相關申請

本申請是2014年11月26日提交的名稱為"modularopticalsystemsforhigh-speedandhigh-degreeofconnectivity"的美國臨時申請?zhí)?2/084,843的非臨時申請，并且涉及2015年5月12日提交的名稱為"multipoint,contentionlesswavelengthselectiveswitch(wss)"的美國專利申請序號14/709,770，該美國專利申請是2014年2月9日提交的美國臨時專利申請序號62/113,738的非臨時申請，上述申請以引用的方式并入本文。

背景技術：

在光wdm傳輸網(wǎng)絡中，具有各種波長上的多個光信道的光信號被從一個位置傳輸?shù)搅硪粋€位置。wdm技術中的一個重要元件是基于可重構光分插復用(roadm)的節(jié)點，這種節(jié)點可以接納多種波長下的信號，并且在本地有選擇地將這些波長中的一部分下路，而讓其它波長通過。這樣的能力為wdm網(wǎng)絡提供了靈活性和可重構性。

理想的基于roadm的節(jié)點具有三個重要特征，稱為波長無關、方向無關和競爭無關。波長無關節(jié)點這樣一種節(jié)點：該節(jié)點的各個上/下路端口不是因波長選擇的；任何波長都可以在任何收發(fā)器端口被上路或下路。方向無關節(jié)點是這樣一種節(jié)點：這種節(jié)點上的上/下路通道不是因節(jié)點度選擇的；收發(fā)器端口上上路的任何波長都可以被引導到任何出節(jié)點度，反之亦然。競爭無關節(jié)點是這樣一種節(jié)點：同一波長可以被同時上路到多個度或從多個度下路到任何可用的收發(fā)器端口。

技術實現(xiàn)要素：

一方面，網(wǎng)絡節(jié)點包括多個網(wǎng)絡度接口，每個接口將wdm光信號引導到光傳輸網(wǎng)絡的不同光傳輸路徑上并從光傳輸網(wǎng)絡的不同光傳輸路徑接收wdm光信號。每個網(wǎng)絡度接口彼此光學耦合，使得在任何一個網(wǎng)絡度接口上接收的wdm光信號中的任何一個或多個波長分量可以被引導到網(wǎng)絡度接口中的任何另一個。該網(wǎng)絡節(jié)點還包括一個上/下路接口，該上/下路接口包括一下路波長選擇開關(wss)和一上路wss。下路wss具有多個輸入端和多個輸出端，每個輸入端以光學耦合方式從網(wǎng)絡度接口中不同的一個接口接收波長分量。上路wss具有多個輸出端和多個輸入端，每個輸出端以光學耦合方式將波長分量引導到網(wǎng)絡度接口中不同的一個接口。上路和下路wss被各自配置為用來將在其任意輸入端處接收的波長分量的任意子集引導到其光輸出端中不同的一個輸出端，前提是由輸入端中的任意兩個接收的光束的波長分量不能同時被引導到輸出端中的同一個。多個收發(fā)器端口被各自光耦合到下路wss的不同輸出端和上路wss的不同輸入端。

