波长选择开关、单板、光交换设备、节点及系统的制作方法

本技术涉及光通信，特别涉及一种波长选择开关、单板、光交换设备、节点及系统。

背景技术：

1、随着光通信技术的发展，利用光信号进行通信的光交换设备的应用越来越广泛。示例地，光交换设备可以是可重构光分插复用器(reconfigurable optical add dropmultiplexer，roadm)。

2、波长选择开关(wavelength selective switch，wss)是roadm中的重要组成部分，波长选择开关具有第一端口和多个第二端口。wss能够利用光栅将第一端口提供的任意波长的光信号传输至任意第二端口。

3、但是，目前wss的实现方式较为单一。

技术实现思路

1、本技术提供了一种波长选择开关、单板、光交换设备、节点及系统，可以解决wss的实现方式较为单一的问题，所述技术方案如下：

2、第一方面，提供了一种wss，该wss包括：至少一个端口组、色散模块和光交换引擎；端口组包括第一端口和多个第二端口，第一端口用于向色散模块提供多波长光信号；色散模块用于将来自该第一端口的所述多波长光信号色散为多个单波长光信号，以及将所述多个单波长光信号分别传输至所述光交换引擎在色散方向上的不同位置；光交换引擎用于将来自所述色散模块的所述单波长光信号传输至所述色散模块，以使所述单波长光信号传输至该端口组中的第二端口。可见，第一端口提供的多波长光信号在色散模块上被色散为单波长光信号后，该单波长光信号在依次经过光交换引擎和色散模块后传输至第二端口。

3、λi和fi负相关，λi表示：所述多个单波长光信号中第i个单波长光信号的波长，i≥1；fi表示色散模块对第i个单波长光信号在端口方向上的焦距。端口方向为所述多个第二端口在参考平面内的正投影的排列方向，所述参考平面垂直于所述色散方向。可见，本技术提供的wss由于具有λi和fi负相关的特点，因此，该wss与相关技术中的wss不同，因此，本技术丰富了wss的实现方式。

4、可选地，λi*fi为固定值。在i变化时，λi*fi保持不变。可以理解的是，λi*fi也可以不是固定值，比如，λi*fi可以相对某一固定值有一定的变化，比如，λi*fi可以相对该固定值有10％以内的变化。由于该wss还具有在i变化时，λi*fi为固定值的特点，因此，进一步丰富了wss的实现方式。

5、可选地，所述单波长光信号从所述色散模块到所述光交换引擎的传输路径满足以下条件：所述传输路径在参考平面上的正投影与所述光交换引擎的法线的夹角小于或等于0.5度。该夹角也可以大于0.5度，本技术对此不作限定。相关技术中，该夹角通常较大(大于0.5度)，而本技术并未采用大于0.5度的夹角，因此，也进一步丰富了wss的实现方式。

6、根据前述内容可知，在单波长光信号传输至光交换引擎时，该光交换引擎中被该单波长光信号入射的位置形成光栅，在该光栅的作用下，该单波长光信号被传输至第二端口。可选地，wss满足λi*fi为固定值的条件，以及，单波长光信号从色散模块到光交换引擎的传输路径在参考平面上的正投影与光交换引擎的法线的夹角小于或等于0.5度的情况下，光交换引擎中被第一单波长光信号入射的位置形成第一光栅，光交换引擎中被第二单波长光信号入射的位置形成第二光栅；第一单波长光信号和第二单波长光信号传输至同一第二端口，第一光栅和第二光栅的周期相同。可见，光交换引擎中被传输至同一所述第二端口的多个单波长光信号入射的位置形成周期相同的光栅。可以理解的是，这些位置也可以形成周期不同的光栅，本技术对此不作限定。

7、在传输至同一第二端口的不同单波长光信号在光交换周期上采用相同周期的光栅控制时，在wss的标定过程中，工作人员只需标定任一单波长光信号传输至端口组中各个第二端口时光交换引擎需要加载的光栅即可，其他单波长光信号可以参考该任一单波长光信号。这样一来，便无需针对其他单波长光信号进行光交换引擎加载的光栅的标定，所以，简化了wss的标定过程。

8、对于不同波长的单波长光信号，在这些单波长光信号被光交换引擎上相同周期的光栅衍射时，不同单波长光信号在该光栅上经过任一级衍射能够传输至同一端口位置。所以，可以通过设计第二端口的排布位置，使得这些单波长光信号在光交换引擎上经过+1级衍射后传输至单波长光信号用于传输至的第二端口所在的端口位置，而经过其他级衍射(如0级衍射、+2级衍射等)后传输至端口之外的端口位置，避免或减轻对端口造成信号串扰。

