專利名稱：波長選擇開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種波長選擇開關，該開關能從施加于輸入端口的波分復用(WDM)光中選擇期望的波長信道，并將該信道輸出至目標輸出端口。具體地，本發(fā)明涉及一種具有監(jiān)測從多個輸出端口輸出的光功率作用的波長選擇開關。
背景技術：
近來，帶寬大約為幾兆字節(jié)/秒至100兆字節(jié)/秒的高速接入網(wǎng)(例如FTTH(光纖到戶)、ADSL(非對稱數(shù)字用戶線路)等)的快速發(fā)展產(chǎn)生了能夠接受寬頻帶網(wǎng)絡服務的環(huán)境。為了解決在這種情況下通信需求增加的問題，現(xiàn)在在骨干網(wǎng)絡(核心網(wǎng)絡)中構建了采用波分復用技術的海量光通信系統(tǒng)。
在上述核心網(wǎng)絡和用戶直接訪問的城域網(wǎng)絡之間的連接處，所擔心的是由于電氣開關容量的限制而產(chǎn)生頻帶瓶頸。因此，在已經(jīng)產(chǎn)生帶通瓶頸的都市區(qū)域內設置新的光交換節(jié)點，并構建用于在光域內使核心網(wǎng)絡和城域網(wǎng)絡之間進行直接連接的新的光子網(wǎng)絡體系，而沒有電氣開關的介入。因此，需要對此進行努力研究和開發(fā)，以實現(xiàn)這樣的目的。
采用一種光開關模塊作為用于連接核心網(wǎng)絡和城域網(wǎng)絡的節(jié)點，該光開關模塊例如是公知的波長選擇開關(WSS)(例如參見美國專利No.6549699、日本特開平No.2000-347065和日本特開平No.2001-330865)。
圖15是表示傳統(tǒng)波長選擇開關的結構示例的立體圖。
在圖15中，波長選擇開關100包括光纖準直器陣列110、衍射光柵101、透鏡102、反射鏡陣列103、和1/4波片104。光纖準直器陣列110具有沿一個方向并排放置的N(N≥3)個光纖準直器，并構成一個輸入端口110-1和多個輸出端口110-2至110-N。當從輸入端口110-1出射的WDM光根據(jù)它們的波長而沿著不同角度的方向被衍射光柵101分離之后，各波長的光(以下被稱為波長信道)通過透鏡102聚焦在不同的位置上。在波長信道聚焦的位置，放置反射鏡陣列103，該陣列具有多個與信道數(shù)量相對應的MEMS反射鏡。該MEMS反射鏡是利用顯微機械加工(微電子機械系統(tǒng)MEMS)技術形成的微反射鏡，且其各反射面的角度可根據(jù)驅動信號而受到控制。到達反射鏡陣列103的各波長信道被相應的MEMS反射鏡反射，并根據(jù)各自的反射面的角度沿一方向返回。此時，由各MEMS反射鏡返回的波長信道通過被控制在與任何一個輸出端口的位置(其被設定在要進入的波長信道的輸出地址)相對應的預定角度，依次穿過透鏡102、1/4波片104和衍射光柵101，并被引導至各自的目標輸出端口。
圖16是表示傳統(tǒng)的波長選擇開關的另一結構示例的立體圖。波長選擇開關100’與圖15所示的結構示例的不同之處在于采用了透射型衍射光柵101’。其它的結構與圖15的實例相同。
相對于在輸入WDM光內包含的多個波長信道，上述傳統(tǒng)的波長選擇開關100和100’具有波長選擇功能，從而，通過控制反射鏡陣列103上的各MEMS反射鏡的反射面角度，能選擇期望的波長信道，并將該期望的波長信道引導至目標輸出端口。此外，通過顛倒輸入和輸出之間的關系，還可以將施加于多個輸入端口的含有不同波長信道的WDM光引導至一個輸出端口。
關于上述傳統(tǒng)的波長選擇開關，重要的是反射鏡陣列上的各MEMS反射鏡的反射面被控制為預定角度。因此，提出了例如圖17所示的結構，其中在波長選擇開關的各輸出光纖中設置光分支器(optical tap)120，以使部分輸出光分支。然后，從各光分支器分支出來的光被送至光譜監(jiān)測器121，以監(jiān)測各波長信道的功率；并基于監(jiān)測結果，根據(jù)從處理單元122輸出的控制信號，反饋控制反射鏡陣列上的相應MEMS反射鏡的反射面角度(例如參見美國專利No.6549699)。
然而，在圖17的實例中所示的傳統(tǒng)的波長選擇開關的輸出光的監(jiān)測結構中，必須為多個輸出光纖中的每個光纖設置單獨的光分支器。因此，存在模塊尺寸由于光學部件數(shù)量的增多而增大、以及成本增加的問題。
例如圖18所示，在傳統(tǒng)的波長選擇開關中用于監(jiān)測輸出光的另一結構中，還可以在波長選擇開關中的反射鏡陣列和各輸出端口之間的光路上設置光分路器130，例如棱鏡等；PD(光電檢測器)陣列131接收由光分路器分支出來的光，并監(jiān)測引導至各輸出端口的光功率。然而，在這個結構中，由于通過PD陣列監(jiān)測的光功率中不含有諸如在穿過光分路器后的光學部件的光軸偏移的影響，所以，物理地引導至各輸出端口的光的功率和在PD陣列中的監(jiān)測的功率可能不匹配。

發(fā)明內容
