專利名稱：光開關(guān)以及用于控制光開關(guān)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光開關(guān)以及用于控制光開關(guān)的裝置和方法。具體而言， 本發(fā)明涉及一種適于在下述情況中的技術(shù)通過改變反射面的角度來使 光路偏轉(zhuǎn)以將反射光束導(dǎo)向多個輸出端口中的任意一個。
背景技術(shù)：
迄今為止，在將光信號轉(zhuǎn)換為電信號之后借助于電開關(guān)來執(zhí)行光傳 輸系統(tǒng)中的信道切換。然而，使用在不將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的情況下 原樣地對光信號進行切換的幵關(guān)(光開關(guān))可以提高信道切換速度和效率。
圖13、 14和15示出了光開關(guān)的結(jié)構(gòu)。圖13示出了光幵關(guān)的透視示 意圖，圖14示出了其側(cè)視示意圖，圖15示出了其平面示意圖。
如圖13至15所示，光開關(guān)10例如包括波長空間分光光學(xué)元件(波 長空間分光裝置)1，用于根據(jù)波長來對WDM (波分復(fù)用)光束進行空 間分光；輸入/輸出光學(xué)系統(tǒng)(輸入光學(xué)系統(tǒng)和輸出光學(xué)系統(tǒng))2，該系統(tǒng) 具有排列成陣列的輸入端口 (輸入光纖)21和輸出端口 (輸出光纖)22 以及多個準(zhǔn)直透鏡[準(zhǔn)直透鏡陣列(準(zhǔn)直裝置)]23等等；聚光透鏡[聚光 光學(xué)系統(tǒng)(聚光裝置)]3;以及可動反射體70，其具有與分光后的多個 波長分別對應(yīng)的MEMS反射鏡(光偏轉(zhuǎn)裝置)4。
作為上述波長空間分光光學(xué)元件1，例如可使用透射型的衍射光柵。
WDM光束從輸入端口 21輸入到波長空間分光光學(xué)元件1上，并且波長 空間分光光學(xué)元件1根據(jù)波長而將包含在WDM光束中的波長成分分散 到不同方向，并且輸出這些波長成分。
上述可動反射體70具有多個微型反射鏡(MEMS反射鏡)4，作為 在元件(衍射光柵)1的波長分光方向上排列成陣列的光偏轉(zhuǎn)裝置。各個 MEMS反射鏡4執(zhí)行波長選擇切換的功能，對上述元件1所分光的光束 當(dāng)中的照射在自身上的與其自己的位置相對應(yīng)的光束進行反射，并且把 該光束導(dǎo)向輸入/輸出光學(xué)系統(tǒng)2中的多個輸出端口 22的任意一個。
可以通過改變MEMS反射鏡4的反射面角度來選擇輸出端口 22。通 過對各個MEMS反射鏡4的反射面角度進行獨立控制，可單獨地對多個 波長中的每一個執(zhí)行不同的切換。
例如，如圖14和15所示，通過改變一個MEMS反射鏡4的反射 面角度以將該反射光束導(dǎo)向不同的輸出端口 23 (例如，沿著端口 21和 22的排列方向改變反射面的角度)，可將從輸入端口 21輸入的WDM 光束中包含的預(yù)定波長分配給任意一個輸出端口 22 (例如，參考下面的 專利文獻1 )。
當(dāng)選擇輸出端口 22時，通過精細地改變各個MEMS反射鏡4的角 度，而不用動態(tài)地移動該角度，即可衰減輸入到輸出端口 22的光強度(也 '就是說，可實現(xiàn)光衰減器功能)。
各個MEMS反射鏡4可以繞兩個軸動作，也就是說，其反射鏡角度 可在圖14所示的沿著波長分光方向的方向(水平方向)上以及圖15所 示的垂直于波長分光方向的方向(垂直方向)上變化。
專利文獻l:日本特表2003 —515187號公報
當(dāng)對輸出端口 22進行切換時，如果所要切換到的端口是相鄰的端口 22，那么MEMS反射鏡4的反射鏡角度在輸出端口 22的排列方向上變 化。當(dāng)必須切換到不相鄰的端口時，必須避免光束泄漏到相鄰端口22。
如圖16示意性所示，首先在水平方向(沿著波長分光方向的方向) 上改變MEMS反射鏡4的反射鏡角度，以使光束位置在水平方向上從原 來的輸出端口 (22a)位置移動到遠離的位置(光束不會泄漏到輸出端口
22的位置稱作光隔離區(qū)域ll)(參考箭頭A)。此后，在垂直方向(與 波長分光方向相垂直的方向)上改變反射鏡角度，以使光束位置移動到
與目標(biāo)輸出端口 22 (22c)的中心位置相對應(yīng)的位置(參考箭頭B)。接 下來，再次在水平方向(但是，與第一次相反的方向)上改變反射鏡角 度，以使光束移動到目標(biāo)輸出端口 22(22c)，并且使光束照射在其上(參 考箭頭C)。
根據(jù)如上所述的端口切換，可減小輸出端口之間22的距離(間距) (大約1.5 mm)。
