一種多播交換光開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多播交換光開關(guān)，包括M個輸入端口組成的輸入端口裝置、N個輸出端口組成的輸出端口裝置、衍射分光元件、光學(xué)聚焦元件、1×N反射陣列器件，輸入端口排列方向為Y軸方向，輸出端口排列方向為X軸方向；光學(xué)聚焦元件包括第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡，兩聚焦透鏡的像方焦平面相互重合；第一聚焦透鏡將沿Y軸方向分布的來自各輸入端口具有相同衍射級次的子信號光束聚焦，第二聚焦透鏡將同一輸入端口的不同衍射級次的子信號光束在X軸方向各自聚焦；1×N反射陣列器件設(shè)置于光學(xué)聚焦元件的焦平面上，其各反射單元處于信號光各衍射級次的聚焦處，反射任意輸入端口的子光束至任意輸出端口；本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、組裝簡單、成本低廉的特點。
【專利說明】一種多播交換光開關(guān)
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002] 本發(fā)明涉及一種光開關(guān)，尤其涉及一種具有多播交換功能的光開關(guān)，本發(fā)明屬于 光纖通信領(lǐng)域。
[0003]

【背景技術(shù)】
[0004] 多播交換光開關(guān)是一種波長無關(guān)的光器件，它能夠?qū)⒁宦份斎胄盘柟庑盘柗殖啥?路輸出光信號傳輸至不同的端口。作為下一代可重構(gòu)光分插復(fù)用（R0ADM)系統(tǒng)中的核心器 件之一，多播交換光開關(guān)和波長選擇光開關(guān)配合使用，可以滿足R0ADM系統(tǒng)無顏色性、無方 向性、無競爭性的功能要求，對于增加網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的靈活性、降低成本都具有非常重要的。
[0005] 目前主要商用的多播交換開關(guān)實現(xiàn)方式主要是拼接方式與集成方式。使用平面光 波導(dǎo)線路（PLC :Planar Lightwave Circuit)分路器和光開關(guān)拼接方式的多播交換光開 關(guān)，分路器和光開關(guān)之間的端口需要使用大量的光纖對光路進(jìn)行連接，隨著端口數(shù)的增加， 裝配難度和體積都會變大；使用PLC集成分路器和開關(guān)的集成方式多播交換光開關(guān)，技術(shù) 難度較大，對設(shè)備的要求較高，又由于PLC開關(guān)自身控制原理，會造成較大的功耗。
[0006]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的克服現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、組裝簡單、成本 低廉的多播交換光開關(guān)裝置。
[0008] 本發(fā)明技術(shù)方案是： 一種多播交換光開關(guān)，包括Μ個輸入端口組成的輸入端口裝置、N個輸出端口組成的輸 出端口裝置、衍射分光元件、光學(xué)聚焦元件、1ΧΝ反射陣列器件，輸入端口排列方向為Υ軸 方向，輸出端口排列方向為X軸方向；衍射分光兀件將輸入端口的每一束輸入信號衍射到 至少Ν個方向進(jìn)入光學(xué)聚焦元件；光學(xué)聚焦元件包括第一聚焦透鏡和第二聚焦透鏡，兩聚 焦透鏡的像方焦平面相互重合；第一聚焦透鏡將沿Υ軸方向分布的來自各輸入端口具有相 同衍射級次的子信號光束聚焦，第二聚焦透鏡將同一輸入端口的不同衍射級次的子信號光 束在X軸方向各自聚焦；1ΧΝ反射陣列器件設(shè)置于光學(xué)聚焦元件的焦平面上，其各反射單 元處于信號光各衍射級次的聚焦處，反射任意輸入端口的子光束至任意輸出端口。
[0009] 所述輸入端口、輸出端口采用光纖陣列，光纖陣列輸出后端設(shè)置有微透鏡陣列進(jìn) 行光準(zhǔn)直。
[0010] 所述輸入端口、輸出端口采用準(zhǔn)直器陣列，準(zhǔn)直器陣列的準(zhǔn)直器后設(shè)置有第一微 型擴(kuò)束透鏡、第五微型擴(kuò)束透鏡，所述第一微型擴(kuò)束透鏡、第五微型擴(kuò)束透鏡均為X方向柱 透鏡，其中第一微型擴(kuò)束透鏡的焦距f 3小于第五微型擴(kuò)束透鏡的聚焦f4，準(zhǔn)直器陣列的準(zhǔn) 直器設(shè)置于第一微型擴(kuò)束透鏡的前焦平面處，第一微型擴(kuò)束透鏡的像方焦平面與第五微型 擴(kuò)束透鏡的物方焦平面重合。
