CN111290084A - 多播交换光开关 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种多播交换光开关，包括第一端口、分光装置、控制开关、第二端口以及反射装置。M个第一端口沿X轴方向分布，其中，M为大于1的正整数。分光装置包括M个分光单元。分光单元用于将每个第一端口的光信号分成N个子光信号，其中，N为大于1的正整数。控制开关包括N个沿Y轴方向分布的反射开关。Y轴与X轴垂直。N个第二端口沿Y轴方向分布。反射装置将来自分光装置的M*N个子光信号反射至N个反射开关上。每个反射开关能够沿Y轴旋转将M个子光信号的其中一个反射至反射装置上，以使子光信号反射至N个第二端口的其中一个，本申请提供的多播交换光开关形成反射式的空间光路，具有较小的尺寸。

Description

多播交换光开关

技术领域

本申请涉及光开关技术领域，尤其涉及一种多播交换光开关。

背景技术

现有技术中，多播交换光开关(MCS，Multicast Switch)包括M个输入端口、M个分光装置、N个控制开关及N个输出端口，M个输入端口、M个分光装置、N个控制开关及N个输出端口为分立器件，各器件之间通过光纤熔接，如此，使得多播交换光开关体积大。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例期望提供一种多播交换光开关，具有集成度高、体积小的特性。为达到上述有益效果，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例提供一种多播交换光开关，包括：

第一端口，M个所述第一端口沿X轴方向分布，其中，M为大于1的正整数；

分光装置，包括M个分光单元，所述分光单元用于将每个所述第一端口的光信号分成N个子光信号，其中，N为大于1的正整数；

控制开关，包括N个沿Y轴方向分布的反射开关，Y轴与X轴垂直；

第二端口，N个所述第二端口沿Y轴方向分布；以及

反射装置，所述反射装置将来自所述分光装置的M*N个所述子光信号反射至N个所述反射开关上，每个所述反射开关能够接收M个沿X轴方向分布的所述子光信号，每个所述反射开关能够沿Y轴旋转将M个所述子光信号的其中一个反射至所述反射装置上，以使所述子光信号反射至N个所述第二端口的其中一个。

进一步地，所述反射装置能够将M个沿X轴方向分布的所述子光信号会聚至所述反射开关上。

进一步地，N个所述反射开关位于所述反射装置的物侧焦平面上。

进一步地，所述反射装置为柱面镜。

进一步地，所述多播交换光开关包括：

准直透镜阵列，包括M*N个准直透镜单元，所述准直透镜单元用于准直所述子光信号，且将准直后的所述子光信号导向所述反射装置。

进一步地，所述准直透镜单元的工作距离为W1，所述子光信号从所述准直透镜单元的出光面到所述反射开关的入光面的光程为S1，其中，W1＝2*S1。

进一步地，所述分光装置位于所述准直透镜阵列的物侧焦平面上。

进一步地，所述多播交换光开关包括：

聚焦透镜阵列，包括沿Y轴方向分布的N个聚焦透镜单元，所述聚焦透镜单元用于聚焦来自所述反射装置的M个沿X轴方向分布的所述子光信号，且将聚焦后的所述子光信号导向N个所述第二端口的其中一个。

进一步地，所述聚焦透镜单元的工作距离为W2，所述子光信号从所述反射开关的出光面到所述聚焦透镜单元的入光面的光程为S2，其中，W2＝2*S2。

进一步地，N个所述第二端口位于所述聚焦透镜阵列的物侧焦平面上。

本申请实施例提供的多播交换光开关，利用第一端口、分光装置、控制开关、第二端口以及反射装置形成反射式的空间光路，使得多播交换光开关具有较小的尺寸。此外，相较于现有技术采用的分立器件单独封装、器件采用光纤熔接，本申请实施例提供的多播光交换开关由于采用反射式的空间光路耦合和集成封装的方式，不仅能够降低封装成本，还能够避免光纤熔接带来的损耗，光学指标更加优异。由于每个反射开关仅需沿Y轴旋转，也就是说，每个反射开关为一维转镜，控制开关采用一维芯片，相较于现有技术中用二维芯片进行二维转镜控制，降低了控制开关的芯片设计难度，此外，由于本申请实施例采用阵列式芯片，相同的晶圆上可以生产更多芯片，大大降低了芯片的制造成本。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种多播交换光开关的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种分光单元的结构示意图。

