背景技術(shù)：

在光通信網(wǎng)絡(luò)中，在單波長(信道)上有多個光信道的光信號通?？赏ㄟ^一根光纖從一個地方發(fā)送到另一個地方。光交叉連接模塊可允許光信號從一根光纖切換至另一根光纖。波長選擇光交叉連接或波長選擇開關(guān)(wss)允許重新配置波長相關(guān)交換，也就是說，允許將某些波長信道從第一光纖切換至第二光纖，同時讓其他波長信道在第一光纖中進(jìn)行傳輸，或者允許將某些波長信道切換至第三光纖。由于可以自動創(chuàng)建單波長信道光通路或重新選擇路由，基于波長選擇光交換的光網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)具有許多引人注目的特征。它可以加速服務(wù)部署，加速圍繞光網(wǎng)故障點(diǎn)的重新路由，降低服務(wù)運(yùn)營商的資金投入和運(yùn)營費(fèi)用，并且可以創(chuàng)建面向未來的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

在某些情況下，多種不同功能的波長開關(guān)可共享同一組光學(xué)元件，如，透鏡、色散元件和空間光調(diào)制器。這種波長選擇開關(guān)可能會在不同功能開關(guān)的各個信道之間出現(xiàn)不良串?dāng)_。

附圖說明

圖1是波長選擇開關(guān)的一個示例的功能框圖；

圖2是可用作圖1中所示光學(xué)器件的空間光調(diào)制器的lcos器件的正視圖；

圖3是lcos器件的正視圖，其中，兩個波長選擇開關(guān)的波長成分相互空間分隔；

圖4a和圖4b分別是簡化光學(xué)器件(如，自由空間波長選擇開關(guān)wss100)的一個示例的頂視圖和側(cè)視圖，其中的自由空間波長選擇開關(guān)wss100可與本發(fā)明的實(shí)施例相結(jié)合使用；

圖5是圖2和圖3中所示lcos器件的正視圖，其中，第一光學(xué)開關(guān)的波長成分沿第一波長色散軸線延伸，且第二光學(xué)開關(guān)的波長成分沿第二波長色散軸線延伸。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本公開的一方面，光學(xué)器件包括光學(xué)端口陣列、色散元件、聚焦元件和可編程光相位調(diào)制器。光學(xué)端口陣列具有用于接收光束的第一多個端口和用于接收光束的第二多個端口。偏移軸線延伸穿過第一和第二平面二者。第一多個端口中的端口沿偏移軸線從第二多個端口中的端口橫向位移。色散元件從第一多個端口中的一個接收光束中的第一光束和從第二多個端口中接收光束中的第二光束。色散元件沿第一和第二波長色散軸線將光束空間分隔成各個第一和第二多個波長成分。第一多個端口具有沿第一方向延伸的光軸，且第二多個端口具有沿第二方向延伸的光軸。第一和第二方向彼此不同。第一和第二方向中的至少一個與端口軸線不正交。聚焦元件聚焦第一和第二多個波長成分?？删幊坦庀辔徽{(diào)制器接收聚焦的多個波長成分。該可編程光相位調(diào)制器被配置成將從所述第一多個端口中的任意一個接收到的波長成分引導(dǎo)至所述第一多個端口中的選定端口，并且被進(jìn)一步配置成將從所述第二多個端口中的任意一個接收到的波長成分引導(dǎo)至所述第二多個端口中的選定端口。

具體實(shí)施方式

圖1是波長選擇開關(guān)(wss)100的一個示例的功能框圖，在某些情況下，該波長選擇開關(guān)100可進(jìn)一步包括集成信道監(jiān)控器。如圖所示，圖中示出了3種不同的功能：2個1×nwss，用wss10和wss20表示，以及1個光學(xué)信道監(jiān)控器30(ocm)。但是，應(yīng)當(dāng)注意的是，如下所述，3種不同的功能可被合并入一個單一物理交換設(shè)備中。

wss10包括輸入端口12和輸出端口141、142、143、144和145(“14”)。交換結(jié)構(gòu)16將輸入端口12光學(xué)耦合至輸出端口14，使在輸出端口12接收到的光學(xué)信號可在開關(guān)控制器40的控制下被選擇性地引導(dǎo)至輸出端口14中的一個端口。同樣地，wss20包括輸入端口22和輸出端口241、242、243、244和245(“24”)。交換結(jié)構(gòu)26將輸入端口22光學(xué)耦合至輸出端口24，使在輸出端口22接收到的光學(xué)信號在開關(guān)控制器40的控制下被選擇性地引導(dǎo)至輸出端口24中的一個端口。

應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然wss10和wss20被描述為具有5個輸出端口，但是，一般而言，可采用任意數(shù)量的輸出端口，并且在2個功能元件中的輸出端口數(shù)量可以相同，也可以不同。