9、进一步地，本技术提供的wss中，色散模块的实现方式多种多样，以下将以其中的几种可实现方式为例进行讲解。

10、(1)在色散模块的第一种可实现方式中，所述色散模块包括：第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜和第五透镜，以及透射式的色散光栅；所述第一透镜、所述第二透镜、所述第三透镜、所述第四透镜依次排布，且相邻透镜的相互靠近的焦面共面；所述第五透镜位于所述第一透镜和所述第二透镜之间共面的焦面，且所述第五透镜与所述第一透镜和所述第二透镜均具有共面的焦面；所述第一端口和所述第二端口均位于所述第一透镜的远离所述第二透镜的焦面；所述色散光栅位于所述第三透镜靠近所述第四透镜的焦面；所述光交换引擎位于所述第四透镜的远离所述第三透镜的焦面。

11、进一步地，色散光栅为透射式的光栅，光信号在色散光栅上的入射路径与出射路径在参考平面上的正投影的延伸方向可以不同。可见，在端口方向上，光信号在色散光栅的出射方向相对入射方向改变，从而有利于实现上述目标夹角小于或等于0.5度。

12、(2)在色散模块的第二种可实现方式中，所述色散模块包括：第一透镜、第二透镜、曲面镜、第五透镜以及反射式的色散光栅；所述第一透镜、所述第二透镜、所述曲面镜依次排布，且相邻透镜的相互靠近的焦面共面；所述第五透镜位于所述第一透镜和所述第二透镜之间共面的焦面，且所述第五透镜与所述第一透镜和所述第二透镜均具有共面的焦面；所述第一端口和所述第二端口均位于所述第一透镜的远离所述第二透镜的焦面；所述色散光栅和所述光交换引擎均位于所述第二透镜靠近所述曲面镜的焦面。

13、可选地，对于多波长光信号和单波长光信号中的任一光信号，该光信号在色散光栅上的入射路径和出射路径在参考平面xz上的正投影关于色散平面yz不对称，色散平面垂直于端口方向。可以理解的是，该光信号在色散光栅上的入射路径和出射路径在参考平面xz上的正投影关于色散平面yz也可以对称。可见，在端口方向上，光信号在色散光栅上的出射路径与反射路径并不相同，可见，色散光栅在端口方向上对色散光栅的传输方向进行了改变，从而有利于实现上述目标夹角小于或等于0.5度。

14、可选地，上述色散光栅也可以有多种可实现方式。

15、示例地，在色散模块的第一种可实现方式和第二种可实现方式中，对于任一端口组：该端口组在色散光栅中对应的光栅部分呈板状；该端口组对应的光栅部分用于将来自该端口组中第一端口的多波长光信号色散为多个单波长光信号；该端口组对应的光栅部分平行于端口方向，且该端口组对应的光栅部分的光栅刻线倾斜于端口方向。通过将光栅刻线倾斜端口方向设置，能够实现光栅部分在端口方向上对光信号的传输方向的改变。

16、又示例地，在色散模块的第一种可实现方式和第二种可实现方式中，对于任一端口组：该端口组在色散光栅中对应的光栅部分包括：光栅结构和第一光楔；该端口组对应的光栅部分用于将来自该端口组中第一端口的多波长光信号色散为多个单波长光信号；光栅结构和第一光楔沿来自该端口组中第一端口的多波长光信号的传输方向依次排布，或者，光栅结构和第一光楔沿该传输方向依次排布；光栅结构呈板状，且光栅结构平行于端口方向，光栅结构的光栅刻线平行于端口方向。光栅结构用于对多波长光信号进行色散，第一光楔用于改变经过光栅结构的光信号的传输方向。通过第一光楔对光信号的传输方向的改变，能够实现色散光栅在端口方向上对光信号的传输方向的改变。

17、又示例地，在色散模块的第二种可实现方式中，对于任一端口组：该端口组在色散光栅中对应的光栅部分呈板状；该端口组对应的光栅部分用于将来自该端口组中第一端口的多波长光信号色散为多个单波长光信号；该端口组对应的光栅部分倾斜于端口方向，该端口组对应的光栅部分的光栅刻线在色散平面的正投影与光栅部分的法线在色散平面的正投影平行。通过将色散光栅倾斜端口方向设置，能够实现色散光栅在端口方向上对光信号的传输方向的改变。

18、(3)在色散模块的第三种可实现方式中，所述色散模块包括：第一透镜和第二透镜，以及透射式的色散光栅；所述色散光栅位于所述第一透镜和所述第二透镜相互靠近且共面的焦面；所述第一端口和所述第二端口均位于所述第一透镜的远离所述第二透镜的焦面；所述光交换引擎位于所述第二透镜的远离所述第一透镜的焦面；对于任一端口组：该端口组在色散光栅中对应的光栅部分呈板状；该端口组对应的光栅部分用于将来自该端口组中第一端口的多波长光信号色散为多个单波长光信号；该端口组对应的光栅部分平行于端口方向，该端口组对应的光栅部分的光栅刻线为向第一方向弯曲的曲线，第一方向垂直于端口方向。这种情况下，色散光栅不仅能够将多波长光信号在色散方向上分为多个单波长光信号，还能够在端口方向对光信号起到透镜的作用。

