專利名稱：一種波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種波長選擇開關(guān)(Wavelength Selective Switch,簡稱WSS)中波長漂移的補償方法及其裝置，本發(fā)明屬于光通信領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著波分系統(tǒng)的發(fā)展，人們對系統(tǒng)的靈活性要求也越來越高，波長選擇開關(guān)具有任意端口波長任意上下的功能，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。波長選擇開關(guān)通常分布在光網(wǎng)絡(luò)的多個不同節(jié)點上，故需要在較大溫度范圍內(nèi)均能穩(wěn)定可靠地工作。而波長選擇開關(guān)中的光學(xué)元件通常采用玻璃元件，這些光學(xué)元件會隨著環(huán)境溫度的改變由于熱脹冷縮的影響導(dǎo)致光學(xué)特性發(fā)生變化，或者是由于光學(xué)元件與光學(xué)底板用膠粘接，膠連劑的熱脹冷縮使得光學(xué)元件位置變化，所有這些都會導(dǎo)致各個波長偏離原來方向，從而影響波長選擇開關(guān)中的ITU-T波長對準(zhǔn)，導(dǎo)致波長漂移。Capella公司提出了一種用MEMS微鏡或液晶陣列來實現(xiàn)波長選擇開關(guān)波長漂移補償?shù)姆椒ǎ珻apella公司提出的美國專利US2009/0028503A1，
公開日2009_1_29，該專利提出將光路偏轉(zhuǎn)元件MEMS微鏡或液晶陣列置于陣列準(zhǔn)直器后對光路進行偏折。但這種方法需要將光路偏轉(zhuǎn)元件插入到原光路中，而且若用MEMS，MEMS的封裝較復(fù)雜，而液晶陣列則存在溫控的問題，并且需要在光路中增加偏振元件，光路調(diào)試難度會增加，并會增加器件整體尺寸。JDSU公司則從機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和裝配方法上對波長選擇開關(guān)中的波長漂移進行補償，JDSU公司提出的美國專利US8036502B2，
公開日2009-12-22，該專利提出通過對光學(xué)底板的結(jié)構(gòu)進行特別設(shè)計，并據(jù)此配備相應(yīng)的減震塊，固定減震塊用于保證光路與MEMS芯片間的對準(zhǔn)位置不變，活動減震塊則用于減小光學(xué)底板和光學(xué)殼體膨脹系數(shù)不匹配引起的熱應(yīng)力，并補償由此產(chǎn)生的波長漂移。但此方法并不利于對波長漂移進行主動補償，并對模塊封裝的一致性有較高要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，解決WSS中的波長漂移問題，從而提出的一種補償裝置，以及提供一種利用該補償裝置對WSS進行波長漂移補償?shù)姆椒?。本發(fā)明技術(shù)方案實現(xiàn)的原理具體如下在波長選擇開關(guān)光路結(jié)構(gòu)中，可以采用補償裝置將入射光束到達分光元件光柵處的入射角發(fā)生角度改變，經(jīng)過分光后各個波長的衍射角也發(fā)生改變，經(jīng)聚焦透鏡后各個波長在切換衰減陣列上會沿切換衰減單元排列方向有一個平移，從而使得入射到切換衰減陣列上的各個波長相對于ITU-T波長有一個整體的偏移；或者可以不改變光柵入射角，在經(jīng)光柵分光后，通過在光路中的光路折疊反射鏡背后加上補償裝置，對各個波長的光路偏轉(zhuǎn)方向進行整體調(diào)節(jié)，使得各個波長在切換衰減陣列處的中心位置發(fā)生改變，從而產(chǎn)生相對于ITU-T波長的偏移，此時在調(diào)節(jié)各波長中心位置的同時，會在切換衰減單元排列方向引入一個角度，但由于WSS光路的波長敏感性，該角度較小，另外切換衰減單元排列方向為小光斑，對角度不敏感，因此通過在光路中的光路折疊反射鏡背后加上補償裝置而引入角度不會造成波長選擇開關(guān)光路插損變化。補償裝置引入的 WSS光路角度變化越大，各個波長在切換衰減陣列上沿切換衰減單元排列方向的平移量就越大，從而可獲得更大的波長補償量。