CN103543497B - 波长选择开关装置、用于其的波长切换方法、和通信设备 - Google Patents

Abstract

提供了一种波长选择开关装置、通信设备、和波长切换方法。所述波长选择开关装置包括：入射单元，包括多个入射光；出射单元，包括多个出射光；波长分散合成单元，根据波长在第一轴向上分散和复用各个入射光；光调控单元，用于使在第一轴向上分散的各个波长的光在第二轴向上不分散；液晶光束偏转单元，其中的多个像素被划分为分别与各个波长对应的子区域，通过改变子区域中的像素的相移特性来对各个波长光进行偏转；反射单元，与所述液晶光束偏转单元平行地设置；偏转驱动单元，驱动各个子区域中的像素的电极以产生所需的相移特性，从而偏转进入各个子区域中的光。在根据本申请的实施例的技术方案中，极大地增加了波长选择开关装置的端口数目。

Description

波长选择开关装置、用于其的波长切换方法、和通信设备

技术领域

本申请涉及通信技术领域，更具体地，涉及一种波长选择开关装置、包括该波长选择开关装置的通信设备、和用于该波长选择开关装置的波长切换方法。

背景技术

智能光网络能够充分挖掘光网络的带宽潜力，直接在光域生成各类新型业务，满足多样化、个性化的用户需求，从而其发展备受瞩目。智能光网络主要是由一系列具有高度灵活性的系统设备构成。波长选择开关（WSS，Wavelength Selective Switch）是智能光网络中的重要组成模块之一，利用该波长选择开关能够实现各个波长的光信号的上路、下路和直通。

现有的波长选择开关主要是其中入射单元具有一个入射光端口、出射单元具有N个出射光端口的1×N波长选择开关。在利用微机电系统（Micro Electro MechanicalSystem,MEMS）制作的多端口的波长选择开关中，不能实现不同输入端口的不同波长从同一输出端口输出，且不同波长的光信号的带宽是固定的，不能调节。

随着智能光网络向更高维度的网状系统发展，现有的波长选择开关由于其端口数目有限，使得智能光网络中的波长选择开关的数量大幅增加，网络管理也更加复杂，功耗成本也相应增加。因此，期望增加波长选择开关中的入射光端口和出射光端口的数目、并实现各个波长的灵活切换。

发明内容

本申请提供了一种波长选择开关装置、包括该波长选择开关装置的通信设备、和用于该波长选择开关装置的波长切换方法，其能够选择多个入射光端口中的各个波长的光信号并从多个出射光端口中的任一端口输出，从而增加了波长选择开关中的入射光端口和出射光端口的数目、并实现了各个波长光信号的带宽的灵活调节。

根据本申请的第一方面，提供了一种波长选择开关装置，包括：入射单元，其中包括N个入射光，每个入射光是由多个波长的光组成的波分复用光，N为自然数；出射单元，包括M个出射光，每个出射光包括一个或多个从各个入射光选择的波长的光，M为自然数；波长分散合成单元，用于根据波长将在第一轴向上分散所述入射单元中的各个入射光，并且根据波长来复用在第一轴向上分散的反射光；光调控单元，在不同于第一轴向的第二轴向上与各个入射光和各个出射光对应地设置，用于使在第一轴向上分散的各个入射光和各个反射光在第二轴向上不分散；液晶光束偏转单元，具有排列在同一平面中的多个像素，所述多个像素被划分为分别与入射光和出射光中的各个波长对应的子区域，用于通过改变子区域中的像素的相移特性来对从光调控单元接收的各个波长光或各个波长的反射光进行偏转；反射单元，与所述液晶光束偏转单元平行地设置，用于将在用于入射光的各个子区域中被偏转的各个波长光反射到用于出射光的各个子区域中，以进行偏转；偏转驱动单元，在所述液晶光束偏转单元中确定要切换的切换波长的入射子区域和出射子区域，确定所述入射子区域的第一相移特性和所述出射子区域的第二相移特性，并且驱动所述入射子区域和所述出射子区域中的像素的电极以产生所述第一相移特性和第二相移特性。

根据本申请的第二方面，提供了一种通信设备，包括如上所述的波长选择开关装置。

根据本申请的第三方面，提供了一种用于波长选择开关装置的波长切换方法，该波长选择开关装置包括：入射单元，其中包括N个入射光，每个入射光是由多个波长的光组成的波分复用光，N为自然数；出射单元，包括M个出射光，每个出射光包括一个或多个从各个入射光选择的波长的光，M为自然数；波长分散合成单元，用于根据波长在第一轴向上分散所述入射单元中的各个入射光，并且根据波长来复用在第一轴向上分散的反射光；光调控单元，在不同于第一轴向的第二轴向上与各个入射光和各个出射光对应地设置，用于使在第一轴向上分散的各个入射光和各个反射光在第二轴向上不分散；液晶光束偏转单元，具有排列在同一平面中的多个像素，所述多个像素在第二轴向上被划分为分别与入射光和出射光对应的区域，每个区域在第一轴向被划分为与波长对应的多个子区域，用于通过改变子区域中的像素的相移特性来对从光调控单元接收的各个波长光或各个波长的反射光进行偏转；反射单元，与所述液晶光束偏转单元平行地设置，用于将在用于入射光的各个子区域中偏转的各个波长光反射到用于出射光的各个子区域中，以进行偏转，所述波长切换方法包括：在所述液晶光束偏转单元中确定用于所述切换波长的入射子区域和出射子区域；确定所述入射子区域的第一相移特性和所述出射子区域的第二相移特性；和驱动所述入射子区域和所述出射子区域中的像素的电极以产生所述第一相移特性和第二相移特性。

