通道λ1至λ6之區域(區塊)。條帶2361 至2369 中藉由圖2D之虛線描繪的各種光區塊一般類似於條帶2261 至2266 中之上述光區塊(圖2C)。
為了將來自條帶2261 (圖2C)之λ1區域之光導引至條帶2361 至2369 (圖2D)之λ1區域中的選定者，投送控制器組態光束轉向設備224中對應於條帶2261 之λ1區域的像素化部分，以採用產生對應之適當光束偏轉角之光束轉向組態，該光束偏轉角係(例如)選自由九個離散角組成之第一集合。舉例而言，來自第一集合之第一光束偏轉角將使來自條帶2261 之λ1區域的光被導引至條帶2361 之λ1區域。來自第一集合之第二光束偏轉角將使來自條帶2261 之λ1區域的光被導引至條帶2362 之λ1區域，依此類推。來自第一集合之第九光束偏轉角將使來自條帶2261 之λ1區域的光被導引至條帶2369 之λ1區域。
為了將來自條帶2262 (圖2C)之λ1區域之光導引至條帶2361 至2369 (圖2D)之λ1區域中的選定者，投送控制器組態光束轉向設備224中對應於條帶2262 之λ1區域的像素化部分，以採用產生對應之適當光束偏轉角之光束轉向組態，該光束偏轉角係(例如)選自由九個離散光束偏轉角組成之第二集合。舉例而言，來自第二集合之第一光束偏轉角將使來自條帶2262 之λ1區域的光被導引至條帶2361 之λ1區域。來自第二集合之第二光束偏轉角將使來自條帶2262 之λ1區域的光被導引至條帶2362 之λ1區域，依此類推。來自第二集合之第九光束偏轉角將使來自條帶2262 之λ1區域的光被導引至條帶2369 之λ1區域。
一般熟習此項技術者將理解，偏轉角之第二集合與偏轉角之第一集合相差至少一個角度值，其中角度值包括正負號(指示之偏轉方向，例如，向上或向下)及角度量值(例如，以度或弧度表達)兩者。
為了將來自條帶2266 (圖2C)之λ1區域之光導引至條帶2361 至2369 (圖2D)之λ1區域中的選定者，投送控制器組態光束轉向設備224中對應於條帶2266 之λ1區域的像素化部分，以採用產生對應之適當光束偏轉角的光束轉向組態，該光束偏轉角係(例如)選自由九個離散角組成之第六集合。舉例而言，來自第六集合之第一光束偏轉角將使來自條帶2266 之λ1區域的光被導引至條帶2361 之λ1區域。來自第六集合之第二光束偏轉角將使來自條帶2266 之λ1區域的光被導引至條帶2362 之λ1區域，依此類推。來自第六集合之第九光束偏轉角將使來自條帶2266 之λ1區域的光被導引至條帶2369 之λ1區域。
一般熟習此項技術者將理解，偏轉角之第六集合一般類似於偏轉角之上述第一集合及第二集合中的每一者。偏轉角之第六集合亦類似於分別對應於條帶2263 至2265 之偏轉角之第三集合、第四集合及第 五集合中的每一者，為簡潔起見而省略對偏轉角之第三集合、第四集合及第五集合的描述。一般熟習此項技術者應顯而易見，偏轉角之第六集合可與偏轉角之其他五個集合中之每一者相差至少一個角度值。
為了避免設備200之λ1通道中的信號衝突，投送控制器通常組態光束轉向設備224，使得來自兩個不同條帶226之λ1區域的光被導引至兩個不同各別條帶236之λ1區域。換言之，在設備200之信號投送操作期間的任何時間，不將來自兩個或兩個以上不同條帶226之λ1區域的光導引至同一條帶236之λ1區域。
一般熟習此項技術者將理解，對在設備200之λ1通道中之信號投送的上文所提供之描述一般適用於設備之其他波長通道(其中記號發生微小改變)。然而，作為一實例，下文提供對設備200之λ4通道中之信號投送的描述。基於對λ1及λ4通道之描述，一般熟習此項技術者將能夠建構對設備200之剩餘四個波長通道中之任一者中的信號投送之描述。
為了將來自條帶2261 (圖2C)之λ4區域之光導引至條帶2361 至2369 (圖2D)之λ4區域中的選定者，投送控制器組態光束轉向設備224中對應於條帶2261 之λ4區域的像素化部分，以採用產生對應之適當光束偏轉角的光束轉向組態，該光束偏轉角係(例如)選自(九個離散)光束偏轉角之第一集合。舉例而言，來自第一集合之第一光束偏轉角將使來自條帶2261 之λ4區域的光被導引至條帶2361 之λ4區域。來自第一集合之第二光束偏轉角將使來自條帶2261 之λ4區域的光被導引至條帶2362 之λ4區域，依此類推。來自第一集合之第九光束偏轉角將使來自條帶2261 之λ4區域的光被導引至條帶2369 之λ4區域。