然而，當(dāng)對輸出端口進行切換時(當(dāng)使光束衰減時)，該切換操作 可使透過波段特性具有圖17所示的形狀。圖17示出了光束點半徑與包 含衍射效果的波段特性之間的關(guān)系，表示了改變MEMS反射鏡4的角度 時在MEMS反射鏡4的各個角度(0° 、 1.2° 、 1.5°以及2.0° )上獲 得的多個不同特性。在圖17中，縱軸表示透過強度(dB)，橫軸表示 MEMS反射鏡4的寬度(分光方向上的長度)是l (±0.5)時的波長波 段，即規(guī)一化的波長波段。圖17表示當(dāng)MEMS反射鏡4的角度增大時， 產(chǎn)生了從中部的平坦部分升起的凸?fàn)畹耐高^波段特性，也就是說，在透 過波段的外側(cè)(旁帶，side lobe)附近產(chǎn)生了凸起。
圖18示出了該原理。
假定波長空間分光光學(xué)元件1所分散的各個光束是中心波長，將各 個MEMS反射鏡4設(shè)置為使具有中心波長的各個光束照射在MEMS反 射鏡4的中心位置上。如果包含在WDM光束之中的各個波長實際上未 從中心波長偏移，則各個光束照射在MEMS反射鏡4的中心位置上，如 圖18中的框100中的標(biāo)號5c所示。
當(dāng)分光后的各個光束的中心波長發(fā)生偏移時(當(dāng)光束包含偏移成分 時)，光束照射在圖18中的框100中的標(biāo)號5b或5d所示的位置上。當(dāng) 光束進一步偏移時，該光束照射MEMS反射鏡4的端面?zhèn)壬?相對于波 長分光方向而言的MEMS反射鏡4的端面?zhèn)?，如圖18中的框100中的 標(biāo)號5a或5e所示。
在這里，應(yīng)當(dāng)注意的是當(dāng)如圖18中的框100所示，入射光束照射在 MEMS反射鏡4的端面附近的部分上時，因為入射光束5 (5a、 5e)的一 部分被削減，在反射光束6 (6a， 6e)中產(chǎn)生了衍射，從而與光束照射在 MEMS反射鏡4的中心附近的部分上時的反射光束6 (6b至6d)相比， 光點半徑增大。
如上所述當(dāng)光點半徑增大時，如圖18中的框200所示，反射光束6 的旁帶升高(參照曲線9)。在旁帶部分中，波束功率要大于從MEMS反 射鏡4中心附近的部分所反射的反射光束6的功率(參照曲線8)。也就 是說，當(dāng)MEMS反射鏡的反射面朝著波長分光方向傾斜時，在端部入射 光束被進一步削減。然而，反射面的這種傾斜使得可以通過準(zhǔn)直透鏡23 的孔徑(面積)7削減反射光束6的旁帶部分的功率(也就是說，標(biāo)號7 所示部分中包含的面積是該波長的透過強度)，從而MEMS反射鏡4的 端面附近的部分的輸出光束強度進一步增強。
也就是說，如上所述，因為越靠近MEMS反射鏡4的端面，反射光 束6的削減量越大，因此在波長分光方向上對端口進行切換時衍射效果 增大。如果沒有衍射效果，則透過波段特性可以是梯形的，因為只有由 于削減反射光束6而引起的波束功率變化。然而，如圖17和18所示， 衍射效果增加了梯形透過波段特性。
同時，不同波長的反射光束6的峰值處于空間上的相同位置(空間 分離量=0)的原因在于反射光束6通過聚光光學(xué)系統(tǒng)3而會聚，并且通 過分光光學(xué)元件1改變角度使光束變得平行，如圖18中的框300、 400、 500以及600所示。圖18中的框200所示的開口7的寬度示出了到主要 由準(zhǔn)直透鏡23構(gòu)成的輸出光學(xué)系統(tǒng)2為止的開口。開口 7的寬度與準(zhǔn)直 透鏡23的面積相對應(yīng)地增大。
當(dāng)產(chǎn)生了超過中間平坦部分的凸?fàn)钔高^波段特性(也就是說，透過
波段的外側(cè)(旁帶)附近的凸起)時，當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)中使用了光放大器時，
該凸?fàn)畈糠忠苍诠夥糯笃鞯墓夥糯笾斜环糯?。這可使S/N比劣化。這在
多級連接中是值得注意的，其限制了多級連接的數(shù)目并且阻礙了系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)具有高自由度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述缺點，本發(fā)明的目的在于抑制光開關(guān)的透過波段特性的外 側(cè)(旁帶)附近的凸起。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的光開關(guān)以及用于控制該光 開關(guān)的方法-
(1) 根據(jù)本發(fā)明的光開關(guān)，其包括波長空間分光光學(xué)元件，用于
根據(jù)波長對波長復(fù)用光束進行空間分光；多個輸出端口；多個反射鏡，