附圖說明

圖1是波長無關且方向無關但非競爭無關的常規(guī)節(jié)點架構的示意圖。

圖2表示波長無關、方向無關和競爭無關的節(jié)點的一個例子。

圖3a和3b分別是諸如多點競爭無關波長選擇開關這樣的簡化光學裝置的一個實例的俯視圖和側視圖。

圖4是輸入光束被成像于其上的圖3a和3b的波長選擇開關中采用的第一開關元件的平面圖。

圖5是非色散光束被成像于其上的圖3a和3b的波長選擇開關中采用的第二開關元件的平面圖。

圖6是圖3a和3b的光學裝置的側視圖，表示在輸入端口上接收的波長的各種不同子集被引導到輸出端口中各個不同的端口上。

圖7是圖3a和3b的光學裝置的側視圖，表明開關布局不能執(zhí)行的使兩個波長分量通過的方式。

圖8是僅采用單獨一個開關元件的波長選擇開關的另一種可供選用的實施例中采用的開關元件的平面圖。

圖9是圖3a和3b的波長選擇開關的另一種可供選用的實施例中采用的第一開關元件的平面圖。

圖10表示可以包含一個或多個本文所介紹類型的cdc節(jié)點的wdm傳輸網(wǎng)絡的一個實例。

具體實施方式

波長無關-方向無關-競爭無關(cdc)節(jié)點在實踐中很難實現(xiàn)，尤其是采用大量收發(fā)器端口的節(jié)點。基于roadm的節(jié)點的關鍵部件是波長選擇開關(wss)。提供cdc節(jié)點困難的一個原因是缺乏本身競爭無關的實用波長選擇開關(wss)。不使用競爭無關wdd實現(xiàn)的cdc節(jié)點通常很復雜，并且在采用大量端口時會產(chǎn)生諸如高分離損耗這樣的缺陷。由此，常用的節(jié)點往往是波長無關且方向無關，而不是競爭無關的。

圖1是波長無關且方向無關但非競爭無關的常規(guī)節(jié)點架構的示意圖。節(jié)點100是包括網(wǎng)絡度接口1201，1202和1203的三度節(jié)點。每個網(wǎng)絡度接口耦合到一對光放大器102，網(wǎng)絡度接口的輸入端連接到一1xn光學扇入裝置，例如功率分配器(ps)或1xn波長選擇開關(wss)104，并且網(wǎng)絡度接口的輸出端連接到一nx1光學扇出裝置，即wss106。來自網(wǎng)絡度1的輸入端口1081上的復用光信號通過ps/wss104被選擇性地分別引導到wss106和網(wǎng)絡度2和3的相關聯(lián)輸出端口1102和/或1103。以相同的方式，輸入端口1082和1083(網(wǎng)絡度2和3)上的復用光信號可以被類似地路由到系統(tǒng)的其他網(wǎng)絡度。

上路/下路終端130用于本地上路和/或下路波長。各個上路/下路終端具有包括一對1xnwss132和134的下路部分。第一wss132用于收集來自不同方向的下路流量，第二wss134用于選擇哪個波長要被下路到哪個收發(fā)器端口。上路/下路終端的上路部分包括用于聚合來自不同收發(fā)器的流量的組合器135和用于將組合流量引導到不同方向的分離器137。由于上路/下路終端130中使用了第一1xnwss132，所以在任何給定的時刻只能有一個唯一的波長被下路。這樣，節(jié)點100存在競爭問題。

在一方面中，本文公開的主題涉及波長無關、方向無關和競爭無關的節(jié)點。這一結果在一種實現(xiàn)方式中是這樣實現(xiàn)的：使用包括波長選擇開關(wss)的上路/下路終端，該波長選擇開關的操作被限制為這樣一種方式，該方式允許它被以實用方式實現(xiàn)，但仍允許該節(jié)點競爭無關地進行操作。如圖2所示，cdc節(jié)點200被圖示為四度節(jié)點。當然，更加一般地，節(jié)點200也可以被配置為具有任何期望的度數(shù)。

cdc節(jié)點200是包括網(wǎng)絡度接口2201，2202以及2203和2204的四度節(jié)點。每個網(wǎng)絡度接口耦合到一對光放大器202，網(wǎng)絡度接口的輸入端連接到一1xn光學扇入裝置，例如功率分配器(ps)或1xn波長選擇開關(wss)204，并且網(wǎng)絡度接口的輸出端連接到一nx1光學扇出裝置，例如nx1wss206。來自網(wǎng)絡度1的輸入端口2081上的復用光信號通過ps/wss204被選擇性地分別引導到wss206和網(wǎng)絡度2，3和4的相關聯(lián)輸出端口2102，2103和/或2104。以相同的方式，輸入端口2082，2083和2084(網(wǎng)絡度2，3和4)上的復用光信號可以被類似地路由到系統(tǒng)的其他網(wǎng)絡度。也就是說，如圖2中由連接wss204的輸入端口與wss208的輸出端口的連線所邏輯上圖解說明的那樣，每一個網(wǎng)絡度接口彼此光耦合，從而在網(wǎng)絡度接口中的任何一個上接收到的wdm光信號中的任何一個或多個波長分量是可以引導到網(wǎng)絡度接口中的任何其他一個上的。

cdc節(jié)點220還包括用于在本地上路和/或下路波長的上下路接口。各個上路/下路終端具有包括第一mxpwss250的下路部分，其中m等于節(jié)點中的度數(shù)，p是節(jié)點中可用的收發(fā)器端口的數(shù)量。第一mxpwss250的m個輸入端口中的每一個光學連接到1xn光學扇入裝置204的輸出端，并且第一mxpwss250的p個輸出端口中的每一個連接到收發(fā)器端口270之一。同樣地，各個上路/下路終端具有包括第二mxpwss260的上路部分。第二mxpwss260的m個輸出端口中的每一個光學連接到光學扇出裝置的輸入端，即nx1wss206，并且第二pxmwss260的p個輸入端口中的每一個連接到收發(fā)器端口270之一。為簡單起見，第一和第二wss250和260被僅僅表示為與收發(fā)器中的4個光耦合。