[0011] 所述第一聚焦透鏡為Y方向柱面透鏡，第二聚焦透鏡為X方向柱面透鏡。
[0012] 所述光纖陣列的每個輸入端口、輸出端口均配置有一個Y向微型柱透鏡、一個X向 微型柱透鏡，輸入端口、輸出端口位于對應(yīng)的Y向微型柱透鏡、X向微型柱透鏡的前焦平面 處，X向微型柱透鏡焦距大于Y向微型柱透鏡的焦距f 2。
[0013] 所述衍射分光元件可以為反射式光柵元件或透射式光柵元件。
[0014] 所述1XN反射陣列器件為MEMS反射鏡陣列，每一個反射鏡可分別繞其第一旋轉(zhuǎn) 軸線、第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切換，第一旋轉(zhuǎn)軸線與X軸平行，第二旋轉(zhuǎn)軸線與Y軸平行。
[0015] 所述第一輸入端口、第二輸入端口分別串接有第一隔離器、第二隔離器。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點是： 本發(fā)明裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、組裝簡單、成本低廉的特點。
[0017]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1 (a)為本發(fā)明的多播交換光開關(guān)第一實施例示意圖； 圖1 (b)為本發(fā)明的多播交換光開關(guān)第一實施例俯視圖； 圖1 (c)為本發(fā)明的多播交換光開關(guān)第一實施例側(cè)視圖； 圖2為本發(fā)明的多播交換光開關(guān)第二實施例示意圖； 圖3為本發(fā)明第一實施例一種輸出端口選擇方式； 圖4為在圖1 (c)基礎(chǔ)上加入光隔離器的多播交換光開關(guān)側(cè)視圖； 圖5 (a)為本發(fā)明第一實施例調(diào)節(jié)MEMS繞第二旋轉(zhuǎn)軸至無輸出狀態(tài)示意圖； 圖5 (b)為本發(fā)明第一實施例調(diào)節(jié)MEMS繞第一旋轉(zhuǎn)軸至無輸出狀態(tài)示意圖； 圖6 (a)為輸入信號直接切換及無損切換光斑移動示意圖； 圖6 (b)為輸出端口直接切換及無損切換光斑移動示意圖； 圖7為帶有隔離器的多播交換光開關(guān)進(jìn)行輸入信號無損切換光斑移動示意圖； 圖廣圖5中入射光束以實線表示，反射光束以虛線表示。
[0019] 其中： 101 :第一輸入端口； 102 :第二輸入端口； 103 :第三輸入端口； 111:第一輸出端口； 112:第二輸出端口； 113:第三輸出端口； 114:第四輸出端口； 115 :第五輸出端口； 116 :第六輸出端口； 201 :第一 Y向微型準(zhǔn)直柱透鏡； 202 :第二Y向微型準(zhǔn)直柱透鏡； 211 :第三Y向微型準(zhǔn)直柱透鏡； 212 :第四Y向微型準(zhǔn)直柱透鏡； 221 :第一微型擴(kuò)束透鏡； 222 :第二微型擴(kuò)束透鏡 231 :第三微型擴(kuò)束透鏡； 232 :第四微型擴(kuò)束透鏡； 301 :第一 X向微型準(zhǔn)直柱透鏡； 302 :第二X向微型準(zhǔn)直柱透鏡； 311 :第三X向微型準(zhǔn)直柱透鏡； 312 :第四X向微型準(zhǔn)直柱透鏡； 321 :第五微型擴(kuò)束透鏡； 322 :第六微型擴(kuò)束透鏡； 331 :第七微型擴(kuò)束透鏡； 332 :第八微型擴(kuò)束透鏡； 400 :透射式衍射分光兀件； 401 :反射式衍射分光兀件； 501 :第一聚焦透鏡； 502 :第二聚焦透鏡； 601 :第一反射鏡； 602 :第二反射鏡； 611 :反射鏡601的第二旋轉(zhuǎn)軸線；612 :反射鏡602的第二旋轉(zhuǎn)軸線； 620 :反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線； 701 :第一光隔離器； 702 :第二光隔離器； 801 :第一輸入信號分量； 802 :第二輸入信號分量； 803 :第三輸入信號分量；