為了將來自條帶2262 之λ4區域(圖2C)之光導引至條帶2361 至2369 (圖2D)之λ4區域中的選定者，投送控制器組態光束轉向設備224中對應於條帶2262 之λ4區域的像素化部分，以採用產生對應之適當光 束偏轉角的光束轉向組態，該光束偏轉角係(例如)選自(九個離散)光束偏轉角之第二集合。舉例而言，來自第二集合之第一光束偏轉角將使來自條帶2262 之λ4區域的光被導引至條帶2361 之λ4區域。來自第二集合之第二光束偏轉角將使來自條帶2262 之λ4區域的光被導引至條帶2362 之λ4區域，依此類推。來自第二集合之第九光束偏轉角將使來自條帶2262 之λ4區域的光被導引至條帶2369 之λ4區域。
為了將來自條帶2266 (圖2C)之λ4區域之光導引至條帶2361 至2369 (圖2D)之λ4區域中的選定者，投送控制器組態光束轉向設備224中對應於條帶2266 之λ4區域的像素化部分，以採用產生對應之適當光束偏轉角的光束轉向組態，該光束偏轉角係(例如)選自(九個離散)光束偏轉角之第六集合。舉例而言，來自第六集合之第一光束偏轉角將使來自條帶2266 之λ4區域的光被導引至條帶2361 之λ4區域。來自第六集合之第二光束偏轉角將使來自條帶2266 之λ4區域的光被導引至條帶2362 之λ4區域，依此類推。來自第六集合之第九光束偏轉角將使來自條帶2266 之λ4區域的光被導引至條帶2369 之λ4區域。
為了避免在設備200之λ4通道中的信號衝突，投送控制器通常組態光束轉向設備224，使得來自兩個不同條帶226之λ4區域的光被導引至兩個不同各別條帶236之λ4區域。換言之，在設備200之信號投送操作期間的任何時間，不將來自兩個或兩個以上不同條帶226之λ4區域的光導引至同一條帶236之λ4區域。
在自光束轉向設備224至光束轉向設備234之路線中，藉由光束轉向設備224處理之光橫穿透鏡214c、繞射光柵218b、透鏡214d、繞射光柵238a及透鏡214e，例如，如圖2A至圖2B中所指示。設備200之在光束轉向設備224與光束轉向設備234之間的部分提供以下功能：其將藉由光束轉向設備224引入之角度傾斜變換成光束轉向設備234上之位置移位，同時實質上移除藉由光柵218a引入之光譜色散且替代地使 用光柵238a引入可能不同量之光譜色散。
在一代表性實施例中，透鏡214c與透鏡214b標稱地相同。透鏡214c用來執行至少兩個功能。首先，透鏡214c使藉由光束轉向設備224產生之各種偏轉光束228在XZ平面中準直(使該等光束228平行)以產生平行光束230之六個集合，其中每一集合對應於條帶2261 至2266 (圖2C)中之一者。請注意，圖2A僅展示光束230之一個集合，其中為描述清楚起見而省略此等光束之其他集合。其次，透鏡214c使光束230中之每一者在XY平面中聚焦至繞射光柵218b上，例如，如圖2B中所指示。
繞射光柵218b自光束230中之每一者實質上移除XY平面中之光譜色散(波長相依角度分集)以產生光束240，例如，如圖2B中所指示。請注意，光束240中之每一者為準直光束。此外，繞射光柵218b保持上述光束平行度，藉此使同一光束集合內之不同光束240彼此平行，例如，如圖2A中所指示。
透鏡214d使光束240在XZ平面中聚焦至繞射光柵238a上，例如，如圖2A中所指示。藉由透鏡214d執行之此光聚焦在繞射光柵238a處產生六個虛擬的點狀光源，其中每一點狀光源對應於條帶2261 至2266 (圖2C)中之各別者且自該各別者接收光。將點狀光源配置成沿著Z座標軸定向之線性陣列。然而，請注意，圖2A僅展示標示為S1之一個此種光源，其中為描繪清楚起見而省略剩餘五個點狀光源。歸因於藉由設備200之所有上游光學元件執行的光處理，點狀光源中之每一者在XZ平面中具有極特別之波長相依角度-發射特性，例如，如藉由圖2A中之光束244所指示。更具體而言，每一點狀光源之波長相依角度-發射特性體現藉由光束轉向設備224賦予至對應條帶226之不同區塊上(例如，圖2C中之區域λ1至λ6)的光束偏轉角之集合。
繞射光柵238a藉由在XY平面中強加額外光譜色散來變更每一點 狀光源之波長相依角度-發射特性，例如，如藉由圖2B中之跡線246之發散扇形區所指示。
經定位以在焦平面處具有繞射光柵238a之透鏡214e使跡線246之發散光準直，例如，如圖2B中所指示。透鏡214e亦藉由使對應於同一點狀光源(諸如，展示於圖2A中之點狀光源S1)之光束集合內的對應所得光束248彼此平行來變更光束244之傳播方向(圖2A)。圖2A中之光束248指示對應於點狀光源S1之光束集合。為描繪清楚起見而在圖2A中省略其他此等光束集合。然而，請注意，對應於不同點狀光源之光束248彼此一般不平行。當對應於不同點狀光源(諸如，點狀光源S1)之各種光束248撞擊至光束轉向設備234上時，該等光束248在該光束轉向設備之平面P2處共同地產生條帶2361 至2369 (圖2D)。