本發(fā)明考慮到上述問題，其目的在于提供一種小型、低成本的波長選擇開關，其能非常精確地監(jiān)測被引導至多個輸出端口的各波長信道的功率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的波長選擇開關設有光輸入/輸出部，其中至少一個輸入端口和多個輸出端口按第一方向排列；分光部，其將從所述輸入端口射出的含有多個波長信道的波長復用光根據(jù)其波長按與所述第一方向不同的第二方向分開；多個可動反射鏡，其通過各自的角度可變的反射面反射被所述分光部所分開的各波長信道；以及可動反射鏡驅動部，其設定各可動反射鏡的反射面的角度，從而被各可動反射鏡反射的各波長信道經(jīng)由所述分光部被插入到設定于所述多個輸出端口之中的適當波長信道的輸出地址中的輸出端口。此外，該波長選擇開關設有反射部，其設置在各所述輸出端口的端面上，并反射從各所述可動反射鏡經(jīng)由所述分光部射入的部分波長信道；反射光提取部，用于從所述輸入端口獲得由所述反射部反射且返回至所述輸入端口的光；以及反射光監(jiān)測部，用于監(jiān)測由與各波長信道對應的所述反射光提取部所獲得的反射光的功率。
在具有這種結構的波長選擇開關中，從光輸入/輸出部的輸入端口射出的WDM光被分光部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的可動反射鏡反射。各可動反射鏡的反射面角度被設定為與待射入的波長信道的輸出地址中所設定的輸出端口的位置相對應，并且被反射面反射的波長信道經(jīng)由分光部被引導至輸出地址中的輸出端口。到達目標輸出端口的各波長信道的部分被設置在輸出端口端面上的反射部反射，并且反射光沿著與先前的光路相反的方向向下行進，并返回至輸入端口。返回至輸入端口的反射光經(jīng)由反射光提取部被傳輸至反射光監(jiān)測部，并且監(jiān)測與各波長信道對應的光功率。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明的波長選擇開關，對于從輸入端口離開并被引導至目標輸出端口的各波長信道，可以利用簡單的結構，以良好的精確度監(jiān)測其連接狀態(tài)，直至各波長信道被射入輸出端口端面。因此，可以提供具有輸出監(jiān)測功能的小型、低成本的波長選擇開關。
結合附圖，從下面對實施例的描述可清楚地了解本發(fā)明的其它目的、特征和優(yōu)點。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的波長選擇開關的實施例的結構的示意圖；圖2是表示本實施例中使用的輸入光纖和輸出光纖的特定結構實例的示意圖；圖3是表示本實施例中的信道監(jiān)測器的特定結構實例的示意圖；圖4是表示本實施例中的信道監(jiān)測器的另一特定結構實例的示意圖；圖5是用于解釋本實施例中的反饋控制的示意圖；圖6是表示MEMS反射鏡驅動電壓和反射光功率之間的關系實例的示意圖；圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的波長選擇開關的另一實施例的結構的示意圖；圖8是用于解釋在本實施例中作為VOA的波長選擇開關的工作的示意圖；圖9是用于解釋與本實施例相關的另一VOA工作的示意圖；圖10是表示與圖9的VOA工作相對應的、波長選擇開關的修改實例的示意圖；圖11是表示根據(jù)本發(fā)明的波長選擇開關的另一實施例的結構的示意圖；圖12是表示圖11的波長選擇開關的光學系統(tǒng)的布置的立體圖；圖13是表示圖1所示的波長選擇開關的修改實例的示意圖；圖14是表示與圖13的波長選擇開關相關的另一結構實例的示意圖；圖15是表示傳統(tǒng)波長選擇開關的結構實例的立體圖；圖16是表示傳統(tǒng)波長選擇開關的另一結構實例的立體圖；圖17是表示傳統(tǒng)波長選擇開關的輸出監(jiān)測器的結構實例的示意圖；圖18是表示傳統(tǒng)波長選擇開關的輸出監(jiān)測器的另一結構實例的示意圖。
具體實施例方式
下面將參考附圖描述實現(xiàn)本發(fā)明的最佳實施方式。在所有附圖中，相同的附圖標記代表相同或等同的部件。
圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的波長選擇開關的實施例的結構的示意圖。
在圖1中，本實施例的波長選擇開關包括例如用作光輸入/輸出部的光纖準直器陣列10；用作分光部的衍射光柵1；聚光透鏡2；反射鏡陣列3，其中排列有MEMS反射鏡(其是多個可動反射鏡)；用作可動反射鏡驅動部的MEMS反射鏡驅動電路4；用作反射光提取部的光環(huán)形器5；用作反射光監(jiān)測部的信道監(jiān)測器6；以及用作控制單元的控制電路7。該波長選擇開關的光學系統(tǒng)的三維結構例如與上述圖16所示的傳統(tǒng)情況相同。
光纖準直器陣列10具有一個輸入光纖11IN、M個輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)、和M+1個準直鏡12，其中一個準直鏡對應一個光纖。輸入光纖11IN和輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)沿相同的方向(如圖1下右方所示的直角坐標系統(tǒng)中的Y軸方向)并排設置。
光環(huán)形器5與輸入光纖11IN的一端連接；并且包含波長信道Ch1至ChN(N個相互具有不同波長的光信號的信道)的WDM光LIN經(jīng)由光環(huán)形器5輸入至輸入光纖11IN的這一端。輸入光纖11IN的另一端具有下述典型的結構例如圖2上部所示的傾斜磨光的套管(ferrule)端面，并且在端面上涂敷AR(抗反射)涂層，以防止光在光纖端面處反射。這里，套管端面的傾斜角度是6-8度。
