專利名稱：具有無干擾切換的波長選擇開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種波長選擇開關(guān)WSS (Wavelength selective switch,簡稱WS,S)， 特別是涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)光路切換和衰減、具有無干擾切換功能的波長選擇開關(guān)。
背景技術(shù)：
隨著波分系統(tǒng)的發(fā)展，人們對系統(tǒng)的靈活性要求也來越高，波長選擇光開關(guān)具有任 意端口任意波長上下的功能，給光網(wǎng)絡(luò)的靈活組網(wǎng)提供了必要的技術(shù)平臺，正逐漸得到應(yīng)用。
作為光傳送網(wǎng)的核心設(shè)備，ROADM(Reconfigurable optical add-drop multiplexer, 簡稱ROADM)的使用給網(wǎng)絡(luò)的運營帶來了更多業(yè)務(wù)開展的便利和運營成本的降低。首先， ROADM的使用支持波長級業(yè)務(wù)開展的需要。面對大客戶提供波長級業(yè)務(wù)，使用ROADM節(jié)點 設(shè)備，只需通過網(wǎng)管系統(tǒng)進行遠(yuǎn)端配置即可，極大地方便了這種新類型業(yè)務(wù)的開展，提 高了對客戶新需求的反應(yīng)速度。其次，ROADM的使用便于進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，降低運營費用。 對于突發(fā)和難以預(yù)測的業(yè)務(wù)，ROADM通過提供節(jié)點的重構(gòu)能力，使得DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing,簡稱DWDM)網(wǎng)絡(luò)也可以方便地重構(gòu)，因此對網(wǎng)絡(luò)規(guī) 劃的要求就可以大大降低，而且應(yīng)對突發(fā)情況的能力也大大增強，使整個網(wǎng)絡(luò)的效率有 很大的提升。另外，ROADM的使用便于維護和降低維護成本。采用R0ADM，絕大多數(shù)日常 維護操作包括增開業(yè)務(wù)及進行線路調(diào)整等，可通過網(wǎng)管進行，不需要人工操作，可極大 提高工作效率，降低維護成本。WSS作為ROADM的新一代產(chǎn)品，使得光層在波長級實現(xiàn)了 完全自動化。
中國專利CN1831574A，公開一種波長選擇開關(guān)。所提供的波長選擇開關(guān)包括分光部 分，可動反射鏡部分，可動反射鏡驅(qū)動部分，反射光監(jiān)測部分。該波長選擇開關(guān)輸入端 口的TOM(Wavelength Division Multiplexing,簡稱WDM)光信號被分光部分分成為單獨 的波長信道，并且沿不同方向行進的波長信道被相應(yīng)的可動反射鏡反射。各可動反射鏡 的反射面角度被設(shè)定為待射入的波長信道的輸出地址中所設(shè)定的輸出端口的位置相對 應(yīng)。到達(dá)目標(biāo)輸出端口的各波長信道的部分被設(shè)置在輸出端口端面上的反射部反射，并 且反射光沿著先前的光路相反的方向向下行進，并返回至輸入端口。該波長選擇開關(guān)還 具備反射光監(jiān)測功能。該專利通過反射鏡的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)光路切換選擇的功能，沒有衰減和 無干擾切換(Hitless)功能。
如圖2所示，美國專利US7092599B2提出一種基于光柵和液晶技術(shù)實現(xiàn)的波長選擇 開關(guān)。但是液晶的溫度特性不太好，需要溫控，偏振特性也不好，響應(yīng)時間慢。具備一 定的局限性。