正如前面提到的那樣，mxpwss250和260的操作受到這樣的限制：允許它們以不會對cdc節(jié)點的操作產(chǎn)生不利影響的實用的、相對簡單的方式來實施。特別地，mxpwss250和260中的每一個被配置為能夠選擇性地將在其輸入端口中的任何端口上接收到的wdm光信號中的每一個信號的波長分量的任何子集引導到其光輸出端口中不同的一個端口上，只要由輸入端口中的任意兩個端口接收的光束的波長分量不能被同時引導到輸出端口中的同一個端口上。雖然按照這種限制進行操作的wss仍然允許節(jié)點是競爭無關，但是這樣的wss對于制造商來說可能不那么復雜并且比較簡單，因此比不按照這種限制進行操作的wss價格更加低廉。

在審查中的美國專利申請[代理人案號第2062/31號]中示出了可以為cdc節(jié)點200的上路/下路終端中使用的wss250和260中的一個或二者采用的適當wss的一個例子，該美國專利申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。下面將參照圖3-9圖解說明這一示范性的wss。當然，本文公開的cdc節(jié)點可以采用按照前面提到的針對它們的功能的限制來進行操作的其他wss。而且，在一些實施例中，wss250和260甚至可以以限制更嚴格的方式發(fā)揮作用。具體來說，可以施加額外的限制，其中在任何給定時刻只有一個單獨的波長分量可以被引導到任何給定的輸出。

圖3a和3b分別是wss100的俯視圖和側視圖。圖3a的俯視圖在本文中也稱為色散平面圖，圖3b的側視圖在本文中也稱為開關平面圖。光通過諸如光纖之類的光波導被輸入和輸出wss100，光波導起到輸入和輸出端口作用。在圖3b中可以很好地看出，輸入端口陣列101可以包括多個單獨的輸入光纖1011,1012，1013...101m，這些輸入光纖分別耦合到準直器1021，1022，1023...102m。來自一個或多個輸入光纖101的光被準直器102轉換成自由空間光束。從輸入端口陣列101出射的光平行于z軸。雖然在圖1b中輸入端口陣列101僅示出了四個光纖/準直器對，但是更一般地，可以采用任何適當數(shù)量的光纖/準直器對。

在圖3a和3b中，兩張圖中影響兩個軸上的光的光學元件都被用實線繪制為雙凸面光學器件。另一方面，僅影響一個軸上的光的光學元件在受影響的軸上用實線畫出。僅影響一個軸上的光的光學元件在它們不影響的軸上也會用虛線畫出。例如，在圖3a和3b中，兩張圖中都用實線繪制了光學元件102,106,109和111。另一方面，光學元件103,104,105,107和110在圖3a中用實線繪制(因為它們在色散平面上具有聚焦能力)并且在圖3b中用虛線繪制(因為它們在開關平面上保持光束不受影響)。圖3b中用實現(xiàn)繪制光學元件108(因為它在開關平面上影響光束)并且在圖3a中用虛線繪制(因為它色散平面上保持光束不受影響)。

離開輸入端口陣列101的光束被引導到準直器102，準直器102是沿著開關平面上的一個軸準直光束并且使得該光束繼續(xù)在色散平面上發(fā)散的柱面透鏡。柱面透鏡103接收來自準直器102的光束，并使光束在色散平面上進行準直。透鏡103對開關平面上的光束沒有顯著影響。光束現(xiàn)在在色散平面和開關平面上都得到了準直。

在由柱面透鏡103在色散平面上進行準直之后，光束被引導到第一波長色散元件104(例如，衍射光柵或棱鏡)，該元件在色散平面上將自由空間光束分離成它們的組成波長分量(或簡稱"波長")或信道。由于第一波長色散元件104的構造(例如，光柵的取向)，它在開關平面上對光束沒有顯著影響。色散后的波長然后被引導到柱面透鏡105，該透鏡在色散平面上將波長聚焦到第一透射開關元件106上。柱面透鏡105在開關平面上保持波長不受大的影響。