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償方法，包括如下步驟步驟I、測波長選擇開關(guān)中波長漂移的方向以及漂移量；步驟2、采用熱伸縮量不同的旋轉(zhuǎn)梁與補償塊的組合結(jié)構(gòu)；步驟3、將組合結(jié)構(gòu)固定粘接于波長選擇開關(guān)中準(zhǔn)直透鏡陣列的一側(cè)，或者將其固定粘接于波長選擇開關(guān)中反射鏡反射面的背面，使溫度變化時的組合結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)方向同波長選擇開關(guān)中波長漂移方向相抵消，且使組合結(jié)構(gòu)的波長補償量與實際測得的波長選擇開關(guān)的波長漂移量相等。所述步驟2中組合結(jié)構(gòu)的不同熱伸縮量是通過設(shè)置包括有寬度的補償塊的結(jié)構(gòu)尺寸和在同一外部溫度下補償塊與旋轉(zhuǎn)梁不同的熱膨脹系數(shù)實現(xiàn)的。所述步驟2中組合結(jié)構(gòu)的不同熱伸縮量是通過電加熱在與旋轉(zhuǎn)梁有相同熱膨脹系數(shù)的補償塊上使二者產(chǎn)生溫度差來實現(xiàn)的。應(yīng)用上述所述方法的波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償裝置，包括有固定座、旋轉(zhuǎn)梁、補償塊，補償塊和旋轉(zhuǎn)梁固定粘接在固定座上，補償塊的熱伸縮量 >旋轉(zhuǎn)梁的熱伸縮量。所述補償塊和旋轉(zhuǎn)梁高度相同，補償塊和旋轉(zhuǎn)梁上固定粘接有旋轉(zhuǎn)臂。所述固定座呈L形,補償塊位于固定座的L內(nèi)側(cè)。所述的補償塊設(shè)置于旋轉(zhuǎn)梁一側(cè)，且補償塊的熱膨脹系數(shù) > 旋轉(zhuǎn)梁的熱膨脹系數(shù)。所述的旋轉(zhuǎn)梁和固定座為一體加工成型的組合體。所述的旋轉(zhuǎn)梁為一補償塊，其與補償塊并列、對稱固定于固定座，且旋轉(zhuǎn)梁和補償塊上均設(shè)置有電控加熱裝置。所述旋轉(zhuǎn)臂上設(shè)置有一個凸臺，該凸臺同旋轉(zhuǎn)梁、補償塊接觸。所述的旋轉(zhuǎn)梁和補償塊為金屬塊，其上的電控制裝置為加熱電阻。所述旋轉(zhuǎn)梁和補償塊為壓電陶瓷。本發(fā)明具有如下優(yōu)點
1、本發(fā)明的補償裝置可適用于各種不同類型的WSS光路，不會影響WSS本身的光路結(jié)
構(gòu)；
2、本發(fā)明的補償裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于封裝，不會增加工藝難度。


圖I、本發(fā)明的波長選擇光開關(guān)光路結(jié)構(gòu)圖2、本發(fā)明的被動式補償裝置結(jié)構(gòu)圖3、WSS光學(xué)元件、光學(xué)底板和補償裝置的粘接關(guān)系圖4、本發(fā)明針對準(zhǔn)直器陣列采用補償裝置進行補償波長漂移的光路圖；圖5、準(zhǔn)直器陣列轉(zhuǎn)角與波長偏移關(guān)系示意圖6a 圖6c、被動式補償裝置的工作狀態(tài)示意圖7、本發(fā)明的主動式補償裝置結(jié)構(gòu)圖8、進行減小力臂改進的主動式補償裝置結(jié)構(gòu)；
圖9、圖8中改進主動式補償裝置的工作力臂示意圖10、通過增加補償塊高度增加波長補償量的改進主動式補償裝置； 圖11、通過增加補償塊高度增加波長補償量的改進被動式補償裝置。其中 201 :準(zhǔn)直器陣列；202 :聚焦透鏡；203 :準(zhǔn)直透鏡；204 :分光光柵；205 :聚焦透鏡；210 :切換衰減陣列；208A :第一反射鏡；208B :第二反射鏡；301 :固定座；302 :補償塊；303 :旋轉(zhuǎn)臂；304 :旋轉(zhuǎn)梁；305A :第一電控制裝置；305B :第二電控制裝置300 :補償裝置；100、光學(xué)底板；200 =WSS光學(xué)元件； g :補償塊302與旋轉(zhuǎn)梁304的間隙；H :補償塊302的高度；b :補償塊302的寬度；a:旋轉(zhuǎn)梁304的寬度。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明所適用的波長選擇開關(guān)WSS在波長分布平面即光柵分光平面的光路結(jié)構(gòu)圖具體如圖I所示，準(zhǔn)直器陣列201、聚焦透鏡202、準(zhǔn)直透鏡203、分光光柵204、聚集透鏡 205、切換衰減陣列210依次排列，其光路過程具體如下輸入光信號經(jīng)過準(zhǔn)直器陣列201準(zhǔn)直后，經(jīng)過由聚焦透鏡202和準(zhǔn)直透鏡203所組成的擴束系統(tǒng)進行擴束，準(zhǔn)直光束經(jīng)過分光光柵204分光成依次排序的單通道光信號，經(jīng)過分光光柵204后的通道光信號由聚焦透鏡 205聚焦到切換衰減陣列210，另外，為了減小WSS模塊尺寸，可以在準(zhǔn)直透鏡203和分光光柵204中間增加第一反射鏡208A或者聚集透鏡205和衰減反射陣列210中間增加第二反射鏡208B對光路進行折疊，也可以同時增加第一反射鏡208A和第二反射鏡208B對光路進行折疊?？