专利名称：波长选择开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种波长选择开关，该开关能从施加于输入端口的波分复用(WDM)光中选择期望的波长信道，并将该信道输出至目标输出端口。具体地，本发明涉及一种具有监测从多个输出端口输出的光功率作用的波长选择开关。
背景技术：
近来，带宽大约为几兆字节/秒至100兆字节/秒的高速接入网(例如FTTH(光纤到户)、ADSL(非对称数字用户线路)等)的快速发展产生了能够接受宽频带网络服务的环境。为了解决在这种情况下通信需求增加的问题，现在在骨干网络(核心网络)中构建了采用波分复用技术的海量光通信系统。
在上述核心网络和用户直接访问的城域网络之间的连接处，所担心的是由于电气开关容量的限制而产生频带瓶颈。因此，在已经产生带通瓶颈的都市区域内设置新的光交换节点，并构建用于在光域内使核心网络和城域网络之间进行直接连接的新的光子网络体系，而没有电气开关的介入。因此，需要对此进行努力研究和开发，以实现这样的目的。
采用一种光开关模块作为用于连接核心网络和城域网络的节点，该光开关模块例如是公知的波长选择开关(WSS)(例如参见美国专利No.6549699、日本特开平No.2000-347065和日本特开平No.2001-330865)。
图15是表示传统波长选择开关的结构示例的立体图。
在图15中，波长选择开关100包括光纤准直器阵列110、衍射光栅101、透镜102、反射镜阵列103、和1/4波片104。光纤准直器阵列110具有沿一个方向并排放置的N(N≥3)个光纤准直器，并构成一个输入端口110-1和多个输出端口110-2至110-N。当从输入端口110-1出射的WDM光根据它们的波长而沿着不同角度的方向被衍射光栅101分离之后，各波长的光(以下被称为波长信道)通过透镜102聚焦在不同的位置上。在波长信道聚焦的位置，放置反射镜阵列103，该阵列具有多个与信道数量相对应的MEMS反射镜。该MEMS反射镜是利用显微机械加工(微电子机械系统MEMS)技术形成的微反射镜，且其各反射面的角度可根据驱动信号而受到控制。到达反射镜阵列103的各波长信道被相应的MEMS反射镜反射，并根据各自的反射面的角度沿一方向返回。此时，由各MEMS反射镜返回的波长信道通过被控制在与任何一个输出端口的位置(其被设定在要进入的波长信道的输出地址)相对应的预定角度，依次穿过透镜102、1/4波片104和衍射光栅101，并被引导至各自的目标输出端口。
图16是表示传统的波长选择开关的另一结构示例的立体图。波长选择开关100’与图15所示的结构示例的不同之处在于采用了透射型衍射光栅101’。其它的结构与图15的实例相同。
相对于在输入WDM光内包含的多个波长信道，上述传统的波长选择开关100和100’具有波长选择功能，从而，通过控制反射镜阵列103上的各MEMS反射镜的反射面角度，能选择期望的波长信道，并将该期望的波长信道引导至目标输出端口。此外，通过颠倒输入和输出之间的关系，还可以将施加于多个输入端口的含有不同波长信道的WDM光引导至一个输出端口。
关于上述传统的波长选择开关，重要的是反射镜阵列上的各MEMS反射镜的反射面被控制为预定角度。因此，提出了例如图17所示的结构，其中在波长选择开关的各输出光纤中设置光分支器(optical tap)120，以使部分输出光分支。然后，从各光分支器分支出来的光被送至光谱监测器121，以监测各波长信道的功率；并基于监测结果，根据从处理单元122输出的控制信号，反馈控制反射镜阵列上的相应MEMS反射镜的反射面角度(例如参见美国专利No.6549699)。
然而，在图17的实例中所示的传统的波长选择开关的输出光的监测结构中，必须为多个输出光纤中的每个光纤设置单独的光分支器。因此，存在模块尺寸由于光学部件数量的增多而增大、以及成本增加的问题。
例如图18所示，在传统的波长选择开关中用于监测输出光的另一结构中，还可以在波长选择开关中的反射镜阵列和各输出端口之间的光路上设置光分路器130，例如棱镜等；PD(光电检测器)阵列131接收由光分路器分支出来的光，并监测引导至各输出端口的光功率。然而，在这个结构中，由于通过PD阵列监测的光功率中不含有诸如在穿过光分路器后的光学部件的光轴偏移的影响，所以，物理地引导至各输出端口的光的功率和在PD阵列中的监测的功率可能不匹配。
发明内容
本发明考虑到上述问题，其目的在于提供一种小型、低成本的波长选择开关，其能非常精确地监测被引导至多个输出端口的各波长信道的功率。
为实现上述目的，本发明的波长选择开关设有光输入/输出部，其中至少一个输入端口和多个输出端口按第一方向排列；分光部，其将从所述输入端口射出的含有多个波长信道的波长复用光根据其波长按与所述第一方向不同的第二方向分开；多个可动反射镜，其通过各自的角度可变的反射面反射被所述分光部所分开的各波长信道；以及可动反射镜驱动部，其设定各可动反射镜的反射面的角度，从而被各可动反射镜反射的各波长信道经由所述分光部被插入到设定于所述多个输出端口之中的适当波长信道的输出地址中的输出端口。此外，该波长选择开关设有反射部，其设置在各所述输出端口的端面上，并反射从各所述可动反射镜经由所述分光部射入的部分波长信道；反射光提取部，用于从所述输入端口获得由所述反射部反射且返回至所述输入端口的光；以及反射光监测部，用于监测由与各波长信道对应的所述反射光提取部所获得的反射光的功率。