在根据本申请的实施例的上述波长选择开关装置、包括该波长选择开关装置的通信设备、和用于该波长选择开关装置的波长切换方法中，通过使液晶光束偏转单元与反射单元协作而在用于入射光和出射光的子区域中对光进行偏转，能够从多个出射光端口中的任一端口输出来自多个入射光端口的任一端口中的各个波长的光信号，从而极大地增加了波长选择开关装置的端口数目，并能够灵活地调节各个波长的光信号的带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是示意性图示了根据本申请第一实施例的波长选择开关装置的框图；

图2示意性图示了根据本申请第一实施例的波长选择开关装置中的液晶光束偏转单元的用于对光进行偏转的子区域的分布；

图3是示意性图示了根据本申请第一实施例的波长选择开关装置中的波长切换；

图4示意性图示了根据本申请第一实施例的波长选择开关装置中的偏转驱动单元的结构；

图5是示意性图示了根据本申请第一实施例的波长选择开关装置中的液晶光束偏转单元的相移特性；

图6是示意性图示了根据本申请第二实施例的波长选择开关装置的框图；

图7是图示了根据本申请第二实施例的波长选择开关装置中的偏转转换单元的示意图；

图8是示意性图示了根据本申请实施例的用于波长选择开关装置的波长切换方法的流程图；

图9是示意性图示了根据本申请实施例的所述波长切换方法中的确定相移特性的步骤的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本申请中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件；当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件、也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。

图1是示意性图示了根据本申请第一实施例的波长选择开关装置100的框图。该波长选择开关装置100能够选择多个入射光端口中的各个波长的光信号并从多个出射光端口中的任一端口输出，极大地增加了波长选择开关中的入射光端口和出射光端口的数目。

在图1中的波长选择开关装置100包括：入射单元101，其中包括N个入射光，每个入射光是由多个波长的光组成的波分复用光，N为自然数；出射单元102，包括M个出射光，每个出射光包括一个或多个从各个入射光选择的波长的光，M为自然数；波长分散合成单元103，用于根据波长在第一轴向上分散所述入射单元中的各个入射光，并且根据波长来复用在第一轴向上分散的反射光；光调控单元104，在不同于第一轴向的第二轴向上与各个入射光和各个出射光对应地设置，用于使在第一轴向上分散的各个入射光和各个反射光在第二轴向上不分散；液晶光束偏转单元105，具有排列在同一平面中的多个像素，所述多个像素被划分为分别与入射光和出射光中的各个波长对应的子区域，用于通过改变子区域中的像素的相移特性来对从光调控单元接收的各个波长光或各个波长的反射光进行偏转；反射单元106，与所述液晶光束偏转单元105平行地设置，用于将在用于入射光的各个子区域中偏转的各个波长光反射到用于出射光的各个子区域中，以进行偏转；偏转驱动单元107，在所述液晶光束偏转单元105中确定要切换的切换波长的入射子区域和出射子区域，确定所述入射子区域的第一相移特性和所述出射子区域的第二相移特性，并且驱动所述入射子区域和所述出射子区域中的像素的电极以产生所述第一相移特性和第二相移特性。

所述入射单元101如图1所示包括3个入射光（即N＝3），每个入射光是由多个波长（例如λ1、λ2、λ3……等）的光组成的波分复用光、也可以是一个波长的光。所述入射光的数目可根据需要来所需来适当设置，其例如还可以是为8个、16个、32个等。每个入射光中的被波分复用的波长的数目可以根据具体应用来适当地设置，并且各个入射光中的被波分复用的波长的数目可以不同。通常，由一根光纤提供一个入射光，根据波长选择开关装置所在的网络中的位置的不同，各个入射光还可能来自其它的网络器件。每个入射光相应地具有一个入射端口。换言之，存在与N个入射光分别对应的N个入射端口。下文中，以包括波长入λ1、λ2、λ3的入射光IN1为例进行说明。在该入射单元101中可以包括准直器阵列，从而准直地入射所述N个入射光。

所述出射单元102如图1所示包括4个出射光（即M＝4），每个出射光中的光可以是单个波长的光，也可以是由多个波长的光组成的波分复用光。每个出射光中的各个波长的光是从各个入射光中选择的各个波长的光。各个入射光中所包含的波长的数目可以不同。一个出射光通常被输出到一根光纤，也可以被传送到网络中的其它器件。每个出射光相应地具有一个出射端口，从而存在与M个出射光分别对应的M个出射端口。在该出射单元102中也可以包括准直器阵列，从而准直地出射所述M个入射光。如后面将详细描述的，可以利用液晶光束偏转单元105和反射单元106来改变选择任一入射光中的任一波长的传输方向，并将其从任一出射光的端口中输出，从而实现光路的上路、下路、直通等。

对于来自所述入射单元101中的各个入射光，波长分散合成单元103用于根据波长在第一轴向上分散各个入射光，即将每个入射光中的各个波长在第一轴向上进行空间分散，从而能够单独地控制每个波长的光。假设光的传输方向为Z轴、并且相互垂直的X轴和Y轴定义了与Z轴垂直的面，所述第一轴向可以是所述X轴和Y轴中的任一个，在其它的坐标系统中所述第一轴向也可以是按照其它方式定义的方向。下文中，以所述第一轴向是X轴为例进行描述。具体地，所述波长分散合成单元103可以将包括波长入λ1、λ2、λn的入射光IN1在第一轴向（例如，X轴方向）上分散为三个波长λ1、λ2、λn的光。

对于要输出到出射单元102中的各个波长的反射光，所述波长分散合成单元103可以根据波长来复用在第一轴向上分散的反射光，即将第一轴向上的多个波长的光复用为一个出射光，并提供给出射单元中的相应出射端口。所述波长分散合成单元103针对各个波长的反射光的作用与针对各个入射光的作用相反。