條帶2361 至2369 中之每一者一般自兩個或兩個以上虛擬點狀光源(諸如，點狀光源S1)接收光。結果，對應於條帶2361 至2369 中之任一者的傳入光束248之每一集合在XZ平面中具有某一角度分集。舉例而言，條帶2361 之λ1區塊可藉由光束248照射，該光束248在XZ平面中之傳播角度不同於照射條帶2361 之λ2區塊之光束248的傳播角度。類似陳述一般適用於條帶2361 之其他區塊及/或條帶2362 至2369 (參見圖2D)中之每一者的各種λi區塊。
投送控制器使用控制信號232來組態光束轉向設備234，以減小(例如，實質上移除)對應於同一條帶236之各種光束248的角度分集。舉例而言，光束轉向設備234可經組態以使撞擊於其上之各種光束248適當地偏轉，使得所得偏轉光束252平行於XY平面，例如，如圖2A中所指示。因此，光束轉向設備234實質上產生九個光片(sheet of light)，每一光片對應於條帶2361 至2369 中之一者且定向成平行於XY平面。
透鏡214f、繞射光柵238b及透鏡214g起作用以將藉由光束轉向設 備234產生之九個光片中之每一者耦合至輸出端口2501 至2509 中之各別者中，例如，如圖2A至圖2B中所展示。透鏡214f與透鏡214e標稱地相同且用來使藉由光束轉向設備234產生之光片聚焦至繞射光柵238b上，例如，如藉由圖2A中之會聚光束254且藉由圖2B中之跡線256之會聚扇形區所指示。繞射光柵238b用來移除XY平面中之光譜色散，藉此將跡線256之會聚扇形區中的每一者轉換成光束258中之對應者，例如，如圖2A及圖2B中所指示。透鏡214g使光束258在XZ平面中準直，且使得所得準直光束260中之每一者實質上平行於X座標軸。後者特性使光束260中之每一者能夠以相對低的損失而耦合至輸出端口2501 至2509 中之對應者中，例如，如在圖2A中所指示。
在一代表性實施例中，選擇透鏡214a至214g之類型及焦距，以便使設備200能夠將輸入端口2101 至2106 之孔隙恰當地成像至輸出端口2501 至2509 之孔隙上。可基於中繼成像及/或傅立葉光學之相關原理來設定設備200中之各種透鏡、繞射光柵及光束轉向設備之相對位置。舉例而言，透鏡214a及214b可經組態以使輸入端口2101 至2106 之孔隙成像至平面P1上。透鏡214c及214d可經組態以使平面P1成像至繞射光柵238a之繞射表面上。透鏡214d及214e可經組態以使平面P2成像至繞射光柵218b之繞射表面上。透鏡214f及214g可經組態以使輸出端口2501 至2509 之孔隙成像至平面P2上。可將繞射光柵218及238中之每一者定位於對應透鏡214之傅立葉平面處。額外中繼光學器件(圖2A至圖2B中未明確展示)可用以(例如)使設備200之不同區段彼此在光學上匹配。
圖3A至圖3B說明根據本發明之另一實施例的WSXC設備300之結構及操作。更具體而言，圖3A展示用於設備300中之輸出端口之二維陣列304的正視圖。圖3B展示可在設備300中平面P2處產生之光譜色散光的代表性條帶(亦參見圖2A至圖2B)。
儘管設備300之結構極類似於如圖2A及圖2B中展示之設備200之結構，但存在某些差別，下文描述該等差別中的一些。類似於設備200之操作，參考六個載波波長λ1至λ6(亦即，K=6)解釋設備300之操作。一般熟習此項技術者將瞭解，在替代性實施例中，設備300可經設計以具有任何合適數目個(N個)輸入端口、任何合適數目個(M個)輸出端口及任何合適數目個(K個)WDM通道。
設備200與300之間的一個差別在於，設備300具有展示於圖3A中之形成二維(矩形)陣列304的二十七個輸出端口350jk (亦即，M=27)，其中j=1、2、...、9且k=1、2、3。回想到，設備200具有九個輸出端口2501 至2509 之線性陣列。在設備300中，替代輸出端口250之該線性陣列(亦參見圖2A至圖2B)而使用陣列304。
另一差別在於，在設備300中，光束轉向設備224及234中之每一者經組態以不僅提供XZ平面(如上文參考設備200所描述)中之光束轉向，而且提供XY平面中之光束轉向。實施於設備300中之此類型之光束轉向可被稱作二維轉向，該二維轉向應與實施於設備200中之一維轉向形成對比。一般熟習此項技術者將瞭解，藉由二維轉向，可將任何光束偏轉分解成一對偏轉角且藉由該對偏轉角特性化(例如，類似於用於極座標系統中以使球體上之點的座標特性化之一對角)。在光束轉向設備之MEMS實施中，可藉由經組態以繞兩個不同軸線傾斜之鏡面來實現二維光束轉向。