在具有这种结构的波长选择开关中，从光输入/输出部的输入端口射出的WDM光被分光部分成为单独的波长信道，并且沿不同方向行进的波长信道被相应的可动反射镜反射。各可动反射镜的反射面角度被设定为与待射入的波长信道的输出地址中所设定的输出端口的位置相对应，并且被反射面反射的波长信道经由分光部被引导至输出地址中的输出端口。到达目标输出端口的各波长信道的部分被设置在输出端口端面上的反射部反射，并且反射光沿着与先前的光路相反的方向向下行进，并返回至输入端口。返回至输入端口的反射光经由反射光提取部被传输至反射光监测部，并且监测与各波长信道对应的光功率。
根据如上所述的本发明的波长选择开关，对于从输入端口离开并被引导至目标输出端口的各波长信道，可以利用简单的结构，以良好的精确度监测其连接状态，直至各波长信道被射入输出端口端面。因此，可以提供具有输出监测功能的小型、低成本的波长选择开关。
结合附图，从下面对实施例的描述可清楚地了解本发明的其它目的、特征和优点。
图1是表示根据本发明的波长选择开关的实施例的结构的示意图；图2是表示本实施例中使用的输入光纤和输出光纤的特定结构实例的示意图；图3是表示本实施例中的信道监测器的特定结构实例的示意图；图4是表示本实施例中的信道监测器的另一特定结构实例的示意图；图5是用于解释本实施例中的反馈控制的示意图；图6是表示MEMS反射镜驱动电压和反射光功率之间的关系实例的示意图；图7是表示根据本发明的波长选择开关的另一实施例的结构的示意图；图8是用于解释在本实施例中作为VOA的波长选择开关的工作的示意图；图9是用于解释与本实施例相关的另一VOA工作的示意图；图10是表示与图9的VOA工作相对应的、波长选择开关的修改实例的示意图；图11是表示根据本发明的波长选择开关的另一实施例的结构的示意图；图12是表示图11的波长选择开关的光学系统的布置的立体图；图13是表示图1所示的波长选择开关的修改实例的示意图；图14是表示与图13的波长选择开关相关的另一结构实例的示意图；图15是表示传统波长选择开关的结构实例的立体图；图16是表示传统波长选择开关的另一结构实例的立体图；图17是表示传统波长选择开关的输出监测器的结构实例的示意图；图18是表示传统波长选择开关的输出监测器的另一结构实例的示意图。
具体实施例方式
下面将参考附图描述实现本发明的最佳实施方式。在所有附图中，相同的附图标记代表相同或等同的部件。
图1是表示根据本发明的波长选择开关的实施例的结构的示意图。
在图1中，本实施例的波长选择开关包括例如用作光输入/输出部的光纤准直器阵列10；用作分光部的衍射光栅1；聚光透镜2；反射镜阵列3，其中排列有MEMS反射镜(其是多个可动反射镜)；用作可动反射镜驱动部的MEMS反射镜驱动电路4；用作反射光提取部的光环形器5；用作反射光监测部的信道监测器6；以及用作控制单元的控制电路7。该波长选择开关的光学系统的三维结构例如与上述图16所示的传统情况相同。
光纤准直器阵列10具有一个输入光纤11IN、M个输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)、和M+1个准直镜12，其中一个准直镜对应一个光纤。输入光纤11IN和输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)沿相同的方向(如图1下右方所示的直角坐标系统中的Y轴方向)并排设置。
光环形器5与输入光纤11IN的一端连接；并且包含波长信道Ch1至ChN(N个相互具有不同波长的光信号的信道)的WDM光LIN经由光环形器5输入至输入光纤11IN的这一端。输入光纤11IN的另一端具有下述典型的结构例如图2上部所示的倾斜磨光的套管(ferrule)端面，并且在端面上涂敷AR(抗反射)涂层，以防止光在光纤端面处反射。这里，套管端面的倾斜角度是6-8度。
已经按照需要选择了WDM光LIN的波长信道Ch1至ChN的、且被包括衍射光栅1、聚光透镜2和反射镜阵列3的光学系统分开的各束光，经由相应的准直镜12射入各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)。各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)的光射入端的结构是这样的如图2的底部实例所示，套管端面被垂直磨光，并且该端面上没有涂敷AR涂层，从而，从上述光学系统经由准直镜12射入的部分光在光纤端面处反射并返回至原光路。在上述有垂直磨光而没有AR涂层的结构的情况下，各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)的端面的反射率大约是4％(-14dB)。在下面的描述中，通过各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)的端面传输来的光是输出光LOUT(#1)至LOUT(#M)，被反射的光是反射光LR(#1)至LR(#M)。括号里的符号#1至#M表示该波长选择开关的输出端口号码。