如图1所示，所述波长分散合成单元103可以是透射式衍射光栅，但并不限于此，其还可以是反射式衍射光栅，也可以是波分复用解复用器件。可以使用任何能够实现不同波长光在第一轴向上的复用和解复用（或分散）的其它器件来作为该波长分散合成单元103，其具体实现不构成限制。

所述光调控单元104用于使在第一轴向上分散的各个入射光和各个反射光在第二轴向上不分散。由于入射单元101具有多个入射光，每个入射光中的多个波长经由所述波长分散合成单元103而在第一轴向上分散。为了使不同入射光中的各个波长不相互影响，所以在空间上区分各个入射光，使得不同的入射光占据第二轴向上的不同位置。类似地，所述光调控单元104也使得要传送到出射单元102的各个出射光占据第二轴向上的不同位置，不在第二轴向上分散。该第二轴向可以是与X轴垂直的Y轴、或者是能够在空间上与第一轴向区分的其它轴向。下文中，以第二轴向是Y轴为例进行描述。

在第二轴向上与各个入射光和各个出射光对应地设置所述光调控单元104，从而区分各个入射光和各个出射光。如图1所示，入射单元101的各个入射光和出射单元102的各个出射光在Y轴方向上排列，相应地，所述光调控单元104可以控制各个入射光和各个出射光在Y轴方向上不分散，即将其限制在Y轴的不同位置上，从而使得N个入射光和M个出射光中的不同波长不相互影响。

作为示例，所述光调控单元104可以是图1所示的柱透镜阵列，该柱透镜阵列包括多个Y轴向上的柱透镜，该Y轴向上的各个柱透镜在Y轴向上分别与各个入射光和各个出射光对应。当各个入射光和各个出射光的位置改变时，所述光调控单元104中的各个柱透镜的位置也相应地改变。此外，取决于入射光或出射光的诸如波长分布等的特点，还可以采取其它的器件来在第二轴向上控制各个入射光和各个出射光。所述光调控单元104的具体实现方式不构成对本申请的限制。

要注意，所述波长分散合成单元103和所述光调控单元104的位置是可以互换的。也就是说，当需要时，可以使入射光先传送到所述光调控单元104，然后再传送所述波长分散合成单元103，而后传输到液晶光束偏转单元105。

所述液晶光束偏转单元105具有排列在同一平面中的多个像素，所述多个像素被划分为分别与入射光和出射光中的各个波长对应的子区域，用于通过改变子区域中的像素的相移特性来对从光调控单元接收的各个波长光或各个波长的反射光进行偏转。所述液晶光束偏转单元105可基于硅基液晶或蓝相液晶（BPLC，Blue Phase Liquid Crystal）来制作，其中的每个像素的相位可调，通过构造各个像素的相移特性，使得入射到各个子区域的像素中的光被偏转，从而改变各个波长的光的传输方向。该液晶光束偏转单元105可等效为偏转角可控的衍射光栅。

所述液晶光束偏转单元105中的各个子区域可如下地划分，将所述液晶光束偏转单元105中的多个像素在第二轴向上划分为分别与各个入射光和各个出射光一一对应的大区域，每个大区域在第一轴向被划分为与波长对应的各个子区域。图2示意性图示了波长选择开关装置100中的液晶光束偏转单元105的用于对光进行偏转的子区域的分布。如图2所示，向第二轴向（Y轴）上将多个像素划分为分别与各个入射光和各个出射光一一对应的大区域，其中大区域Tn是用于入射光INn的大区域（1≤n≤N），大区域Tm是用于出射光Om的大区域（1≤m≤M）。在大区域Tn中，根据入射光INn中的波长数目来设置多个子区域，例如图2中的对应于波长λj的子区域Snj、对应于波长λl的子区域Snl、等等；在大区域Tm中，根据出射光Om中的波长数目来设置多个子区域，例如图2中的对应于波长λj的子区域Smj、对应于波长λl的子区域Sml等等。图2中的子区域的划分仅仅是示意性的，根据入射端口和出射端口的位置或各个端口中的波长的不同，还会有其它的划分方式。

所述反射单元106与所述液晶光束偏转单元105平行地设置，用于将在用于入射光的各个子区域中偏转的各个波长光反射到用于出射光的各个子区域中，以进行偏转。各个入射光在被传输至该反射单元106后被反射，从而成为要传输到出射单元102的反射光。该所述反射单元106例如可以是平面镜子、反射棱镜等，任何能够实现光反射的器件都可以用作反射单元。下面结合图3描述入射光的特定波长的光在液晶光束偏转单元105中的偏转和在反射单元106中的反射。

图3是示意性图示了根据本申请第一实施例的波长选择开关装置100中的波长切换。图3中示出了液晶光束偏转单元105和反射单元106在第二轴向（Y轴）上的视图。以从光调控单元104输出的波长λj为例，假设该波长λj与第二轴向垂直地（α₁=0）入射到所述液晶光束偏转单元105的子区域Snj，在该子区域Snj中被以角度β₁偏转，从而入射到反射单元106而被反射，反射产生的反射光以入射角α₂被传输到液晶光束偏转单元105的用于出射光Om的子区域Snj，在子区域Snj中反射的波长λj被偏转，并且与第二轴向垂直地（β₂=0）输出并传送到出射单元102。在图3中，为了图示清楚而使α₁=0，在目前的使用技术中，该入射角α₁通常小于±6°，并优选地控制为小于±4°。通过控制子区域中的像素的相位特性来控制所述偏转角β₁，该偏转角β₁越小，对光的偏转效率越高，所述液晶光束偏转单元中的子区域Snj所在的大区域Tn与用于出射光的子区域Smj所在的大区域Tm之间的距离会降低；该偏转角β₁越大，对光的偏转效率越低，大区域Tn与大区域Tm之间的距离L2会增加。因此，所述液晶光束偏转单元中的各个大区域之间的距离可以基于该液晶光束偏转单元的光偏转效率来设计。