所述波長空間分光光學(xué)元件所分光的光束照射在所述多個反射鏡上，各 個反射鏡能夠通過在分光方向的軸上改變其反射面的角度而把反射光束
導(dǎo)向所述多個輸出端口中的任意一個；以及控制裝置，用于在改變照射 在所述多個輸出端口中的任意一個上的反射光束的輸出目的地時，通過 在所述分光方向的軸上旋轉(zhuǎn)所述多個反射鏡中的相應(yīng)反射鏡的反射面來 衰減所述反射光束的輸出功率，并用于在進行所述衰減之后，控制所述 相應(yīng)反射鏡的反射面，使得所述反射面繞過相鄰的輸出端口而將所述反 射光引導(dǎo)至另一輸出端口。
(2) 所述光開關(guān)包括波長空間分光光學(xué)元件，用于根據(jù)波長對波 長復(fù)用光束進行空間分光；多個輸出端口；以及多個反射鏡，所述波長 空間分光光學(xué)元件所分光的光束照射在這多個反射鏡上，各個反射鏡能 夠通過在分光方向的軸上改變其反射面的角度而將反射光束導(dǎo)向所述多 個輸出端口中的任意一個，所述控制方法包括以下步驟衰減步驟，當(dāng) 改變照射在所述多個輸出端口中的任意一個上的反射光束的輸出目的地 時，通過在所述分光方向的軸上旋轉(zhuǎn)所述多個反射鏡中的相應(yīng)的反射鏡 的反射面，來衰減所述反射光束的輸出功率；以及控制步驟，在所述衰 減步驟中進行衰減之后，控制所述相應(yīng)的反射鏡的反射面，使得所述反 射面繞過相鄰的輸出端口而將所述反射光束引導(dǎo)至另一輸出端口。
(3) 根據(jù)本發(fā)明的另一種光開關(guān)，其包括波長空間分光光學(xué)元件，
用于根據(jù)波長對波長復(fù)用光束進行空間分光；多個輸出端口；以及多個 反射鏡，所述波長空間分光光學(xué)元件所分光的光束照射在所述多個反射 鏡上，各個反射鏡能夠通過改變其反射面的角度而將反射光束導(dǎo)向所述多個輸出端口中的任意一個，控制單元，用于在將照射到第一輸出端口 的反射光束的輸出目的地改變?yōu)閺牡谝惠敵龆丝谇袚Q至的第二輸出端口 時，通過在所述分光方向的軸上旋轉(zhuǎn)所述多個反射鏡中的相應(yīng)反射鏡的 反射面，控制為使得所述反射光束接近所述第二輸出端口以外的其他輸 出端口，來衰減所述反射光束的輸出功率，并在進行所述衰減之后控制 所述相應(yīng)反射鏡的反射面，使得所述反射面將所述反射光束引導(dǎo)至所述 第二輸出端口。
根據(jù)本發(fā)明，可極大地降低輸出端口處的透過波段特性的外側(cè)(旁 帶)附近的凸起量。
由此，可以在不降低S/N比的情況下通過光放大器進行光放大。 另外，可以實現(xiàn)多級連接，這使光系統(tǒng)可以具有很高的自由度。 尤其是，因為波段特性可以很平坦，因此可使分配給各個波段的波
長(信道)的光電平變得均勻，由此可以提高波長復(fù)用光束的所有波段
的信號質(zhì)量。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的光開關(guān)的結(jié)構(gòu)側(cè)視示意圖2是用于說明圖1所示光開關(guān)的操作(無中斷端口切換)的示意
圖3是MEMS反射鏡上的光束入射位置的示意圖，以便說明圖1所 示的MEMS反射鏡在水平方向上的操作與垂直方向上的操作之間的透過 波段特性的差別；
圖4示出了圖1所示的MEMS反射鏡在水平方向上的操作與垂直方 向上的操作之間的透過波段特性的差別；
圖5是當(dāng)通過圖1所示的MEMS反射鏡來在垂直方向上進行端口切 換時初始波段特性的一個示例的示意圖6是用于說明圖1所示的MEMS反射鏡在垂直方向上操作時端口 之間的距離的設(shè)計方法的示意圖7是圖1所示的MEMS反射鏡在垂直方向上操作時初始連接端口
處的透過波段特性的變化的一個示例的示意圖8 (A)和8 (B)是用于說明該實施例的第一變型例的示意圖； 圖9 (A)和9 (B)是用于說明該實施例第二變型例的示意圖； 圖IO是用于說明該實施例的第三變型例的示意圖； 圖11是用于說明該實施例的第四變型例的示意圖； 圖12是用于說明該實施例的第五變型例的示意圖； 圖13示出了光開關(guān)的透視示意圖； 圖14示出了光開關(guān)的側(cè)視示意圖； 圖15示出了光開關(guān)的平面示意圖16是用于說明公知光開關(guān)控制方法(無中斷端口切換)的示意圖； 圖17是圖16所示的無中斷端口切換時透過波段特性的一個示例的 示意圖；以及
圖18是圖16所示的無中斷端口切換時透過波段特性的原理示意圖。
具體實施方式
[A]實施例的說明