已經(jīng)按照需要選擇了WDM光LIN的波長信道Ch1至ChN的、且被包括衍射光柵1、聚光透鏡2和反射鏡陣列3的光學系統(tǒng)分開的各束光，經(jīng)由相應的準直鏡12射入各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)。各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)的光射入端的結構是這樣的如圖2的底部實例所示，套管端面被垂直磨光，并且該端面上沒有涂敷AR涂層，從而，從上述光學系統(tǒng)經(jīng)由準直鏡12射入的部分光在光纖端面處反射并返回至原光路。在上述有垂直磨光而沒有AR涂層的結構的情況下，各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)的端面的反射率大約是4％(-14dB)。在下面的描述中，通過各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)的端面?zhèn)鬏攣淼墓馐禽敵龉釲OUT(#1)至LOUT(#M)，被反射的光是反射光LR(#1)至LR(#M)。括號里的符號#1至#M表示該波長選擇開關的輸出端口號碼。
衍射光柵1是傳輸型衍射光柵，用于使從輸入光纖11IN輸出的、且通過準直鏡12變成平行光的WDM光LIN中包含的波長信道Ch1至ChN根據(jù)它們的波長，沿著與光纖準直器陣列10的排列方向(Y軸方向)不同的方向(X軸方向)分離。在本實施例中，所描述的結構的實例中采用了傳輸型衍射光柵1。然而，還可以使用如圖15所示的反射型衍射光柵。
聚光透鏡2是用于將通過衍射光柵1傳輸?shù)摹⒀豖軸方向分離的各波長信道Ch1至ChN聚焦至反射鏡陣列3中相應的MEMS反射鏡上的典型透鏡。
反射鏡陣列3具有按照下述方式排列的N個MEMS反射鏡3(Ch1)至3(ChN)各反射面位于通過聚光透鏡2(參見圖16)傳輸來的各波長信道Ch1至ChN的焦點處。MEMS反射鏡3(Ch1)至3(ChN)是通過顯微機械加工(微電子機械系統(tǒng)MEMS)技術形成的微反射鏡，其結構是這樣的反射面的角度能根據(jù)從MEMS反射鏡驅動電路4輸出的驅動電壓V(Ch1)至V(ChN)自由地控制。這里，各MEMS反射鏡3(Ch1)至3(ChN)的反射面被控制為與任一輸出端口#1至#M的位置對應的預定角度，正如在待射入的波長信道Ch1至ChN的輸出地址中所設定的。因此，由各自的MEMS反射鏡3(Ch1)至3(ChN)反射的波長信道Ch1至ChN依次穿過聚光透鏡2和衍射光柵1，并分別被引導至目標輸出端口#1至#M。圖1示出了引導至輸出端口#3的波長信道路徑，作為被引導至輸出端口的波長信道路徑的實例。除了被輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)的垂直端面(參見圖2的底部)反射的反射光LR(#1)至LR(#M)以外，被引導至各自的目標輸出端口#1至#M的波長信道Ch1至ChN從各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)輸出，作為波長選擇開關的輸出光LOUT(#1)至LOUT(#M)。反射光LR(#1)至LR(#M)沿著其被傳輸通過的光路，在相反的方向上行進并由此結合；包括與各波長信道Ch1至ChN對應的分量的反射光LR返回至輸入端口(輸入光纖11IN)。
在此，光環(huán)形器5具有三個端口，其沿著一個方向將輸入至第一端口的WDM光LIN傳輸至與輸入光纖11IN連接的第二端口，并沿著另一方向將從輸入光纖11IN返回至第二端口的反射光LR傳輸至與信道監(jiān)測器6連接的第三端口。
信道監(jiān)測器6測量從光環(huán)形器5的第三端口輸出的反射光LR中包含的、與各波長信道Ch1至ChN相對應的分量的功率P(Ch1)至P(ChN)，并將表示測量結果的信號輸出至控制電路7。
圖3和圖4是表示信道監(jiān)測器6的特定結構實例的示意圖。然而，這并不意味著用于本發(fā)明的信道監(jiān)測器僅限于這些結構實例。
在圖3的結構實例中，來自光環(huán)形器5的反射光LR輸入至傳輸頻帶(transmission band)可變的可調濾波器6A，并且提取與反射光LR中包含的各波長信道對應的任一光LR(Ch1)至LR(ChN)，由光電檢測器(PD)6B測量其光功率。這里，通過對應于各波長信道分時轉換可調濾波器6A的傳輸波長，由光電檢測器6B檢測與反射光LR中包含的所有波長信道相應的光的功率。
此外，在圖4的結構實例中，來自光環(huán)形器5的反射光LR被輸入解復用器(demultiplexer)6C，并根據(jù)其波長被分開。從解復用器6C的各輸出端口輸出的對應各波長信道的光LR(Ch1)至LR(ChN)被對應設置的光電檢測器(PD)6D1至6DN接收，并且其各自的功率被檢測。
控制電路7基于信道監(jiān)測器6監(jiān)測的光功率P(Ch1)至P(ChN)產(chǎn)生信號CONT，其用于反饋控制與反射鏡陣列3上的各波長信道對應的MEMS反射鏡3(Ch1)至3(ChN)的反射面角度，使得各功率達到最大，并將該信號CONT輸出至MEMS反射鏡驅動電路4。MEMS反射鏡驅動電路4根據(jù)來自控制電路7的控制信號CONT優(yōu)化施加于各MEMS反射鏡3(Ch1)至3(ChN)的驅動電壓V(Ch1)。