【具體實施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述； 圖1(a)為MXN多播交換開關(guān)裝置第一實施例的概念示意圖。如圖所示，為了便于 說明，在圖1的實施例中M=2, N=2。在實踐中，Μ和N可以根據(jù)需求選擇其它的數(shù)值，比如 4，12，17等等。該裝置包含由Μ個輸入端口組成的輸入端口裝置，即第一輸入端口 101~ 第二輸入端口 1〇2，Μ大于等于1 ;Ν個輸出端口組成的輸出端口裝置，即第一輸出端口 111~ 第二輸出端口 112, Ν大于等于1。圖中的第一輸入端口 10第二輸入102、第一輸出端口 111~第二輸出端口 112為光纖陣列。由于從光纖陣列出射的信號光為發(fā)散光，需要利用微 透鏡陣列進(jìn)行準(zhǔn)直。圖中，來自第一輸入端口 1〇1~第二輸入端口 102的發(fā)散光分別通過第 一 Υ向微型柱透鏡201~第二Υ向微型柱透鏡202,第一 X向微型柱透鏡301~第二X向微型 柱透鏡302進(jìn)行準(zhǔn)直；出射準(zhǔn)直光通過第三X向微型柱透鏡311~第四X向微型柱透鏡312， 第三Υ向微型柱透鏡21廣第四212與第一輸出端口 Ilf第二輸出端口 112的光纖陣列耦 合。在本發(fā)明的其它實施例中，輸入端口、輸出端口可以為準(zhǔn)直器陣列、波導(dǎo)等本【技術(shù)領(lǐng)域】 已知的光耦合元件，當(dāng)輸入、輸出信號光為準(zhǔn)直光時則無需再次利用微透鏡進(jìn)行準(zhǔn)直。
[0021] 為便于說明，定義如圖1所示X-Y-Z三維坐標(biāo)系。其中，光線傳輸方向為Z軸方向， 第一輸入端口 1〇1~第二輸入端口 102排列方向為Y軸方向，第一輸出端口 111~第二輸出 端口 112排列方向為X軸方向。
[0022] 如前所述，本圖中第一輸入端口 101~第二輸入端口 102、第一輸出端口 111~第二 輸出端口 112為光纖陣列，且每個輸入端口、輸出端口均配置有一個Y向微型柱透鏡、一個 X向微型柱透鏡，輸入端口、輸出端口位于對應(yīng)的Y向微型柱透鏡、X向微型柱透鏡的前焦平 面處，X向微型柱透鏡焦距大于Y向微型柱透鏡的焦距f 2，以將入射的發(fā)散光準(zhǔn)直后耦 合進(jìn)入系統(tǒng)，或是將出射準(zhǔn)直光聚焦至輸出光纖端面。以第一輸入端口 101為例，輸入端口 101位于第一 Y向微型柱透鏡201、第一 X向微型柱透鏡301的前焦平面處。并且第一 X向 微型柱透鏡301焦距&大于第一 Y向微型柱透鏡201的焦距f2。來自第一輸入端口 101的 發(fā)散信號光依次經(jīng)過第一 Y向微型柱透鏡201、第一 X向微型柱透鏡301準(zhǔn)直，得到的準(zhǔn)直 光束在X方向的半徑大于Y方向。
[0023] 信號光經(jīng)擴(kuò)束后入射至衍射元件可增加干涉級次，提高分辨率。當(dāng)輸入、輸出信號 光為準(zhǔn)直光時，可用透鏡、直方棱鏡等光學(xué)器件對光束擴(kuò)束，而無需微型透鏡系列進(jìn)行光束 準(zhǔn)直。本發(fā)明的圖2給出以光纖準(zhǔn)直器作為輸入、輸出端口的實施例示意圖。
[0024] 衍射分光兀件400為透射式光柵兀件，它可以將入射信號光束分離成若干子信號 光束，各子信號光束的傳輸方向由光柵方程確定，且各子信號光束的強(qiáng)度近似相等。并且由 于衍射分光元件400的刻線距離較大，同一級次中各波長信號色散分離的角度遠(yuǎn)小于相鄰 衍射級次的子信號光束之間的夾角。例如對于周期d=0. 1_的衍射分光元件，假定入射角 度為Odeg，對于波長為1550nm的信號光，相鄰級次的信號角度約為0. 89deg，而對于含有波 長為1525~1570的信號光，其色散分離的角度僅為0.026deg。因此，各子信號光束可以保留 輸入信號的全部頻率信息。
[0025] 經(jīng)X方向擴(kuò)束的準(zhǔn)直信號光入射至衍射分光元件400上，得到若干束在空間分離 的子信號光束。本概念圖中的衍射分光元件將入射光能量近似等強(qiáng)度的衍射至兩個方向。 在實踐中，可以根據(jù)實際需要的輸出端口數(shù)來選擇適宜的衍射分光元件，衍射分光元件的 分光數(shù)目應(yīng)大于等于所需的輸出端口數(shù)目。如上所述，輸入信號光經(jīng)過衍射分光元件400 分光后，每一路輸入信號光將被分成N個方向的子信號光束，共得到Μ +?< N束子信號光。