衍射光栅1是传输型衍射光栅，用于使从输入光纤11IN输出的、且通过准直镜12变成平行光的WDM光LIN中包含的波长信道Ch1至ChN根据它们的波长，沿着与光纤准直器阵列10的排列方向(Y轴方向)不同的方向(X轴方向)分离。在本实施例中，所描述的结构的实例中采用了传输型衍射光栅1。然而，还可以使用如图15所示的反射型衍射光栅。
聚光透镜2是用于将通过衍射光栅1传输的、沿X轴方向分离的各波长信道Ch1至ChN聚焦至反射镜阵列3中相应的MEMS反射镜上的典型透镜。
反射镜阵列3具有按照下述方式排列的N个MEMS反射镜3(Ch1)至3(ChN)各反射面位于通过聚光透镜2(参见图16)传输来的各波长信道Ch1至ChN的焦点处。MEMS反射镜3(Ch1)至3(ChN)是通过显微机械加工(微电子机械系统MEMS)技术形成的微反射镜，其结构是这样的反射面的角度能根据从MEMS反射镜驱动电路4输出的驱动电压V(Ch1)至V(ChN)自由地控制。这里，各MEMS反射镜3(Ch1)至3(ChN)的反射面被控制为与任一输出端口#1至#M的位置对应的预定角度，正如在待射入的波长信道Ch1至ChN的输出地址中所设定的。因此，由各自的MEMS反射镜3(Ch1)至3(ChN)反射的波长信道Ch1至ChN依次穿过聚光透镜2和衍射光栅1，并分别被引导至目标输出端口#1至#M。图1示出了引导至输出端口#3的波长信道路径，作为被引导至输出端口的波长信道路径的实例。除了被输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)的垂直端面(参见图2的底部)反射的反射光LR(#1)至LR(#M)以外，被引导至各自的目标输出端口#1至#M的波长信道Ch1至ChN从各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)输出，作为波长选择开关的输出光LOUT(#1)至LOUT(#M)。反射光LR(#1)至LR(#M)沿着其被传输通过的光路，在相反的方向上行进并由此结合；包括与各波长信道Ch1至ChN对应的分量的反射光LR返回至输入端口(输入光纤11IN)。
在此，光环形器5具有三个端口，其沿着一个方向将输入至第一端口的WDM光LIN传输至与输入光纤11IN连接的第二端口，并沿着另一方向将从输入光纤11IN返回至第二端口的反射光LR传输至与信道监测器6连接的第三端口。
信道监测器6测量从光环形器5的第三端口输出的反射光LR中包含的、与各波长信道Ch1至ChN相对应的分量的功率P(Ch1)至P(ChN)，并将表示测量结果的信号输出至控制电路7。
图3和图4是表示信道监测器6的特定结构实例的示意图。然而，这并不意味着用于本发明的信道监测器仅限于这些结构实例。
在图3的结构实例中，来自光环形器5的反射光LR输入至传输频带(transmission band)可变的可调滤波器6A，并且提取与反射光LR中包含的各波长信道对应的任一光LR(Ch1)至LR(ChN)，由光电检测器(PD)6B测量其光功率。这里，通过对应于各波长信道分时转换可调滤波器6A的传输波长，由光电检测器6B检测与反射光LR中包含的所有波长信道相应的光的功率。
此外，在图4的结构实例中，来自光环形器5的反射光LR被输入解复用器(demultiplexer)6C，并根据其波长被分开。从解复用器6C的各输出端口输出的对应各波长信道的光LR(Ch1)至LR(ChN)被对应设置的光电检测器(PD)6D1至6DN接收，并且其各自的功率被检测。
控制电路7基于信道监测器6监测的光功率P(Ch1)至P(ChN)产生信号CONT，其用于反馈控制与反射镜阵列3上的各波长信道对应的MEMS反射镜3(Ch1)至3(ChN)的反射面角度，使得各功率达到最大，并将该信号CONT输出至MEMS反射镜驱动电路4。MEMS反射镜驱动电路4根据来自控制电路7的控制信号CONT优化施加于各MEMS反射镜3(Ch1)至3(ChN)的驱动电压V(Ch1)。
在具有上述结构的波长选择开关中，通过使用如图2底部所示的结构作为构成输出端口#1至#M的各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)的端面，形成反射器件，并且在各输出端面处反射的光LR(#1)至LR(#N)反向行进穿过该光学系统，并共同返回至一个输入端口。然后，位于输入部中的光环形器5使返回至输入端口的光LR分开；由信道监测器6监测与各波长信道Ch1至ChN对应的光的功率P(Ch1)至P(ChN)；并且基于监测结果对各MEMS反射镜3(Ch1)至3(ChN)进行反馈控制。