在具有上述結構的波長選擇開關中，通過使用如圖2底部所示的結構作為構成輸出端口#1至#M的各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)的端面，形成反射器件，并且在各輸出端面處反射的光LR(#1)至LR(#N)反向行進穿過該光學系統(tǒng)，并共同返回至一個輸入端口。然后，位于輸入部中的光環(huán)形器5使返回至輸入端口的光LR分開；由信道監(jiān)測器6監(jiān)測與各波長信道Ch1至ChN對應的光的功率P(Ch1)至P(ChN)；并且基于監(jiān)測結果對各MEMS反射鏡3(Ch1)至3(ChN)進行反饋控制。
具體而言，例如圖5所示，在設定輸出地址時，其中輸入WDM光LIN的波長信道Ch1至ChN中的波長信道Ch1至Ch4從輸出端口#1輸出，且波長信道Ch5至Ch8從輸出端口#2輸出，在由信道監(jiān)測器6監(jiān)測的、與各波長信道Ch1至Ch8對應的反射光的功率如圖5頂部所示的情況下，控制電路7判定與各波長信道Ch2至Ch4和Ch6至Ch8對應的各MEMS反射鏡的反射面的角度，使其偏離其最佳值，并且對相應的MEMS反射鏡進行反饋控制，使得各反射光功率的監(jiān)測值達到其如圖5下部所示的最大值。反饋控制的目的是在MEMS反射鏡的驅動電壓V(Ch1)至V(ChN)和各反射光功率P(Ch1)至P(ChN)根據(jù)例如圖6所示的關系變化的情況下，利用反射光功率達到最大值時的電壓VTARGET作為控制目標來優(yōu)化驅動電壓。
根據(jù)如上所述的本實施例的波長選擇開關，對于被引導至目標輸出端口#1至#M的各波長信道Ch1至ChN，可以利用簡單的結構以良好的精確度監(jiān)測它們的連接狀態(tài)，直到它們到達各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)的端面。因此，甚至在反射鏡陣列3的各MEMS反射鏡3(Ch1)至3(ChN)的驅動特性由于周圍環(huán)境的變化、老化等原因而發(fā)生變化時，通過利用監(jiān)測結果反饋控制各MEMS反射鏡，可以從輸入WDM光LIN中選擇期望的波長信道，并將其以最佳連接狀態(tài)引導至目標輸出端口。此外，在本實施例的波長選擇開關中，與如圖17所示在多個輸出端口中的每個端口設置分支器(tap)的傳統(tǒng)結構相比，通過簡單地在一個輸入端口中放置光環(huán)形器，可以獲得與各輸出端口#1至#M對應的所有反射光LR(#1)至LR(#M)作為監(jiān)測光。因此，可以實現(xiàn)光學部件數(shù)量的減少和低成本。
下面描述根據(jù)本發(fā)明的波長選擇開關的另一實施例。這里，所示的應用實例適用于采用波長選擇開關作為與WDM光對應的可變光衰減器(VOA)的情況。
圖7是根據(jù)另一實施例的波長選擇開關的結構的示意圖。
在圖7中，為了使波長選擇開關適于用作可變光衰減器，本實施例的波長選擇開關設有模塊13，其用于確保圖1所示的結構中的各輸入光纖11IN和輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)的套管處于預定位置；以及陣列波導14，其設置在模塊13和準直鏡12之間，其中對應于輸入光纖11IN和各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)形成有光導波路。除了上述之外的結構與圖1所示的情況相同，因此省略其描述。
通過預先以預定的間隔形成例如平行的V槽，并在V槽中鋪設輸入光纖11IN和各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)的套管，使得模塊13形成了沿單一方向(Y軸方向)排列的輸入/輸出光纖陣列。此時，各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)的垂直磨光的套管端面(參見圖2的底部)并排地置于模塊13的一個側面(圖7中的右側面)；并且陣列波導14置于與模塊13的該側面相接觸的位置。圖7所示的模塊13的交叉陰影部分是各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)的套管端面，即，示意性地表示了對應反射器件的位置。
在陣列波導14中，與輸入光纖11IN和各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)對應的各光導波路的一個端面連接至位于模塊13的一個側面的輸入/輸出光纖其中之一的對應端面。準直鏡12位于接近各光導波路的另一端面的位置；并且在輸入光纖11IN、輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)和各準直鏡12之間輸入和輸出的光經(jīng)由陣列波導14中相應的光導波路傳送。
這里簡單描述作為可變光衰減器的波長選擇開關的操作。
例如，考慮下述情況，如圖8的左側所示，具有平頂(flat)波長特性(各波長信道Ch1、Ch2等的功率相同)的WDM光LIN被輸入至波長選擇開關；并且如圖8的右側所示，從波長選擇開關的輸出端口#1輸出的光LOUT(#1)具有波長信道Ch1至ChN的功率根據(jù)其波長逐漸降低的波長特性；以及，從輸出端口#2輸出的光LOUT(#2)具有奇數(shù)波長信道和偶數(shù)波長信道之間功率不同的波長特性。在這種情況下，對于輸入WDM光LIN中包含的波長信道Ch1、Ch5和Ch7，各相應的MEMS反射鏡3(Ch1)、3(Ch5)、3(Ch7)的反射面的角度被優(yōu)化，使得被反射鏡陣列3反射且與目標輸出光纖11(#1)和11(#2)的芯部(core)耦接的光功率達到最大。另一方面，對于其它波長信道Ch2至Ch4、Ch6和Ch8，基于波長信道Ch1、Ch5和Ch7的功率的衰減量，通過使各相應的MEMS反射鏡3(Ch2)至3(Ch4)、3(Ch6)和3(Ch8)的反射面的角度偏離其最佳值，使得與目標輸出光纖11(#1)和11(#2)的芯部耦接的光功率衰減。因此，可以使從各輸出端口#1和#2輸出的光LOUT(#1)和LOUT(#2)具有期望的波長特性。因此，對于各WDM光LIN的波長信道，波長選擇開關起到可變光衰減器的作用。