所述偏转驱动单元107用于驱动所述液晶光束偏转单元105来实现各个子区域中的光偏转。对于要切换的切换波长λj，偏转驱动单元107首先在所述液晶光束偏转单元中确定该切换波长λj的入射子区域和出射子区域，确定所述入射子区域的第一相移特性和所述出射子区域的第二相移特性，并且驱动所述入射子区域和所述出射子区域中的像素的电极以产生所述第一相移特性和第二相移特性。

图4示意性图示了根据本申请第一实施例的波长选择开关装置100中的偏转驱动单元107的结构。如图4所示，所述偏转驱动单元107可包括：子区域确定部件410，用于基于所述切换波长所在的入射光和要切换到的出射光来在所述液晶光束偏转单元中确定要切换的切换波长的入射子区域和出射子区域；相移计算单元420，基于所述入射子区域和所述出射子区域之间的位置关系、所述液晶光束偏转单元与所述反射单元之间的位置关系来确定所述入射子区域的偏转角β₁和所述出射子区域的入射角α₂，基于所述偏转角β₁和入射角α₂来确定所述入射子区域的第一相移特性M₁和出射子区域的第二相移特性M₂；驱动部件430，用于根据第一相移特性M₁向所述入射子区域中的像素施加第一电压，根据第二相移特性M₂向所述出射子区域中的像素施加第二电压，以驱动使所述切换波长被偏转。

以切换波长λj为例，所述子区域确定部件410可以接收切换指令来确定所述切换波长λj所在的入射光INn和要切换到的出射光Om，基于所述切换波长所在的入射光INn和要切换到的出射光Om来在所述液晶光束偏转单元105中确定该切换波长的入射子区域Snj和出射子区域Smj。

所述相移计算单元420根据如下的公式1来确定所述入射子区域的偏转角β₁：

${\mathrm{\β}}_1=\arctan \frac{L_2}{{2L}_1}$ 公式1

其中，L₁是所述液晶光束偏转单元105与所述反射单元106之间的距离，所述L₂是所述入射子区域与所述出射子区域在第二轴向上的距离，如图3所示。在液晶光束偏转单元如图2所示来划分子区域的情况中，该L₂等于所述入射子区域Snj所在的大区域Tn与所述出射子区域Smj所在的大区域Tm之间的距离。由于液晶光束偏转单元105与所述反射单元106平行，所述切换波长λj在出射子区域Smj中的入射角α₂等于所述偏转角β₁。如上所述，偏转角β₁越小，则相应的光偏转效率越高。因此，所述液晶光束偏转单元中的各个大区域之间的距离（例如L2）以及该液晶光束偏转单元与所述反射单元之间的距离（L1）可基于该液晶光束偏转单元的光偏转效率来设计。

所述相移计算单元根据如下的公式2－3来确定第一相移特性M₁和第二相移特性M₂：

nλ=M₁d(sinα₁+sinβ₁) 公式2

nλ=M₂d(sinα₂+sinβ₂) 公式3

其中，n是在所述液晶光束偏转单元105被等效为衍射光栅的情况中的衍射级次，其通常为1；所述α₁是所述切换波长在入射子区域（例如Snj）的入射角，所述β₁是所述切换波长在所述入射子区域的偏转角，所述β₂是所述切换波长在出射子区域（例如Smj）中的偏转角，d是所述液晶光束偏转单元中的像素的大小，λ是切换波长（例如为λj）。因此，在根据波长选择开关装置的光路确定入射子区域的入射角α₁和偏转角β₁，可以通过公式2确定入射子区域中的第一相移特性M₁；并且类似地确定通过公式3确定出射子区域中的第二相移特性M₂，从而实现针对切换波长λ的光路控制。

作为示例，所述相移特性可以是液晶光束偏转单元105中的像素的相位级次。图5是示意性图示了的波长选择开关装置100中的液晶光束偏转单元105的相移特性。在图5中，横轴是作为第二轴向的Y轴，纵轴是像素的相位Ф＝0.5π、π、1.5π、2π。图5中示出了每个子区域在第二轴向上的多个像素，多个像素的相位依次是0.5π、π、1.5π、2π、0.5π、π、1.5π、2π..........。该多个像素之间的相位差是ΔФ＝0.5π，而每个子区域的相位级次M为2π/ΔФ（这里M＝4）。此时，可以将该相位差ΔФ或相位级次M用作所述相移特性。根据控制精度的需要，所述相位差ΔФ还例如可以是0.05π、0.1π、0.2π、0.4π、0.6π等，相应地所述相位级次M还例如可以40、20、10、5、3.33等。图5中的d是所述液晶光束偏转单元中的像素的大小，当入射光以入射角α入射在小区域上时，可以产生偏转角β。基于所计算的相移特性，偏转驱动单元107中的驱动部件430向所述入射子区域和出射子区域中的像素施加电压，以驱动使所述切换波长被偏转。

在如上所述的根据本申请的实施例的波长选择开关装置100中，通过使液晶光束偏转单元与反射单元协作而在用于入射光和出射光的子区域中对光进行偏转，能够从多个出射光端口中的任一端口输出来自多个入射光端口的任一端口中的各个波长的光信号，从而极大地增加了波长选择开关装置的端口数目，并且实现了各个波长的光信号的带宽的灵活调节。

图6是示意性图示了根据本申请第二实施例的波长选择开关装置600的框图。在图6中，采用相同的附图标记来表示与图1中的组成相同的部分。也就是说，图6中的入射单元101、出射单元102、波长分散合成单元103、光调控单元104、液晶光束偏转单元105、反射单元106、偏转驱动单元107与图1中相同，这里不再描述。图6中将波长分散合成单元103示出为反射式衍射光栅，以替代图1的透射式衍射光栅。