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的光開關(guān)結(jié)構(gòu)的側(cè)視示意圖。圖1與圖14 相對應(yīng)。如圖1所示，與上面參考圖13至15所描述的光開關(guān)相類似， 根據(jù)該實施例的光開關(guān)10例如包括波長空間分光光學(xué)元件(波長空間 分光裝置，波長空間分光單元)1，用于根據(jù)波長(對于各個波長)對波 長復(fù)用的WDM光束進行空間分光；輸入/輸出光學(xué)系統(tǒng)(輸入光學(xué)系統(tǒng) 以及輸出光學(xué)系統(tǒng))2，其具有排列成陣列的輸入端口 (輸入光纖)21和 輸出端口(輸出光纖)22、以及多個準(zhǔn)直透鏡灘直透鏡陣列(準(zhǔn)直裝置)]23 等；聚光光學(xué)系統(tǒng)(聚光裝置)3;以及可動反射體70，其具有分別與多 個分光波長相對應(yīng)(例如與信道的中心波長相對應(yīng))的MEMS反射鏡(光 偏轉(zhuǎn)裝置，偏轉(zhuǎn)裝置)4?？刂蒲b置(反射鏡控制裝置，控制單元)50對 各個MEMS反射鏡4進行單獨控制。
在這里，例如，假定輸出端口22排列為陣列(在垂直于波長分光方 向的方向上)。例如，作為光偏轉(zhuǎn)裝置的MEMS反射鏡4排列為陣列(在
分光方向上)。
或者，還存在這樣一 種情況，即不是所有輸出端口22排列為陣列，
但是至少排列兩個輸出端口 22，并且至少一個MEMS反射鏡4在這兩個 輸出端口22之間進行端口切換。在這里，應(yīng)該注意的是可將隨后描述的 兩個輸出端口 22之間的切換當(dāng)作這兩個輸出端口之間的切換。
在該實施例中，各個MEMS反射鏡4可以繞兩個軸操作。也就是說， 至少可以在沿著波長分光方向(MEMS反射鏡4的排列方向)的方向(水 平方向)以及在與波長分光方向相垂直的方向(輸出端口 22的排列方向； 垂直方向)上改變各個MEMS反射鏡4的反射鏡角度。在下面的描述中， 除非特別說明，類似的標(biāo)號指示相似或相應(yīng)的部分。
與參考圖16所描述的情況相類似，例如當(dāng)將照射在輸出端口 22a上 的反射光束6的入射位置切換到作為另一端口的輸出端口 22c (在這里， 輸出端口 22c不是相鄰端口，但也可以是相鄰端口)時，根據(jù)該實施例 的控制裝置50按照下述方式來對MEMS反射鏡4的反射鏡角度進行控 制，即在與波長分光方向不同的方向(例如，與波長分光方向相垂直的 方向)上傾斜反射鏡的反射面，此后，繞過相鄰端口而將反射光束6的 入射位置導(dǎo)向非相鄰端口，例如如圖2所示。
優(yōu)選的是，當(dāng)將反射光束6的入射位置導(dǎo)向非相鄰端口時，控制裝 置50對MEMS反射鏡4的反射鏡角度進行控制，使得面向與波長分光 方向不同的方向的反射鏡的反射面最終朝著波長分光方向傾斜。
也就是說，控制裝置50在垂直方向(例如與波長分光方向相垂直的 方向)上改變MEMS反射鏡4的反射鏡角度，以使反射光束6的入射位 置朝著相鄰輸出端口 22b的方向移動(在與波長分光方向相垂直的方向 上)(參考箭頭A)。例如，將此時的移動量控制在下述區(qū)域之內(nèi)，即 在所述區(qū)域中泄漏到相鄰輸出端口 22b的光束不會超過隨后參考圖5描 述的容許串?dāng)_水平。更詳細的，控制裝置50可執(zhí)行兩種方式。 一個是控 制裝置50對入射到輸出端口 22b的入射光束功率進行監(jiān)視，并且將反射 鏡角度控制在其監(jiān)視值不超過容許串?dāng)_水平的范圍內(nèi)，并且使光束位置 移動。另一個是控制裝置50使光束位置移動到預(yù)先確定的設(shè)計值位置，
該設(shè)計值位置被確定得使得光束泄漏不會超過容許串?dāng)_水平(也就是說， 控制裝置50按照預(yù)先確定為使光束泄漏不會超過容許串?dāng)_水平的設(shè)計角
度對MEMS反射鏡4的反射面進行控制)。
接下來，控制裝置50將反射鏡角度改變?yōu)樗椒较?例如波長分光 方向)以使光束入射位置移動到光隔離區(qū)域ll中(參考箭頭B),此后 在垂直方向上改變反射鏡角度，以使光束入射位置在光隔離區(qū)域ll中朝 著目標(biāo)輸出端口 22c直線移動(例如，與波長分光方向相垂直的方向)
(參考箭頭C)。例如，當(dāng)光束位置移動到輸出端口22b與22c之間的位 置時，控制裝置50使光束位置移動到光隔離區(qū)域11中的與下述位置相 對應(yīng)的位置(箭頭E的開始位置)，在所述位置處泄漏到與目標(biāo)輸出端 口 22c相鄰的輸出端口 22b中的光束不超過容許串?dāng)_水平。更詳細的， 控制裝置50同樣可以執(zhí)行兩種方式。 一個是控制裝置50對例如入射到 輸出端口 22b的入射光束功率進行監(jiān)視，并且對反射鏡角度進行控制， 以使光束入射位置移動到其監(jiān)視值不超過容許串?dāng)_水平的位置。另 一個 是控制裝置50使入射光束位置移動到預(yù)先確定為使光束泄漏不超過容許 串?dāng)_水平的設(shè)計值位置。