又另一差別在於，在設備300中，繞射光柵238a及238b中之每一者具有光色散特性，該等光色散特性使光束轉向設備234之光束轉向表面能夠在無重疊之情況下將色散光之至少三個條帶336容納於單一列中，例如，如圖3B中所展示。請注意，條帶336j,k (其中j=1、2、...、9且k=1、2、3)中之每一者包括對應於設備之所有六個WDM通道的光區塊，如藉由垂直虛線及載波波長標記λ1至λ6所指示。
為了實施六個輸入端口2101 至2106 之線性陣列至二十七個輸出端口350j,k 之矩形陣列304的必要波長選擇映射，可基於控制信號222組態光束轉向設備224之每一像素化部分以產生二十七個不同(二維)光束偏轉角。如上文已指示，每一此偏轉角可藉由一對角度值特性化，其中第一角度值量化光束相對於第一傾斜軸線之偏轉，且第二角度值量化光束相對於第二傾斜軸線之偏轉，該第二傾斜軸線(例如)正交於第一傾斜軸線。對於一些對，第一角度值或第二角度值可為零。光束轉向設備224之此組態使設備300能夠將來自條帶2261 至2266 (展示於圖2C中)之不同區塊的光分佈至條帶3361,1 至3369,3 (展示於圖3B中)之不同區塊中。
舉例而言，為了將來自條帶2261 (圖2C)之λ1區域之光導引至條帶3361,1 至3369,3 (圖3B)之λ1區域中的選定者，投送控制器組態光束轉向設備224中對應於條帶2261 之λ1區域的像素化部分，以採用產生對應之適當(二維)光束偏轉角之光束轉向組態，該光束偏轉角係(例如)選自由二十七個此等角組成之第一集合，其中藉由角度值之對應對來表示每一角，如上文所解釋。更具體而言，來自第一集合之第一光束偏轉角將使自條帶2261 之λ1區域的光被導引至條帶3361,1 之λ1區域。來自第一集合之第二光束偏轉角將使來自條帶2261 之λ1區域的光被導引至條帶3362,2 之λ1區域，依此類推。來自第一集合之第二十七光束偏轉角將使來自條帶2261 之λ1區域的光被導引至條帶3369,3 之λ1區域。
為了將來自條帶2262 (圖2C)之λ1區域的光導引至條帶3361,1 至3369,3 (圖3B)之λ1區域中的選定者，投送控制器組態光束轉向設備224中對應於條帶2262 之λ1區域的像素化部分，以採用產生對應之適當光束偏轉角之光束轉向組態，該光束偏轉角係(例如)選自由二十七個光束偏轉角組成之第二集合，其中藉由角度值之對應對來表示每一角，如上文所解釋。更具體而言，來自第二集合之第一光束偏轉角將使來 自條帶2262 之λ1區域的光被導引至條帶3361,1 之λ1區域。來自第二集合之第二光束偏轉角將使來自條帶2262 之λ1區域的光被導引至條帶3362,1 之λ1區域，依此類推。來自第二集合之第二十七光束偏轉角將使來自條帶2262 之λ1區域的光被導引至條帶3369,3 之λ1區域。
一般熟習此項技術者將理解，偏轉角之第二集合與偏轉角之第一集合相差至少一個角度值。
為了將來自條帶2266 (圖2C)之λ1區域的光導引至條帶3361,1 至3369,3 (圖3B)之λ1區域中的選定者，投送控制器組態光束轉向設備224中對應於條帶2266 之λ1區域的像素化部分，以採用產生對應之適當(二維)光束偏轉角之光束轉向組態，該光束偏轉角係(例如)選自由二十七個光束偏轉角組成之第六集合，其中藉由角度值之對應對來表示每一角，如上文所解釋。更具體而言，來自第六集合之第一光束偏轉角將使來自條帶2266 之λ1區域的光被導引至條帶3361,1 之λ1區域。來自第六集合之第二光束偏轉角將使來自條帶2266 之λ1區域的光被導引至條帶3362,1 的λ1區域，依此類推。來自第六集合之第二十七光束偏轉角將使來自條帶2266 之λ1區域的光被導引至條帶3369,3 之λ1區域。
一般熟習此項技術者將理解，偏轉角之第六集合一般類似於上述偏轉角之第一集合及第二集合中的每一者。偏轉角之第六集合亦類似於偏轉角之第三集合、第四集合及第五集合中的每一者，為簡潔起見而省略對偏轉角之第三集合、第四集合及第五集合之描述。一般熟習此項技術者應顯而易見，偏轉角之第六集合可與偏轉角之其他五個集合中之每一者相差至少一個角度值。
為了避免設備300之λ1通道中的信號衝突，投送控制器通常組態光束轉向設備224，使得來自兩個不同條帶226之λ1區域的光被導引至兩個不同各別條帶336之λ1區域。換言之，在設備300之信號投送操作期間的任何時間，不將來自兩個或兩個以上不同條帶226之λ1區域的 光導引至同一條帶336之λ1區域。