图6与图1的区别在于增加了偏振转换单元610、扩束单元612、第二聚光单元614、第一聚光单元616。

如前所述，所述液晶光束偏转单元105可以是基于硅基液晶或蓝相液晶制作的元件。硅基液晶是偏振相关器件，只对一种偏振态的光有偏转作用。因此，当液晶光束偏转单元105是基于硅基液晶制作的元件时，在波长选择开关装置中要加入偏振转换器件，使得入射光的偏振态统一。也就是说，所述波长选择开关装置还包括偏振转换单元610，其位于所述入射单元101和所述波长分散合成单元103之间，用于将入射单元101中的各个入射光转换为能够由所述液晶光束偏转单元105偏转的偏振态的光，并且将来自波长分散合成单元103的各个具有单一偏振态的反射光转换为具有两个垂直的偏振分量的反射光。

图7是图示了波长选择开关装置600中的偏转转换单元610的示意图。如图7所示，偏振转换单元610由钒酸钇（YVO4）晶体和半波片阵列组成。入射光是随机的偏振光束，其首先被钒酸钇（YVO4）晶体分成o光和e光两束线偏振光，之后o光的偏振方向被半波片旋转90°，因此两束输出光的偏振方向相同。现有的或将来开发的各种偏转转换技术来实现所述偏振转换单元610，其例如还可以用电光聚合物材料来制作，具体的实现技术不构成对本申请的波长选择开关装置的限制。

当所述液晶光束偏转单元105是基于蓝相液晶制作的元件时，由于蓝相液晶是偏振无关器件，所以波长选择开关装置如图1所示不需要所述偏振转换器件，从而可以简化光路，降低波长选择开关装置的插入损耗、偏振相关损耗等。

所述波长选择开关装置600还包括位于所述入射单元和所述波长分散合成单元之间的扩束单元612，该扩束单元612用于对所述入射单元101中的各个入射光进行扩束，从而在第一轴向（例如X轴）上增加各个入射光在入射到所述波长分散合成单元103时的光斑。当入射光在所述波长分散合成单元103上的光斑增加时，该入射光中的各个波长光能够以更高的效率分散，从而提高所述波长分散合成单元103的色分散本领，并且降低波长选择开关装置的插入损耗。

如图6所示，扩束单元612可包括第一轴向上的第一透镜柱和第二轴向上的第二透镜柱。该扩束单元612还可以由更多的透镜组成。要注意，如果对波长选择开关装置的插入损耗、色分散本领等性能的要求较低，则波长选择开关装置可以如图1所示不包括该扩束单元612。

所述波长选择开关装置600还包括位于所述光调控单元104和所述液晶光束偏转单元105之间的第二聚光单元614，该第二聚光单元614用于在第一轴向上聚集在所述光调控单元104和所述液晶光束偏转单元105之间传送的各个波长的光。入射光经过所述光调控单元104而成为分散开的各个波长的光，各个波长的光入射到所述液晶光束偏转单元105的角度是发散的，利用该第二聚光单元614，可以使各个波长的光准直地或垂直地（即上述的入射角α₁近似为0或等于0）入射到液晶光束偏转单元105；此外，还可以将从液晶光束偏转单元105出射的各个波长的光聚集到所述光调控单元104。

在如图3所示，入射角α₁和偏转角β₂为零的情况中，可以容易地实现对液晶光束偏转单元105的驱动。因此，可以设置所述第二聚光单元614来使得入射光中的各个波长的光与第二轴向垂直地入射到所述液晶光束偏转单元（入射角α₁等于0），此外，还可以驱动所述液晶光束偏转单元中的用于出射光的各个子区域来使得各个波长的出射光与第二轴向垂直地从所述液晶光束偏转单元出射（偏转角β₂等于零）。当然，该入射角α₁和偏转角β₂也可以不为零，如上所述该入射角α₁优选地小于±4°，所述偏转角β₂也可以根据光路需要进行其它设置。

所述波长选择开关装置600还包括位于所述液晶光束偏转单元105和所述反射单元106之间的第一聚光单元616，该第一聚光单元616用于在第一轴向上聚集在所述液晶光束偏转单元和所述反射单元之间传送的各个波长的光。各个波长的入射光在液晶光束偏转单元105的用于入射光的各个子区域中被偏转，偏转后的光角度发散，利用该第一聚光单元616，可以在第一轴向上聚集在入射光的各个子区域中被偏转的光，从而在经过反射单元106反射之后，能够集中地入到用于出射光的各个子区域中，从而降低波长选择开关装置600的插入损耗。具体地，可以设置第一聚光单元616使得所述液晶光束偏转单元105位于其前焦面上所述反射单元106位于其后焦面上，从而聚集在所述液晶光束偏转单元和所述反射单元之间传送的各个波长的光。

在具体的应用中，在图1的波长选择开关装置的基础上，可以增加图6中的偏振转换单元610、扩束单元612、第二聚光单元614、第一聚光单元616中的一个或多个器件，而不是必须增加全部同时使用。此外，在图1的波长选择开关装置的基础上，还可以增加任何其它所需器件。

在根据本申请的实施例的上述波长选择开关装置600中，通过使液晶光束偏转单元与反射单元协作而在用于入射光和出射光的子区域中对光进行偏转，不仅极大地增加了波长选择开关装置的端口数目，而且还在插入损耗、色分散本领方面进一步提高了波长选择开关装置的性能。

上面结合图1至图7公开根据本申请的不同实施例的波长选择开关装置。该波长选择开关装置可以应用在各种不同的通信设备中。相应地，任何包括根据本申请的实施例的波长选择开关装置的通信设备也都处于本申请的公开范围。