具体而言，例如图5所示，在设定输出地址时，其中输入WDM光LIN的波长信道Ch1至ChN中的波长信道Ch1至Ch4从输出端口#1输出，且波长信道Ch5至Ch8从输出端口#2输出，在由信道监测器6监测的、与各波长信道Ch1至Ch8对应的反射光的功率如图5顶部所示的情况下，控制电路7判定与各波长信道Ch2至Ch4和Ch6至Ch8对应的各MEMS反射镜的反射面的角度，使其偏离其最佳值，并且对相应的MEMS反射镜进行反馈控制，使得各反射光功率的监测值达到其如图5下部所示的最大值。反馈控制的目的是在MEMS反射镜的驱动电压V(Ch1)至V(ChN)和各反射光功率P(Ch1)至P(ChN)根据例如图6所示的关系变化的情况下，利用反射光功率达到最大值时的电压VTARGET作为控制目标来优化驱动电压。
根据如上所述的本实施例的波长选择开关，对于被引导至目标输出端口#1至#M的各波长信道Ch1至ChN，可以利用简单的结构以良好的精确度监测它们的连接状态，直到它们到达各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)的端面。因此，甚至在反射镜阵列3的各MEMS反射镜3(Ch1)至3(ChN)的驱动特性由于周围环境的变化、老化等原因而发生变化时，通过利用监测结果反馈控制各MEMS反射镜，可以从输入WDM光LIN中选择期望的波长信道，并将其以最佳连接状态引导至目标输出端口。此外，在本实施例的波长选择开关中，与如图17所示在多个输出端口中的每个端口设置分支器(tap)的传统结构相比，通过简单地在一个输入端口中放置光环形器，可以获得与各输出端口#1至#M对应的所有反射光LR(#1)至LR(#M)作为监测光。因此，可以实现光学部件数量的减少和低成本。
下面描述根据本发明的波长选择开关的另一实施例。这里，所示的应用实例适用于采用波长选择开关作为与WDM光对应的可变光衰减器(VOA)的情况。
图7是根据另一实施例的波长选择开关的结构的示意图。
在图7中，为了使波长选择开关适于用作可变光衰减器，本实施例的波长选择开关设有模块13，其用于确保图1所示的结构中的各输入光纤11IN和输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)的套管处于预定位置；以及阵列波导14，其设置在模块13和准直镜12之间，其中对应于输入光纤11IN和各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)形成有光导波路。除了上述之外的结构与图1所示的情况相同，因此省略其描述。
通过预先以预定的间隔形成例如平行的V槽，并在V槽中铺设输入光纤11IN和各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)的套管，使得模块13形成了沿单一方向(Y轴方向)排列的输入/输出光纤阵列。此时，各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)的垂直磨光的套管端面(参见图2的底部)并排地置于模块13的一个侧面(图7中的右侧面)；并且阵列波导14置于与模块13的该侧面相接触的位置。图7所示的模块13的交叉阴影部分是各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)的套管端面，即，示意性地表示了对应反射器件的位置。
在阵列波导14中，与输入光纤11IN和各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)对应的各光导波路的一个端面连接至位于模块13的一个侧面的输入/输出光纤其中之一的对应端面。准直镜12位于接近各光导波路的另一端面的位置；并且在输入光纤11IN、输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)和各准直镜12之间输入和输出的光经由阵列波导14中相应的光导波路传送。
这里简单描述作为可变光衰减器的波长选择开关的操作。
例如，考虑下述情况，如图8的左侧所示，具有平顶(flat)波长特性(各波长信道Ch1、Ch2等的功率相同)的WDM光LIN被输入至波长选择开关；并且如图8的右侧所示，从波长选择开关的输出端口#1输出的光LOUT(#1)具有波长信道Ch1至ChN的功率根据其波长逐渐降低的波长特性；以及，从输出端口#2输出的光LOUT(#2)具有奇数波长信道和偶数波长信道之间功率不同的波长特性。在这种情况下，对于输入WDM光LIN中包含的波长信道Ch1、Ch5和Ch7，各相应的MEMS反射镜3(Ch1)、3(Ch5)、3(Ch7)的反射面的角度被优化，使得被反射镜阵列3反射且与目标输出光纤11(#1)和11(#2)的芯部(core)耦接的光功率达到最大。另一方面，对于其它波长信道Ch2至Ch4、Ch6和Ch8，基于波长信道Ch1、Ch5和Ch7的功率的衰减量，通过使各相应的MEMS反射镜3(Ch2)至3(Ch4)、3(Ch6)和3(Ch8)的反射面的角度偏离其最佳值，使得与目标输出光纤11(#1)和11(#2)的芯部耦接的光功率衰减。因此，可以使从各输出端口#1和#2输出的光LOUT(#1)和LOUT(#2)具有期望的波长特性。因此，对于各WDM光LIN的波长信道，波长选择开关起到可变光衰减器的作用。