如上所述，對于用作可變光衰減器的波長選擇開關，在應用圖1所示的本發(fā)明的結構的情況下(即在該結構中通過使MEMS反射鏡的反射面的角度偏離其最佳值，穿過準直鏡12被引導至各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)的部分光被各輸出光纖端面反射，并且在輸入側監(jiān)測被反射且返回的光)，由于在輸出光纖端面上到達芯部外側的包層的光(損失分量沒有在芯部內耦接)被各自的光纖端面反射且返回至輸入側，所以難以精確地在輸入側監(jiān)測從各輸出端口輸出的光LOUT(#1)至LOUT(#M)的功率。
因此，在本實施例中，通過在準直器12和利用模塊13排列的各輸入/輸出光纖的端面之間插入陣列波導14，使得只有連接至陣列波導14的各光導波路的光被引導至各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)，且其部分被反射且返回至輸入側。也就是說，通過改變MEMS反射鏡的角度而產(chǎn)生的損失分量到達陣列波導14中的光導波路的端面外，但沒有到達作為反射器件的輸出光纖的端面。從而，可以精確地在輸入側監(jiān)測從各輸出端口輸出的光LOUT(#1)至LOUT(#M)的功率。
根據(jù)如上所述的本實施例，與圖1所示的前述實施例的情況類似，對于用作與WDM光相關聯(lián)的可變光衰減器的波長選擇開關，也可以利用簡單的結構精確地監(jiān)測從各輸出端口#1至#M輸出的光LOUT(#1)至LOUT(#M)的功率。也就是說，通過將本發(fā)明的監(jiān)測結構應用至波長選擇開關用作為可變光衰減器的情況，可以精確地監(jiān)測與各波長信道相關聯(lián)的光衰減量。此外，通過基于監(jiān)測結果來反饋控制各MEMS反射鏡3(Ch1)至3(ChN)的反射面的角度，可以確保將功率調節(jié)至預定水平的波長信道引導至目標輸出端口。
在上述實施例中，描述了輸入具有平頂波長特性的WDM光LIN的情況，并且波長選擇開關作為可變光衰減器，使得輸出至目標輸出端口的各波長信道Ch1至ChN的功率的絕對值達到了期望水平。然而，與此相同，本發(fā)明的結構在輸入至波長選擇開關的WDM光LIN不具有平頂波長特性的情況同樣有效，例如圖9左側所示；通過調節(jié)被引導至目標輸出端口的各波長信道的相對功率，波長選擇開關用作可變光衰減器，從而為從各輸出端口輸出的WDM光LOUT(#1)至LOUT(#M)獲得了如圖9右側所示的期望的波長特性。圖10是表示與上述情況對應的波長選擇開關的修改實例的示意圖。
在如圖10所示的波長選擇開關中，具有四個端口的光環(huán)形器5’與輸入光纖11IN連接，使得輸入WDM光LIN的波長特性也能被監(jiān)測，并且根據(jù)各波長信道Ch1至ChN的輸入功率和其相對的輸出功率之間的關系，反饋控制各MEMS反射鏡3(Ch1)至3(ChN)的反射面的角度。
具體而言，輸入至光環(huán)形器5’的第一端口的WDM光LIN從第二端口輸出，其一部分被分支為輸入監(jiān)測光且被傳輸至作為輸入監(jiān)測部的信道監(jiān)測器8；WDM光LIN的其余部分全部被反射器9反射并返回至第二端口。返回至第二端口的WDM光LIN從第三端口射向輸入光纖11IN且被傳輸至與圖7所示的實施例的情況類似的波長選擇開關的光學系統(tǒng)。然后，其被各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)的端面反射，并且返回至輸入光纖11IN的反射光LR從光環(huán)形器5’的第三端口傳輸至第四端口，并且照射至位于輸出側的信道監(jiān)測器6?；谟晌挥谳斎雮鹊男诺辣O(jiān)測器8監(jiān)測的各波長信道Ch1至ChN的輸入功率PIN(Ch1)至PIN(ChN)、和由位于輸出側的信道監(jiān)測器6監(jiān)測的與各波長信道Ch1至ChN對應的光功率POUT(Ch1)至POUT(ChN)，控制電路7向MEMS反射鏡驅動電路4輸出用于反饋控制與各波長信道對應的MEMS反射鏡3(Ch1)至3(ChN)的反射面的角度的信號CONT，使得從各輸出端口輸出的WDM光LOUT(#1)至LOUT(#M)具有期望的波長特性。
下面描述根據(jù)本發(fā)明的波長選擇開關的另一實施例。這里，示出了本發(fā)明應用于具有多個輸入端口和多個輸出端口的波長選擇開關的實例。
圖11是表示根據(jù)另一實施例的波長選擇開關結構的示意圖。此外，圖12是表示圖11的波長選擇開關的光學系統(tǒng)的布置的立體圖。