控制裝置50再次在水平方向上(波長分光方向)(但是，與第一個 水平方向相反的方向)改變反射鏡角度，以使光束位置線性移動直至與 目標(biāo)輸出端口 22c的中心相對應(yīng)的位置(參考箭頭D)。再次，控制裝 置50最終在垂直方向上(與波長分光方向相垂直的方向)改變反射鏡角 度，以使光束位置移動到目標(biāo)輸出端口22c的中心(參考箭頭E)。
也就是說，當(dāng)執(zhí)行切換以使反射光束照射在切換目標(biāo)輸出端口 22c 上時，控制裝置50首先在MEMS反射鏡4的排列方向之外的方向上移 動被導(dǎo)向切換起始輸出端口 22a的中心的光束，然后移動光束，繞過(避 開)介于輸出端口 22a與切換目標(biāo)輸出端口 22c之間的另一輸出端口， 最終在MEMS反射鏡4的排列方向(水平方向)之外的方向上(垂直方 向)上移動光束，以將光束導(dǎo)向切換目標(biāo)輸出端口 22c的中心。
在端口切換(或衰減)操作中，與在與上述方向相垂直的方向(水 平方向)上執(zhí)行光束偏轉(zhuǎn)操作的情況相比，通過在初始階段執(zhí)行使光束
偏向相鄰端口 (在垂直方向上)的操作，可極大地減小透過波段特性中 的外側(cè)(旁帶)附近的凸起量。類似的，與在偏轉(zhuǎn)操作中使光束位置在
水平方向上移動并使光束照射在目標(biāo)輸出端口 22c上的情況相比，當(dāng)最 終把光束位置移動到目標(biāo)輸出端口 22c時，通過使光束位置在垂直方向 上移動，可極大地減小透過波段特性中的外側(cè)附近的凸起量。
原因如下。如圖3中的標(biāo)號A、 B、 C及D所示，例如，因為波長 分光方向，即光束在MEMS反射鏡4的光束反射面上的移動方向是水平 的(沿著波長分光方向的方向)(參照標(biāo)號B)，在削減光束6的同時 在水平方向上開始出現(xiàn)衍射效果。相反的，在光束6的削減在光束垂直 方向(參照標(biāo)號D)上通過中心線60之后，在垂直方向(與波長分光方 向相垂直的方向)上開始出現(xiàn)衍射效果。
如圖4所示，在水平方向上的偏轉(zhuǎn)操作中，與圖3中的標(biāo)號A所示 的功率相比，開口 7處的圖3中標(biāo)號B、 C及D所示的過量功率很大， 因此透過波段特性中的外側(cè)附近的凸起很大。相反，在垂直方向上的偏 轉(zhuǎn)操作中，與圖3中的標(biāo)號A所示的功率相比，開口7處的圖3中標(biāo)號 B、 C及D所示的過量功率很小，因此透過波段特性中的外側(cè)附近的凸起 很小，例如如圖5所示。順便說一下，圖5中的特性按降序示出了在MEMS 反射鏡的傾角是O。 、 0.2°以及0.3°時的透過波段特性。
因此，如上所述，在初始階段執(zhí)行朝向相鄰端口的光束偏轉(zhuǎn)操作(垂 直操作)、此后在與上述方向相垂直的方向(水平方向)上執(zhí)行光束偏轉(zhuǎn)操 作、并且在把光束位置移動到目標(biāo)輸出端口22時，在垂直方向上的光束 偏轉(zhuǎn)操作中移動光束位置，由此可極大地減小透過波段特性中的外側(cè)附 近的凸起量。
其結(jié)果是，可以在不降低S/N比的情況下通過光放大器進行光放大。 這使多級連接成為可能，并且使光系統(tǒng)具有很高的自由度。尤其是，因 為波段特性很平坦，因此可以使分配給各個波段的信道的光信號電平均 勻，并且可增加波長復(fù)用光信號的所有波段中的信號量。
當(dāng)切換到相鄰端口 22時，光束位置直接移動到目標(biāo)輸出端口 22而 無需使光束位置進入光隔離區(qū)域11。
如上所述當(dāng)執(zhí)行垂直方向上的偏轉(zhuǎn)操作時，因為光束6朝著相鄰輸 出端口 22移動，因此必須根據(jù)設(shè)計衰減水平以及容許串?dāng)_水平來優(yōu)化端 口之間的距離。也就是說，例如，當(dāng)如圖6中的右側(cè)所示確定了某個設(shè) 計衰減水平以及容許串?dāng)_水平時，將端口之間的距離設(shè)計(設(shè)置)成使得光束6對于光束6所要移開的輸出端口(初始連接端口 )22的透過率[透過強度(透過波段特性參考曲線40)]處于所設(shè)置的衰減水平以下的范圍內(nèi)，并且光束6對于相鄰輸出端口22的泄漏(透過波段特性參考曲 線50)處于不超過容許串?dāng)_水平的范圍之內(nèi)。順便說一下，曲線40表示 當(dāng)MEMS反射鏡4傾斜大約0.2。時所獲得的透過波段特性。曲線50表 示當(dāng)MEMS反射鏡4在垂直方向上傾斜大約0.3°并且在水平方向上傾 斜大約2.5°時所獲得的透過波段特性。