此時，輸入光束在空間上被彼此分離開，但各自在開關元件106上被色散。這在圖4中加以圖解說明，圖4是輸入光束在其上成像的第一開關元件106的平面圖，也稱為光學足跡圖。輸入光束2021,2022,2023...202m中的每一個都是從輸入陣列101的光纖1011,1012,1013...101m之一接收的。如圖所示，任何特定輸入光束2021,2022,2023...202n沿著x軸被色散成其組成波長分量，并沿著y軸被與其它輸入光束在空間上分離開。

第一開關元件106然后在開關平面上以取決于波長的方式使輸入光束轉向。第一開關元件所作的開關是與第二開關元件109配合進行的。下面在明確了圖3a和3b中所示的光學裝置的例子中剩余的光學元件之后，將解釋說明執(zhí)行這一開關所采用的方式。

在通過第一開關元件106轉向之后，各個輸入光束的部分或全部組成波長分量被柱面透鏡107在色散平面上重新進行準直。然后使用第二波長色散元件108(例如，衍射光柵或棱鏡)來在色散平面上對光束的經(jīng)過準直的組成分量進行組合或去色散。柱面透鏡107和第二波長色散元件108在開關平面中沒有顯著影響。

第二開關元件109從色散元件108接收重新組合起來的光束。第二開關元件109上接收各個光束的位置是由第一開關元件106執(zhí)行的開關來決定的。具體地說，重新組合起來的光束各自被選擇性地引導到圖3b中所示的位置a，b，c，...之一上。圖5示出了在不同位置a，b，c...處到達第二開關元件109上的光束2041，2042,2043...204n，這些光束雖然沒有被色散，但是在第二開關元件109上被與其它輸入光束2041，2042，2043...204n物理上分離開。

柱面透鏡110，柱面小透鏡陣列111和光纖陣列112以與輸入光學器件101,102和103類似的方式形成輸出光耦合。特別地，柱面透鏡110在開關平面上對光束進行準直，并將光束引導到柱面小透鏡陣列111中的各個柱面透鏡1111,1112,1113，...111n中的相應的一個上。各個柱面透鏡1111,1112,1113，...111n將其對應的光束引導到輸出光纖端口陣列112中的輸出端口1121，1122,1113...112n中對應的一個。

如圖3b所示，在第二開關元件109上的位置a,b,c...與輸出端口1121，1122,1123...112n之間存在一對一的關系。也就是說，被從輸入端口中的任何一個引導到比如說第二開關元件109上的位置a的各個波束中的重新組合起來的波長的任何子集將總是被第二開關元件109引導到輸出端口中同一個預定的端口。更一般地講，被從輸入端口中的任何一個引導到第二開關元件109上的任何特定位置a，b，c...的各個光束中的重組組合起來的波長的任何子集將總是被第二開關元件109引導到輸出端口中與第二開關元件109上的特定位置a，b，c...相對應的同一個預定端口。

在操作中，第一和第二開關元件106和109協(xié)同操作，從而使得由任何給定輸入端口101接收的光束的波長的任何子集可以被路由到任何給定的輸出端口112，只要任何給定的輸出端口在任意時刻只能接受來自單獨一個輸入端口的波長的子集。也就是說，開關元件106和109被布置成使得輸出端口受到這樣的限制：它們在任何給定時刻僅支持與一個輸入的連接，而不同時支持與多個輸入端的連接。將參照圖6和7圖解說明這一開關行為。

圖6表示被引導到各個不同的輸出端口的、在輸入端口101上接收的波長的各種不同子集。各個輸入端口接收包括波長分量λ1-λn的wdm光束。例如，在圖6中，由輸入端口1011接收的光束的波長分量λ1和λ5-λ7被引導到輸出端口1129，由輸入端口1012接收的光束的波長分量λ1被引導到輸出端口1121，由輸入端口1013接收的光束的波長分量λ1-λn被引導到輸出端口1125，并且由輸入端口101n接收的光束的波長分量λ3-λ4，λ6和λ10-λn被引導到輸出端口1127。

