一种光交换引擎及相关设备和方法与流程

本技术涉及光交换领域，尤其涉及一种光交换引擎及相关设备和方法。

背景技术：

1、可重构光分插复用器(reconfiguration optical add-drop multiplexer，roadm)和光交叉连接(optical cross-connect，oxc)是构建全光网络的关键技术，能够在网络的各个节点实现波长级交换，完成业务的智能化传输和调度。目前，roadm和oxc主要采用波长选择开关(wavelength selective switch，wss)来搭建网络的关键节点，以实现灵活的信号波长调度和大规模的组网。wss模块能独立的将输入端口的波分复用信号中的任意波长分配到任意的输出端口，无需通过电光/光电转换，在光层对网络节点的光信号直接进行交换和路由。

2、为满足roadm和oxc系统的快速路由和高可靠性的目的，因此对wss的光束切换速度提出了更高的挑战。应理解，硅基液晶(liquid crystal on silicon，lcos)是业界wss采用的主流光交换引擎，通过在lcos上加载不同相位图可以改变光束经过lcos的偏转方向，从而切换光束的输出端口。在某个波长的光束从当前输出端口向目标输出端口切换的过程中，可能会有部分光束传输到非目标端口，从而形成串扰。目前通常会在lcos的初态相位图和终态相位图之间插入多个中间相位图，以使得切换过程中的相位变化可控，从而避免串扰。但是，插入多个中间相位图会导致切换的时间变长，影响光交换引擎的切换速度。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种光交换引擎及相关设备和方法，保证在切换端口时不会有串扰，并且缩短了切换端口所需要的时长。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种光交换引擎。光交换引擎包括第一调制器和第二调制器，来自端口组件中输入端口的目标光信号传输至光交换引擎。第一调制器用于接收目标光信号。若光交换引擎处于第一工作状态，第一调制器用于将目标光信号传输至第二调制器，第二调制器用于调节目标光信号的偏转方向，以使得目标光信号向端口组件中第一输出端口传输。若光交换引擎处于切换状态，第一调制器用于对目标光信号进行调制，以使得目标光信号向除端口组件之外的其他方向传输。若光交换引擎处于第二工作状态，第一调制器用于将目标光信号传输至第二调制器，第二调制器用于调节目标光信号的偏转方向，以使得目标光信号向端口组件中第二输出端口传输。

3、需要说明的是，光交换引擎包括两层调制器，光交换引擎有两种状态，一种是工作状态，另一种是切换状态。其中，工作状态包括第一工作状态和第二工作状态等不同的工作状态。具体地，光交换引擎可以通过在其中一个调制器加载电信号以调节入射光信号的偏转方向，光交换引擎处于不同的工作状态时其加载的电信号也不同，例如，光交换引擎在第一工作状态时加载第一电信号，光交换引擎在第二工作状态时加载第二电信号。应理解，若光交换引擎处于工作状态，两层调制器通过配合使得光信号朝指定输出端口传输。若光交换引擎处于切换状态，光交换引擎的其中一个调制器加载的电信号处于切换的过程中，两层调制器通过配合使得没有光信号从端口组件输出。也就是说，光交换引擎处于工作状态时两层调制器的工作模式不同于光交换引擎处于切换状态时两层调制器的工作模式，因此从光交换引擎的实现效果上可以将光交换引擎的状态分为工作状态和切换状态。

4、还需要说明的是，本技术不限定光交换引擎开启切换状态和结束切换状态的具体时间点，只要切换状态的时长包括电信号的切换时长即可。例如，在加载的第一电信号还没有切换到第二电信号之前，就可以提前让光交换引擎处于切换状态，以保证在电信号开始切换后不会有光信号串扰到其他输出端口，进而在第二电信号加载完成后再让光交换引擎切换回工作状态。应理解，由于本技术为光交换引擎设置了切换状态，因此只需要将加载的第一电信号切换为第二电信号即可完成切换，而无需在第一电信号和第二电信号之间加载多个其他电信号，缩短了切换端口所需要的时长。