在圖11和圖12中，該波長選擇開關設有光纖準直器陣列10’，其中例如M個(這里M＝4)輸入光纖11IN(#1)至11IN(#4)和M個(這里M＝4)輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#4)沿一個方向(Y軸方向)并排排列；以及準直鏡12，其設置為與各光纖相對應。此外，輸入側反射鏡陣列3IN和輸出側反射鏡陣列3OUT排列成與多個輸入光纖相關聯(lián)。而且，對應于光纖準直器陣列10’的各輸入光纖11IN(#1)至11IN(#4)，設置有四個光環(huán)形器5(#1)至5(#4)和四個信道監(jiān)測器6(#1)至6(#4)。這里，除了上述的光纖準直器陣列10’、輸入側反射鏡陣列3IN、輸出側反射鏡陣列3OUT、光環(huán)形器5(#1)至5(#4)和信道監(jiān)測器6(#1)至6(#4)之外的結構與圖1所示的前述結構相同。因此，這里省略了其描述。此外，在本實施例中，描述了4×4(四個輸入、四個輸出)個波長選擇開關的一個實例。然而，本發(fā)明并不限于此，且可以按照需要設定輸入和輸出端口的數(shù)量。
光纖準直器陣列10’的各輸入光纖11IN(#1)至11IN(#4)具有下述典型的結構套管端面被傾斜磨光，其類似于圖2的上部所示的前述結構實例；且在端面上涂敷AR涂層，從而防止光在光纖端面處反射。此外，各輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#4)具有下述結構套管端面被垂直地磨光，其類似于圖2的底部所示的前述結構實例；且在端面上沒有涂敷AR涂層，從而經(jīng)由準直鏡12引導的光的一部分在光纖端面處反射并返回至原光路。
從各輸入光纖11IN(#1)至11IN(#4)輸出的WDM光LIN(#1)至LIN(#4)經(jīng)由準直鏡12被傳輸至衍射光柵1，并被分成包含在每一個中的波長信道Ch1(#1)至ChN(#1)、Ch1(#2)至ChN(#2)、Ch1(#3)至ChN(#3)、Ch1(#4)至ChN(#4)，然后各波長信道Ch1(#1)至ChN(#4)通過聚光透鏡2聚焦且被傳輸至輸入側反射鏡陣列3IN。
輸入側反射鏡陣列3IN具有4×N個MEMS反射鏡3IN(#1，Ch1)至3IN(#1，ChN)、3IN(#2，Ch1)至3IN(#2，ChN)、3IN(#3，Ch1)至3IN(#3，ChN)、以及3IN(#4，Ch1)至3IN(#4，ChN)，這些反射鏡排列成使得反射面位于穿過聚光透鏡2的各波長信道Ch1(#1)至ChN(#4)的聚焦位置(參見圖12)。這里，輸入側反射鏡陣列3IN位于相對于Z軸方向45°角的位置。各MEMS反射鏡3IN(#1，Ch1)至3IN(#4，ChN)具有下述結構反射面的角度能根據(jù)從MEMS反射鏡驅動電路4輸出的驅動電壓VIN(#1，Ch1)至VIN(#4，ChN)自由地控制。這里，各MEMS反射鏡3IN(#1，Ch1)至3IN(#4，ChN)的反射面的角度被控制成與輸出側反射鏡陣列3OUT的MEMS反射鏡的位置一致，對應于待射入的波長信道Ch1(#1)至ChN(#4)的輸出地址中設定的輸出端口中的任一端口。
輸出側反射鏡陣列3IN排列成相對于Z軸方向成45°角，且具有4×N個MEMS反射鏡3OUT(#1，Ch1)至3OUT(#1，ChN)、3OUT(#2，Ch1)至3OUT(#2，ChN)、3OUT(#3，Ch1)至3OUT(#3，ChN)、以及3OUT(4，Ch1)至3OUT(#4，ChN)，用于使被輸入側反射鏡陣列3IN反射的各波長信道Ch1(#1)至ChN(#4)行進的方向朝目標輸出端口反轉(參見圖12)。各MEMS反射鏡3OUT(#1，Ch1)至3OUT(#4，ChN)的反射面的角度能根據(jù)從MEMS反射鏡驅動電路4輸出的驅動電壓VOUT(#1，Ch1)至VOUT(#4，ChN)控制。
各光環(huán)形器5(#1)至5(#4)具有三個類似于圖1所示的前述光環(huán)形器5的端口，并將輸入第一端口的WDM光LIN(#1)至LIN(#4)沿一個方向傳輸至與各輸入光纖11IN(#1)至11IN(#4)連接的第二端口，以及將從各輸入光纖11IN(#1)至11IN(#4)返回至第二端口的反射光LR沿一個方向傳輸至與各信道監(jiān)測器6(#1)至6(#4)連接的第三端口。
信道監(jiān)測器6(#1)至6(#4)測量與從各光環(huán)形器5的第三端口輸出的反射光LR中包含的各波長信道Ch1至ChN對應的光學元件的功率P#1(Ch1)至P#1(ChN)、P#2(Ch1)至P#2(ChN)、P#3(Ch1)至P#3(ChN)、以及P#4(Ch1)至P#4(ChN)，并將表示測量結果的信號輸出至控制電路7。對于各信道監(jiān)測器6(#1)至6(#4)的特定實例，可以應用如圖3或圖4所示的結構。
基于由各信道監(jiān)測器6(#1)至6(#4)監(jiān)測的反射光的功率P#1(Ch1)至P#4(ChN)，控制電路7產(chǎn)生信號CONT，其用于控制與輸入側反射鏡陣列3IN對應的MEMS反射鏡3IN(#1，Ch1)至3IN(#4，ChN)的反射面的角度、以及與輸出側反射鏡陣列3OUT對應的MEMS反射鏡3OUT(#1，Ch1)至3OUT(#4，ChN)的反射面的角度，使得各功率達到最大。根據(jù)來自控制電路7的控制信號CONT，MEMS反射鏡驅動電路4優(yōu)化應用至輸入側MEMS反射鏡3IN(#1，Ch1)至3IN(#4，ChN)的驅動電壓VIN(#1，Ch1)至VIN(#4，ChN)、以及應用至輸出側MEMS反射鏡3OUT(#1，Ch1)至3OUT(#4，ChN)的驅動電壓VOUT(#1，Ch1)至VOUT(#4，ChN)。
這里，利用特定的實例，詳細描述本實施例中的控制電路7對各MEMS反射鏡的反饋控制。