如上所述，对于用作可变光衰减器的波长选择开关，在应用图1所示的本发明的结构的情况下(即在该结构中通过使MEMS反射镜的反射面的角度偏离其最佳值，穿过准直镜12被引导至各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)的部分光被各输出光纤端面反射，并且在输入侧监测被反射且返回的光)，由于在输出光纤端面上到达芯部外侧的包层的光(损失分量没有在芯部内耦接)被各自的光纤端面反射且返回至输入侧，所以难以精确地在输入侧监测从各输出端口输出的光LOUT(#1)至LOUT(#M)的功率。
因此，在本实施例中，通过在准直器12和利用模块13排列的各输入/输出光纤的端面之间插入阵列波导14，使得只有连接至阵列波导14的各光导波路的光被引导至各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)，且其部分被反射且返回至输入侧。也就是说，通过改变MEMS反射镜的角度而产生的损失分量到达阵列波导14中的光导波路的端面外，但没有到达作为反射器件的输出光纤的端面。从而，可以精确地在输入侧监测从各输出端口输出的光LOUT(#1)至LOUT(#M)的功率。
根据如上所述的本实施例，与图1所示的前述实施例的情况类似，对于用作与WDM光相关联的可变光衰减器的波长选择开关，也可以利用简单的结构精确地监测从各输出端口#1至#M输出的光LOUT(#1)至LOUT(#M)的功率。也就是说，通过将本发明的监测结构应用至波长选择开关用作为可变光衰减器的情况，可以精确地监测与各波长信道相关联的光衰减量。此外，通过基于监测结果来反馈控制各MEMS反射镜3(Ch1)至3(ChN)的反射面的角度，可以确保将功率调节至预定水平的波长信道引导至目标输出端口。
在上述实施例中，描述了输入具有平顶波长特性的WDM光LIN的情况，并且波长选择开关作为可变光衰减器，使得输出至目标输出端口的各波长信道Ch1至ChN的功率的绝对值达到了期望水平。然而，与此相同，本发明的结构在输入至波长选择开关的WDM光LIN不具有平顶波长特性的情况同样有效，例如图9左侧所示；通过调节被引导至目标输出端口的各波长信道的相对功率，波长选择开关用作可变光衰减器，从而为从各输出端口输出的WDM光LOUT(#1)至LOUT(#M)获得了如图9右侧所示的期望的波长特性。图10是表示与上述情况对应的波长选择开关的修改实例的示意图。
在如图10所示的波长选择开关中，具有四个端口的光环形器5’与输入光纤11IN连接，使得输入WDM光LIN的波长特性也能被监测，并且根据各波长信道Ch1至ChN的输入功率和其相对的输出功率之间的关系，反馈控制各MEMS反射镜3(Ch1)至3(ChN)的反射面的角度。
具体而言，输入至光环形器5’的第一端口的WDM光LIN从第二端口输出，其一部分被分支为输入监测光且被传输至作为输入监测部的信道监测器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从第三端口射向输入光纤11IN且被传输至与图7所示的实施例的情况类似的波长选择开关的光学系统。然后，其被各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)的端面反射，并且返回至输入光纤11IN的反射光LR从光环形器5’的第三端口传输至第四端口，并且照射至位于输出侧的信道监测器6。基于由位于输入侧的信道监测器8监测的各波长信道Ch1至ChN的输入功率PIN(Ch1)至PIN(ChN)、和由位于输出侧的信道监测器6监测的与各波长信道Ch1至ChN对应的光功率POUT(Ch1)至POUT(ChN)，控制电路7向MEMS反射镜驱动电路4输出用于反馈控制与各波长信道对应的MEMS反射镜3(Ch1)至3(ChN)的反射面的角度的信号CONT，使得从各输出端口输出的WDM光LOUT(#1)至LOUT(#M)具有期望的波长特性。
下面描述根据本发明的波长选择开关的另一实施例。这里，示出了本发明应用于具有多个输入端口和多个输出端口的波长选择开关的实例。
图11是表示根据另一实施例的波长选择开关结构的示意图。此外，图12是表示图11的波长选择开关的光学系统的布置的立体图。
在图11和图12中，该波长选择开关设有光纤准直器阵列10’，其中例如M个(这里M＝4)输入光纤11IN(#1)至11IN(#4)和M个(这里M＝4)输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#4)沿一个方向(Y轴方向)并排排列；以及准直镜12，其设置为与各光纤相对应。此外，输入侧反射镜阵列3IN和输出侧反射镜阵列3OUT排列成与多个输入光纤相关联。而且，对应于光纤准直器阵列10’的各输入光纤11IN(#1)至11IN(#4)，设置有四个光环形器5(#1)至5(#4)和四个信道监测器6(#1)至6(#4)。这里，除了上述的光纤准直器阵列10’、输入侧反射镜阵列3IN、输出侧反射镜阵列3OUT、光环形器5(#1)至5(#4)和信道监测器6(#1)至6(#4)之外的结构与图1所示的前述结构相同。因此，这里省略了其描述。此外，在本实施例中，描述了4×4(四个输入、四个输出)个波长选择开关的一个实例。然而，本发明并不限于此，且可以按照需要设定输入和输出端口的数量。