附图标记说明

多播交换光开关100；第一端口10；分光装置20；分光单元21；控制开关30；反射开关31；第二端口40；反射装置50；准直透镜阵列60；准直透镜单元61；聚焦透镜阵列70；聚焦透镜单元71。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。本申请实施例的描述中，“μm”指的是国际单位微米。下面结合附图及具体实施例对本申请再作进一步详细的说明。

请参见图1和图2，本申请实施例提供一种多播交换光开关，多播交换光开关100包括第一端口10、分光装置20、控制开关30、第二端口40以及反射装置50。M个第一端口10沿X轴方向分布，其中，M为大于1的正整数。分光装置20包括M个分光单元21。分光单元21用于将每个第一端口10的光信号分成N个子光信号，其中，N为大于1的正整数。控制开关30包括N个沿Y轴方向分布的反射开关31。Y轴与X轴垂直。N个第二端口40沿Y轴方向分布。反射装置50将来自分光装置20的M*N个子光信号反射至N个反射开关31上。每个反射开关31能够接收M个沿X轴方向分布的子光信号。每个反射开关31能够沿Y轴旋转将M个子光信号的其中一个反射至反射装置50上，以使子光信号反射至N个第二端口40的其中一个。

通过M个第一端口10输入M个光信号，由于每个分光单元21将每个第一端口10的光信号分成N个子光信号，则M个分光单元21形成M*N个子光信号阵列，且将M*N个子光信号阵列投向反射装置50。反射装置50将M*N个子光信号阵列反射至N个反射开关31，每个反射开关31能够接收M个沿X轴方向分布的子光信号，如此，N个反射开关31接收M*N个子光信号，反射开关31与第二端口40对应设置，每个反射开关31能够独立地沿Y轴旋转，使得子光信号在X轴方向上产生位移，通过子光信号位移量的变化，使得子光信号投向对应的反射开关31。

利用第一端口10、分光装置20、控制开关30、第二端口40以及反射装置50形成反射式的空间光路，使得多播交换光开关100具有较小的尺寸。此外，相较于现有技术采用的分立器件单独封装、器件采用光纤熔接，本申请实施例提供的多播光交换开关由于采用反射式的空间光路耦合和集成封装的方式，不仅能够降低封装成本，还能够避免光纤熔接带来的损耗，光学指标更加优异。由于每个反射开关31仅需沿Y轴旋转，也就是说，每个反射开关31为一维转镜，控制开关30采用一维芯片，相较于现有技术中用二维芯片进行二维转镜控制，降低了控制开关30的芯片设计难度，此外，由于本申请实施例采用阵列式芯片，相同的晶圆上可以生产更多芯片，大大降低了芯片的制造成本。

需要说明的是，本申请实施例中，将光信号从第一端口10入射的方向定义为Z轴，M个第一端口10的分布方向为X轴，N个第二端口40的分布方向为Y轴，其中X轴、Y轴和Z轴形成相互垂直的坐标系，例如图1所示的方位或位置关系。

可以理解的是，本申请实施例提供的多播交换光开关不仅可以正向的从M个第一端口10向N个第二端口40下载光信号，也可以从N个第二端口40向M个第一端口10上传光信号。

在一些实施例中，M个第一端口10为1*M光纤阵列，N个第二端口40为1*N光纤阵列。也就是说，M个第一端口10构成一维光纤阵列，N个第二端口40也构成一维光纤阵列。进一步地，光纤可以为包层腐蚀光纤。

进一步地，M个第一端口10由M个腐蚀光纤构成1*M光纤阵列。具体的，M个腐蚀光纤在X轴方向上按照第一设定间距固定在第一硅基上。N个第二端口40由N个腐蚀光纤构成1*N光纤阵列。具体的，N个腐蚀光纤在Y轴方向上按照第二设定间距固定在第二硅基上。

在一实施例中，请参见图1，相邻的两个第一端口10之间的距离为L1，其中30μm≤L1≤125μm。示例性的，相邻的两个第一端口10之间的距离L1可以为30μm、35μm、40μm、60μm、80μm、100μm、110μm、115μm、120μm或125μm等。相邻的两个第二端口40之间的距离为L2，其中30μm≤L2≤125μm，示例性的，相邻的两个第二端口40之间的距离L2可以为30μm、35μm、40μm、60μm、80μm、100μm、110μm、115μm、120μm或125μm等。也就是说，第一端口10和第二端口40均为窄间距分布。如此，不仅可以进一步使得控制开关30的芯片的转角要求更低，进一步减小控制开关30的芯片的工艺难度，还可以进一步使得控制开关30的芯片的尺寸更小，成本更低。