例如，如圖11所示的通過光學系統(tǒng)傳輸?shù)墓獾穆窂降膶嵗?，假設下述情況對于從輸入光纖11IN(#2)輸出的WDM光LIN(#2)，波長信道ChN(#2)的輸出地址被設定為輸出光纖11OUT(#3)(對應于實線所示的路徑)；并且對于從輸入光纖11IN(#4)輸出的WDM光LIN(#4)，波長信道ChN(#4)的輸出地址被設定為輸出光纖11OUT(#1)(對應于虛線所示的路徑)。在這種情況下，WDM光LIN(#2)的波長信道ChN(2)通過依次被輸入側MEMS反射鏡3IN(#2，ChN)和輸出側MEMS反射鏡3OUT(#3，ChN)反射，而被引導至目標輸出光纖11OUT(#3)，這些反射鏡的反射面的角度根據(jù)輸出地址的設置而被設定成預定初始值。此外，與此類似，WDM光LIN(#4)的波長信道ChN(#4)依次被輸入側MEMS反射鏡3IN(#4，ChN)和輸出側MEMS反射鏡3OUT(#1，ChN)反射，并被引導至目標輸出光纖11OUT(#1)。
到達輸出光纖11OUT(#3)的波長信道ChN(#2)的部分被輸出光纖端面反射，并且反射光LR(#3，ChN)返回至輸入側。反射光LR(#3，ChN)從光環(huán)形器5(#2)傳輸至信道監(jiān)測器6(#2)，并且監(jiān)測其功率P#2(ChN)。此外，到達輸出光纖11OUT(#1)的波長信道ChN(#4)的部分類似地被輸出光纖端面反射，并且反射光LR(#1，ChN)返回至輸入側。反射光LR(#1，ChN)從光環(huán)形器5(#4)傳輸至信道監(jiān)測器6(#4)，并且監(jiān)測其功率P#4(ChN)。
在從各信道監(jiān)測器6(#2)和6(#4)接收監(jiān)測結果的控制電路7中，通過參考波長信道ChN(#2)的輸出地址的設置信息，在輸入側和輸出側限定了相應的MEMS反射鏡3IN(#2，ChN)和3OUT(#3，ChN)，并且反饋控制各反射面的角度，使得來自信道監(jiān)測器6(#2)的被監(jiān)測值P#2(ChN)達到最大。此外，通過參考波長信道ChN(#4)的輸出地址的設置信息，在輸入側和輸出側限定了相應的MEMS反射鏡3IN(#4，ChN)和3OUT(#1，ChN)，并且反饋控制各反射面的角度，使得來自信道監(jiān)測器6(#4)的被監(jiān)測值P#4(ChN)達到最大。
根據(jù)上述實施例，也與4×4個波長選擇開關相關，對于從各輸入光纖11IN(#1)至11IN(#4)輸出的WDM光LIN(#1)至LIN(#4)中包含的各波長信道ChN(#1)至ChN(#4)，可以利用簡單的結構以良好的精確度監(jiān)測其連接狀態(tài)，直到它們到達目標輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#4)的端面。因此，通過基于監(jiān)測結果反饋控制在輸入側和輸出側的相應的MEMS反射鏡的反射面的角度，可以從施加到各輸入端口的WDM光LIN(#1)至LIN(#4)中選擇期望的波長信道，并以最佳連接狀態(tài)將其引導至目標輸出端口。
在上述實施例中，示出了光學系統(tǒng)的實例，其中輸入側反射鏡陣列3IN和輸出側反射鏡陣列3OUT對稱排列，相對于Z軸方向傾斜±45°角。然而，本發(fā)明能應用的、具有多個輸入/輸出端口的波長選擇開關的光學系統(tǒng)結構并不限于上述實例。此外，類似于圖7和圖10所示的情況，通過利用該實施例的結構，也可以處理將具有多個輸入/輸出端口的波長選擇開關用作可變光衰減器的情況。
下面描述與圖1至圖12所示的各實施例相關的修改實例。
在根據(jù)各實施例的波長選擇開關中，由于結構是這樣的射入多個輸出光纖的光的部分被各自的光纖端面反射并返回至輸入側，所以，從波長選擇開關的輸出端口側看見的反射衰減特性由于在輸出光纖端面反射而劣化，這有時也是問題。在這種情況下，例如通過應用如圖13所示的結構，可以防止反射衰減特性的劣化。
具體而言，例如在圖1所示的前述結構實例中，圖13的波長選擇開關設有具有傾斜磨光的端面且該端面上類似于輸入光纖11IN涂敷了AR涂層的輸出光纖15OUT(#1)至15OUT(#M)，代替通過垂直磨光的端面形成反射器件的輸出光纖11OUT(#1)至11OUT(#M)；并且在輸出光纖15OUT(#1)至15OUT(#M)和準直鏡12之間插入與各輸出光纖15OUT(#1)至15OUT(#M)對應的隔離器(isolator)陣列21，在該隔離器陣列21中并排設置有多個小型隔離器。在位于準直鏡12側的隔離器陣列21的端面上形成用于反射部分入射光的反射部21A。對于這種隔離器陣列21所使用的小型隔離器的特定實例，可以使用由Sumitomo Metal Mining Co.，Ltd.制造的“微型表面安裝型光隔離器”。
在上述結構中，穿過與各輸出端口#1至#M對應的準直鏡12的光經(jīng)由隔離器陣列21被傳輸至各輸出光纖15OUT(#1)至15OUT(#M)；并且從準直鏡12輸入至隔離器陣列21的部分光被反射部21A反射，并返回至輸入端口側。由于隔離器陣列21截斷從各輸出光纖15OUT(#1)至15OUT(#M)傳輸向準直鏡12的光，所以，從波長選擇開關的輸出端口側看見的反射衰減特性變得符合要求。
在圖13的結構實例中，在輸出光纖15OUT(#1)至15OUT(#M)和準直鏡12之間排列有隔離器陣列21。然而，例如圖14所示，可以在準直鏡12和衍射光柵1之間設置隔離器陣列21。設置在隔離器陣列21端面附近的透鏡22使通過衍射光柵1傳輸來的光聚焦至各隔離器的輸入端面上。