梢詫⒀a償裝置粘接于準(zhǔn)直器陣列201，或者將補償裝置粘接于第一反射鏡208A 或第二反射鏡208B反射面的背面。本發(fā)明補償裝置有兩種結(jié)構(gòu)，第一種是被動式的補償裝置，第二種是主動式的補償裝置。被動式的補償裝置具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括固定座301，補償塊302、旋轉(zhuǎn)臂303， 旋轉(zhuǎn)梁304，旋轉(zhuǎn)梁304和固定座301粘接固定成一體。固定座301和旋轉(zhuǎn)梁304也可以一體加工成形，此時旋轉(zhuǎn)梁304是固定座301上設(shè)置的一個凸臺。補償塊302和旋轉(zhuǎn)梁304固定粘接于固定座301上，補償塊302分布于旋轉(zhuǎn)梁304的一側(cè)，且補償塊302同旋轉(zhuǎn)梁304 的高度保持平行。當(dāng)補償塊302放置于旋轉(zhuǎn)梁304的右側(cè)，在高溫狀態(tài)下時，補償裝置的補償塊302帶動旋轉(zhuǎn)臂303為逆時針轉(zhuǎn)動，在低溫狀態(tài)時，補償裝置的補償塊302帶動旋轉(zhuǎn)臂303為順時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)補償塊302放置于旋轉(zhuǎn)梁304的左側(cè)，在高溫狀態(tài)下時，補償裝置的補償塊302帶動旋轉(zhuǎn)臂303為順時針轉(zhuǎn)動，在低溫狀態(tài)時，補償裝置的補償塊302帶動旋轉(zhuǎn)臂303為逆時針轉(zhuǎn)動。固定座301和旋轉(zhuǎn)梁304可以采用玻璃，補償塊302采用金屬，為了獲得足夠大的波長補償量，補償塊302應(yīng)該盡量選用熱膨脹系數(shù)大的金屬，例如鋁。由于玻璃材質(zhì)和金屬材質(zhì)這兩種材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致當(dāng)環(huán)境溫度變化時旋轉(zhuǎn)梁304和補償塊302的伸縮量是不一樣的。補償裝置的旋轉(zhuǎn)臂303可以與波長選擇開關(guān)WSS的準(zhǔn)直器陣列201側(cè)面平行粘接，或者旋轉(zhuǎn)臂303同第一反射鏡208A反射面的背面粘接，或者旋轉(zhuǎn)臂303同第二反射鏡208B反射面的背面粘接，補償裝置的旋轉(zhuǎn)臂303通過選擇與WSS模塊中三種元件之一進行粘接而實現(xiàn)帶動粘接元件的共同轉(zhuǎn)動，達到波長漂移補償?shù)募夹g(shù)目的。如圖3是補償裝置與光學(xué)底板100和WSS光學(xué)元件200連接關(guān)系的側(cè)視圖，此處 WSS光學(xué)元件200為準(zhǔn)直器陣列201或者第一反射鏡208A或者第二反射鏡208B，補償塊 302、旋轉(zhuǎn)梁304與固定座301用膠粘在一起，然后固定座301用膠與光學(xué)底板100粘接，旋轉(zhuǎn)臂303與WSS光學(xué)元件200粘接。該結(jié)構(gòu)的補償裝置采用旋轉(zhuǎn)臂303粘接WSS光學(xué)元件， 使補償裝置同WSS光學(xué)元件粘接面平整且固定面積增大，從而達到較好的波長漂移補償?shù)男Ч?。本發(fā)明的被動式的補償裝置結(jié)構(gòu)也可以不設(shè)置有旋轉(zhuǎn)臂303，通過將補償塊302和旋轉(zhuǎn)梁304共同粘接固定于波長選擇開關(guān)的光學(xué)元件上，該結(jié)構(gòu)的補償裝置同樣可以帶動粘接元件的共同轉(zhuǎn)動，達到波長漂移補償?shù)募夹g(shù)目的。利用本發(fā)明的補償裝置進行波長漂移補償時，可以先不放置補償塊302，測出WSS 波長漂移的方向以及漂移量。若測得高溫下WSS波長往長波方向漂移，低溫下波長往短波方向漂移，此時當(dāng)補償裝置300如圖4置于準(zhǔn)直器陣列201上方時，為了補償上述波長漂移，應(yīng)將補償塊302置于旋轉(zhuǎn)梁304的右側(cè)，使得高溫時，補償裝置300帶動準(zhǔn)直器陣列201 角度下俯，將波長往短波方向移，抵消高溫時WSS本身波長往長波方向的漂移。