示例性的，M个第一端口10由M个腐蚀光纤构成1*M光纤阵列。具体的，M个腐蚀光纤在X轴方向上按照L1的间距固定在第一硅基上。N个第二端口40由N个腐蚀光纤构成1*N光纤阵列。具体的，N个腐蚀光纤在Y轴方向上按照L2的间距固定在第二硅基上。

在一些实施例中，请参见图1，N个反射开关为1*N微型机电***反射开关阵列。微型机电***反射开关阵列即MEMS反射开关阵列即Micro-Electro-Mechanical System反射开关阵列。

在一些实施例中，请参见图1，M个第一端口10与M个分光单元21耦合连接。例如，M个第一端口10与M个分光单元21分别粘接。

在一具体实施例中，分光单元21为平面光波导分路器。第一端口10为光纤。第一端口10与分光单元粘接。平面光波导分路器(PLC Splitter，Planar Lightwave CircuitSplitter)对光信号具有均分效果，也就是说，光信号进入平面光波导分路器后，经过平面光波导分路器的Y分支结构，光信号的光功率能够均分。此外，平面光波导分路器还具有良好的方向性。

在一实施例中，请参见图1，反射装置50能够将M个沿X轴方向分布的子光信号会聚至反射开关31上。也就是说，反射装置50能够使得子光信号沿X轴方向产生位移，沿Y轴方向不产生位移，如此，M个沿X轴方向分布的子光信号会聚，沿Y轴方向不会聚，如此，使得M*N个子光信号形成N个会聚光束，投向N个反射开关31，便于M个沿X轴方向分布的子光信号聚焦投向反射开关31。

在一实施例中，请参见图1，N个反射开关31位于反射装置50的物侧焦平面上。由于反射开关31反射出的M个子光信号在X方向上具有一定的发散角，如此，利用反射装置50的反向会聚，使得从反射装置50反射至第二端口40的子光信号为平行光束。

在一实施例中，请参见图1，反射装置50为柱面镜。

在一实施例中，请参见图1，多播交换光开关100包括准直透镜阵列60。准直透镜阵列60包括M*N个准直透镜单元61。准直透镜单元61用于准直子光信号，且将准直后的子光信号导向反射装置50。由于，M个沿Y轴方向的子光信号可能具有一定的发散角，通过准直透镜单元61将M个沿X轴方向的子光信号准直为平行光束。

在一实施例中，请参见图1，准直透镜单元61的工作距离为W1，子光信号从准直透镜单元61的出光面到反射开关31的入光面的光程为S1，其中，W1＝2*S1。也就是说，准直透镜单元61的工作距离W1为子光信号从准直透镜单元61的出光面到反射开关31的入光面的光程S1的两倍。子光信号为高斯光束时，准直透镜单元61的工作距离W1是指：经过准直透镜单元61转换的子光信号的束腰位置与准直透镜单元61之间的距离的2倍。如此，在保持较小尺寸的同时，保证子光信号在准直透镜单元61与反射开关31之间的传播。

在一实施例中，请参见图1，分光装置50位于准直透镜阵列60的物侧焦平面上。如此，便于将分光装置50发出的子光信号准直为平行光束。

在一实施例中，请参见图1，多播交换光开关100包括聚焦透镜阵列70。聚焦透镜阵列70包括沿Y轴方向分布的N个聚焦透镜单元71。聚焦透镜单元71用于聚焦来自反射装置50的M个沿X轴方向分布的子光信号，且将聚焦后的子光信号导向N个第二端口40的其中一个。N个聚焦透镜单元71为一维透镜阵列，将来自反射装置50的子光信号聚焦至N个第二端口40。

在一实施例中，请参见图1，聚焦透镜单元71的工作距离为W2，子光信号从反射开关31的出光面到聚焦透镜单元71的入光面的光程为S2，其中，W2＝2*S2。也就是说，聚焦透镜单元71的工作距离W2为子光信号从反射开关31的出光面到聚焦透镜单元71的入光面的光程S2的两倍。子光信号为高斯光束时，聚焦透镜单元71的工作距离W2是指：经过聚焦透镜71转换的子光信号的束腰位置与聚焦透镜单元71之间的距离的2倍。如此，在保持较小尺寸的同时，保证子光信号在聚焦透镜单元71与反射开关31之间的传播。