光纤准直器阵列10’的各输入光纤11IN(#1)至11IN(#4)具有下述典型的结构套管端面被倾斜磨光，其类似于图2的上部所示的前述结构实例；且在端面上涂敷AR涂层，从而防止光在光纤端面处反射。此外，各输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#4)具有下述结构套管端面被垂直地磨光，其类似于图2的底部所示的前述结构实例；且在端面上没有涂敷AR涂层，从而经由准直镜12引导的光的一部分在光纤端面处反射并返回至原光路。
从各输入光纤11IN(#1)至11IN(#4)输出的WDM光LIN(#1)至LIN(#4)经由准直镜12被传输至衍射光栅1，并被分成包含在每一个中的波长信道Ch1(#1)至ChN(#1)、Ch1(#2)至ChN(#2)、Ch1(#3)至ChN(#3)、Ch1(#4)至ChN(#4)，然后各波长信道Ch1(#1)至ChN(#4)通过聚光透镜2聚焦且被传输至输入侧反射镜阵列3IN。
输入侧反射镜阵列3IN具有4×N个MEMS反射镜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)，这些反射镜排列成使得反射面位于穿过聚光透镜2的各波长信道Ch1(#1)至ChN(#4)的聚焦位置(参见图12)。这里，输入侧反射镜阵列3IN位于相对于Z轴方向45°角的位置。各MEMS反射镜3IN(#1，Ch1)至3IN(#4，ChN)具有下述结构反射面的角度能根据从MEMS反射镜驱动电路4输出的驱动电压VIN(#1，Ch1)至VIN(#4，ChN)自由地控制。这里，各MEMS反射镜3IN(#1，Ch1)至3IN(#4，ChN)的反射面的角度被控制成与输出侧反射镜阵列3OUT的MEMS反射镜的位置一致，对应于待射入的波长信道Ch1(#1)至ChN(#4)的输出地址中设定的输出端口中的任一端口。
输出侧反射镜阵列3IN排列成相对于Z轴方向成45°角，且具有4×N个MEMS反射镜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)，用于使被输入侧反射镜阵列3IN反射的各波长信道Ch1(#1)至ChN(#4)行进的方向朝目标输出端口反转(参见图12)。各MEMS反射镜3OUT(#1，Ch1)至3OUT(#4，ChN)的反射面的角度能根据从MEMS反射镜驱动电路4输出的驱动电压VOUT(#1，Ch1)至VOUT(#4，ChN)控制。
各光环形器5(#1)至5(#4)具有三个类似于图1所示的前述光环形器5的端口，并将输入第一端口的WDM光LIN(#1)至LIN(#4)沿一个方向传输至与各输入光纤11IN(#1)至11IN(#4)连接的第二端口，以及将从各输入光纤11IN(#1)至11IN(#4)返回至第二端口的反射光LR沿一个方向传输至与各信道监测器6(#1)至6(#4)连接的第三端口。
信道监测器6(#1)至6(#4)测量与从各光环形器5的第三端口输出的反射光LR中包含的各波长信道Ch1至ChN对应的光学元件的功率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)，并将表示测量结果的信号输出至控制电路7。对于各信道监测器6(#1)至6(#4)的特定实例，可以应用如图3或图4所示的结构。
基于由各信道监测器6(#1)至6(#4)监测的反射光的功率P#1(Ch1)至P#4(ChN)，控制电路7产生信号CONT，其用于控制与输入侧反射镜阵列3IN对应的MEMS反射镜3IN(#1，Ch1)至3IN(#4，ChN)的反射面的角度、以及与输出侧反射镜阵列3OUT对应的MEMS反射镜3OUT(#1，Ch1)至3OUT(#4，ChN)的反射面的角度，使得各功率达到最大。根据来自控制电路7的控制信号CONT，MEMS反射镜驱动电路4优化应用至输入侧MEMS反射镜3IN(#1，Ch1)至3IN(#4，ChN)的驱动电压VIN(#1，Ch1)至VIN(#4，ChN)、以及应用至输出侧MEMS反射镜3OUT(#1，Ch1)至3OUT(#4，ChN)的驱动电压VOUT(#1，Ch1)至VOUT(#4，ChN)。
这里，利用特定的实例，详细描述本实施例中的控制电路7对各MEMS反射镜的反馈控制。