與圖6相比照，圖7表示一種假設且不允許的情形：波長分量被從第一開關元件106路由到第二開關元件109。具體地說，圖6中所示的開關行為是不允許的，因為它表明第二開關元件109上的位置d同時從輸入端口1011和輸入端口1013接收波長分量。

第一和第二開關元件106和109可以基于各種不同技術平臺中的任何一種。例如，第一和第二開關元件可以例如是諸如可編程光學相位調(diào)制器或基于微機電(mems)的器件這樣的光束轉向元件。合適的可編程光學相位調(diào)制器的一個例子是液晶附硅(lcos)器件。基于mem的器件的一個例子是數(shù)字微鏡器件(dmd)。在一些實施例中，第一和第二開關元件106和109基于相同的技術平臺或不同的技術平臺。例如，在后一種情況下，第一開關元件106可以是可編程光相位調(diào)制器，而第二開關元件109可以是基于mem的器件。

在一種可供選用的實施例中，采用單獨一個開關元件來代替圖3-7中所示的兩個開關元件。也就是說，圖3-7中所示的第一和第二開關元件二者的功能由一個物理開關元件來完成。圖8示出了這種組合開關元件301的光學足跡圖。色散光束302和非色散光束303被物理上分離開，并且可以以多種方式定向或布局。例如，盡管圖5中的色散光束302和非色散光束303沿著水平方向延伸，但是在其它實施例中，它們可以沿著彼此不同的方向延伸(例如，色散光束302可以沿著水平方向延伸，而非色散光束303可以沿著垂直方向延伸)。

在另一可供選用的實現(xiàn)方案中，可以通過使輸入端口取向為使空間上分離的輸入光束成像到開關元件106上，以致使得輸入光束相對于彼此不重合，來減小串擾。在圖9中示出了這種情形，圖9是與圖4的平面圖類似的開關元件106的平面圖。不過，在圖9中，輸入光束是沿著x軸交錯的，從而使得任何兩個不同輸入光束中的相同波長不沿著y軸對齊。

應當注意，這里參考圖3-9介紹的wss可以以互易的方式操作，從而輸入端口可以用作輸出端口，并且輸出端口可以用作輸入端口。由此，就這一裝置的描述而言，術語輸入端和輸出端可以互換地使用。

圖10表示可以包含一個或多個本文所介紹類型的cdc節(jié)點的wdm傳輸網(wǎng)絡200的一個實例。wdm傳輸網(wǎng)絡200包括網(wǎng)絡節(jié)點210-215。各個節(jié)點通過光鏈路220-224連接到至少一個其他節(jié)點，光鏈路220-224可以包括光纖，wdm信號通過這些光纖傳播。例如，節(jié)點210通過鏈路220連接到節(jié)點211，并且節(jié)點211通過鏈路221連接到節(jié)點212。此外，節(jié)點211通過鏈路222連接到節(jié)點214，并且節(jié)點214通過鏈路223連接到節(jié)點213。再有，節(jié)點214通過鏈路224連接到節(jié)點215。在這個例子中，節(jié)點211和214是三度節(jié)點。各個鏈路可以包括用于放大wdm信號的一個或多個光放大器230-235。例如，鏈路220,221,223和224分別包括光放大器230,231,234和235。同樣，鏈路222包括光放大器232和233。信息是通過調(diào)制一個或多個光波長以將數(shù)據(jù)編碼到波長上而在wdm傳輸網(wǎng)絡200上發(fā)送和接收的。各種不同的調(diào)制光波長被組合成單獨一個wdm信號，該wdm信號通過傳輸鏈路傳輸。

wdm傳輸網(wǎng)絡可以包括具有終端節(jié)點的點對點光網(wǎng)絡、環(huán)形光網(wǎng)絡、網(wǎng)格光網(wǎng)絡或任何其它合適的光網(wǎng)絡或光網(wǎng)絡的組合。圖2中所示的節(jié)點和光鏈路的數(shù)量是示范性的并且是為了簡化說明而給出的。

光放大器230-235可以是任何合適類型的全光放大器(即，沒有任何光電轉換的放大器)。例如，光放大器可以是諸如摻鉺光放大器或拉曼光放大器這樣的稀土摻雜光放大器。任何給定傳輸網(wǎng)絡中采用的光放大器都可以全部是相同類型的，也可以是不同類型的。