5、在该实施方式中，光交换引擎包括两层调制器，光交换引擎有两种状态，一种是工作状态，另一种是切换状态。在工作状态时，光交换引擎的两层调制器通过配合可以正常调节光信号的偏转方向，以使其向指定的输出端口传输。在切换状态时，光交换引擎的两层调制器通过配合使得暂时没有光信号从端口组件输出，从而避免了切换端口的过程中有光信号串扰到其他输出端口。并且，由于光交换引擎在第一工作状态和第二工作状态之间设置了切换状态，不用担心电信号切换的过程中有端口串扰，因此只需要将加载的第一电信号切换为第二电信号即可完成第一工作状态到第二工作状态的切换，也就无需在第一电信号和第二电信号之间加载多个其他电信号，缩短了切换端口所需要的时长。

6、在一些可能的实施方式中，目标光信号具有第一偏振态。若光交换引擎处于切换状态，第一调制器具体用于将目标光信号调节为第二偏振态，并将具有第二偏振态的目标光信号传输至第二调制器。其中，第一偏振态与第二偏振态相互正交，具有第二偏振态的目标光信号不会被第二调制器调节偏转方向，以使得具有第二偏振态的目标光信号向除端口组件之外的其他方向传输。在该实施方式中，第一调制器具体通过调节目标光信号的偏振态来实现目标光信号向除端口组件之外的其他方向传输，增强了本方案的实用性。

7、在一些可能的实施方式中，若光交换引擎处于第一工作状态，第一调制器还用于将目标光信号调节为第三偏振态，并将具有第三偏振态的目标光信号传输至第二调制器，第一偏振态与第三偏振态不同。第二调制器用于调节具有第三偏振态的部分目标光信号的偏转方向，以使得具有第三偏振态的部分目标光信号向第一输出端口传输。若光交换引擎处于第二工作状态，第一调制器还用于将目标光信号调节为第三偏振态，并将具有第三偏振态的目标光信号传输至第二调制器，第二调制器用于调节具有第三偏振态的部分目标光信号的偏转方向，以使得具有第三偏振态的部分目标光信号向第二输出端口传输。在该实施方式中，调第一制器也可以将光信号的偏振态旋转任意角度，这样一来，第二调制器可以调节部分光信号的偏转方向，以使得部分光信号可以向指定输出端口传输，从而满足一些场景下对端口输出的光信号进行衰减的需求。

8、在一些可能的实施方式中，第一调制器包括玻璃基板、像素化电极基板、第一液晶层、第一取向层和第二取向层，第一液晶层位于第一取向层与第二取向层之间，第一取向层位于像素化电极基板与第一液晶层之间，第二取向层位于玻璃基板与第一液晶层之间。第二调制器包括玻璃基板、硅基背板、第二液晶层、第三取向层和第四取向层，第二液晶层位于第三取向层与第四取向层之间，第三取向层位于玻璃基板与第二液晶层之间，第四取向层位于硅基背板与第二液晶层之间。其中，玻璃基板的正反表面都设置有氧化铟锡(indium-tin-oxide，ito)。在该实施方式中，提供了光交换引擎的一种具体结构，光交换引擎采用集成封装工艺将第一调制器与第二调制器封装成一个器件，第一调制器与第二调制器不是分离的，二者之间不存在空气间隙，且光线在二者之间不发生折射或者衍射，采用这种结构设计的光交换引擎的集成度更高。

9、在一些可能的实施方式中，若光交换引擎处于切换状态，第一调制器具体用于调节目标光信号的偏转方向，以使得目标光信号向除第二调制器之外的方向传输。在该实施方式中，第一调制器具体通过调节目标光信号的偏转方向来实现目标光信号向除端口组件之外的其他方向传输，增强了本方案的实用性。

10、在一些可能的实施方式中，若光交换引擎处于第一工作状态或第二工作状态，第一调制器还用于通过调节目标光信号的偏转方向以衰减传输至第二调制器的目标光信号，从而满足一些场景下对端口输出的光信号进行衰减的需求。