為此，端口之間的間距必須大于已知的間距(最小間距)。 如圖7所示，例如，通過如上所述設(shè)計端口之間的距離，可在垂直 方向上的初始偏轉(zhuǎn)操作(參考箭頭A)的開始和結(jié)束時提供曲線80和90 所示的透過波段特性，這可使特性平坦，其中透過波段的外側(cè)附近的凸 起很小。此后在水平方向上的偏轉(zhuǎn)操作中，在操作結(jié)束時提供了曲線100 所示的透過波段特性，在該特性中在透過波段的外側(cè)附近存在凸起，然 而，這不會產(chǎn)生影響，因為該透過波段特性處于由光隔離區(qū)域11實現(xiàn)的 光隔離水平以下的范圍內(nèi)。順便說一下，對于垂直方向上(到目標(biāo)輸出 端口)的最后階段的偏轉(zhuǎn)操作(參考箭頭E)也是一樣。在圖7中，曲線 80表示當(dāng)MEMS反射鏡4的傾角是(T時所獲得的透過波段特性，曲線 90表示當(dāng)MEMS反射鏡的傾角大約是0.25°時所獲得的透過波段特性， 并且曲線100表示當(dāng)MEMS反射鏡4在垂直方向上的傾角大約是0.3° 并且在水平方向上大約是2.0°時所獲得的透過波段特性。 (Al)第一變型例當(dāng)將上述MEMS反射鏡4配置成雙側(cè)擺動型，也就是說如圖8 (B) 所示在水平方向(波長分光方向)上向左右改變其反射鏡角度時，輸入 端口21和輸出端口22例如可以如8 (A)所示排列。也就是說，對 于一個輸入端口 21， 10個輸出端口 22 (22a至22j)排列成兩個陣列。
各個陣列可以處于與波長分光方向相垂直的方向上。在這個變型例中，如參考圖6和7所描述的，根據(jù)設(shè)計衰減水平以及容許串?dāng)_水平來設(shè)計 (設(shè)定)輸出端口22之間的距離以及陣列之間的距離。如圖8 (A)所示，當(dāng)希望把照射在右陣列第一行的輸出端口 22上 的反射光束照射到左陣列第四行的輸出端口 22上時，控制裝置50首先 在垂直方向上改變相應(yīng)MEMS反射鏡4的反射鏡角度，以使照射在先前 輸出端口 22上的反射光束的光束入射位置朝著相鄰輸出端口 22b (右陣 列第二行的輸出端口)線性移動(參考箭頭A)。在這種情況下，控制 裝置50同樣可以執(zhí)行兩種方式。 一個是控制裝置50例如對入射到輸出 端口 22b的入射光束的功率進行監(jiān)視、將反射鏡角度控制在監(jiān)視值不超 過容許串?dāng)_值的范圍之內(nèi)、并且使光束位置移動。另一個是控制裝置50 使光束位置移動到被確定為不超過容許串?dāng)_值的設(shè)計值位置。此后控制裝置50在水平方向上改變MEMS反射鏡4的反射鏡角度， 以使反射光束的入射位置移動至光隔離區(qū)域11中的位置(參考箭頭B)， 并且在垂直方向上改變反射鏡角度，以使光束的入射位置朝著目標(biāo)輸出 端口22i線性移動(參考箭頭C)。當(dāng)使光束位置移動到左陣列第三與第 四輸出端口 22h與22i之間的位置時，控制裝置50使光束位置移動到光 隔離區(qū)域ll中的與下述位置相對應(yīng)的位置上(箭頭E的起始點)，在所 述位置處光束對于與目標(biāo)輸出端口 22i相鄰的輸出端口 22h的泄漏不超過 容許串?dāng)_水平。控制裝置50再次在水平方向(與第一次改變時的方向相同的方向) 上改變反射鏡角度，以使光束位置線性地移動到與目標(biāo)輸出端口 22的中 心相對應(yīng)的位置(參考箭頭D)，最后，再次在垂直方向上改變反射鏡 角度，以使光束位置移動到目標(biāo)輸出端口22的中心(參考箭頭E)。相反地，當(dāng)將光束位置從左陣列的任意一個輸出端口 22改變?yōu)橛谊?列的任意一個輸出端口時，控制裝置50首先在垂直方向上改變反射鏡角 度，以使光束位置在垂直方向上朝著相鄰端口22移動，此后按照與上面 的描述相同的方式重復(fù)光束位置在水平方向和垂直方向上的移動。當(dāng) MEMS反射鏡4是雙側(cè)擺動型時，可以很容易地實現(xiàn)這種方式。(A2)第二變型例如圖9 (B)所示，當(dāng)MEMS反射鏡4是單側(cè)擺動型MEMS反射鏡(其中僅可在波長分光方向上向右或向左改變反射鏡角度)時， 一個輸 入端口 21和九個輸出端口 22 (22a至22i)，總計十個，排列成兩個陣 列。在這種情況下，與參考圖6和7所描述的示例相同，根據(jù)設(shè)計衰減 水平以及容許串?dāng)_水平來設(shè)計各個陣列中的輸出端口 22之間的距離以及 陣列之間的距離。