如果實際測到WSS模塊波長漂移方向與此相反，則需要將補償塊302放置于旋轉(zhuǎn)梁304的左側(cè)。再根據(jù)需要補償?shù)牟ㄩL漂移量調(diào)整補償塊302與旋轉(zhuǎn)梁304的間隙g，并最終將補償塊302與固定座301及旋轉(zhuǎn)臂303用膠粘接。此處，膠可以采用紫外膠，旋轉(zhuǎn)臂303與固定座301粘接時用較軟的紫外膠。補償裝置300使得準(zhǔn)直器陣列或者反射鏡發(fā)生角度偏轉(zhuǎn)的方向決定波長偏移的方向，其實現(xiàn)波長漂移補償過程具體如下如圖4所示，當(dāng)將補償裝置300粘接于準(zhǔn)直器陣列201側(cè)面，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，補償裝置300帶動準(zhǔn)直器陣列201水平轉(zhuǎn)動，而使通過準(zhǔn)直器陣列201的光路角度發(fā)生偏轉(zhuǎn)，偏轉(zhuǎn)光路再通過擴束系統(tǒng)，即通過聚焦透鏡202和準(zhǔn)直透鏡203，此時進入分光光柵的光路入射角發(fā)生變化，從而實現(xiàn)對波長漂移進行補償。結(jié)合圖5進一步說明，當(dāng)準(zhǔn)直器陣列201角度上仰時，分光光柵處的入射角變小，則衍射角會變大，即波長會往切換衰減陣列210的左邊偏移，即往長波方向偏移，反之，若當(dāng)準(zhǔn)直器陣列 201角度下俯，則波長會往短波方向偏移。故通過補償裝置300帶動WSS光學(xué)元件在波長分布平面內(nèi)上仰或下俯，即可讓波長往長波或短波方向偏移，從而補償波長選擇光開關(guān)WSS 往不同方向的波長漂移。將補償裝置放置于第一反射鏡208A或者第二反射鏡208B處，補償裝置帶動反射鏡發(fā)生水平轉(zhuǎn)動，使各波長光路方向隨之改變，從而也可以實現(xiàn)對波長漂移進行補償。準(zhǔn)直器陣列201和反射鏡208采用配置相同的補償裝置，但起到的光學(xué)效果并不是完全相同，由于擴束系統(tǒng)的聚焦透鏡202和準(zhǔn)直透鏡203對通過準(zhǔn)直器陣列201的光路角度偏轉(zhuǎn)起到縮小作用，補償裝置在反射鏡208處對波長漂移的補償效果更加明顯，并且置于反射鏡208處的波長補償量是置于準(zhǔn)直器陣列201的波長補償量的數(shù)倍，補償量倍數(shù)等于波長選擇開關(guān)中擴束系統(tǒng)的擴束比。被動式的補償裝置的工作狀態(tài)示意圖如圖6a至6c所示，圖6a為常溫時的補償裝置狀態(tài)，6b和6c分別為高溫和低溫時的補償裝置狀態(tài)。常溫時，補償塊302的高度保持不變；當(dāng)高溫時，旋轉(zhuǎn)梁304和補償塊302受熱膨脹而在高度方向均會伸長，金屬的熱膨脹系數(shù)一般比玻璃的熱膨脹系數(shù)大一個數(shù)量級，因此補償塊302的伸長量會比旋轉(zhuǎn)梁304的伸長量大。設(shè)常溫時補償塊302的高度為H，玻璃和金屬這兩種材質(zhì)的熱膨脹系數(shù)之差為 -α ,高溫與常溫兩種狀態(tài)的環(huán)境溫度差為Λ Τ，則有Λ H=HX La X ΔΤ,ΔΗ是補償塊 302、旋轉(zhuǎn)梁304受溫度影響而發(fā)生高度變化的高度差。設(shè)各個狀態(tài)下所對應(yīng)的力臂為L，旋
轉(zhuǎn)臂303的轉(zhuǎn)角力』則有
權(quán)利要求
1.一種波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償方法，其特征在于包括如下步驟步驟I、測波長選擇開關(guān)中波長漂移的方向以及漂移量；步驟2、采用熱伸縮量不同的旋轉(zhuǎn)梁(304)與補償塊(302)的組合結(jié)構(gòu)；步驟3、將組合結(jié)構(gòu)固定粘接于波長選擇開關(guān)中準(zhǔn)直透鏡陣列的一側(cè)，或者將其固定粘接于波長選擇開關(guān)中反射鏡反射面的背面，使溫度變化時的組合結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)方向同波長選擇開關(guān)中波長漂移方向相抵消，且使組合結(jié)構(gòu)的波長補償量與實際測得的波長選擇開關(guān)的波長漂移量相等。
2.如權(quán)利要求I所述的一種波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償方法，其特征在于所述步驟2中組合結(jié)構(gòu)的不同熱伸縮量是通過設(shè)置包括有寬度的補償塊(302)的結(jié)構(gòu)尺寸和在同一外部溫度下補償塊與旋轉(zhuǎn)梁不同的熱膨脹系數(shù)實現(xiàn)的。