图8是示意性图示了根据本申请实施例的用于波长选择开关装置的波长切换方法800的流程图。该波长切换方法800可应用于图1和图6中的任一个所述的波长选择开关装置中。具体地，该波长切换方法800可以在偏转驱动单元中实现。可以利用中央处理单元、专用芯片、可编程逻辑阵列中的一个或多个来实现该波长切换方法。

该波长切换方法800所应用于的波长选择开关装置可包括：入射单元，其中进入N个入射光，每个入射光是由多个波长的光组成的波分复用光，N为自然数；出射单元，包括M个出射光，每个出射光包括一个或多个从各个入射光选择的波长的光，M为自然数；波长分散合成单元，用于根据波长将在第一轴向上分散所述入射部分中的各个入射光，并且根据波长来复用在第一轴向上分散的反射光；光调控单元，在不同于第一轴向的第二轴向上与各个入射光和各个出射光对应地设置，用于使在第一轴向上分散的各个入射光和各个反射光在第二轴向上不分散；液晶光束偏转单元，具有排列在同一平面中的多个像素，所述多个像素在第二轴向上被划分为分别与入射光和出射光对应的区域，每个区域在第一轴向被划分为与波长对应的多个子区域，用于通过改变子区域中的像素的相移特性来对从光调控单元接收的各个波长光或各个波长的反射光进行偏转；反射单元，与所述液晶光束偏转单元平行地设置，用于将在用于入射光的各个子区域中偏转的各个波长光反射到用于出射光的各个子区域中，以进行偏转。

所述液晶光束偏转单元中的多个像素可以在第二轴向上被划分为分别与各个入射光和各个出射光一一对应的大区域，每个大区域在第一轴向被划分为与波长对应的各个子区域。

当所述液晶光束偏转单元是基于硅基液晶制作的元件，所述波长选择开关装置还可包括偏振转换单元，位于所述入射单元和所述波长分散合成单元之间，用于将入射单元中的各个入射光转换为能够由所述液晶光束偏转单元偏转的偏振态的光，并且将来自波长分散合成单元的各个具有单一偏振态的反射光转换为具有两个垂直的偏振分量的反射光。

为了提高所述波长分散合成单元的色分散本领，在所述波长选择开关装置中还可增加位于所述入射单元和所述波长分散合成单元之间的扩束单元，用于对所述入射单元中的各个入射光进行扩束，从而在第一轴向上增加各个入射光在入射到所述波长分散合成单元时的光斑。

此外，为了降低波长选择开关装置的插入损耗，可以在所述波长选择开关装置中还可增加位于所述液晶光束偏转单元和所述反射单元之间的第一聚光单元，或者在所述波长选择开关装置中增加位于所述光调控单元和所述液晶光束偏转单元之间的第二聚光单元。该第一聚光单元用于在第一轴向上聚集在所述液晶光束偏转单元和所述反射单元之间传送的各个波长的光。该第二聚光单元用于在第一轴向上聚集在所述光调控单元和所述液晶光束偏转单元之间传送的各个波长的光。

所述波长切换方法800包括：在所述液晶光束偏转单元中确定用于所述切换波长的入射子区域和出射子区域(S810)；确定所述入射子区域的第一相移特性和所述出射子区域的第二相移特性(S820)；和驱动所述入射子区域和所述出射子区域中的像素的电极以产生所述第一相移特性和第二相移特性(S830)。

在S810中，可以基于所述切换波长所在的入射光和要切换到的出射光来在所述液晶光束偏转单元中确定要切换的切换波长的入射子区域和出射子区域，还可以从其它器件接收与要切换的切换波长的入射子区域和出射子区域有关的信息。作为示例，可以接收切换指令来确定所述切换波长所在的入射光和要切换到的出射光，基于所述切换波长所在的入射光和要切换到的出射光来在所述液晶光束偏转单元中确定该切换波长的入射子区域和出射子区域。

图9是示意性图示了根据本申请实施例的所述波长切换方法中的确定相移特性的步骤S820的流程图。如图9所示，在S820中可如下地确定第一相移特性和第二相移特性：基于所述入射子区域和所述出射子区域之间的位置关系、所述液晶光束偏转单元与所述反射单元之间的位置关系来确定所述入射子区域的偏转角β₁（S821）；基于所述入射子区域的偏转角β₁和所述液晶光束偏转单元与所述反射单元之间的位置关系来确定所述出射子区域的入射角α₂（S822）；基于所述偏转角β₁和入射角α₂来确定所述入射子区域的第一相移特性M₁和出射子区域的第二相移特性M₂（S823）。

在S821中，所述入射子区域的偏转角β₁可根据上面的公式1来确定，即根据所述液晶光束偏转单元与所述反射单元之间的距离（L₁）和所述入射子区域与所述出射子区域在第二轴向上的距离（L₂）确定了所述入射子区域的偏转角β₁。

由于液晶光束偏转单元与所述反射单元平行，所述切换波长在出射子区域中的入射角α₂等于所述偏转角β₁。即，基于所述入射子区域的偏转角β₁和所述液晶光束偏转单元与所述反射单元之间的位置关系确定了所述出射子区域的入射角α₂。如上所述，偏转角β₁越小，则相应的光偏转效率越高。因此，所述液晶光束偏转单元中的入射子区域与出射子区域在第二轴向上的距离（例如L2）以及该液晶光束偏转单元与所述反射单元之间的距离（L1）可基于该液晶光束偏转单元的光偏转效率来设计。

在S823中，可根据上文中的公式2－3来确定第一相移特性M₁和第二相移特性M₂。这里不再详述。因此，在根据波长选择开关装置的光路确定了入射子区域的入射角α₁和偏转角β₁，可以通过公式2确定入射子区域中的第一相移特性M₁；并且类似地确定通过公式3确定出射子区域中的第二相移特性M₂，从而实现针对切换波长的光路控制。