在一实施例中，请参见图1，N个第二端口40位于聚焦透镜阵列70的物侧焦平面上。如此，便于接收来自聚焦透镜单元71的会聚光束。

在一实施例中，请参见图1，任意相邻的两个聚焦透镜单元71之间的间距相等。也就是说，聚焦透镜单元71为等间距分布。

在一些实施例中，任意相邻的两个第一端口10之间的间距相等。

在一具体实施例中，任意相邻的两个第一端口10之间的间距相等，分光单元21与第一端口10对应设置，任意相邻的分光单元21的输入端的间距相等。

在一实施例中，请参见图1和图2，M个分光单元21在X轴方向上通过键合工艺叠加设置。也就是说，分光单元21为单层结构，单层结构分光单元21将输入的光信号分光变成N个子光信号，如此，M个分光单元21在X轴方向上叠加设置，以形成窄间距的分光装置20。

具体的，分光单元21为单层平面光波导分路器。

示例性的，为便于更加清楚地表述本申请实施例，图1中示出了三束子光信号，子光信号按照图1中所示，分别标记为101、102和103，由分光装置20分出的101、102和103沿X轴方向分布，通过准直透镜单元60准直后，101、102和103为沿X轴方向分布的平行光束，准直后的101、102和103投向反射装置50，反射装置50将101、102和103在X轴方向上会聚为会聚光束，且反射至反射开关31，反射开关31接收会聚后的101、102和103，反射开关31沿Y轴旋转以改变101、102和103在X轴方向的位移，将改变后的101、102和103反射至反射装置50，经反射装置50反射和聚焦透镜单元71聚焦，101、102和103可以分别选择N个第二端口40的其中一个输出。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不仅限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多播交换光开关，其特征在于，包括：

第一端口，M个所述第一端口沿X轴方向分布，其中，M为大于1的正整数；

分光装置，包括M个分光单元，所述分光单元用于将每个所述第一端口的光信号分成N个子光信号，其中，N为大于1的正整数；

控制开关，包括N个沿Y轴方向分布的反射开关，Y轴与X轴垂直；

第二端口，N个所述第二端口沿Y轴方向分布；以及

反射装置，所述反射装置将来自所述分光装置的M*N个所述子光信号反射至N个所述反射开关上，每个所述反射开关能够接收M个沿X轴方向分布的所述子光信号，每个所述反射开关能够沿Y轴旋转将M个所述子光信号的其中一个反射至所述反射装置上，以使所述子光信号反射至N个所述第二端口的其中一个。

2.根据权利要求1所述的多播交换光开关，其特征在于，所述反射装置能够将M个沿X轴方向分布的所述子光信号会聚至所述反射开关上。

3.根据权利要求2所述的多播交换光开关，其特征在于，N个所述反射开关位于所述反射装置的物侧焦平面上。

4.根据权利要求3所述的多播交换光开关，其特征在于，所述反射装置为柱面镜。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的多播交换光开关，其特征在于，所述多播交换光开关包括：

准直透镜阵列，包括M*N个准直透镜单元，所述准直透镜单元用于准直所述子光信号，且将准直后的所述子光信号导向所述反射装置。

6.根据权利要求5所述的多播交换光开关，其特征在于，所述准直透镜单元的工作距离为W1，所述子光信号从所述准直透镜单元的出光面到所述反射开关的入光面的光程为S1，其中，W1＝2*S1。

7.根据权利要求6所述的多播交换光开关，其特征在于，所述分光装置位于所述准直透镜阵列的物侧焦平面上。

8.根据权利要求1～4任意一项所述的多播交换光开关，其特征在于，所述多播交换光开关包括：

聚焦透镜阵列，包括沿Y轴方向分布的N个聚焦透镜单元，所述聚焦透镜单元用于聚焦来自所述反射装置的M个沿X轴方向分布的所述子光信号，且将聚焦后的所述子光信号导向N个所述第二端口的其中一个。

9.根据权利要求8所述的多播交换光开关，其特征在于，所述聚焦透镜单元的工作距离为W2，所述子光信号从所述反射开关的出光面到所述聚焦透镜单元的入光面的光程为S2，其中，W2＝2*S2。

10.根据权利要求9所述的多播交换光开关，其特征在于，N个所述第二端口位于所述聚焦透镜阵列的物侧焦平面上。

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