3.如權(quán)利要求I所述的一種波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償方法，其特征在于所述步驟2中組合結(jié)構(gòu)的不同熱伸縮量是通過電加熱在與旋轉(zhuǎn)梁有相同熱膨脹系數(shù)的補償塊上使二者產(chǎn)生溫度差來實現(xiàn)的。
4.一種實現(xiàn)權(quán)利要求I所述方法的波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償裝置，其特征在于包括有固定座(301)、旋轉(zhuǎn)梁(304)、補償塊(302)，補償塊(302)和旋轉(zhuǎn)梁(304)固定粘接在固定座(301)上，補償塊(302)的熱伸縮量>旋轉(zhuǎn)梁(304)的熱伸縮量。
5.如權(quán)利要求4所述的波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償裝置，其特征在于所述補償塊(302 )和旋轉(zhuǎn)梁(304 )高度相同，補償塊(302 )和旋轉(zhuǎn)梁(304 )上固定粘接有旋轉(zhuǎn)臂(303)。
6.如權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償裝置，其特征在于所述固定座(301)呈L形，補償塊(302)位于固定座(301)的L內(nèi)側(cè)。
7.如權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償裝置，其特征在于所述的補償塊(302)設(shè)置于旋轉(zhuǎn)梁(304)—側(cè)，且補償塊(302)的熱膨脹系數(shù)>旋轉(zhuǎn)梁 (304)的熱膨脹系數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)梁(304)和固定座(301)為一體加工成型的組合體。
9.如權(quán)利要求4或權(quán)利要求5所述的波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)梁(304)為一補償塊，其與補償塊(302)并列、對稱固定于固定座(301)，且旋轉(zhuǎn)梁(304)和補償塊(302)上均設(shè)置有電控加熱裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)臂(303)上設(shè)置有一個凸臺，該凸臺同旋轉(zhuǎn)梁(304)、補償塊(302)接觸。
11.如權(quán)利要求9所述的波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償裝置，其特征在于所述的旋轉(zhuǎn)梁(304)和補償塊(302)為金屬塊，其上的電控制裝置為加熱電阻。
12.如權(quán)利要求9所述的波長選擇開關(guān)中波長漂移的補償裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)梁(304)和補償塊(302)為壓電陶瓷。
全文摘要
本發(fā)明提供一種波長選擇開關(guān)(WSS)中波長漂移的補償方法及其裝置。其方法是采用熱伸縮量不同的旋轉(zhuǎn)梁與補償塊的組合結(jié)構(gòu)，利用旋轉(zhuǎn)梁和補償塊在同一外部溫度條件下產(chǎn)生不同的伸縮量，使組合結(jié)構(gòu)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，進而帶動WSS光學(xué)元件轉(zhuǎn)動，達到補償波長選擇開關(guān)的波長漂移；其裝置包括有固定座、熱伸縮量不同的旋轉(zhuǎn)梁和補償塊，補償塊和旋轉(zhuǎn)梁固定粘接在固定座上。本發(fā)明具有方法安全可靠，裝置結(jié)構(gòu)簡單、便于封裝，可適用于各種不同類型的WSS光路，不會影響WSS本身的光路結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。
文檔編號G02B6/293GK102608712SQ20111042839
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者唐麗紅, 孫莉萍, 宋麗丹, 楊柳, 楊睿, 王猛, 袁志林, 郭金平, 陳定康, 馬雨虹 申請人:武漢光迅科技股份有限公司