11、在一些可能的实施方式中，第一调制器为微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)微镜、数字微镜器件(digital micro-mirror devices，dmd)或液晶器件，第二调制器为mems微镜、dmd或液晶器件。

12、第二方面，本技术实施例提供了一种光交换引擎。光交换引擎包括第一调制器和第二调制器，来自端口组件中输入端口的目标光信号传输至光交换引擎，目标光信号具有第一偏振态。第一调制器用于接收目标光信号，并将目标光信号传输至第二调制器。其中，第一调制器用于调节具有第一偏振态的目标光信号的偏转方向，或者，第一调制器用于调节经过第二调制器后具有第二偏振态的目标光信号的偏转方向，第一偏振态与第二偏振态相互正交。若光交换引擎处于第一工作状态，第二调制器用于将第一偏振态的目标光信号调节为第二偏振态，以使得具有第二偏振态的目标光信号经过第一调制器向端口组件中第一输出端口传输。若光交换引擎处于切换状态，第二调制器用于反射第一偏振态的目标光信号，以使得第一偏振态的目标光信号经过第一调制器向除端口组件之外的其他方向传输。若光交换引擎处于第二工作状态，第二调制器用于将第一偏振态的目标光信号调节为第二偏振态，以使得具有第二偏振态的目标光信号经过第一调制器向端口组件中第二输出端口传输。

13、在一些可能的实施方式中，若光交换引擎处于第一工作状态，第一调制器用于调节第一偏振态的目标光信号的偏转方向并将第一偏振态的目标光信号传输至第二调制器。若光交换引擎处于切换状态，第一调制器用于调节第一偏振态的目标光信号的偏转方向并将第一偏振态的目标光信号传输至第二调制器；第一调制器还用于调节被第二调制器反射的第一偏振态的目标光信号的偏转方向，以使得第一偏振态的目标光信号向除端口组件之外的其他方向传输。若光交换引擎处于第二工作状态，第一调制器用于调节第一偏振态的目标光信号的偏转方向并将第一偏振态的目标光信号传输至第二调制器。

14、在一些可能的实施方式中，若光交换引擎处于第一工作状态，第二调制器用于将第一偏振态的目标光信号调节为第三偏振态并将具有第三偏振态的目标光信号传输至第一调制器，第一偏振态与第三偏振态不同，第一调制器还用于调节具有第三偏振态的部分目标光信号的偏转方向，以使得具有第三偏振态的部分目标光信号向除第一输出端口之外的其他方向传输。若光交换引擎处于第二工作状态，第二调制器用于将第一偏振态的目标光信号调节为第三偏振态并将具有第三偏振态的目标光信号传输至第一调制器，第一调制器还用于调节具有第三偏振态的部分目标光信号的偏转方向，以使得具有第三偏振态的部分目标光信号向除第二输出端口之外的其他方向传输。

15、在一些可能的实施方式中，若光交换引擎处于第一工作状态，第一调制器用于调节具有第二偏振态的目标光信号的偏转方向，以使得具有第二偏振态的目标光信号向第一输出端口传输。若光交换引擎处于第二工作状态，第一调制器用于调节具有第二偏振态的目标光信号的偏转方向，以使得具有第二偏振态的目标光信号向第二输出端口传输。

16、在一些可能的实施方式中，若光交换引擎处于第一工作状态，第二调制器用于将第一偏振态的目标光信号调节为第三偏振态并将具有第三偏振态的目标光信号传输至第一调制器，第一偏振态与第三偏振态不同，第一调制器用于调节具有第三偏振态的部分目标光信号的偏转方向，以使得具有第三偏振态的部分目标光信号向第一输出端口传输。若光交换引擎处于第二工作状态，第二调制器用于将第一偏振态的目标光信号调节为第三偏振态并将具有第三偏振态的目标光信号传输至第一调制器；第一调制器用于调节具有第三偏振态的部分目标光信号的偏转方向，以使得具有第三偏振态的部分目标光信号向第二输出端口传输。