在实践中，可以利用上述的第二聚光单元来使得入射光中的各个波长的光与第二轴向垂直地入射到所述液晶光束偏转单元（即入射角α₁等于0），从而简化S820中的计算或确定操作；类似地，所述液晶光束偏转单元中的用于出射光的各个子区域也可以驱动为使得各个波长的出射光与第二轴向垂直地从所述液晶光束偏转单元出射（出射子区域中的偏转角β₂等于0）。当然，该入射角α₁和偏转角β₂也可以不为零，如上所述该入射角α₁优选地小于±4°，所述偏转角β₂也可以根据光路需要进行其它设置。

在该S820中，还根据所述液晶光束偏转单元的特性采取其它的方式确定各个子区域中的相移特性，这里的确定相移特性的方式仅仅是示例性的，不能构成对本申请的限制。

在S830中，基于所确定的相移特性来产生用于所述入射子区域的驱动电压和用于所述出射子区域的驱动电压，从而驱动所述入射子区域和所述出射子区域中的像素的电极以产生所述第一相移特性和第二相移特性。

按照上述类似的方式，可以对所有入射光中的所有波长的光的切换控制，从而实现各个波长的光信号的上路、下路和直通。

在根据本申请的实施例的上述用于波长选择开关装置的波长切换方法中，通过控制液晶光束偏转单元与反射单元协作而在用于入射光和出射光的子区域中对光进行偏转，能够从多个出射光端口中的任一端口输出来自多个入射光端口的任一端口中的各个波长的光信号，从而极大地增加了波长选择开关装置的端口数目，并实现了各个波长的光信号的带宽的灵活调节。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的波长切换方法所应用于的力反馈装置的具体实现和结构，可以参考前面结合图1至图7描述的波长选择开关装置的实施例中的图示和操作，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，上述方法实施例中的部分步骤可以进行重新组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

1.一种波长选择开关装置，包括：

入射单元，包括N个入射光，每个入射光是由多个波长的光组成的波分复用光，N为自然数；

出射单元，包括M个出射光，每个出射光包括一个或多个从各个入射光选择的波长的光，M为自然数；

波长分散合成单元，用于根据波长将在第一轴向上分散所述入射单元中的各个入射光，并且根据波长来复用去往出射单元的在第一轴向上分散的反射光；

光调控单元，在不同于第一轴向的第二轴向上与各个入射光和各个出射光对应地设置，用于使在第一轴向上分散的各个入射光和各个反射光在第二轴向上不分散；

液晶光束偏转单元，具有排列在同一平面中的多个像素，所述多个像素被划分为分别与入射光和出射光中的各个波长对应的子区域，用于通过改变子区域中的像素的相移特性来对从光调控单元接收的各个波长光或各个波长的反射光进行偏转；

反射单元，与所述液晶光束偏转单元平行地设置，用于将在用于入射光的各个子区域中被偏转的各个波长光反射到用于出射光的各个子区域中，以进行偏转；

偏转驱动单元，在所述液晶光束偏转单元中确定要切换的切换波长的入射子区域和出射子区域，确定所述入射子区域的第一相移特性和所述出射子区域的第二相移特性，并且驱动所述入射子区域和所述出射子区域中的像素的电极以产生所述第一相移特性和第二相移特性。

2.根据权利要求1的波长选择开关装置，其中，所述光调控单元是包括多个第二轴向上的柱透镜的柱透镜阵列，所述第二轴向上的各个柱透镜在第二轴向上分别与各个入射光和各个出射光对应。

3.根据权利要求1的波长选择开关装置，其中，所述液晶光束偏转单元是基于硅基液晶制作的元件，所述波长选择开关装置还包括：

偏振转换单元，位于所述入射单元和所述波长分散合成单元之间，用于将入射单元中的各个入射光转换为能够由所述液晶光束偏转单元偏转的偏振态的光，并且将来自波长分散合成单元的各个具有单一偏振态的反射光转换为具有两个垂直的偏振分量的反射光。

4.根据权利要求1的波长选择开关装置，其中，所述波长分散合成单元是透射式衍射光栅和反射式衍射光栅之一。

5.根据权利要求1的波长选择开关装置，还包括：

第一聚光单元，位于所述液晶光束偏转单元和所述反射单元之间，用于在第一轴向上聚集在所述液晶光束偏转单元和所述反射单元之间传送的各个波长的光。

6.根据权利要求1的波长选择开关装置，还包括：

扩束单元，位于所述入射单元和所述波长分散合成单元之间，用于对所述入射单元中的各个入射光进行扩束，从而在第一轴向上增加各个入射光在入射到所述波长分散合成单元时的光斑。

7.根据权利要求1的波长选择开关装置，其中，所述液晶光束偏转单元中的多个像素在第二轴向上被划分为分别与各个入射光和各个出射光一一对应的大区域，每个大区域在第一轴向被划分为与波长对应的各个子区域。

8.根据权利要求1的波长选择开关装置，其中，所述偏转驱动单元包括：

子区域确定部件，用于基于所述切换波长所在的入射光和要切换到的出射光来在所述液晶光束偏转单元中确定要切换的切换波长的入射子区域和出射子区域；

相移计算单元，基于所述入射子区域和所述出射子区域之间的位置关系、所述液晶光束偏转单元与所述反射单元之间的位置关系来确定所述入射子区域的偏转角β₁和所述出射子区域的入射角α₂，基于所述偏转角β₁和入射角α₂来确定所述入射子区域的第一相移特性M₁和出射子区域的第二相移特性M₂；