[0026] 光學(xué)聚焦器件包括第一聚焦透鏡501，第二聚焦透鏡502。第一聚焦透鏡501為Υ 方向柱面透鏡，第二聚焦透鏡502為X方向柱面透鏡，兩聚焦透鏡的像方焦平面相互重合， 衍射分光元件400位于第二聚焦透鏡502的物方焦平面上。第一聚焦透鏡501將沿Υ方向 分布的來自各輸入端口具有相同衍射級次的子信號光束聚焦，同時，第二聚焦透鏡502將 同一輸入端口的不同衍射級次的子信號光束在X方向各自聚焦。于是，經(jīng)衍射分光兀件400 分束得到的Μ X Ν束子信號光經(jīng)光學(xué)聚焦器件后，將在其像方焦平面形成沿X方向排列的 1ΧΝ光斑。
[0027] 考慮到由衍射分光元件引入的色散效應(yīng)，每個光斑內(nèi)各波長的信號光將存在微小 的錯位。根據(jù)上文中周期d=0. 1mm的衍射分光元件計算得到的角度，若第二聚焦透鏡502 的焦距為100mm，則同一光斑內(nèi)各波長最大的錯位距離約為0· 045mm，與之相對的，相鄰衍 射級次光斑的距離約為1. 55mm。
[0028] 反射陣列器件為1 X N線性MEMS反射鏡陣列，各MEMS反射鏡分別位于上述N個聚 焦光斑處。每一個反射鏡均可以分別繞兩條軸線旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切換。如圖中MEMS反射鏡陣列 中反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線620與X軸平行，各自的反射鏡，即反射鏡601的第二旋轉(zhuǎn)軸線611、 反射鏡602的第二旋轉(zhuǎn)軸線612與Y軸平行。MEMS反射鏡繞反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線620旋 轉(zhuǎn)，可以選擇任意一路輸入信號f禹合至輸出端口；MEMS反射鏡繞反射鏡601的第二旋轉(zhuǎn)軸 線611、反射鏡602的第二旋轉(zhuǎn)軸線612旋轉(zhuǎn)，可以選擇任意一個輸出端口輸出。
[0029] 經(jīng)MEMS反射鏡反射的光信號，逆向依次經(jīng)過光學(xué)聚焦器件、衍射分光元件，并通 過微型柱透鏡f禹合至輸出端口?？偠灾跋騻鬏敼饴泛秃笙蚍瓷涔饴吩赬、Y方向上相 互錯開，而Z方向經(jīng)歷的光學(xué)元件是完全一致的。后向光路逆向經(jīng)過衍射分光元件400,由 色散效應(yīng)而分離的各波長信號將重新匯聚，并由輸出端口接收。
[0030] 圖1 (b)為本發(fā)明Μ X Μ多播交換開關(guān)裝置第一實施例的俯視圖，其中第一輸入 端口 101~第二輸入端口 102,微型柱透鏡陣列包括第一 Υ向微型準(zhǔn)直柱透鏡201~第二Υ向 微型準(zhǔn)直柱透鏡202、第一 X向微型準(zhǔn)直柱透鏡301~第二X向微型準(zhǔn)直柱透鏡302的排列 方向與不意圖所在平面相互垂直。圖中來自第一輸入端口 101~第二輸入端口 102的輸入 發(fā)散光經(jīng)微型柱透鏡第一 Y向201~第二Y向202、第一 X向微型準(zhǔn)直柱透鏡301~第二X向 微型準(zhǔn)直柱透鏡302準(zhǔn)直后入射至衍射分光元件400,被衍射至上、下兩個方向，兩個衍射 方向的子光束強(qiáng)度近似相等。衍射分光元件400位于第二聚焦透鏡502的物方焦平面上， MEMS反射陣列位于第二聚焦透鏡502的像方焦平面上。第二聚焦透鏡502將輸入信號的各 衍射級次的信號光各自聚焦至其像方焦平面處，MEMS反射陣列的各反射單元位于各光束聚 焦處。如圖第一反射鏡601處于下方衍射光束聚焦處，第二反射鏡602處于上方衍射光束 的聚焦處。經(jīng)反射鏡反射的子光束將再次返回光學(xué)聚焦器件，并以與各自對應(yīng)的入射衍射 分量的平行的角度回到衍射分光元件400。如圖所示，經(jīng)第一反射鏡601反射的子信號光， 逆向經(jīng)過光學(xué)聚焦器件后，與下方衍射光束平行；同理，經(jīng)第二反射鏡602反射的子信號光 逆向經(jīng)過光學(xué)聚焦器件后，與上方衍射光束平行。反射光束逆向經(jīng)過衍射分光元件400后， 將與入射光束平行，并通過微透鏡重新聚焦至各輸出端口。