17、第三方面，本技术实施例提供了一种光交换引擎。光交换引擎包括第一调制器和第二调制器，来自端口组件中输入端口的目标光信号传输至光交换引擎。第一调制器用于接收目标光信号。若光交换引擎处于第一工作状态，第一调制器用于调节目标光信号的偏转方向并将目标光信号传输至第二调制器。第一调制器还用于调节被第二调制器反射的目标光信号的偏转方向，以使得目标光信号向端口组件中第一输出端口传输。若光交换引擎处于切换状态，第一调制器用于调节目标光信号的偏转方向并将目标光信号传输至第二调制器。第二调制器用于调节目标光信号的偏转方向，以使得目标光信号向除第一调制器之外的方向反射。若光交换引擎处于第二工作状态，第一调制器用于调节目标光信号的偏转方向并将目标光信号传输至第二调制器。第一调制器还用于调节被第二调制器反射的目标光信号的偏转方向，以使得目标光信号向端口组件中第二输出端口传输。

18、在一些可能的实施方式中，若光交换引擎处于第一工作状态，第二调制器还用于调节目标光信号的偏转方向，以使得部分目标光信号向除第一调制器之外的方向反射，以衰减向第一输出端口传输的目标光信号。若光交换引擎处于第二工作状态，第二调制器还用于调节目标光信号的偏转方向，以使得部分目标光信号向除第一调制器之外的方向反射，以衰减向第二输出端口传输的目标光信号。

19、第四方面，本技术实施例提供了一种wss。该wss包括：端口组件、色散装置和如上述第一方面至第三方面任一实施方式介绍的光交换引擎，其中，端口组件包括输入端口、第一输出端口和第二输出端口。色散装置用于将输入端口输入的合波光信号分解为多个子波长光信号，并将多个子波长光信号传输至光交换引擎，其中，光交换引擎接收的目标光信号为多个子波长光信号中的至少一个子波长光信号。

20、在一些可能的实施方式中，wss还包括偏振组件。偏振组件用于对来自输入端口的合波光信号进行偏振处理，以使得合波光信号中每个子波长光信号具有偏振态。

21、在一些可能的实施方式中，wss还包括第一透镜和第二透镜，第一透镜位于端口组件与色散装置之间，第二透镜位于色散装置与光交换引擎之间。第一透镜用于对来自输入端口的合波光信号进行汇聚。第二透镜用于对来自色散装置的每路子波长光信号进行准直。

22、第五方面，本技术实施例提供了一种roadm。该roadm包括：至少一个第一wss和至少一个第二wss，第一wss和第二wss为如第四方面任一实施方式介绍的wss。至少一个第一wss用于上波或下波，至少一个第二wss用于向线路侧发送光信号或者从线路侧接收光信号。

23、第六方面，本技术实施例提供了一种光传输系统。光传输系统包括多个如第五方面介绍的roadm，每相邻两个roadm之间通过光纤连接。

24、第七方面，本技术实施例提供了一种光传输方法。该方法应用于光交换引擎，光交换引擎包括第一调制器和第二调制器，来自端口组件中输入端口的目标光信号传输至光交换引擎；方法包括：通过第一调制器接收目标光信号。若光交换引擎处于第一工作状态，通过第一调制器将目标光信号传输至第二调制器，通过第二调制器调节目标光信号的偏转方向，以使得目标光信号向端口组件中第一输出端口传输。若光交换引擎处于切换状态，通过第一调制器对目标光信号进行调制，以使得目标光信号向除端口组件之外的其他方向传输。若光交换引擎处于第二工作状态，通过第一调制器将目标光信号传输至第二调制器，通过第二调制器调节目标光信号的偏转方向，以使得目标光信号向端口组件中第二输出端口传输。

25、在一些可能的实施方式中，目标光信号具有第一偏振态，通过第一调制器对目标光信号进行调制包括：通过第一调制器将目标光信号调节为第二偏振态，并将具有第二偏振态的目标光信号传输至第二调制器，其中，第一偏振态与第二偏振态相互正交，具有第二偏振态的目标光信号经过第二调制器向除端口组件之外的其他方向传输。

