专利名称：一种波长选择开关的色差、温差同时补偿装置和方法
技术领域：
本发明涉及波长选择开关领域，具体来讲是一种波长选择开关的色差、温差同时补偿的装置和方法。
背景技术：
WSS (Wavelength Selective Switch,波长选择开关)是近年来发展迅速的ROADM (Reconfigurable Optical Add and Drop Multiplexer,可重构光分插复用器)的子系统技术。OXC (Optical cross-connect,光交插互连设备)和 ROADM 作为 WDM (Wavelength Division Multiplexing,波分复用)网络中的核心光交换设备，需要能够在任一端口对任意波长进行配置，并且容易的实现Gbit/s甚至Tbit/s的传输容量。而WSS具有频带宽、色散低，具有输入波长从任意输出端口输出的功能，并且基于WSS的R0ADM，可以在所有方向提供波长粒度的信道，远程可重配置所有直通端口和上下端口，适宜于实现多方向的环间互联和构建无线网格网络，是用来实现OXC和ROADM的新一代技术，采用ROADM进行复用/ 解复用系统，被用在光网络的不同地方。相应的WSS通常分布在光网络的多个不同节点上， 因此WSS的工作环境也是多种多样，大容量的WSS被广泛应用的前提就是要能在各种环境下正常工作。
温度的变化是环境的一个重要指标，温度变化时光学元件的曲率、厚度和间隔都发生变化，元件基体材料的折射率及所在介质的折射率也将发生变化。透镜在通讯的红外波长范围内其材料的折射率温度变化比可见光更加明显。此外，在波长选择开关的光路设计中，色差对其性能的影响也非常大。所有这些都需要我们的波长选择开关即能适应温度的变化，又要具有很小的色差。因此同时对WSS的温差和色差进行补偿的设计非常重要。
中国专利CN102608712A公开了一种波长选择开关中波长漂移的补偿方法及其装置，其方法是采用热伸缩量不同的旋转梁与补偿块组合，利用旋转梁和补偿块在同一外部温度条件下产生不同的伸缩，使组合结构产生转动，进而带动WSS光学元件转动，达到补偿波长漂移。美国专利US8036502B2公开了一种方法，从机械结构设计和装配方法上对波长选择开关的波长漂移进行补偿，该专利通过对光学底板的结构进行特别设计，并配备相应的减震块保证光路与MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems,微机电系统)芯片间的对准位置不变。另外，光子学报1999 vol. 28, No. 5《衍射光学元件热稳定性的分析》具体分析了折射和衍射光学元件的温度特性。并且物理学报2008 vol. 57, No. 10《实现复消色差的超常温混合红外光学系统》进行了复消色差的折/衍混合光学系统超常温消热差设计。 然而在波长选择开关的系统设计中极少有相关利用折衍复合透镜来进行消色差、消热差的相关专利和文献。
在波长选择开关的设计中，无论是最初的被动机械补偿技术，还是后来的主动热传感补偿技术，都有其很大的不足之处——机械式补偿技术体积大，模块的封装有一定难度；热传感补偿需要额外的电源，电路系统可靠性降低。而且加入了这些外补偿装置，波长选择开关的体积必然会大大增加。这和市场对光通信器件的小型化，集成化的要求是背道而驰的，不利于WSS的发展，并且消色差和温差的折衍系统理论并没有在WSS上得到应用， 也并没有发现对其小型化的器件设计。发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种波长选择开关的色差、 温差同时补偿装置和方法，实现主动式的补偿WSS的温差和色差，并且由于折衍混合使用， 减少了材料的使用，缩小了 WSS的体积。