一般熟習此項技術者將理解，對設備300之λ1通道中之信號投送的上文所提供之描述一般適用於設備之其他波長通道(其中記號有微小改變)。上文已提供如下實例：修改對設備200之λ1通道中之信號投送的描述以獲得對設備200之λ4通道中之信號投送的描述。一般熟習此項技術者將能夠將類似描述修改原則應用於對設備300之λ1通道中之信號投送的上文所提供之描述，從而導出對該設備之其他五個波長通道中之每一者的信號投送之描述。
設備200及300之操作的一個額外差別在於，設備300中之透鏡214f及214g以及繞射格柵238b起作用以將條帶3361,1 至3369,3 (圖3B)之二維陣列成像至輸出端口3501,1 至3509,3 (圖3A)之二維陣列304的孔隙上，使得每一條帶336j,k 成像至對應輸出端口350j,k 上。回想到，在設備200中，透鏡214f及214g以及繞射光柵238b起作用以將條帶2361 至2369 (圖2D)之線性陣列成像至輸出端口2501 至2509 (圖2A至圖2B)之線性陣列的孔隙上。
圖4A至圖4B說明根據本發明之又一實施例的WSXC設備400之結構及操作。更具體而言，圖4A展示用於設備400中之輸入端口之二維陣列402的正視圖。圖4B展示可在設備400中平面P1處產生之光譜色散光的代表性條帶(亦參見圖2A至圖2B)。
設備400為設備300之另一修改，其中藉由形成圖4A中展示之二維陣列402的十個輸入端口410l,m (亦即，N=10)替換輸入端口2101 至2106 (參見圖2A至圖2B)之線性陣列，其中l=1、2、...、5且m=1、2。一個額外修改為，在設備400中，繞射格柵218a及218b中之每一者具有光色散特性，該等光色散特性使光束轉向設備224之光束轉向表面能夠在無重疊之情況下將色散光之至少兩個條帶426容納於單一列中，例如，如圖4B中所展示。請注意，條帶426l,m (其中l=1、2、...、 5且m=1、2)中之每一者包括對應於設備400之所有六個WDM通道的光區塊，如藉由垂直虛線及載波波長標記λ1至λ6所指示。
類似於設備300中之光束轉向設備224及234，設備400中之光束轉向設備224及234經組態以藉由在XZ平面及XY平面兩者中改變光束之傳播方向的能力來執行二維光束轉向。所實施之光束轉向使設備400能夠在每區塊基礎上將來自條帶426l,m (圖4B)中之任一者的光導引至條帶336j,k (圖3B)中之任一者。此處未給出實施於設備400中之光束轉向的詳細描述，此係因為一般熟習此項技術者將易於理解，該光束轉向基於實施於設備200及300中之光束轉向的以上所提供之描述。
應注意到，展示於圖2A至圖2B中之設備200的結構一般可經修改以產生具有任何所要數目N個輸入端口及任何所要數目M個輸出端口之WSXC設備。所得WSXC設備中之輸入端口及輸出端口兩者可經配置以形成具有任何所要形狀及定向之各別一維或二維陣列。此WSXC設備之設計及工程可藉由遵守以下例示性準則而以相對直接方式來實現。
WSXC設備之前區段經組態以將輸入端口(諸如，圖2A至圖2B之輸入端口210或圖4A之輸入端口410)之孔隙成像至光束轉向設備224之光束轉向表面(例如，圖2A至圖2B中之P1)上，該前區段(例如)包含透鏡214a、繞射光柵218a及透鏡214b。在透鏡214a及214b之焦平面處存在繞射光柵218a，此做法使形成於平面P1處之個別輸入端口的影像在平行於Y座標軸之方向上光譜色散。選擇繞射光柵218a之光譜色散特性，使得不同輸入端口之光譜色散影像彼此在平面P1中不重疊。
WSXC設備之後區段類似於前區段而組態以將輸出端口(諸如，圖2A至圖2B之輸出端口250或圖3A之輸出端口350)之孔隙成像至光束轉向設備234之光束轉向表面(例如，圖2A至圖2B中之P2)上，該後區段(例如)包含透鏡214g、繞射光柵238b及透鏡214f。然而，前區段與 後區段之間的一個組態差別在於，在操作中，光在相反方向上行進穿過該兩者。更具體而言，在前區段中，光自端口朝向影像平面(圖2A至圖2B中之P1)行進。相比之下，在後區段中，光自影像平面(圖2A至圖2B中之P2)行進至端口。
