[发明专利]一种波长选择开关结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种波长光交换器件即波长选择开关(WSS)，更确切地说本发明涉及一种基于MEMS技术的WSS结构。可用于全光通信网节点设备中。属于光纤通信中的光器件领域。

背景技术

光纤通信正在由目前的点到点传输向智能化的动态全光通信网发展，可重构光分插复用器(ROADM)和光交叉互连器(OXC)是全光通信网节点设备中的关键器件，而波长选择开关是构成ROADM和OXC的有效技术途径。

波长选择开关端口配置为1×N时(即1端口输入，N端口输出)，对于输入的密集波分复用(DWDM)光信号，可以将其中任一或者任一组波长，交换到N个输出端口中的任一输出端口中。波长选择开关的实现方法，一般是先通过色散元件将输入端口的DWDM光信号色散分离，再以聚焦透镜将不同波长的光束聚焦到一个空间光调制器(SLM)的不同单元上。而SLM是一个阵列式的光束控制器，可以对各个波长的光束进行独立控制，通过控制SLM可以将输入光信号交换到目标输出端口中。

波长选择开关中实现光路切换的部分是SLM，常用的有液晶阵列、硅基液晶(LCOS)技术、MEMS微镜阵列和压电驱动器等。波长选择开关中的色散元件，常用的有反射式闪耀相位光栅和阵列波导光栅(AWG)，其中反射式的闪耀光栅是偏振相关的，因此需要对入射光束的偏振态进行处理，AWG为偏振无关的光学元件。

CoAdna公司将液晶阵列与双折射楔角片组合成SLM，并采用反射式闪耀相位光栅，实现对光波长的选择交换，(详见美国专利US7499608B1)。以硅基液晶(LCOS)技术进行光束控制的代表方案可见美国专利US7787720B2和中国公开专利申请CN1906511A，LCOS芯片上排列着大量的微小液晶单元，每个单元的相位延迟可独立控制，DWDM光信号被透射式相位光栅衍射分离之后，不同波长的光斑入射在LCOS芯片上的不同区域，分别覆盖数十至数百个液晶单元，可以通过这些液晶单元来对各个光束的波前进行调制。在上述采用液晶的技术方案中，由于液晶存在很大的偏振控制问题和温度控制问题，因此其在多端口输出上需要进行偏振控制和温度控制的结构复杂。JDS Uniphase公司将基于平面光路技术的AWG与MEMS微镜阵列通过自由空间光路整合在一起，实现对光波长的选择交换，(具体结构详见美国专利US7440650和中国公开专利申请CN101118305A)。上述采用平面光路技术的波长选择方案其波长通带差，且损耗也较大。

相对于液晶和平面光路技术，波长选择开关通常采用自由空间型光路结构，这种光路结构在选定了SLM和色散元件之后，可以对光路结构进行灵活的优化设计，以降低调试和封装难度，提高器件的性能指标和可靠性。UCLA大学和Lucent公司均提出过采用自由空间的波长选择开关结构(如J.C.Tsai IEEE Photo Technol Lett 2006和D.M.Marom IEEE J Lightw Technol(2005)。Polatis公司将微型压电驱动器与棱镜组合成SLM，实现对波长光束的独立控制，(详见美国专利US7522789B2)。上述自由空间的技术方案中，由于采用的光栅对各个波长的色散不同，导致波长选择开关存在较大的偏振相关损耗(PDL)，通常需要采用额外的偏振控制元件对波长选择开关进行偏振态控制，以降低PDL。

本发明拟提出一种基于MEMS技术的波长选择开关，它是以偏振无关的透射式相位光栅作为色散元件，以一组楔形棱镜进行光束变换，以MEMS微镜阵列进行光路调制，无需采用额外的偏振控制元件即可达到较小的偏振相关损耗(PDL)，使器件结构更为紧凑、易于调试封装。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波长选择开关结构，它包括一个准直器阵列1、一个扩束棱镜组2、一个与偏振无关的透射式相位光栅3、一个聚焦透镜4和一个MEMS微镜阵列5组成。其也可以通过在光路中增加反射镜6和转向棱镜7来缩小器件体积。其波长选择开关的原理图如图1所示，准直器阵列1中的一个端口作为输入端口，其他端口作为输出端口。输入的DWDM光束，经扩束棱镜组2变换为椭圆形光束，之后不同波长的光束被与偏振无关的透射式相位光栅3衍射为不同偏角，经聚焦透镜4聚焦后，入射在MEMS微镜阵列5的不同微镜上，各个微镜单独控制每个波长的反射方向，再次经过聚焦透镜4、偏振无关的透射式相位光栅3和扩束棱镜组2，输出到准直器阵列1中的目标输出端口。