为达到以上目的，本发明提供一种波长选择开关的色差、温差同时补偿装置，包括光纤准直器阵列，用于将输入光信号准直成平行光；折衍混合透镜组合，包括至少两个折衍混合透镜，均用于将平行光折射、衍射后沿不同方向扩束；分光光栅，用于将光束分为单通道光信号，并经过相应折衍混合透镜汇聚到开关芯片；开关芯片，用于进行切光及转换，被切换后的光沿反方向反射到光纤准直器阵列中。
在上述技术方案的基础上，所述每个折衍混合透镜均包括折射透镜和衍射透镜。
在上述技术方案的基础上，所述折衍混合透镜组合还包括设于其外部的壳体。
在上述技术方案的基础上，所述开关芯片为基于光路与微机电系统原理的波长选择开关，通过调整该波长选择开关的微镜位置进行光的切换。
在上述技术方案的基础上，所述开关芯片为基于娃基液晶原理的波长选择开关， 通过调整该波长选择开关的液晶相位进行光的切换。
在上述技术方案的基础上，所述每个折衍混合透镜的衍射面方向一致。
本发明还提供一种波长选择开关的色差、温差同时补偿的方法，包括如下步 骤S1.在波长选择开关光学系统中，实现
权利要求
1.一种波长选择开关的色差、温差同时补偿装置，其特征在于，包括光纤准直器阵列，用于将输入光信号准直成平行光；折衍混合透镜组合，包括至少两个折衍混合透镜，均用于将平行光折射、衍射后沿不同方向扩束；分光光栅，用于将光束分为单通道光信号，并经过相应折衍混合透镜汇聚到开关芯片;开关芯片，用于进行切光及转换，被切换后的光沿反方向反射到光纤准直器阵列中。
2.如权利要求1所述的波长选择开关的色差、温差同时补偿装置，其特征在于所述每个折衍混合透镜均包括折射透镜和衍射透镜。
3.如权利要求2所述的波长选择开关的色差、温差同时补偿装置，其特征在于所述折衍混合透镜组合还包括设于其外部的壳体。
4.如权利要求3所述的波长选择开关的色差、温差同时补偿装置，其特征在于所述开关芯片为基于光路与微机电系统原理的波长选择开关，通过调整该波长选择开关的微镜位置进行光的切换。
5.如权利要求3所述的波长选择开关的色差、温差同时补偿装置，其特征在于所述开关芯片为基于硅基液晶原理的波长选择开关，通过调整该波长选择开关的液晶相位进行光的切换。
6.如权利要求3所述的波长选择开关的色差、温差同时补偿装置，其特征在于所述每个折衍混合透镜的衍射面方向一致。
7.一种基于权利要求1中波长选择开关的色差、温差同时补偿的方法，其特征在于，包括如下步骤 S1.在波长选择开关光学系统中，实现
8.如权利要求7所述的波长选择开关的色差、温差同时补偿的方法，其特征在于所述 S2中消色差，要求每个折衍混合透镜中的折射透镜和衍射透镜均满足公式
9.如权利要求7所述的波长选择开关的色差、温差同时补偿的方法，其特征在于所述每个折衍混合透镜的材料为硼冕玻璃、硫化锌、硒化锌、硅或锗。
10.如权利要求9所述的波长选择开关的色差、温差同时补偿的方法，其特征在于所述折衍混合透镜由硅和锗组成，而其衍射面镀在锗透镜的后表面上。
全文摘要
一种波长选择开关的色差、温差同时补偿装置和方法，涉及波长选择开关领域，包括光纤准直器阵列，用于将输入光信号准直成平行光；折衍混合透镜组合，包括至少两个折衍混合透镜，均用于将平行光折射、衍射后沿不同方向扩束；分光光栅，用于将光束分为单通道光信号，并经过相应折衍混合透镜汇聚到开关芯片；开关芯片，用于进行切光及转换，被切换后的光沿反方向反射到光纤准直器阵列中。本发明实现主动式的补偿WSS的温差和色差，并且由于折衍混合使用，减少了材料的使用，缩小了WSS的体积。
文档编号G02B6/293GK102981219SQ20121052376
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者刘子晨, 谢德权, 尤全, 程燕, 杨铸 申请人:武汉邮电科学研究院