WSXC設備之中間區段經組態以將形成於平面P1處之輸入端口的光譜色散影像成像至平面P2處之輸出端口的虛擬光譜色散影像上，該中間區段(例如)包含透鏡214c、繞射光柵218b、透鏡214d、繞射格柵238a及透鏡214e。如上文已指示，藉由光束轉向設備224實施之光束轉向用來在每區塊基礎上以(重)組態形式將來自形成於平面P1處之輸入端口的光譜色散影像中之每一者的光導引至平面P2處之輸出端口的虛擬光譜色散影像中之各別指定者。藉由光束轉向設備234實施之光束轉向用來實質上移除平面P2處的虛擬光譜色散之輸出端口影像中之每一者處的角度光束分集，藉此使WSXC設備之後區段能夠將到達平面P2中之虛擬輸出端口影像中之每一者的光適當地耦合至輸出端口之各別者中，角度光束分集係藉由光束轉向設備224所執行之光束轉向引起。
投送控制器可使用控制信號222適當地控制光束轉向設備224之光束轉向組態，以避免平面P2處之信號衝突。投送控制器可進一步使用控制信號232適當地控制光束轉向設備234之光束轉向組態，以實現上述角度光束分集之實質移除。投送控制器亦操作以確保以下情況：當需要改變設備之投送組態時，一致地改變光束轉向設備224及234之光束轉向組態以保持WSXC設備之適當操作。
圖5展示根據本發明之又一實施例之WSXC設備500的方塊圖。設備500一般類似於設備200(圖2A至圖2B)，其中兩個設備之功能上類似之元件藉由後兩個數位相同之數字標記來標示。然而，設備200與500之間的一個差別在於，設備500表示摺疊組態。如本文中所使用，術 語「摺疊組態」指代如下光學佈局：光沿著其在設備之輸入端口與設備之輸出端口之間採用之光學路徑可橫穿一些光學元件兩次或兩次以上。如本文中所使用，術語「橫穿」應理解為涵蓋至少兩種不同類型之事件，一類型為期間光穿過或透過光學組件之事件，且另一類型為期間光藉由光學組件反射或偏轉之事件。展示於圖5中之各種光跡線說明光在設備500中在輸入端口陣列502中之輸入端口中的一者與輸出端口陣列504中之輸出端口中的一者之間採用之代表性光學路徑。對此等跡線之檢驗揭露設備500具有摺疊組態，(例如)此係因為繞射光柵518及538中之每一者被橫穿兩次。使用摺疊組態可為有利的，(例如)此係因為可使用較少光學組件來實施對應實體設備且結果，該設備相較於使用對應展開組態之設備更為緊湊及/或成本更低廉。
在操作中，陣列502之輸入端口將各別WDM信號導引至彎曲鏡面514a。鏡面514a將WDM信號重新導引至繞射格柵518。繞射格柵518使接收到之WDM信號在光譜上色散，且將色散信號導引回至鏡面514a，鏡面514a進一步將色散信號導引至光束轉向設備524。受藉由投送控制器(圖5中未明確展示)產生之控制信號522控制的光束轉向設備524使具有不同載波波長之各種光束適當地偏轉，且將各種偏轉光束導引回至鏡面514a，鏡面514a接著將此等光束重新導引至繞射光柵518。繞射光柵518藉由移除光譜色散而使光束部分地準直，且將所得準直信號導引回至鏡面514a，鏡面514a經由透鏡570進一步將準直信號導引至鏡面514b。
在第一遍次，繞射光柵518執行類似於藉由設備200中之繞射光柵218a執行之光學功能的光學功能。在第二遍次，繞射光柵518執行類似於藉由設備200中之繞射光柵218b執行之光學功能的光學功能。在第一遍次、第二遍次及第三遍次，鏡面514a執行類似於分別藉由設備200中之透鏡214a、透鏡214b及透鏡214c執行之彼等光學功能的光 學功能。共同地，鏡面514a之第四遍次、透鏡570及鏡面514b之第一遍次實施類似於藉由設備200中之透鏡214d執行之光學功能的光學功能。
鏡面514b將自鏡面514a接收到之信號重新導引至繞射光柵538。 繞射光柵538使接收到之信號在光譜上色散，且將色散信號導引回至鏡面514b，鏡面514b進一步將色散信號導引至光束轉向設備534。受藉由投送控制器產生之控制信號532控制的光束轉向設備534使具有不同載波波長之各種光束適當地偏轉，且將各種偏轉光束導引回至鏡面514b，鏡面514b接著將此等光束重新導引至繞射光柵538。繞射光柵538藉由移除光譜色散而使光束部分地準直，且將所得準直信號導引回至鏡面514b，鏡面514b進一步將準直信號導引至輸出端口陣列504。
在第一遍次，繞射光柵538執行類似於藉由設備200中之繞射光柵238a執行之光學功能的光學功能。在第二遍次，繞射光柵538執行類似於藉由設備200中之繞射光柵238b執行之光學功能的光學功能。 在第二遍次、第三遍次及第四遍次，鏡面514b執行類似於分別藉由設備200中之透鏡214e、透鏡214f及透鏡214g執行之彼等光學功能的光學功能。
圖6展示根據本發明之又一實施例之WSXC設備600的方塊圖。設備600表示設備500(圖5)之進一步摺疊。更具體而言，藉由以下步驟來實現摺疊：(i)使用彎曲鏡面670而非透鏡570，(ii)移除設備之一區段，及(iii)使用端口之單一陣列603作為輸入端口及輸出端口兩者，其中使用光學循環器680來執行傳入光學信號與傳出光學信號之分離。