此外，在圖1至圖14所示的前述各實施例中，示出了將由信道監(jiān)測器6監(jiān)測的、對應于各波長信道的光功率P(Ch1)至P(ChN)被用于反饋控制MEMS反射鏡3(Ch1)至3(ChN)。然而，本發(fā)明并不限于此。例如，還可以利用來自信道監(jiān)測器6的監(jiān)測結果來檢測從各輸出端口#1至#M輸出的光LOUT(#1)至LOUT(#M)的功率。
權利要求
1.一種光開關，該開關設有光輸入/輸出部，其中至少一個輸入端口和多個輸出端口按第一方向排列；分光部，其將從所述輸入端口射出的含有多個波長信道的波長復用光根據(jù)其波長按與所述第一方向不同的第二方向分開；多個可動反射鏡，其通過各自的角度可變的反射面來反射被所述分光部所分開的各波長信道；以及可動反射鏡驅動部，其設定各所述可動反射鏡的反射面的角度，從而被各所述可動反射鏡反射的各波長信道經(jīng)由所述分光部被插入到設定于所述多個輸出端口中的適當?shù)牟ㄩL信道的輸出地址中的輸出端口；其中設有反射部，其設置在各所述輸出端口的端面上，并反射從各所述可動反射鏡經(jīng)由所述分光部射入的部分波長信道；反射光提取部，用于從所述輸入端口獲得被所述反射部反射且返回至所述輸入端口的光；以及反射光監(jiān)測部，用于監(jiān)測被與各波長信道對應的所述反射光提取部獲得的反射光的功率。
2.根據(jù)權利要求1所述的光開關，其中所述光開關包括控制部，該控制部基于所述反射光監(jiān)測部的監(jiān)測結果，反饋控制與各波長信道對應的所述可動反射鏡的反射面的角度，使得從各所述輸出端口輸出的波長信道的功率變得接近最大值。
3.根據(jù)權利要求1所述的光開關，其中基于所述反射光監(jiān)測部的監(jiān)測結果，檢測從各所述輸出端口輸出的光功率。
4.根據(jù)權利要求1所述的光開關，其中所述光開關包括陣列波導，該陣列波導具有多個與各所述輸出端口對應的光波導，并且將各所述光波導的一端連接至設有所述輸出端口的所述反射部的端面，以及將經(jīng)由所述分光部從各所述可動反射鏡傳送來的波長信道插入各所述光波導的另一端。
5.根據(jù)權利要求4所述的光開關，其中所述光開關包括控制部，該控制部基于所述反射光監(jiān)測部的監(jiān)測結果，反饋控制與各波長信道對應的所述可動反射鏡的反射面的角度，使得從各所述輸出端口輸出的波長信道的功率變成預設水平。
6.根據(jù)權利要求4所述的光開關，其中包括輸入監(jiān)測部，其監(jiān)測輸入到所述輸入端口的波長復用光中包含的各波長信道的功率；以及控制部，其基于所述輸入監(jiān)測部和所述反射光監(jiān)測部的各自的監(jiān)測結果，反饋控制與各波長信道對應的所述可動反射鏡的反射面的角度，使得從各所述輸出端口輸出的波長信道的功率的輸入功率的相對衰減量變成預設值。
7.根據(jù)權利要求1所述的光開關，其中當所述光輸入/輸出部具有M個輸入端口和M個輸出端口，并且輸入各輸入端口的波長復用光包含N個波長信道，并且M和N是2或大于2的整數(shù)時；設有M×N個輸入側可動反射鏡，其通過角度可變的各自反射面反射由所述分光部所分開的各波長信道；M×N個輸出側可動反射鏡，其通過角度可變的各自反射面反射被所述輸入側可動反射鏡反射的各波長信道；并且所述可動反射鏡驅動部設定所述輸入側可動反射鏡和所述輸出側可動反射鏡的反射面的角度，使得依次被所述輸入側可動反射鏡和所述輸出側可動反射鏡反射的波長信道經(jīng)由所述分光部插入設定于所述多個輸出端口中的適當?shù)牟ㄩL信道的輸出地址中的輸出端口。
8.根據(jù)權利要求1所述的光開關，其中所述反射部是各所述輸出端口的、被垂直磨光的光纖的端面。
9.根據(jù)權利要求1所述的光開關，其中所述光開關設有多個光隔離器，所述光隔離器具有與所述輸出端口的端面連接的光輸出端，并且所述反射部設置在所述光隔離器的光輸入端上。
10.根據(jù)權利要求1所述的光開關，其中所述可動反射鏡是通過使用顯微機械加工技術形成的微反射鏡。
11.根據(jù)權利要求1所述的光開關，其中所述反射光提取部包括具有至少三個端口的光環(huán)形器。
12.根據(jù)權利要求1所述的光開關，其中所述反射光監(jiān)測部包括傳輸頻帶可變的濾光器，由所述反射光提取部獲得的光被輸入至該濾光器中；以及光電檢測器，其檢測所述濾光器的傳輸?shù)墓獾墓β省?br> 13.根據(jù)權利要求1所述的光開關，其中所述反射光監(jiān)測部包括解復用器，其使由所述反射光提取部獲得的光根據(jù)其波長而分開；以及多個光電檢測器，其檢測由所述解復用器分開的光的功率。
全文摘要
本發(fā)明的波長選擇開關將從光纖準直器陣列的輸入光纖射出的WDM光在衍射光柵中根據(jù)其波長分開，并且通過對應于反射鏡陣列的MEMS反射鏡反射沿不同方向行進的各波長信道。在MEMS反射鏡中，其反射面的角度被設定成與設定于待射入的波長信道的輸出地址中的輸出端口的位置相對應。對于到達目標輸出端口的各波長信道，每一個信道的一部分被輸出光纖的端面反射，反射光返回至輸入端口并經(jīng)由光環(huán)形器被送至信道監(jiān)測器，從而監(jiān)測與各波長信道對應的光功率。因此，可以提供小型、低成本的波長選擇開關，其能以良好的精確度監(jiān)測被引導至多個輸出端口的各波長信道的功率。
文檔編號G02B6/34GK1831574SQ200510084410
公開日2006年9月13日 申請日期2005年7月15日 優(yōu)先權日2005年3月7日
發(fā)明者及川陽一, 秋元和明 申請人:富士通株式會社