19、(4)在色散模块的第四种可实现方式中，所述色散模块包括：曲面镜，以及反射式的色散光栅；所述第一端口、所述第二端口、所述色散光栅和所述光交换引擎均位于所述曲面镜的同一焦面；对于任一端口组：该端口组在色散光栅中对应的光栅部分呈板状；该端口组对应的光栅部分用于将来自该端口组中第一端口的多波长光信号色散为多个单波长光信号；该端口组对应的光栅部分的光栅刻线为向第一方向弯曲的曲线，第一方向垂直于端口方向。这种情况下，色散光栅不仅能够将多波长光信号在色散方向上分为多个单波长光信号，还能够在端口方向对光信号起到类似透镜的作用。

20、(5)在色散模块的第五种可实现方式中，所述色散模块包括：第一透镜、第二透镜和第五透镜，以及透射式的色散光栅；所述第五透镜位于所述第一透镜和所述第二透镜相互靠近且共面的焦面；所述色散光栅位于所述第五透镜和所述第二透镜之间，或者色散光栅位于第五透镜和第一透镜之间；所述第一端口和所述第二端口均位于所述第一透镜的远离所述第二透镜的焦面；所述光交换引擎位于所述第二透镜的远离所述第一透镜的焦面；所述第一端口和所述第五透镜的光轴在所述参考平面上的投影在所述端口方向上的距离小于0.5毫米；对于任一端口组：该端口组在色散光栅中对应的光栅部分呈板状；该端口组对应的光栅部分用于将来自该端口组中第一端口的多波长光信号色散为多个单波长光信号；该端口组对应的光栅部分平行于端口方向，该端口组对应的光栅部分的光栅刻线也平行于端口方向。这种情况下，在端口方向上，第一端口靠近第五透镜的光轴，从而使得第五透镜几乎不改变第一端口发出的多波长光信号在端口方向上的传输方向。这样一来，在第五透镜的作用下，能够使得多波长光信号色散得到的单波长光信号能够在端口方向上近似垂直入射至光交换引擎。

21、(6)在色散模块的第六种可实现方式中，所述色散模块包括：曲面镜和第五透镜，以及反射式的色散光栅；所述第一端口、所述第二端口、所述第五透镜和所述光交换引擎均位于所述曲面镜的同一焦面；所述色散光栅位于所述第五透镜远离所述曲面镜的一侧；所述第一端口和所述第五透镜的光轴在所述参考平面上的投影在所述端口方向上的距离小于0.5毫米；对于任一端口组：该端口组在色散光栅中对应的光栅部分呈板状；该端口组对应的光栅部分用于将来自该端口组中第一端口的多波长光信号色散为多个单波长光信号；该端口组对应的光栅部分平行于端口方向，该端口组对应的光栅部分的光栅刻线也平行于端口方向。这种情况下，在端口方向上，第一端口靠近第五透镜的光轴，从而使得第五透镜几乎不改变第一端口发出的多波长光信号在端口方向上的传输方向。这样一来，在第五透镜的作用下，能够使得多波长光信号色散得到的单波长光信号能够在端口方向上近似垂直入射至光交换引擎。

22、进一步地，在色散模块采用前述第一种可实现方式或第二种可实现方式时，色散模块还包括：所述任一端口组对应的第一调整结构；来自所述任一端口组中第一端口的多波长光信号经过该端口组对应的第一调整结构；所述第一调整结构用于改变经过的光信号的传输方向，以使光信号在所述第一调整结构上的出射路径对应的夹角小于入射路径对应的夹角；其中，光信号在所述第一调整结构上的入射路径和出射路径中任一路径对应的夹角为：所述任一路径在所述参考平面上的正投影与所述第二透镜的光轴在所述参考平面上的正投影的夹角。通过第一调整结构对光信号的传输方向的改变，可以使得色散模块中的透镜在端口方向上的尺寸减小，有利于减小波长选择开关的体积，提升波长选择开关的集成度，同时可以调整第一端口和第二端口的相对位置。

23、可选地，所述第一调整结构可以用第二光楔实现，该第一调整结构也可以采用与第二光楔不同的其他光学结构(如光栅、衍射光学元件(diffractive optical element，doe)、超表面器件等)实现。