在操作中，陣列603之作為輸入端口操作的端口將待處理之WDM信號導引至彎曲鏡面614。鏡面614將WDM信號重新導引至繞射光柵 618。繞射光柵618使接收到之WDM信號在光譜上色散，且將色散信號導引回至鏡面614，鏡面614進一步將色散信號導引至光束轉向設備624。受藉由投送控制器(圖6中未明確展示)產生之控制信號622控制的光束轉向設備624使具有不同載波波長之各種光束適當地偏轉，且將各種偏轉光束導引回至鏡面614，鏡面614接著將此等光束重新導引至繞射光柵618。繞射光柵618藉由移除光譜色散而使光束部分地準直，且將所得準直信號導引回至鏡面614，鏡面614進一步將準直信號導引至鏡面670。
鏡面670將準直信號傳回至鏡面614，鏡面614接著將準直信號重新導引至繞射光柵618。繞射光柵618使接收到之信號在光譜上色散，且將色散信號導引回至鏡面614，鏡面614進一步將色散信號導引至光束轉向設備624。光束轉向設備624使具有不同載波波長之各種光束適當地偏轉，且將各種偏轉光束導引回至鏡面614，鏡面614接著將此等光束重新導引至繞射光柵618。繞射光柵618藉由移除光譜色散而使光束部分地準直，且將所得準直信號導引回至鏡面614，鏡面614進一步將準直信號導引至端口陣列603。
在第一遍次、第二遍次、第三遍次及第四遍次，繞射光柵618執行類似於分別藉由設備200中之繞射光柵218a、218b、238a及238b執行之彼等光學功能的光學功能。在第一遍次、第二遍次、第三遍次、第六遍次、第七遍次及第八遍次，鏡面614執行類似於分別藉由設備200中之透鏡214a、214b、214c、214e、214f及214g執行之彼等光學功能的光學功能。共同地，鏡面670以及鏡面614之第四遍次及第五遍次實施類似於藉由設備200中之透鏡214d執行之光學功能的光學功能。
出於輸入及輸出目的兩者，使共同準直信號導引至端口陣列603，此做法實現各種端口之靈活重新配置及重新指派，從而改變M 及/或N之有效操作值。
在一個實施例中，可使用光學元件之組合集合來實施藉由光學循環器680以及藉由準直件及任何偏光分集光學器件執行之功能。
在一個實施例中，可使用平面波導電路來實施各種端口陣列，此情形實現額外功能性(諸如，用於功率監視之光學分接器)之實施。
雖然已參考說明性實施例描述了本發明，但並不意欲在限制性意義上理解此描述。
儘管本發明中描述之各種實施例使M>N，但本發明並不限於此。自所提供之描述，一般熟習此項技術者將理解到產生及使用滿足如下情況之WSXC設備的方式：M<N或M=N。此等設備亦可經組態以實施M=1之有效值，其中第二轉向級進行操作以確保光在切換器之重組態期間不會透射至輸出端口。此外，第二光束轉向級傾向於改良端口之間的隔離，藉此減小串擾。
在設備500(圖5)之替代實施例中，可用彎曲鏡面替換透鏡570，條件為適當地重定位元件514b、534、538及504。
在一些實施例中，使用諸如液晶覆矽顯示器技術之像素化陣列，此做法實現任意的波長通道間隔及任意的通道通帶寬度。此特徵可(例如)藉由引入適當光束轉向來達成。另外，此特徵准許用於廣播、保護或監視功能之功率分裂。經由對像素型樣之修改，此特徵亦實現通道內及通道間等化及色散補償。
在一些實施例中，偏光分集光學器件可用以允許在系統中使用偏光相依光學元件。
熟習本發明所屬領域者顯而易見的所描述實施例之各種修改以及本發明之其他實施例被視為在本發明之如以下申請專利範圍中所表達的原理及範疇內。
出於本說明書之目的，MEMS設備為具有經調適以相對於彼此移 動之兩個或兩個以上部分的設備，其中運動係基於任何合適的相互作用或相互作用組合(諸如，機械、熱、磁性、光學及/或化學相互作用)。使用微製造或小型製造技術(包括奈米製造技術)來製造MEMS設備，該等製造技術可包括(但未必限於)：(1)自組裝技術，其使用(例如)自組裝單層、對所要化學物質具有高親和性之化學塗層，以及懸空化學鍵之產生及飽和；及(2)晶圓/材料處理技術，其使用(例如)材料之微影、化學氣相沈積、圖案化及選擇性蝕刻，以及表面之處理、塑形、電鍍及紋理化。MEMS設備中之某些元件的比例/大小可使得准許展現量子效應。MEMS設備之實例包括(不限於)NEMS(奈米機電系統)設備、MOEMS(微光機電系統)設備、微型機器、微型系統，及使用微型系統技術或微型系統整合生產之設備。