Capella公司的Jos印h E Davis在這幾年來連續(xù)有WSS的相關(guān)專利發(fā)布，原理沒有 太大的變化，只是陸續(xù)添加了一些功能以達(dá)到較好的光學(xué)指標(biāo)。其最近的專利 2006/0228071,所描述的波長選擇開關(guān)和原有的專利類似，包括光纖準(zhǔn)直器陣列，衍射光 柵，光學(xué)透鏡，反射鏡陣列，1/4波片，入射光信號經(jīng)過衍射光柵分光后，光信號被分成 為單獨的波長信道光信號，離散的通道光信號傳輸至二維反射鏡陣列，二維反射鏡陣列 通過-一個方向的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)信號的偏轉(zhuǎn)即波長選擇開關(guān)功能，通過另一方向的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)每 通道信號的衰減功能。該專利通過二維反射鏡的一個方向的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)光路切換選擇功能， 另一方向的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)每通道的衰減和無干擾切換Hitless功能。
同時為了保證波長選擇開關(guān)需要的大的工作帶寬，微機械 MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems簡稱MEMS)反射鏡間的間隙越小越好，即填充 因子越大越好， 一般情況下，二維的MEMS反射鏡比一維MEMS反射鏡多一個轉(zhuǎn)軸，因此 其填充因子相對較小。如圖1所示，JDSU公司的專利US 6, 934, 439 B2專門針對二維的 MEMS反射鏡填充因子小的問題提出了一種制作"piano"式MEMS 二維反射鏡的專利。(圖 l中的附圖標(biāo)記，具體請參見JDSU公司的專利US 6,934,439 B2)
綜上可見，已有的WSS具備以下兩個特點l.基于二維MEMS反射鏡技術(shù)的波長選擇 開關(guān)成本高2.基于MEMS技術(shù)二維反射鏡填充因子不可能做得很高。此外，二維MEMS 反射鏡的設(shè)計和制作工藝難度相當(dāng)大，目前僅國外少數(shù)公司可以提供，而且成品率很低。 這就使得基于二維MEMS反射鏡技術(shù)的波長選擇開關(guān)僅有少數(shù)幾家歐美公司可以提供，而 且由于二維MEMS反射鏡的成本較高，使得波長選擇開關(guān)的成本高。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種基于一維的MEMS轉(zhuǎn)鏡實現(xiàn)切換的功能 和透射式MEMS衰減器技術(shù)而實現(xiàn)衰減和無干擾切換(Hitless)功能的具有無干擾切換 的波長選擇開關(guān)。
本實用新型所采用的技術(shù)方案是 一種具有無干擾切換的波長選擇開關(guān)，包括有依 次排列的光纖準(zhǔn)直器陣列、聚焦透鏡、準(zhǔn)直透鏡、衍射光柵和聚焦透鏡，在聚焦透鏡的 另一側(cè)還設(shè)置有衰減反射單元陣列。
所述的衰減反射單元陣列是由多個通道衰減反射單^;組成。
所述的衰減反射單元包括有相互連接的透射式MEMS衰減器和一維MEMS反射鏡，其 中，透射式MEMS衰減器位于一維MEMS反射鏡的前端。
所述的透射式MEMS衰減器和一維MEMS反射鏡的中心軸對齊重合，并通過膠粘相連接。
本實用新型的具有無千擾切換的波長選擇丌關(guān)，具有如下特點-
1、 有效地利用一維反射鏡陣列和透射式MEMS光衰減器芯片的完美組合，實現(xiàn)光路 切換和衰減、無千擾切換的功能。
2、 在同等工藝水平下， 一維MEMS設(shè)計較二維MEMS設(shè)計簡單，提高了填充因子，提
高了波長選擇開關(guān)的工作帶寬。
3、用于波長選擇開關(guān)所用的反射鏡由二維轉(zhuǎn)為一維，工藝難度降低，降低了成本。


圖1是傳統(tǒng)波長選擇開關(guān)中衰減反射單元；
圖2是基于液晶技術(shù)的傳統(tǒng)波長選擇開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖3是本實用新型的光路結(jié)構(gòu)示意圖，其中，
a是衰減反射單元的主視圖，b是衰減反射單元的側(cè)視圖4是本實用新型的衰減反射單元工作示意圖5是本實用新型的透射式MEMS衰減器的工作原理示意圖6是本實用新型實施例的工作過程示意圖。
其中-
201:光纖準(zhǔn)直器陣列 202:聚焦透鏡
203:準(zhǔn)直透鏡 204:衍射光柵
205:聚焦透鏡 206:透射式MEMS衰減器
207: —維MEMS反射鏡 208:透射式MEMS衰減器
209:入射光線 210:反射光線，
具體實施方式
以下結(jié)合附圖給出具體實施例，進一步說明本實用新型的具有無干擾切換的波長選 擇開關(guān)是如何實現(xiàn)的。