24、可选地，多波长光信号在所述色散模块上的入射方向可以倾斜于端口方向。当然，多波长光信号在所述色散模块上的入射方向也可以垂直于端口方向。

25、可选地，wss还可以包括至少一个第二调整结构，一个第二调整结构对应一个端口组。第二调整结构用于调整来自对应的端口组中的第一端口的多波长光信号的传输方向，再将该多波长光信号传输至色散模块，以使该多波长光信号在色散模块上的入射方向倾斜于端口方向。

26、第二调整结构可以采用多种可实现方式实现。

27、(1)在第二调整结构的一种可实现方式中，第二调整结构可以采用第三光楔实现。

28、(2)在第二调整结构的另一种可实现方式中，第二调整结构可以采用准直透镜实现。所述端口组中的第一端口用于向所述端口组对应的所述准直透镜的偏离位置传输所述多波长光信号，所述准直透镜的偏离位置位于所述准直透镜的光轴之外。准直透镜用于提升经过的多波长光信号的准直度，以及对经过的单波长光信号进行聚焦。

29、可以理解的是，wss的上述至少一个端口组可以包括多个端口组，比如，该至少一个端口组包括：第一端口组和第二端口组，第一端口组和第二端口组中第一端口的数量可以相同也可以不同，第一端口组和第二端口组中第二端口的数量可以相同也可以不同。第一端口组和第二端口组提供的多波长光信号在色散模块上的入射方向不同。这样一来，便可以使得在第一端口组的端口之间传输的光信号的光路，与在第二端口组中端口之间传输的光信号的光路相互独立。

30、在wss包括第一端口组和第二端口组时，本技术不对两个端口组中第一端口和第二端口的排布方式进行限定。比如，在第一端口组和第二端口组中的多个端口中，第一端口位于第二端口之间，或者第二端口位于第一端口之间。其中，在第一端口位于第二端口之间时，距离第一端口最远的第二端口远离第一端口的一侧并未分布有其他第二端口，能够进一步减小端口之间的串扰。

31、第二方面，本技术提供了一种单板，包括：至少一个第一方面中任一设计所述的wss。

32、第三方面，本技术提供了一种光交换设备，所述光交换设备包括多个单板。至少一个单板为第三方面所述的单板。示例地，所述光交换节点为可重构光分叉复用器。

33、第四方面，本技术提供了一种光交换节点，该光交换节点包括控制设备，以及第三方面中任一设计所述的光交换设备，所述控制设备用于控制所述光交换设备交换光信号。

34、第五方面，提供了一种光网络系统，包括：多个光交换节点，至少一个所述光交换节点为第四方面所述的光交换节点。

35、第六方面，本技术提供了一种均衡站，包括：控制器，以及第一方面中任一设计所述的wss；控制器用于控制所述wss，以实现所述wss的端口之间传输的不同波长的光信号的功率均衡。

36、第七方面，提供了一种光信号的交换方法，该方法由第一方面中任一设计所述的wss执行，该wss包括：至少一个端口组、色散模块和光交换引擎；所述端口组包括：第一端口和多个第二端口。该方法包括：对于所述至少一个端口组中的任一端口组：第一端口向色散模块提供多波长光信号；色散模块将来自第一端口的多波长光信号色散为多个单波长光信号，以及将该多个单波长光信号分别传输至光交换引擎在色散方向(垂直于端口方向)上的不同位置；光交换引擎将来自色散模块的单波长光信号传输至色散模块，以使该单波长光信号传输至该端口组中的任一第二端口；对于任一单波长光信号，单波长光信号在光交换引擎上的出射方向与单波长光信号传输至的第二端口相关；其中，λi与fi负相关，λi表示：多个单波长光信号中第i个单波长光信号的波长，i≥1；fi表示色散模块对第i个单波长光信号在端口方向上的焦距。

37、可选地，光交换引擎可以在单波长光信号传输至光交换引擎时，在光交换引擎中该单波长光信号的入射位置形成光栅，以使该单波长光信号在该光栅的作用下经过色散模块后传输至第二端口。其中，在λi*fi为固定值，且单波长光信号从色散模块到光交换引擎的传输路径在参考平面上的正投影与光交换引擎的法线的夹角小于或等于0.5度的情况下，光交换引擎中被第一单波长光信号入射的位置形成第一光栅，光交换引擎中被第二单波长光信号入射的位置形成第二光栅。第一单波长光信号和第二单波长光信号传输至同一第二端口，第一光栅和第二光栅的周期相同。这种情况下，光交换引擎可以根据多个第二端口与光交换引擎的光栅的对应关系，在每个单波长光信号的入射位置形成该单波长光信号用于传输至的第二端口对应的光栅。

38、上述第二方面至第七方面的效果可以参考第一方面中相应设计的效果，本技术在此不做赘述。