如圖1中所示的光學(xué)器件的功能可利用兩個光學(xué)開關(guān)功能大部分相同的光學(xué)元件來實(shí)現(xiàn)。該器件可使用如lcos等空間光調(diào)制器，lcos可由兩個波長選擇開關(guān)共用。

圖2是可用作圖1中所示光學(xué)器件的空間光調(diào)制器的lcos器件21的正視圖。光學(xué)開關(guān)中的第一光學(xué)開關(guān)的3個波長成分λ1、λ2和λ3沿lcos器件21的上部分示出。3個波長成分λ1、λ2和λ3沿波長色散軸線(x軸)空間分隔，并沿lcos器件21的多個像素19延伸。相反地，光學(xué)開關(guān)的第二光學(xué)開關(guān)的3個波長成分λ’1、λ’2和λ’3沿lcos器件21的下部分示出。該波長成分λ’1、λ’2和λ’3也可沿波長色散軸線(x軸)空間分隔。應(yīng)當(dāng)注意的是，雖然圖中所示波長成分的光束具有橢圓形橫截面，但是，一般而言，光束的橫截面可以是任意形狀，包括但不限于圓形和月牙形。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到，波長成分的數(shù)量可在不同實(shí)施方式中各不相同，并且圖中所示的3個波長成分僅作說明之用。

與第一光學(xué)開關(guān)相關(guān)聯(lián)的波長成分通過波長成分間的相互空間位移沿y軸與第二光學(xué)開關(guān)相關(guān)聯(lián)的波長成分相隔離，其中的y軸在本文中是指端口軸線。然而，串?dāng)_仍然存在，尤其是在波長相同的兩個光學(xué)開關(guān)的成分之間(如，第一光學(xué)開關(guān)的波長成分λ1與第二光學(xué)開關(guān)的波長成分λ’1之間)。一種減少串?dāng)_的方法為進(jìn)一步空間分隔波長相同的兩個光學(xué)開關(guān)的成分。

一種完成額外隔離的方法是，使(與第一開關(guān)相關(guān)聯(lián)的)第一組波長成分沿波長色散軸線(如，圖2中所示的x軸)在空間上偏離(與第二開關(guān)相關(guān)聯(lián)的)第二組波長成分。也就是說，每組成分中的相應(yīng)波長對沿波長色散軸線相互偏離(如，波長對λ1和λ’1相互偏離，波長對λ2和λ’2相互偏離，以及波長對λ3和λ’3相互偏離)。圖3是lcos器件21的正視圖，其中的波長成分就以此方式進(jìn)行空間分隔。偏移量可以是特定的，也可以在不同實(shí)施方式中各不相同。然而，較大程度上的額外隔離通常可利用偏移實(shí)現(xiàn)，其中的偏移量相比較而言不小于有效光束直徑。舉例來說，一半光束直徑與2個光束直徑之間的偏移量在多種方案中均有效，可顯著提高隔離效果。

下面將結(jié)合圖4a和圖4b對可用于提供波長成分形態(tài)的wss的一個示例(如圖3中所示)進(jìn)行說明。

圖4a和圖4b分別是簡化光學(xué)器件(如，自由空間波長選擇開關(guān)wss100)的頂視圖和側(cè)視圖，其中的自由空間波長選擇開關(guān)wss100可與本發(fā)明的實(shí)施例相結(jié)合使用。光可通過光波導(dǎo)(如，光纖)輸入和輸出wss100，其中的光波導(dǎo)被用作輸入端口和輸出端口。光纖準(zhǔn)直器陣列101包括與圖1中所示wss10相關(guān)聯(lián)的第一系列光纖120和與圖1中所示wss20相關(guān)聯(lián)的第二系列光纖130。每根單獨(dú)的光纖與準(zhǔn)直器102相關(guān)聯(lián)，該準(zhǔn)直器102可將來自每根光纖的光轉(zhuǎn)換成自由空間光束。

如圖4b中最佳所示，第一光纖系列120中的光纖1201、1202、1203和1204與第二光纖系列130中的光纖1301、1302和1303交錯連接。同樣地，如圖4b中所示，第一系列120中的光纖成角度地偏離第二光纖系列130中的光纖。該偏移角度使與兩個不同的wss10和wss20相關(guān)聯(lián)的波長在lcos器件21上沿y方向(端口軸線)進(jìn)行空間偏移(如圖2中所示)。

如圖4a中最佳所示，第一光纖系列120中的光纖沿第一公共面延伸，其中的第一公共面為圖4a和圖4b中所示的y-z平面。相反地，第二光纖系列130中的光纖沿第二公共面延伸，其中的第二公共面平行并偏離第一公共面。第一與第二光纖系列之間的偏移量使與第一wss10和第二wss20相關(guān)聯(lián)的公共波長成分之間沿圖3中所示的x方向(波長色散軸線)進(jìn)行空間偏移。