在一些實施例中，可藉由以下方式實施波束轉向：使用相控陣列元件(諸如，液晶覆矽微型顯示器)，或經由微機械移相器之陣列，或經由使用半導體(例如，GaAs)之電光移相器之陣列。
除非另外明確地陳述，否則每一數值及範圍應解譯為近似的，如同詞語「約」或「大約」在值或範圍之前一樣。
將進一步理解，在不偏離如在以下申請專利範圍中表達之本發明範疇的情況下，熟習此項技術者可進行多個部分在細節、材料及配置上之各種改變，已描述及說明該等部分以便解釋本發明之性質。
在申請專利範圍中使用圖號及/或圖參考標記(若存在)，此做法意欲識別所主張標的物之一或多個可能實施例以便促進對申請專利範圍之解譯。不應將此使用解釋為必定將彼等請求項之範疇限於在對應諸圖中展示之實施例。
儘管以使用對應標記之特定順序來敍述以下方法請求項中之元素(若存在)，但除非請求項敍述另外暗示用於實施彼等元素中之一些或全部的特定順序，否則彼等元素未必意欲限於以該特定順序來實 施。
本文中對「一個實施例」或「一實施例」之提及意謂，結合該實施例描述之特定特徵、結構或特性可包括於本發明之至少一個實施例中。片語「在一個實施例中」在說明書中各處呈現，此做法未必皆指代同一實施例，亦非意謂單獨或替代實施例必要地與其他實施例相互排斥。相同情形適用於術語「實施」。
亦出於此描述之目的，術語「耦接(couple、coupling、coupled)」、「連接(connect、connecting或connected)」指代此項技術中已知或稍後開發之任何方式，其允許在兩個或兩個以上元件之間傳送能量，且儘管不需要插入一或多個額外元件，但預期到此做法。相反，術語「直接耦接」、「直接連接」等暗示不存在此等額外元件。
描述及圖式僅說明本發明之原理。因此將瞭解，一般熟習此項技術者將能夠設計各種配置，儘管本文中未明確描述或展示，但該等配置體現本發明之原理且包括於本發明之精神及範疇內。此外，本文中所敍述之所有實例主要明確地意欲僅用於教學目的，以幫助讀者理解本發明之原理及由發明者所促成之概念從而促進此項技術，且該等實例應理解為不限於此等特定敍述之實例及條件。此外，本文中敍述本發明之原理、態樣及實施例以及本發明之特定實例的所有陳述意欲涵蓋本發明之等效物。
一般熟習此項技術者應瞭解，本文中之任何方塊圖表示體現本發明之原理的說明性電路及/或設備之概念視圖。
600‧‧‧波長選擇交叉連接(WSXC)設備
603‧‧‧端口陣列
614‧‧‧彎曲鏡面
618‧‧‧繞射光柵
622‧‧‧控制信號
624‧‧‧光束轉向設備
670‧‧‧彎曲鏡面
680‧‧‧光學循環器

Claims (5)

  1. 一種用於光通信之裝置，其包含：第一複數個端口；第二複數個端口；一第一繞射光柵，其插入於該第一複數個端口與該第二複數個端口之間；及一第一光束轉向設備，其插入於該第一複數個端口與該第二複數個端口之間，其中：該第一複數個端口中之每一端口經組態以接收具有兩個或兩個以上各別WDM分量之一各別輸入WDM信號；該裝置經組態而以各種方式將該等WDM分量自該第一複數個端口投送至該第二複數個端口，使得該等WDM分量中之每一者橫穿該第一繞射光柵及該第一光束轉向設備；該第一繞射光柵經組態以使自該第一複數個端口接收之光在光譜上色散，且將光譜色散光導引至該第一光束轉向設備；該第一光束轉向設備可組態以使光束個別地轉向，從而使該裝置能夠將該等WDM分量中之任一者自該第一複數個端口中之該各別端口投送至該第二複數個端口中之任一端口，該等光束對應於自該第一繞射光柵接收之該光譜色散光的不同波長頻帶；及該裝置具有一摺疊結構，該摺疊結構使一WDM分量橫穿該第一繞射光柵四次。
  2. 如請求項1之裝置，其中該第一複數個端口及該第二複數個端口至少具有一個共 同端口；且進一步包含一光學循環器，該光學循環器連接至該等共同端口中之一第一者，且經組態以分離施加至該第一共同端口之一輸出WDM信號與藉由該第一共同端口接收到之該輸入WDM信號。
  3. 如請求項1之裝置，其中該摺疊結構使該WDM分量橫穿該第一光束轉向設備兩次；且進一步包含一彎曲鏡面，該彎曲鏡面經組態以在該第一繞射光柵與該第一光束轉向設備之間導引光，使得該WDM分量橫穿該鏡面八次。
  4. 如請求項1之裝置，其中：該第一複數個端口中之該等端口係配置成一二維陣列；且該第二複數個端口中之該等端口係配置成一二維陣列。
  5. 如請求項1之裝置，其中：該第一光束轉向設備包含一二維像素化MEMS鏡面陣列；且該陣列中之至少一個鏡面經組態以繞兩個不同軸線傾斜。
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