如圖9 (A)所示，當(dāng)希望把照射在左陣列第一行的輸出端口22e上 的反射光束照射到右陣列的第四輸出端口 22c上時，控制裝置50在垂直 方向上改變相應(yīng)MEMS反射鏡4的反射鏡角度，以把照射在輸出端口 22e 上的反射光束的光束位置導(dǎo)向相鄰輸出端口 22f (左陣列的第二輸出端 口)，并且同樣使光束位置線性地移動到光束對于相鄰輸出端口 22f的泄 漏不超過容許串?dāng)_水平的范圍內(nèi)的位置上(參考箭頭A)?？刂蒲b置50接下來在水平方向上改變MEMS反射鏡4的反射鏡角 度，以使反射光束的入射位置線性地移動到光隔離區(qū)域11中的位置上(參 考箭頭B)，并且在垂直方向上改變反射鏡角度，以使光束的入射位置 朝著目標(biāo)輸出端口22c線性移動(參考箭頭C)。更詳細的，當(dāng)把光束位 置移動到右陣列的第三與第四輸出端口 22b與22c之間的位置時，控制 裝置50使光束位置移動至光隔離區(qū)域11中的與光束對于與目標(biāo)輸出端 口 22c相鄰的輸出端口 22b的泄漏不超過容許串?dāng)_水平的位置(箭頭E 的開始)相對應(yīng)的位置上?？刂蒲b置50再次在水平方向上(與第一次改變的水平方向相同的方 向)改變反射鏡角度，以使光束位置線性地移動到與目標(biāo)輸出端口 22c 的中心相對應(yīng)的位置上(參考箭頭D)，最后，再次在垂直方向上改變 反射鏡角度，以使光束位置移動到目標(biāo)輸出端口 22c的中心(參考箭頭 E)。(A3)第三變型例 在上述實施例和變型例中，控制裝置50通過一次在水平方向上改變 反射鏡角度，使光束位置從光束所移開的輸出端口 22移動到光隔離區(qū)域 11中，或者使光束位置從光隔離區(qū)域11移動到目標(biāo)輸出端口 22。然而,如圖10所示，反射鏡角度每次的變化量可以很微小，并且光束每次的移 動量可以很微小，并且可以多次交替地在垂直和水平方向上改變MEMS 反射鏡4的反射鏡角度，由此在從起始輸出端口 22a至光隔離區(qū)域11的 過程中或者在從光隔離區(qū)域11至目標(biāo)輸出端口 22c的過程中，逐步移動 光束位置。與參考圖2、圖8或圖9所述的方式來執(zhí)行控制的情況相比，這樣 可進一步縮短端口之間的間距。因此，可進一步減小光開關(guān)10的規(guī)模。 在該變型例中，當(dāng)開始進行切換時，在第一步驟中首先在與波長分光方 向相垂直的方向上移動反射光束，并且同樣在結(jié)束切換時，在最后步驟 中首先在與波長分光方向相垂直的方向上移動反射光束。 (A4)第四變型例根據(jù)參考圖17所述的透過波段特性中的凸起高度的容許量(旁帶中 的凸起量)，可以首先在水平方向上變化反射鏡角度，以使光束位置在 水平方向上移動，如圖11所示。例如，當(dāng)容許凸起量達到5dB時，控制 裝置50可以首先在凸起量不超過5dB的范圍內(nèi)在水平方向上移動光束位 置。此后，與圖10所示的示例相同，控制裝置50使光束位置交替地在 垂直和水平方向上移動，由此使光束位置通過光隔離區(qū)域11移動到目標(biāo) 輸出端口 22c。(A5)第五變型例在上述示例中，當(dāng)開始或者最終在垂直方向上移動光束位置時，光 束位置朝著相鄰輸出端口22移動(例如圖2中向著紙面下方)。或者， 控制裝置50可以控制相應(yīng)MEMS反射鏡5的角度，以使光束位置按照 圖12所示的方式移動。如圖12所示，當(dāng)希望把照射在輸出端口 22a上的光束照射到輸出端 口 22c上時，控制裝置50首先在光束對于輸入端口 21的泄漏低于容許 串?dāng)_水平的范圍內(nèi)、在與相鄰輸出端口 22相對的方向上(朝著圖12中 的輸入端口 21)移動光束位置(參考箭頭A)，以使光束線性地移動到 光隔離區(qū)域11中(參考箭頭B)，此后使光束位置在光隔離區(qū)域11中 朝著目標(biāo)輸出端口 22c線性移動，直到光束位置通過目標(biāo)輸出端口 22c (參考箭頭c)，最后在與第一垂直操作相同的垂直方向上把光束導(dǎo)向 目標(biāo)輸出端口22c的中心(參考箭頭D和E)。例如，當(dāng)在位于兩端的 輸出端口 22之間執(zhí)行切換時，這種控制是有效的。值得注意的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例和變型例，而是當(dāng)然 可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下以多種方式進行改進。在上述示例中，在光束位置的初期或最終移動過程中，在與波長分 光方向(MEMS反射鏡4的排列方向)相垂直的方向(端口的排列方向) 上移動MEMS反射鏡4的反射鏡角度，以使光束位置在垂直方向上移動。 然而，也可以在除波長分光方向之外的方向上移動光束位置，這可以在 某種程度上使透過波段特性變得平坦?？紤]到變型例的所有上述實施例，優(yōu)選的是，包括用于對輸入光束 進行分光的波長分光光學(xué)元件1以及至少兩個輸出端口 22、并且能夠在 上述兩個輸出端口之間切換要輸出由偏轉(zhuǎn)裝置4進行分光后的光束的端 口 22的光開關(guān)10執(zhí)行包括下列步驟的處理第一步驟，當(dāng)把反射光束 導(dǎo)向至少切換起始或切換目標(biāo)輸出端口 22的相鄰區(qū)域(參考圖2和圖6 至12中虛線所示的圓圈)時，在與波長分光方向相垂直的方向上移動反 射光束；以及第二步驟，在所述鄰近區(qū)域之外的區(qū)域中、在波長分光方 向上移動反射光束。通過包括該第一步驟，可減小如上所述的在切換輸出端口時產(chǎn)生的 衍射的不利影響，即使很少。