如圖3所示，本實用新型的具有無干擾切換的波長選擇開關(guān)的總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，包 括有依次排列的光纖準(zhǔn)直器陣列201、聚焦透鏡202、準(zhǔn)直透鏡203、衍射光柵204和聚 焦透鏡205，其特征在于在聚焦透鏡205的另一側(cè)還設(shè)置有衰減反射單元陣列。所述的 衰減反射單元陣列是由多個通道衰減反射單元組成。
所述的衰減反射單元包括有相互連接的透射式MEMS衰減器206和一維MEMS反射鏡 207，其中，透射式MEMS衰減器206位于一維MEMS反射鏡207的前端。
所述的透射式MEMS衰減器206和一維MEMS反射鏡207的中心軸對齊重合，并通過 膠粘相連接。
光輸入信號通過光纖準(zhǔn)直器陣列201的一個端口即輸入端口輸入，光纖準(zhǔn)直器陣列 201的其他端口為輸出端口，數(shù)量為1至N個，經(jīng)過聚焦透鏡202在透鏡焦點處，此焦點 也是下一個準(zhǔn)直透鏡203的焦點，光線經(jīng)過焦點后繼續(xù)傳播至準(zhǔn)直透鏡203，輸入光信號 經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡203準(zhǔn)直后，平行光束經(jīng)過衍射光柵204分光成依次排序的單通道光信號， 經(jīng)過衍射光柵204后不同波長的通道光信號由聚焦透鏡205將不同波長的光在聚焦透鏡 的焦平面上沿光柵刻線方向聚焦分布在不同的位置上，即聚焦到每個通道衰減反射單元。 衰減反射單元陣列由多個通道衰減反射單元組成，透射式MEMS衰減器206與一維MEMS 反射鏡207均以陣列的形式存在的，每個通道對應(yīng)的一維MEMS反射鏡207通過其繞X軸 方向的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)該通道的切換功能，即開關(guān)功能。一維MEMS反射鏡207之前的透射式MEMS 衰減器206則實現(xiàn)波長選擇開關(guān)的衰減和無干擾切換，即Hitless功能。
光線經(jīng)過放置在焦平面之前的陣列透射式MEMS衰減器206之后，入射到焦平面上的 一維MEMS反射鏡207的反射面上。在焦平面上放置的一維MEMS反射鏡207中的每一個 對應(yīng)著分布的一定寬度的波長帶，光線入射在該面上反射后再經(jīng)過透射式MEMS衰減器 206，聚焦透鏡205、衍射光柵204、準(zhǔn)直透鏡203和聚焦透鏡202后進入陣列準(zhǔn)直器的 某個端口，進入光纖， 一維MEMS反射鏡207的角度決定了返回的光線進入的端口位置， 即實現(xiàn)了任意波長到任意端口的開關(guān)選擇。衰減反射單元中的反射鏡通過繞Y軸旋轉(zhuǎn)實 現(xiàn)對入射到該鏡面的通道波長光信號的偏轉(zhuǎn)，可以實現(xiàn)光路對應(yīng)偏轉(zhuǎn)到目標(biāo)地址的輸出 端口。調(diào)節(jié)透射MEMS衰減器的衰減量實現(xiàn)衰減功能，衰減反射單元中的MEMS衰減器可 將衰減量設(shè)置到最大衰減量后再進行切換，可實現(xiàn)無干擾切換(Hitless)功能。
本實用新型所涉及的一維MEMS反射鏡207如圖4 (a)所示，衰減反射單元工作原理 具體描述為如圖4 (b)、圖4 (c)所示，當(dāng)光線209入射時首先經(jīng)過透射式MEMS衰 減器206發(fā)生衰減，然后入射在一維MEMS反射鏡207鏡面上，光線在鏡面上發(fā)生反射后 再次通過透射式MEMS衰減器206，最后在透射式MEMS衰減器206后出射光線為210，由 于透射式MEMS衰減器206不對通過的光線的角度產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，當(dāng)一維MEMS反射鏡207鏡 面繞Y軸發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，透射式MEMS衰減器206后出射的光線210也隨之發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這樣 出射的光線的衰減值為兩次通過透射式MEMS衰減器206的兩次衰減之和，其出射的角度 由一維MEMS反射鏡207的轉(zhuǎn)角決定。調(diào)節(jié)透射式MEMS衰減器206的衰減值可以實現(xiàn)總 衰減值可調(diào)，當(dāng)總衰減值大于35dB時，我們認(rèn)為其達(dá)到了阻斷功能。.這樣一維MEMS反 射鏡實現(xiàn)光路切換的同時，通過調(diào)節(jié)透射式MEMS衰減器206實現(xiàn)光信號的衰減和光路的 無干擾切換(Hitless)功能。