一對望遠(yuǎn)鏡或光束擴(kuò)展器放大來自端口陣列101的自由空間光束。第一望遠(yuǎn)鏡或光束擴(kuò)展器由光學(xué)元件106和107形成，而第二望遠(yuǎn)鏡或光束擴(kuò)展器由光學(xué)元件104和105形成。

在圖4a和圖4b中，在兩軸線上影響光線的光學(xué)元件在兩個示圖中均以實(shí)線表示為雙凸透鏡光學(xué)器件。而在另一方面，僅在一條軸線上影響光線的光學(xué)元件則以實(shí)線表示為受影響軸線上的平凸透鏡。僅在一條軸線上影響光線的光學(xué)元件被進(jìn)一步以不受影響的軸線上的虛線表示。例如，在圖4a和圖4b中，光學(xué)元件102、108、109和110在兩圖中均以實(shí)線表示。而在另一方面，光學(xué)元件106和107在圖4a中以實(shí)線表示(因?yàn)楣鈱W(xué)元件沿y軸有聚焦能力)，而在圖4b中以虛線表示(因?yàn)楣鈱W(xué)元件未沿y軸影響光束)。光學(xué)元件104和105在圖4b中以實(shí)線表示(因?yàn)楣鈱W(xué)元件沿x軸有聚焦能力)，而在圖4a中以虛線表示(因?yàn)楣鈱W(xué)元件未沿y軸影響光束)。

每個望遠(yuǎn)鏡都可在x和y方向上創(chuàng)建不同的放大倍數(shù)。例如，由光學(xué)元件104和105形成的在x方向上放大光線的望遠(yuǎn)鏡的放大率可低于由光學(xué)元件106和107形成的在y方向上放大光線的望遠(yuǎn)鏡的放大率。

該對望遠(yuǎn)鏡放大來自端口陣列101的光束，并將放大光束光耦合至波長色散元件108(如，衍射光柵或棱鏡)，其中的波長色散元件108將空間自由光束分離成為組成波長或信道。該波長色散元件108根據(jù)波長在x-y平面上沿不同方向色散光線。來自色散元件的光線被引導(dǎo)至光束聚焦光學(xué)器件109。

光束聚焦光學(xué)器件109將來自波長色散元件108的波長成分耦合至可編程光相位調(diào)制器，例如，其中的可編程光相位調(diào)制器可以是如lcos器件110等的基于液晶的相位調(diào)制器。該可編程光相位調(diào)制器在其每個像素上產(chǎn)生相移，其中的像素為可在整個表面上提高相移波形的像素。如圖3所示，波長成分可沿x軸色散。因此，每個給定波長的波長成分都可聚焦在沿y方向延伸的像素陣列19上。圖4a中以λ1、λ2和λ3表示的3個具有中心波長的波長成分(僅為舉例，并非為限制范圍)可沿波長色散軸線(x軸)聚焦到lcos器件110上。

如圖4b最佳所示，在從lcos器件110反射后，每個波長成分都可通過光束聚焦光學(xué)元件109、波長色散元件108和光學(xué)元件106、107反饋耦合至端口陣列101中的選定光纖。因此，在y軸線上對像素19進(jìn)行適當(dāng)操作可選擇性地將每個波長成分單獨(dú)引導(dǎo)至選定的輸出光纖。

在上述的示例中，波長色散軸線與像素網(wǎng)格軸線重合。然而，在一般情況下，波長色散軸線可在lcos器件21上沿任意方向延伸。此外，與第一光學(xué)開關(guān)相關(guān)聯(lián)的波長成分以及與第二光學(xué)開關(guān)相關(guān)聯(lián)的波長成分可沿不同的波長色散軸線空間分隔。例如，圖5示出了圖2和圖3中所示lcos器件21的正視圖，其中，第一光學(xué)開關(guān)的三個波長成分λ1、λ2和λ3沿第一波長色散軸線510延伸，而第二光學(xué)開關(guān)的三個波長成分λ’1、λ’2和λ’3沿第二波長色散軸線520延伸。如圖所示，第一和第二波長色散軸線并不相互平行，并且第一和第二波長色散軸線中的任意一條軸線都不與lcos器件21的像素網(wǎng)格重合。波長色散軸線可通過多種方式進(jìn)行定義。例如，可對沿每條軸線延伸的每個光束的質(zhì)量中心進(jìn)行線性擬合來定義波長色散軸線。如果需要，還可為兩條波長色散軸線定義一條平均色散軸線。如圖5所示，在每組成分中，相應(yīng)波長成分之間沿偏移軸530的偏移量可通過參照適當(dāng)?shù)妮S系(包括波長色散軸線、像素網(wǎng)格軸線和平均色散軸線等)進(jìn)行計(jì)算。