[0031] 通過控制MEMS反射鏡繞各自與Υ軸平行的反射鏡601的第二旋轉(zhuǎn)軸線611~反射 鏡602的第二旋轉(zhuǎn)軸線612旋轉(zhuǎn)，可以選擇任意的輸出端口輸出。如圖1 (b)控制MEMS反 射鏡旋轉(zhuǎn)合適的角度，可以使得由第一反射鏡601反射的子信號由第一輸出端口 111輸出， 由第二反射鏡602反射的子信號由第二輸出端口 112輸出。圖3不意在本發(fā)明的第一實施 例中，全部反射鏡都耦合至同一個輸出端口 111的情形，此時MEMS反射陣列被控制繞各自 的反射鏡601的第二旋轉(zhuǎn)軸線611~反射鏡602的第二旋轉(zhuǎn)軸線612旋轉(zhuǎn)至相互平行的狀 態(tài)，第二輸出端口 112無信號輸出。
[0032] MEMS反射鏡繞與X軸平行的反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線620旋轉(zhuǎn)，可選擇任意一路輸入 端口的子信號光與輸出端口耦合。如圖1 (c)本發(fā)明MX N多播交換開關(guān)裝置第一實施例 的側(cè)視圖所示，MEMS反射鏡的第一反射鏡601~第二反射鏡602可獨立繞反射鏡第一旋轉(zhuǎn) 軸線620旋轉(zhuǎn)，選擇來自第一輸入端口 101或第二輸入端口 102的任意某一路信號稱合至 第一輸出端口 111~第二輸出端口 112。
[0033] 注意到當(dāng)控制MEMS反射鏡繞反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線620旋轉(zhuǎn)以選擇輸入信號時，很 可能使得其它未被選擇的反射光耦合至某些輸入端口。如圖1 (c)中，當(dāng)選擇第一輸入端 口 101的信號光稱合至輸出端口時，來自第二輸入端口 102的反射光將反射回第二輸入端 口本身。
[0034] 為克服上述情形導(dǎo)致的方向性問題，一種可行的方法是在器件的輸入端口加入光 隔離器。光隔離器并不屬于本發(fā)明多播交換開關(guān)裝置的范疇，通常利用熔接的方法與本裝 置的輸入端口連接。本發(fā)明圖4示意串聯(lián)光隔離器的多播交換光開關(guān)，第一輸入端口 101、 第二輸入端口 102分別串接有第一隔離器701、第二隔離器702。此時，第二光隔離器702 可以阻斷第二輸入端口 102耦合回第二輸入端口 102的反射光。
[0035] 圖2為本發(fā)明的多播交換光開關(guān)的第二實施例示意圖。圖中輸入端口、輸出端口 仍以圖1實施例序號標(biāo)明，然而注意此時輸入、輸出端口示意為準(zhǔn)直器陣列。以第一輸入端 口 101為例，第一微型擴(kuò)束透鏡221、第五微型擴(kuò)束透鏡321均為X方向柱透鏡，其中第一 微型擴(kuò)束透鏡221的焦距f3小于第五微型擴(kuò)束透鏡321的聚焦f 4。輸入準(zhǔn)直器陣列中的 準(zhǔn)直器第一輸入端口 101設(shè)置于第一微型擴(kuò)束透鏡221的前焦平面處，第一微型擴(kuò)束透 鏡221的像方焦平面與透鏡第五微型擴(kuò)束透鏡321的物方焦平面重合。來自第一輸入端口 101的準(zhǔn)直信號光依次經(jīng)過上述的第一微型擴(kuò)束透鏡221、第五微型擴(kuò)束透鏡321可以得到 X方向擴(kuò)束的準(zhǔn)直信號光。本例中衍射分光元件401為反射式光柵元件。圖2的第二實施 例器件位置關(guān)系及光束傳播原理與第一實施例相同，此處不再復(fù)述。
[0036] 本發(fā)明的多播交換光開關(guān)裝置中，輸入端口之間或輸出端口之間可以根據(jù)光斑尺 寸預(yù)留一定的間距，可使得在某些情形下，通過控制MEMS反射鏡分別繞反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸 線、反射鏡601的第二旋轉(zhuǎn)軸線、反射鏡602的第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，反射光線處于兩相鄰端 口之間，達(dá)到"無輸出"的狀態(tài)。圖5 (a)、5 (b)示意在本發(fā)明第一實施例中，俯視方向及 側(cè)視方向無輸出的情形。
[0037] 圖5 (a)中，反射光束與入射光束在X-Z平面內(nèi)重合，在Y方向錯開一定的距離， 在此方向并無輸出端口接收出射信號，達(dá)到無輸出狀態(tài)。當(dāng)然，也可以通過調(diào)整第一反射鏡 601繞反射鏡601的第二旋轉(zhuǎn)軸線611逆時針旋轉(zhuǎn)，可使得反射光束從第一輸出端口 111下 方出射；同理，第二反射鏡602繞反射鏡602的第二旋轉(zhuǎn)軸線612順時針旋轉(zhuǎn)，可使得反射 光束從第二輸出端口 112上方出射，達(dá)到無輸出狀態(tài)。