例如，如图11所示的通过光学系统传输的光的路径的实例，假设下述情况对于从输入光纤11IN(#2)输出的WDM光LIN(#2)，波长信道ChN(#2)的输出地址被设定为输出光纤11OUT(#3)(对应于实线所示的路径)；并且对于从输入光纤11IN(#4)输出的WDM光LIN(#4)，波长信道ChN(#4)的输出地址被设定为输出光纤11OUT(#1)(对应于虚线所示的路径)。在这种情况下，WDM光LIN(#2)的波长信道ChN(2)通过依次被输入侧MEMS反射镜3IN(#2，ChN)和输出侧MEMS反射镜3OUT(#3，ChN)反射，而被引导至目标输出光纤11OUT(#3)，这些反射镜的反射面的角度根据输出地址的设置而被设定成预定初始值。此外，与此类似，WDM光LIN(#4)的波长信道ChN(#4)依次被输入侧MEMS反射镜3IN(#4，ChN)和输出侧MEMS反射镜3OUT(#1，ChN)反射，并被引导至目标输出光纤11OUT(#1)。
到达输出光纤11OUT(#3)的波长信道ChN(#2)的部分被输出光纤端面反射，并且反射光LR(#3，ChN)返回至输入侧。反射光LR(#3，ChN)从光环形器5(#2)传输至信道监测器6(#2)，并且监测其功率P#2(ChN)。此外，到达输出光纤11OUT(#1)的波长信道ChN(#4)的部分类似地被输出光纤端面反射，并且反射光LR(#1，ChN)返回至输入侧。反射光LR(#1，ChN)从光环形器5(#4)传输至信道监测器6(#4)，并且监测其功率P#4(ChN)。
在从各信道监测器6(#2)和6(#4)接收监测结果的控制电路7中，通过参考波长信道ChN(#2)的输出地址的设置信息，在输入侧和输出侧限定了相应的MEMS反射镜3IN(#2，ChN)和3OUT(#3，ChN)，并且反馈控制各反射面的角度，使得来自信道监测器6(#2)的被监测值P#2(ChN)达到最大。此外，通过参考波长信道ChN(#4)的输出地址的设置信息，在输入侧和输出侧限定了相应的MEMS反射镜3IN(#4，ChN)和3OUT(#1，ChN)，并且反馈控制各反射面的角度，使得来自信道监测器6(#4)的被监测值P#4(ChN)达到最大。
根据上述实施例，也与4×4个波长选择开关相关，对于从各输入光纤11IN(#1)至11IN(#4)输出的WDM光LIN(#1)至LIN(#4)中包含的各波长信道ChN(#1)至ChN(#4)，可以利用简单的结构以良好的精确度监测其连接状态，直到它们到达目标输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#4)的端面。因此，通过基于监测结果反馈控制在输入侧和输出侧的相应的MEMS反射镜的反射面的角度，可以从施加到各输入端口的WDM光LIN(#1)至LIN(#4)中选择期望的波长信道，并以最佳连接状态将其引导至目标输出端口。
在上述实施例中，示出了光学系统的实例，其中输入侧反射镜阵列3IN和输出侧反射镜阵列3OUT对称排列，相对于Z轴方向倾斜±45°角。然而，本发明能应用的、具有多个输入/输出端口的波长选择开关的光学系统结构并不限于上述实例。此外，类似于图7和图10所示的情况，通过利用该实施例的结构，也可以处理将具有多个输入/输出端口的波长选择开关用作可变光衰减器的情况。
下面描述与图1至图12所示的各实施例相关的修改实例。
在根据各实施例的波长选择开关中，由于结构是这样的射入多个输出光纤的光的部分被各自的光纤端面反射并返回至输入侧，所以，从波长选择开关的输出端口侧看见的反射衰减特性由于在输出光纤端面反射而劣化，这有时也是问题。在这种情况下，例如通过应用如图13所示的结构，可以防止反射衰减特性的劣化。
具体而言，例如在图1所示的前述结构实例中，图13的波长选择开关设有具有倾斜磨光的端面且该端面上类似于输入光纤11IN涂敷了AR涂层的输出光纤15OUT(#1)至15OUT(#M)，代替通过垂直磨光的端面形成反射器件的输出光纤11OUT(#1)至11OUT(#M)；并且在输出光纤15OUT(#1)至15OUT(#M)和准直镜12之间插入与各输出光纤15OUT(#1)至15OUT(#M)对应的隔离器(isolator)阵列21，在该隔离器阵列21中并排设置有多个小型隔离器。在位于准直镜12侧的隔离器阵列21的端面上形成用于反射部分入射光的反射部21A。对于这种隔离器阵列21所使用的小型隔离器的特定实例，可以使用由Sumitomo Metal Mining Co.，Ltd.制造的“微型表面安装型光隔离器”。
在上述结构中，穿过与各输出端口#1至#M对应的准直镜12的光经由隔离器阵列21被传输至各输出光纤15OUT(#1)至15OUT(#M)；并且从准直镜12输入至隔离器阵列21的部分光被反射部21A反射，并返回至输入端口侧。由于隔离器阵列21截断从各输出光纤15OUT(#1)至15OUT(#M)传输向准直镜12的光，所以，从波长选择开关的输出端口侧看见的反射衰减特性变得符合要求。
在图13的结构实例中，在输出光纤15OUT(#1)至15OUT(#M)和准直镜12之间排列有隔离器阵列21。然而，例如图14所示，可以在准直镜12和衍射光栅1之间设置隔离器阵列21。设置在隔离器阵列21端面附近的透镜22使通过衍射光栅1传输来的光聚焦至各隔离器的输入端面上。