26、在一些可能的实施方式中，方法还包括：若光交换引擎处于第一工作状态，通过第一调制器将目标光信号调节为第三偏振态，并将具有第三偏振态的目标光信号传输至第二调制器，第一偏振态与第三偏振态不同；通过第二调制器调节具有第三偏振态的部分目标光信号的偏转方向，以使得具有第三偏振态的部分目标光信号向第一输出端口传输。若光交换引擎处于第二工作状态，通过第一调制器将目标光信号调节为第三偏振态，并将具有第三偏振态的目标光信号传输至第二调制器，通过第二调制器调节具有第三偏振态的部分目标光信号的偏转方向，以使得具有第三偏振态的部分目标光信号向第二输出端口传输。

27、在一些可能的实施方式中，第一调制器包括玻璃基板、像素化电极基板、第一液晶层、第一取向层和第二取向层，第一液晶层位于第一取向层与第二取向层之间，第一取向层位于像素化电极基板与第一液晶层之间，第二取向层位于玻璃基板与第一液晶层之间。第二调制器包括玻璃基板、硅基背板、第二液晶层、第三取向层和第四取向层，第二液晶层位于第三取向层与第四取向层之间，第三取向层位于玻璃基板与第二液晶层之间，第四取向层位于硅基背板与第二液晶层之间；玻璃基板的正反表面都设置有ito。

28、在一些可能的实施方式中，通过第一调制器对目标光信号进行调制包括：通过第一调制器调节目标光信号的偏转方向，以使得目标光信号向除第二调制器之外的方向传输。

29、在一些可能的实施方式中，方法还包括：若光交换引擎处于第一工作状态或第二工作状态，通过第一调制器调节目标光信号的偏转方向以衰减传输至第二调制器的目标光信号。

30、在一些可能的实施方式中，第一调制器为mems微镜、dmd或液晶器件，第二调制器为mems微镜、dmd或液晶器件。

31、第八方面，本技术实施例提供了一种光传输方法。该方法应用于光交换引擎，光交换引擎包括第一调制器和第二调制器，来自端口组件中输入端口的目标光信号传输至光交换引擎，目标光信号具有第一偏振态；方法包括：通过第一调制器接收第一偏振态的目标光信号，并将第一偏振态的目标光信号传输至第二调制器。其中，第一调制器用于调节具有第一偏振态的目标光信号的偏转方向，或者，第一调制器用于调节经过第二调制器后具有第二偏振态的目标光信号的偏转方向，第一偏振态与第二偏振态相互正交。若光交换引擎处于第一工作状态，通过第二调制器将第一偏振态的目标光信号调节为第二偏振态，以使得具有第二偏振态的目标光信号经过第一调制器向端口组件中第一输出端口传输。若光交换引擎处于切换状态，通过第二调制器反射第一偏振态的目标光信号，以使得第一偏振态的目标光信号经过第一调制器向除端口组件之外的其他方向传输。若光交换引擎处于第二工作状态，通过第二调制器将第一偏振态的目标光信号调节为第二偏振态，以使得具有第二偏振态的目标光信号经过第一调制器向端口组件中第二输出端口传输。

32、在一些可能的实施方式中，方法还包括：若光交换引擎处于第一工作状态，通过第一调制器调节第一偏振态的目标光信号的偏转方向并将第一偏振态的目标光信号传输至第二调制器。若光交换引擎处于切换状态，通过第一调制器调节第一偏振态的目标光信号的偏转方向并将第一偏振态的目标光信号传输至第二调制器；通过第一调制器调节被第二调制器反射的第一偏振态的目标光信号的偏转方向，以使得第一偏振态的目标光信号向除端口组件之外的其他方向传输。若光交换引擎处于第二工作状态，通过第一调制器用于调节第一偏振态的目标光信号的偏转方向并将第一偏振态的目标光信号传输至第二调制器。