[0038] 圖5 (b)中，第一反射鏡601~第二反射鏡602繞反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線620旋轉(zhuǎn)， 可使得第一輸入端口的反射光從第二輸入端口與輸出端口之間出射，第二輸入端口的反射 光從第一輸入端口與第二輸入端口之間出射，達(dá)到無輸出狀態(tài)。
[0039] 在調(diào)節(jié)MEMS反射鏡進(jìn)行切換時，通常要求無損切換。例如當(dāng)需要將某輸出端口的 信號從信號A切換至信號M 2時，要求過程中不能經(jīng)歷其它信號。若直接控制MEMS反射鏡 繞反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線調(diào)節(jié)，輸出端口將經(jīng)歷從信號札至信號M 2的所有信號。
[0040] 輸入、輸出端口之間預(yù)留達(dá)到無輸出狀態(tài)的間距，可實現(xiàn)無損切換。當(dāng)需要調(diào)節(jié) MEMS反射鏡繞反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，使輸入信號從Mi切換至M2，此時可首先控制此 MEMS反射鏡繞其各自反射鏡的軸線旋轉(zhuǎn)至無輸出狀態(tài)，然后控制MEMS反射鏡繞反射鏡第 一旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行信號切換，最后控制MEMS反射鏡繞其各自反射鏡的軸線回到原端口。
[0041] 圖6(a)示意3X4多播交換開關(guān)對輸入信號直接切換及無損切換時光斑的移動過 程。如圖6 (a)所不，其中第一輸入端口 101?第三輸入端口 103為輸入端口陣列，第一輸 出端口 111?第四輸出端口 114為輸出端口陣列，第一輸入信號分量801?第三輸入信號分 量803對應(yīng)于第一輸入端口 10廣第三輸入端口 103的信號光在輸出端口 111的同級次衍 射分量。初始時，來自第一輸入端口 101的第一信號分量801被第一輸出端口 111輸出，若 需切換來自第三輸入端口 103的第三輸入信號分量803,直接調(diào)節(jié)上述級次的衍射分量對 應(yīng)的MEMS反射鏡繞其反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線切換時，來自第二輸入端口 102的第二信號分量 802將先于第三輸入信號分量803經(jīng)過第一輸出端口 111，如圖中實線路徑所示。而對于無 損傷切換過程，首先調(diào)節(jié)MEMS反射鏡繞反射鏡第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，使得第一信號分量801~ 第三信號分理803在X方向位于輸出端口之間，達(dá)到無輸出狀態(tài)。然后調(diào)節(jié)MEMS反射鏡繞 反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，使得第三輸入信號分量803與第一輸出端口 111在X方向共軸， 最后調(diào)節(jié)MEMS反射鏡繞反射鏡第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，使得第三輸入信號分量803與第一輸出 端口 111重合，如圖中虛線路徑所示。
[0042] 當(dāng)需要調(diào)節(jié)MEMS反射鏡繞反射鏡第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，使輸出端口從&切換至N2。 同理，若直接控制MEMS反射鏡繞反射鏡第二旋轉(zhuǎn)軸線調(diào)節(jié)，輸出信號將經(jīng)歷&至N 2的所有 端口。此時，可以首先控制MEMS反射鏡繞反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)至無輸出狀態(tài)，然后控 制MEMS反射鏡繞反射鏡第二旋轉(zhuǎn)軸線進(jìn)行輸出端口切換，最后控制MEMS反射鏡繞反射鏡 第一旋轉(zhuǎn)軸線選擇原信號。