此外，在图1至图14所示的前述各实施例中，示出了将由信道监测器6监测的、对应于各波长信道的光功率P(Ch1)至P(ChN)被用于反馈控制MEMS反射镜3(Ch1)至3(ChN)。然而，本发明并不限于此。例如，还可以利用来自信道监测器6的监测结果来检测从各输出端口#1至#M输出的光LOUT(#1)至LOUT(#M)的功率。
权利要求
1.一种光开关，该开关设有光输入/输出部，其中至少一个输入端口和多个输出端口按第一方向排列；分光部，其将从所述输入端口射出的含有多个波长信道的波长复用光根据其波长按与所述第一方向不同的第二方向分开；多个可动反射镜，其通过各自的角度可变的反射面来反射被所述分光部所分开的各波长信道；以及可动反射镜驱动部，其设定各所述可动反射镜的反射面的角度，从而被各所述可动反射镜反射的各波长信道经由所述分光部被插入到设定于所述多个输出端口中的适当的波长信道的输出地址中的输出端口；其中设有反射部，其设置在各所述输出端口的端面上，并反射从各所述可动反射镜经由所述分光部射入的部分波长信道；反射光提取部，用于从所述输入端口获得被所述反射部反射且返回至所述输入端口的光；以及反射光监测部，用于监测被与各波长信道对应的所述反射光提取部获得的反射光的功率。
2.根据权利要求1所述的光开关，其中所述光开关包括控制部，该控制部基于所述反射光监测部的监测结果，反馈控制与各波长信道对应的所述可动反射镜的反射面的角度，使得从各所述输出端口输出的波长信道的功率变得接近最大值。
3.根据权利要求1所述的光开关，其中基于所述反射光监测部的监测结果，检测从各所述输出端口输出的光功率。
4.根据权利要求1所述的光开关，其中所述光开关包括阵列波导，该阵列波导具有多个与各所述输出端口对应的光波导，并且将各所述光波导的一端连接至设有所述输出端口的所述反射部的端面，以及将经由所述分光部从各所述可动反射镜传送来的波长信道插入各所述光波导的另一端。
5.根据权利要求4所述的光开关，其中所述光开关包括控制部，该控制部基于所述反射光监测部的监测结果，反馈控制与各波长信道对应的所述可动反射镜的反射面的角度，使得从各所述输出端口输出的波长信道的功率变成预设水平。
6.根据权利要求4所述的光开关，其中包括输入监测部，其监测输入到所述输入端口的波长复用光中包含的各波长信道的功率；以及控制部，其基于所述输入监测部和所述反射光监测部的各自的监测结果，反馈控制与各波长信道对应的所述可动反射镜的反射面的角度，使得从各所述输出端口输出的波长信道的功率的输入功率的相对衰减量变成预设值。
7.根据权利要求1所述的光开关，其中当所述光输入/输出部具有M个输入端口和M个输出端口，并且输入各输入端口的波长复用光包含N个波长信道，并且M和N是2或大于2的整数时；设有M×N个输入侧可动反射镜，其通过角度可变的各自反射面反射由所述分光部所分开的各波长信道；M×N个输出侧可动反射镜，其通过角度可变的各自反射面反射被所述输入侧可动反射镜反射的各波长信道；并且所述可动反射镜驱动部设定所述输入侧可动反射镜和所述输出侧可动反射镜的反射面的角度，使得依次被所述输入侧可动反射镜和所述输出侧可动反射镜反射的波长信道经由所述分光部插入设定于所述多个输出端口中的适当的波长信道的输出地址中的输出端口。
8.根据权利要求1所述的光开关，其中所述反射部是各所述输出端口的、被垂直磨光的光纤的端面。
9.根据权利要求1所述的光开关，其中所述光开关设有多个光隔离器，所述光隔离器具有与所述输出端口的端面连接的光输出端，并且所述反射部设置在所述光隔离器的光输入端上。
10.根据权利要求1所述的光开关，其中所述可动反射镜是通过使用显微机械加工技术形成的微反射镜。
11.根据权利要求1所述的光开关，其中所述反射光提取部包括具有至少三个端口的光环形器。
12.根据权利要求1所述的光开关，其中所述反射光监测部包括传输频带可变的滤光器，由所述反射光提取部获得的光被输入至该滤光器中；以及光电检测器，其检测所述滤光器的传输的光的功率。
13.根据权利要求1所述的光开关，其中所述反射光监测部包括解复用器，其使由所述反射光提取部获得的光根据其波长而分开；以及多个光电检测器，其检测由所述解复用器分开的光的功率。
全文摘要
本发明的波长选择开关将从光纤准直器阵列的输入光纤射出的WDM光在衍射光栅中根据其波长分开，并且通过对应于反射镜阵列的MEMS反射镜反射沿不同方向行进的各波长信道。在MEMS反射镜中，其反射面的角度被设定成与设定于待射入的波长信道的输出地址中的输出端口的位置相对应。对于到达目标输出端口的各波长信道，每一个信道的一部分被输出光纤的端面反射，反射光返回至输入端口并经由光环形器被送至信道监测器，从而监测与各波长信道对应的光功率。因此，可以提供小型、低成本的波长选择开关，其能以良好的精确度监测被引导至多个输出端口的各波长信道的功率。
文档编号G02B6/34GK1831574SQ200510084410
公开日2006年9月13日 申请日期2005年7月15日 优先权日2005年3月7日
发明者及川阳一, 秋元和明 申请人:富士通株式会社