權(quán)利要求
1、一種光開關(guān)，其包括波長空間分光光學(xué)元件(1)，用于根據(jù)波長對波長復(fù)用光束進行空間分光；多個輸出端口(22)；多個反射鏡(4)，所述波長空間分光光學(xué)元件(1)所分光的光束照射在所述多個反射鏡上，各個反射鏡能夠通過在分光方向的軸上改變其反射面的角度而把反射光束導(dǎo)向所述多個輸出端口(22)中的任意一個；以及控制裝置(5)，用于在改變照射在所述多個輸出端口(22)中的任意一個上的反射光束的輸出目的地時，通過在所述分光方向的軸上旋轉(zhuǎn)所述多個反射鏡(4)中的相應(yīng)反射鏡(4)的反射面來衰減所述反射光束的輸出功率，并用于在進行所述衰減之后，控制所述相應(yīng)反射鏡(4)的反射面，使得所述反射面繞過相鄰的輸出端口而將所述反射光引導(dǎo)至另一輸出端口。
2、 一種光開關(guān)(10)中的控制方法，所述光開關(guān)(10)包括波長 空間分光光學(xué)元件(1)，用于根據(jù)波長對波長復(fù)用光束進行空間分光； 多個輸出端口 (22);以及多個反射鏡(4)，所述波長空間分光光學(xué)元件(1)所分光的光束照射在這多個反射鏡上，各個反射鏡能夠通過在分光 方向的軸上改變其反射面的角度而將反射光束導(dǎo)向所述多個輸出端口(22)中的任意一個，所述控制方法包括以下步驟衰減步驟，當(dāng)改變照射在所述多個輸出端口 (22)中的任意一個上 的反射光束的輸出目的地時，通過在所述分光方向的軸上旋轉(zhuǎn)所述多個 反射鏡(4)中的相應(yīng)的反射鏡(4)的反射面，來衰減所述反射光束的 輸出功率；以及控制步驟，在所述衰減步驟中進行衰減之后，控制所述相應(yīng)的反射 鏡(4)的反射面，使得所述反射面繞過相鄰的輸出端口而將所述反射光 束引導(dǎo)至另一輸出端口。
3、 一種光開關(guān)，其包括波長空間分光光學(xué)元件(1)，用于根據(jù)波長對波長復(fù)用光束進行空 間分光；多個輸出端口 (22);以及多個反射鏡(4)，所述波長空間分光光學(xué)元件(1)所分光的光束照射在所述多個反射鏡上，各個反射鏡能夠通過改變其反射面的角度而將反射光束導(dǎo)向所述多個輸出端口 (22)中的任意一個，控制單元(5)，用于在將照射到第一輸出端口的反射光束的輸出目 的地改變?yōu)閺牡谝惠敵龆丝谇袚Q至的第二輸出端口時，通過在所述分光 方向的軸上旋轉(zhuǎn)所述多個反射鏡(4)中的相應(yīng)反射鏡(4)的反射面， 控制為使得所述反射光束接近所述第二輸出端口以外的其他輸出端口， 來衰減所述反射光束的輸出功率，并在進行所述衰減之后控制所述相應(yīng) 反射鏡(4)的反射面，使得所述反射面將所述反射光束引導(dǎo)至所述第二 輸出端口。
全文摘要
一種光開關(guān)及用于控制光開關(guān)的方法，該光開關(guān)包括波長空間分光光學(xué)元件(1)，用于根據(jù)波長對波長復(fù)用光束進行空間分光；多個輸出端口(22)；多個反射鏡(4)，所述波長空間分光光學(xué)元件(1)所分光的光束照射在所述多個反射鏡上，各個反射鏡能夠通過在分光方向的軸上改變其反射面的角度而把反射光束導(dǎo)向所述多個輸出端口(22)中的任意一個；以及控制裝置(5)，用于在改變照射在所述多個輸出端口(22)中的任意一個上的反射光束的輸出目的地時，通過在所述分光方向的軸上旋轉(zhuǎn)所述多個反射鏡(4)中的相應(yīng)反射鏡(4)的反射面來衰減所述反射光束的輸出功率，并用于在進行所述衰減之后，控制所述相應(yīng)反射鏡(4)的反射面，使得所述反射面繞過相鄰的輸出端口而將所述反射光引導(dǎo)至另一輸出端口。
文檔編號G02B26/08GK101101358SQ200710146570
公開日2008年1月9日 申請日期2005年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月27日
發(fā)明者赤司保, 青田宏史 申請人:富士通株式會社