[0043] 圖6 (b)示意3X4多播交換開關(guān)對輸出端口直接切換及無損切換時光斑的移動 過程。第一輸入端口的第一信號分量801從第一輸出端口 111切換至第三輸出端口 113， 實線路徑為直接切換過程，此時，第一輸入信號分量801將首先經(jīng)過第二輸出端口 112,之 后才能到達(dá)第三輸出端口 113。虛線路徑為無損傷切換過程，首先調(diào)節(jié)MEMS反射鏡繞反射 鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，使得第一輸入信號分量801在Y方向位于輸出端口與輸入端口之間， 達(dá)到無輸出狀態(tài)。然后調(diào)節(jié)MEMS反射鏡繞反射鏡第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，使得第一輸入信號分 量801與第三輸出端口 113在Y方向共軸，最后調(diào)節(jié)MEMS反射鏡繞反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線旋 轉(zhuǎn)，使得第一輸入信號分量801與第三輸出端口 113重合。
[0044] 在本發(fā)明的其它實施例中，每個輸入端口配置有光隔離器。光隔離器通常利用熔 接的方式與本裝置的輸入端口連接，如圖4所示第一隔離器701、第二隔離器702分別串接 于第一輸入端口 101、第二輸入端口 102處。對于在輸入端口配置有光隔離器的多播交換光 開關(guān)，為實現(xiàn)無損切換，僅需在Y方向預(yù)留達(dá)到"無輸出"的間距，而在X方向可以緊湊的排 列達(dá)到更小的器件體積。
[0045] 當(dāng)需要調(diào)節(jié)MEMS反射鏡繞反射鏡第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)使輸出端口從&切換至N2， 無損切換過程與圖6 (b)虛線路徑所示相同，此處不再復(fù)述。當(dāng)需要調(diào)節(jié)MEMS反射鏡繞反 射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，使輸入信號從A切換至M2，由于此時在X方向排列緊湊，無法通過 調(diào)節(jié)MEMS反射鏡繞反射鏡第二旋轉(zhuǎn)軸線達(dá)到"無輸出"狀態(tài)。下面根據(jù)圖7說明在輸入端 口配置有光隔離器，且X方向輸出端口排列緊湊的多播交換光開關(guān)無損調(diào)節(jié)過程。
[0046] 圖7以3X6多播交換開關(guān)為例進(jìn)行說明，初始時，來自第一輸入端口 101的第一 信號分量801由第二輸出端口 112輸出，若需將第二輸出端口 112的信號光由第一信號分 量801切換至第三信號分量803?？上日{(diào)節(jié)MEMS反射鏡繞反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)至無輸 出狀態(tài)，再繞第二旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至信號光第一信號分量80f第三信號分量803與第一輸入端 口 10廣第三輸入端口 103在Y方向共軸。此時再調(diào)節(jié)MEMS反射鏡繞反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線， 選擇第三信號分量803光至離X軸最近的無光位置，此時光隔離器可阻斷調(diào)節(jié)過程中耦合 至第一輸出端口 1〇廣第三輸出端口 103的反向信號光80廣803。然后調(diào)節(jié)MEMS反射鏡繞 反射鏡第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)使得第三輸入信號分量803與第二輸出端口 112在Y方向共軸， 最后微調(diào)MEMS反射鏡繞反射鏡第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，使得信號第三輸入信號分量803與第二 輸出端口 112重合，完成無損切換過程。
[0047] 應(yīng)當(dāng)注意在示意圖6~圖7中無損切換的路徑并不是唯一的。