具體工作過程如圖6所示，在該組圖中，端口號由①、②、③、 、⑤表示。圖(a) 所示狀態(tài)表示信號由輸入端口①輸入，由輸出端口②輸出。圖(a)到圖(d)所述過程為由 端口①進、端口②出切換到端口①進、端口(D出。首先將透射式MEMS反射鏡的衰減調(diào)到 最大，即Hitless功能，如圖(b)所示；其次設(shè)置一維MEMS反射鏡轉(zhuǎn)角度數(shù)對應(yīng)到⑤端 口地址，這樣光路即調(diào)整為端口①進端口⑤出，但此時該通道對應(yīng)的衰減還是最大的， 處于Hitless狀態(tài),如圖(c)所示；隨后將透射式MEMS反射鏡的衰減調(diào)節(jié)到需要的狀態(tài)， 即解除阻斷Hitless狀態(tài)，如圖(d)所示。
所述透射式MEMS衰減器是基于多光束干涉原理實現(xiàn)的，即通過改變兩個具有高反射 率的平行平面之間的距離，使得其干涉條紋改變，從而獲得對信號的衰減功能，如圖4 所示，206為透射式MEMS衰減器，207為一維MEMS反射鏡、208為與206相鄰的透射式 MEMS衰減器。圖4中:圖(a)僅畫出了一維MEMS反射鏡的示意圖，圖(b)、圖(c)畫出了
一維MEMS反射鏡和透射式MEMS衰減器的示意圖，圖(b)的透射式MEMS衰減器208屬于 沒有改變平行平面距離的狀態(tài)，透射式MEMS衰減器兩平行平面之間的距離為A，圖(c) 的208為改變了平行平面距離的狀態(tài)，透射式MEMS衰減器兩平行平面之間的跑離為d1。 圖5所示是對圖4透射式MEMS衰減器兩平行平面之間的距離改變而引起衰減變化的 具體描述，當(dāng)透射式MEMS衰減器兩平行平面之間的距離改變時，對應(yīng)三個不同間距所在 的狀態(tài)A、 B、 C、針對A的插損從IL—A下降到IL—B，再下降到IL—C。
權(quán)利要求1.一種具有無干擾切換的波長選擇開關(guān)，包括有依次排列的光纖準(zhǔn)直器陣列(201)、聚焦透鏡(202)、準(zhǔn)直透鏡(203)、衍射光柵(204)和聚焦透鏡(205)，其特征在于在聚焦透鏡(205)的另一側(cè)還設(shè)置有衰減反射單元陣列。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有無干擾切換的波長選擇開關(guān)，其特征在于所述的衰 減反射單元陣列是由多個通道衰減反射單元組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有無干擾切換的波長選擇開關(guān)，其特征在于所述 的衰減反射單元包括有相互連接的透射式MEMS衰減器(206)和一維MEMS反射鏡(207)， 其中，透射式MEMS衰減器(206)位于一維MEMS反射鏡(207)的前端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有無干擾切換的波長選擇開關(guān)，其特征在于所述的透 射式MEMS衰減器(206)和一維MEMS反射鏡(207)的中心軸對齊重合，并通過膠粘相 連接。
專利摘要本實用新型公開一種具有無干擾切換的波長選擇開關(guān)，有依次排列的光纖準(zhǔn)直器陣列、聚焦透鏡、準(zhǔn)直透鏡、衍射光柵和聚焦透鏡，在聚焦透鏡的另一側(cè)還設(shè)置有衰減反射單元陣列。衰減反射單元陣列是由多個通道衰減反射單元組成。衰減反射單元包括有相互連接的透射式MEMS衰減器和一維MEMS反射鏡，其中，透射式MEMS衰減器位于一維MEMS反射鏡的前端。透射式MEMS衰減器和一維MEMS反射鏡的中心軸對齊重合，并通過膠粘相連接。本實用新型有效地利用一維反射鏡陣列和透射式MEMS光衰減器芯片的組合，實現(xiàn)光路切換和衰減、無干擾切換的功能。提高了填充因子，提高了波長選擇開關(guān)的工作帶寬。用于波長選擇開關(guān)所用的反射鏡由二維轉(zhuǎn)為一維，工藝難度降低，降低了成本。
文檔編號H04Q11/00GK201194034SQ200820074020
公開日2009年2月11日 申請日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者孫莉萍, 偉 施, 柳 楊, 睿 楊, 胡強高, 袁志林, 卉 謝 申請人:武漢光迅科技股份有限公司