驱动部件，用于根据第一相移特性M₁向所述入射子区域中的像素施加第一电压，根据第二相移特性M₂向所述出射子区域中的像素施加第二电压，以驱动使所述切换波长被偏转。

9.根据权利要求8的波长选择开关装置，其中，所述相移计算单元根据如下的公式来确定所述入射子区域的偏转角β₁：

${\mathrm{\β}}_1=arctan\frac{L_2}{2L_1}$

其中，L₁是所述液晶光束偏转单元与所述反射单元之间的距离，所述L₂是所述入射子区域与所述出射子区域在第二轴向上的距离。

10.根据权利要求8的波长选择开关装置，其中，所述相移计算单元根据如下的公式来确定第一相移特性M₁和第二相移特性M₂

nλ＝M₁d(sinα₁+sinβ₁) nλ＝M₂d(sinα₂+sinβ₂)

其中，n是在所述液晶光束偏转单元被等效为衍射光栅的情况中的衍射级次，所述α₁是所述切换波长在入射子区域的入射角，所述β₁是所述切换波长在所述入射子区域的偏转角β₁，所述β₂是所述切换波长在出射子区域的偏转角，λ是所述切换波长，d是所述液晶光束偏转单元中的像素的大小。

11.根据权利要求1的波长选择开关装置，还包括：

第二聚光单元，位于所述光调控单元和所述液晶光束偏转单元之间，用于在第一轴向上聚集在所述光调控单元和所述液晶光束偏转单元之间传送的各个波长的光。

12.根据权利要求11的波长选择开关装置，其中，所述第二聚光单元被设置为使得入射光中的各个波长的光与第二轴向垂直地入射到所述液晶光束偏转单元，并且所述液晶光束偏转单元中的用于出射光的各个子区域被驱动为使得各个波长的出射光与第二轴向垂直地从所述液晶光束偏转单元出射。

13.根据权利要求7的波长选择开关装置，其中，所述液晶光束偏转单元中的各个大区域之间的距离以及该液晶光束偏转单元与所述反射单元之间的距离是基于该液晶光束偏转单元的光偏转效率来设计的。

14.一种通信设备，包括根据权利要求1－13中任一项所述的波长选择开关装置。

15.一种用于波长选择开关装置的波长切换方法，该波长选择开关装置包括：入射单元，其中包括N个入射光，每个入射光是由多个波长的光组成的波分复用光，N为自然数；出射单元，包括M个出射光，每个出射光包括一个或多个从各个入射光选择的波长的光，M为自然数；波长分散合成单元，用于根据波长将在第一轴向上分散所述入射单元中的各个入射光，并且根据波长来复用去往出射单元的在第一轴向上分散的反射光；光调控单元，在不同于第一轴向的第二轴向上与各个入射光和各个出射光对应地设置，用于使在第一轴向上分散的各个入射光和各个反射光在第二轴向上不分散；液晶光束偏转单元，具有排列在同一平面中的多个像素，所述多个像素在第二轴向上被划分为分别与入射光和出射光对应的区域，每个区域在第一轴向被划分为与波长对应的多个子区域，用于通过改变子区域中的像素的相移特性来对从光调控单元接收的各个波长光或各个波长的反射光进行偏转；反射单元，与所述液晶光束偏转单元平行地设置，用于将在用于入射光的各个子区域中被偏转的各个波长光反射到用于出射光的各个子区域中，以进行偏转，所述波长切换方法包括：

在所述液晶光束偏转单元中确定用于要切换的切换波长的入射子区域和出射子区域；

确定所述入射子区域的第一相移特性和所述出射子区域的第二相移特性；和

驱动所述入射子区域和所述出射子区域中的像素的电极以产生所述第一相移特性和第二相移特性。

16.根据权利要求15的波长切换方法，其中，所述确定所述入射子区域的第一相移特性和所述出射子区域的第二相移特性包括：

基于所述入射子区域和所述出射子区域之间的位置关系、所述液晶光束偏转单元与所述反射单元之间的位置关系来确定所述入射子区域的偏转角β₁；

基于所述入射子区域的偏转角β₁和所述液晶光束偏转单元与所述反射单元之间的位置关系来确定所述出射子区域的入射角α₂；

基于所述偏转角β₁和入射角α₂来确定所述入射子区域的第一相移特性M₁和出射子区域的第二相移特性M₂。

17.根据权利要求16的波长切换方法，其中，所述入射子区域的偏转角β₁是根据如下的公式来确定的：

${\mathrm{\β}}_1=arctan\frac{L_2}{2L_1}$

其中，L₁是所述液晶光束偏转单元与所述反射单元之间的距离，所述L₂是所述入射子区域与所述出射子区域在第二轴向上的距离。

18.根据权利要求16的波长切换方法，其中，所述第一相移特性M₁和第二相移特性M₂是根据如下的公式来分别确定的

nλ＝M₁d(sinα₁+sinβ₁) nλ＝M₂d(sinα₂+sinβ₂)

其中，n是在所述液晶光束偏转单元被等效为衍射光栅的情况中的衍射级次，所述α₁是所述切换波长在入射子区域的入射角，所述β₂是所述切换波长在出射子区域的偏转角，λ是所述切换波长，d是所述液晶光束偏转单元中的像素的大小。

19.根据权利要求15的波长切换方法，其中，所述波长选择开关装置还包括第二聚光单元，位于所述光调控单元和所述液晶光束偏转单元之间，用于在第一轴向上聚集在所述光调控单元和所述液晶光束偏转单元之间传送的各个波长的光，该第二聚光单元被设置为使得入射光中的各个波长的光与第二轴向垂直地入射到所述液晶光束偏转单元，

所述液晶光束偏转单元中的用于出射光的各个子区域被驱动为使得各个波长的出射光与第二轴向垂直地从所述液晶光束偏转单元出射。