[0048] 本發(fā)明的多播交換光開關(guān)能夠?qū)⑷我廨斎攵丝诘男盘柟鈧鞑ブ寥我獾妮敵龆丝冢?任意輸出端口可以接受來自任意輸入端口的信號光。
[0049] 以上所述實施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種多播交換光開關(guān)，其特征在于：包括Μ個輸入端口組成的輸入端口裝置、N個輸 出端口組成的輸出端口裝置、衍射分光元件、光學(xué)聚焦元件、1XN反射陣列器件，輸入端口 排列方向為Y軸方向，輸出端口排列方向為X軸方向；衍射分光兀件將輸入端口的每一束輸 入信號衍射到至少N個方向進(jìn)入光學(xué)聚焦元件；光學(xué)聚焦元件包括第一聚焦透鏡（501)和 第二聚焦透鏡（502)，兩聚焦透鏡的像方焦平面相互重合；第一聚焦透鏡（501)將沿Y軸方 向分布的來自各輸入端口具有相同衍射級次的子信號光束聚焦，第二聚焦透鏡（502)將同 一輸入端口的不同衍射級次的子信號光束在X軸方向各自聚焦；1XN反射陣列器件設(shè)置于 光學(xué)聚焦元件的焦平面上，其各反射單元處于信號光各衍射級次的聚焦處，反射任意輸入 端口的子光束至任意輸出端口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多播交換光開關(guān)，其特征在于：所述輸入端口、輸出端口 采用光纖陣列，光纖陣列輸出后端設(shè)置有微透鏡陣列進(jìn)行光準(zhǔn)直。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多播交換光開關(guān)，其特征在于：所述輸入端口、輸出端口 采用準(zhǔn)直器陣列，準(zhǔn)直器陣列的準(zhǔn)直器后設(shè)置有第一微型擴(kuò)束透鏡（221)、第五微型擴(kuò)束透 鏡（321)，所述第一微型擴(kuò)束透鏡（221)、第五微型擴(kuò)束透鏡（321)均為X方向柱透鏡，其中 第一微型擴(kuò)束透鏡（221)的焦距f3小于第五微型擴(kuò)束透鏡（321)的聚焦f4,準(zhǔn)直器陣列的 準(zhǔn)直器設(shè)置于第一微型擴(kuò)束透鏡（221)的前焦平面處，第一微型擴(kuò)束透鏡（221)的像方焦 平面與第五微型擴(kuò)束透鏡（321)的物方焦平面重合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多播交換光開關(guān)，其特征在于：所述第一聚焦透鏡（501) 為Y方向柱面透鏡，第二聚焦透鏡（502)為X方向柱面透鏡。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多播交換光開關(guān)，其特征在于：所述光纖陣列的每個輸 入端口、輸出端口均配置有一個Y向微型柱透鏡、一個X向微型柱透鏡，輸入端口、輸出端口 位于對應(yīng)的Y向微型柱透鏡、X向微型柱透鏡的前焦平面處，X向微型柱透鏡焦距大于Y 向微型柱透鏡的焦距f2。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種多播交換光開關(guān)，其特征在于：所述衍射分光 元件可以為反射式光柵元件或透射式光柵元件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種多播交換光開關(guān)，其特征在于：所述1 XN反射 陣列器件為MEMS反射鏡陣列，每一個反射鏡可分別繞其第一旋轉(zhuǎn)軸線、第二旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn) 進(jìn)行切換，第一旋轉(zhuǎn)軸線與X軸平行，第二旋轉(zhuǎn)軸線與Y軸平行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種多播交換光開關(guān)，其特征在于：所述第一輸入 端口（101)、第二輸入端口（102)分別串接有第一隔離器（701)、第二隔離器（702)。
【文檔編號】G02B6/35GK104297858SQ201410606115
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】胡強(qiáng)高, 孫莉萍, 張博, 胡蕾蕾, 楊柳, 張玉安, 梁飛 申請人:武漢光迅科技股份有限公司