33、在一些可能的实施方式中，方法还包括：若光交换引擎处于第一工作状态，通过第二调制器将第一偏振态的目标光信号调节为第三偏振态并将具有第三偏振态的目标光信号传输至第一调制器，第一偏振态与第三偏振态不同，通过第一调制器调节具有第三偏振态的部分目标光信号的偏转方向，以使得具有第三偏振态的部分目标光信号向除第一输出端口之外的其他方向传输。若光交换引擎处于第二工作状态，通过第二调制器将第一偏振态的目标光信号调节为第三偏振态并将具有第三偏振态的目标光信号传输至第一调制器，通过第一调制器调节具有第三偏振态的部分目标光信号的偏转方向，以使得具有第三偏振态的部分目标光信号向除第二输出端口之外的其他方向传输。

34、在一些可能的实施方式中，方法还包括：若光交换引擎处于第一工作状态，通过第一调制器调节具有第二偏振态的目标光信号的偏转方向，以使得具有第二偏振态的目标光信号向第一输出端口传输。若光交换引擎处于第二工作状态，通过第一调制器调节具有第二偏振态的目标光信号的偏转方向，以使得具有第二偏振态的目标光信号向第二输出端口传输。

35、在一些可能的实施方式中，方法还包括：若光交换引擎处于第一工作状态，通过第二调制器将第一偏振态的目标光信号调节为第三偏振态并将具有第三偏振态的目标光信号传输至第一调制器，第一偏振态与第三偏振态不同，通过第一调制器调节具有第三偏振态的部分目标光信号的偏转方向，以使得具有第三偏振态的部分目标光信号向第一输出端口传输。若光交换引擎处于第二工作状态，通过第二调制器将第一偏振态的目标光信号调节为第三偏振态并将具有第三偏振态的目标光信号传输至第一调制器，通过第一调制器调节具有第三偏振态的部分目标光信号的偏转方向，以使得具有第三偏振态的部分目标光信号向第二输出端口传输。

36、第九方面，本技术实施例提供了一种光传输方法。该方法应用于光交换引擎，光交换引擎包括第一调制器和第二调制器，来自端口组件中输入端口的目标光信号传输至光交换引擎；方法包括：通过第一调制器接收目标光信号。若光交换引擎处于第一工作状态，通过第一调制器调节目标光信号的偏转方向并将目标光信号传输至第二调制器；通过第一调制器调节被第二调制器反射的目标光信号的偏转方向，以使得目标光信号向端口组件中第一输出端口传输。若光交换引擎处于切换状态，通过第一调制器调节目标光信号的偏转方向并将目标光信号传输至第二调制器；通过第二调制器调节目标光信号的偏转方向，以使得目标光信号向除第一调制器之外的方向反射。若光交换引擎处于第二工作状态，通过第一调制器调节目标光信号的偏转方向并将目标光信号传输至第二调制器；通过第一调制器调节被第二调制器反射的目标光信号的偏转方向，以使得目标光信号向端口组件中第二输出端口传输。

37、在一些可能的实施方式中，方法还包括：若光交换引擎处于第一工作状态，通过第二调制器调节目标光信号的偏转方向，以使得部分目标光信号向除第一调制器之外的方向反射，以衰减向第一输出端口传输的目标光信号。若光交换引擎处于第二工作状态，通过第二调制器调节目标光信号的偏转方向，以使得部分目标光信号向除第一调制器之外的方向反射，以衰减向第二输出端口传输的目标光信号。

38、本技术实施例中，光交换引擎包括两层调制器，光交换引擎有两种状态，一种是工作状态，另一种是切换状态。在工作状态时，光交换引擎的两层调制器通过配合可以正常调节光信号的偏转方向，以使其向指定的输出端口传输。在切换状态时，光交换引擎的两层调制器通过配合使得暂时没有光信号从端口组件输出，从而避免了切换端口的过程中有光信号串扰到其他输出端口。并且，由于光交换引擎在第一工作状态和第二工作状态之间设置了切换状态，不用担心电信号切换的过程中有端口串扰，因此只需要将加载的第一电信号切换为第二电信号即可完成第一工作状态到第二工作状态的切换，也就无需在第一电信号和第二电信号之间加载多个其他电信号，缩短了切换端口所需要的时长。