光交换结构的系统结构技术方案

一种光交换结构使得在多个输入端口中的任一个上进入该设备的光信号能够被引导到多个输出端口中的任一个。本光交换结构包括传感和监控设备，其允许精确的初始校准和连续的开关连接状态监视与控制。在输入端口上进入交换结构的光，被第一组可单独控制的镜面中的一个镜面反射到第二组可单独控制的镜面中的一个镜面，然后被反射到对应的输出端口。此交换结构包括控制激光器和位置感应设备，其提供与镜面方向对应的输出信号。此外，输入端口和输出端口的子集可以安装到监控光源和检测器，用于校准与控制。此外，可以包括用于检测输入信号的强度、被第一组中的镜面反射并被第二组中的镜面反射的信号的强度、以及从输出端口散射回的信号的强度的传感器。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及光学网络的开关，更具体而言，涉及利用倾斜镜面的光交换结构。
技术介绍
随着光纤不断地补充并代替作为电信网络骨干的金属导线，路由光信号的开关已变成明显的瓶颈。传输系统移动作为光学光子的信息，而交换、路由、复用和解复用光信号的交换系统和所谓的交叉连接结构一般都是电子化的。电子交换要求在称为光-电-光(OEO)转换的过程中，光被转换成电信号来穿过开关，然后被重新转换成光，这个过程导致时间延迟和耗费。因此在电信工业中，对开发全光交换以避免必须多次OEO转换有着很大的兴趣。在长距离网络中，数十或数百个单独的波长被复用到每个光纤上，每个保持承载一个信号。希望在光纤级、波长级或者这两个级别上提供全光交换的开关。例如，如Bishop等人在《科学美国人》(ScienceAmerican)(2001年1月pp.88-94)中所描述的，提出了基于多种基础技术的全光开关，包括微机电系统(MEMS)的倾斜镜面、热光器件、由喷墨打印头形成的气泡以及液晶。基于MEMS镜面的光纤开关尤其有吸引力，因为它们可结合超大规模集成光路并能够是鲁棒的、长期使用的和可扩充的。例如，在Lin的美国专利5,960,132中所描述的一种光纤开关，包括铰接MEMS镜面的阵列，其中每个都可绕其枢轴在反射状态和非反射状态之间旋转。需要一个有N2个这种镜面的阵列来将由N个输入光纤承载的信号从N个输出光纤的一个切换到另一个。很不幸，对于大的N，N2的标度会导致器件复杂得无法管理。在以上所引的Bishop等人的文章以及Bishop等人在《PhotonicsSpectra》(2000年3月pp.167-169)中所描述的另一种光纤开关，包括位于单个表面上的MEMS镜面阵列。每个镜面独立地倾斜，以将从输入/输出光纤接收的光引导到任一个其他的镜面，并由此引导到任一个输入/输出光纤。目前为止在出版物中没有描述用于此开关的内部光学诊断。另一种光纤开关基于两个MEMS镜面阵列，所述MEMS镜面能够在任何方向倾斜。输入光被引导到第一阵列中的镜面，该镜面将它反射到第二阵列中的预定镜面上。接着，第二阵列中的所述镜面将光引导到预定输出端口。在这些所谓的2N配置中，可以非常精确地控制镜面的位置，精确到度的很小部分，以提供所希望的连接。因此，具有低插入损耗并能够精细调节以交叉连接大量输入输出光纤的光纤开关，将促进光纤电信网络的发展。
技术实现思路
光交换结构是具有多个输入端口和多个输出端口的光开关，其允许在任何一个输入端口上进入该设备的光信号被引导到任何一个输出端口。根据本专利技术实施例的光交换结构，包括传感和监控设备，其允许精确的初始校准和连续的开关连接状态监视与控制。因此，本光交换结构包括多个输入端口、多个输出端口、一般以阵列形式布置在第一表面上的第一组多个镜面、一般以阵列形式布置在第二表面上的第二组多个镜面、以及二色分光器。所述第一组多个镜面中的每一个可以单独控制，以将从所述多个输入端口中对应的一个端口入射的光，经由所述二色分光器引导到所述第二组多个镜面中的任何一个。所述第二组多个镜面中的每一个可以单独控制，以将从所述第一组多个镜面中任何一个入射的光引导到所述输出端口中对应的一个端口。根据本专利技术实施例的交换结构还包括控制光源和位置感应检测器，所述控制光源提供与承载信号的光束不同的光束，所述位置感应检测器使得当交换结构中没有信号光时能够检测和控制镜面的位置。控制设备包括第一控制光源，其被定位以照明所述第一组镜面；和第一位置感应检测器，其被定位以检测来自所述第一控制光源、并被所述第一组镜面所反射的光。由所述第一位置感应检测器提供的信号对应于所述第一组镜面的方向。此外，这样的交换结构包括第二控制光源，其被定位以照明所述第二组镜面；和第二位置感应检测器，其被定位以检测被反射的控制光，使得来自所述第二位置感应检测器的信号对应于所述第二组镜面的方向。第三位置感应检测器可以被定位以检测已经被所述第一组多个镜面反射并被所述第二组多个镜面反射的控制光。控制光源所提供的光的波长不同于交换结构所引导的光信号的波长。根据本专利技术的另一方面，交换结构包括第一传感器，其被定位以检测从输入端口进入此交换结构的光的强度。在光路中输入端口和第一组镜面之间可以包括分光器立方体，以将小部分输入光偏转到第一传感器。还包括第二传感器，其被定位以检测从输出端口散射回的光的强度。当输出光在输出端口上正确对准时，散射回的光最小。红外照相机可以用作第一和第二传感器。通过包括适当定向的光学反射器，可以在第二传感器上检测到来自输入端口、被第一组镜面反射并被第二组镜面反射的光的强度，并且可以在第一传感器上检测到被第二组镜面偏转并随后被第一组镜面偏转的散射回的光的强度。还可以根据来自这两个传感器的信号来控制此光交换结构。根据本专利技术的另一方面，输入端口的子集和输出端口的子集被专用为监控信道。交换结构被配置成将来自监控输入端口的光，经由第一组镜面和第二组镜面而引导到监控输出端口。以与交换结构控制的光信号波长类似的波长发光的一个或多个光源，被安装到监控输入信道，而一个或多个监控检测器被安装到监控输出端口。(多个)监控光源和(多个)检测器提供与交换结构的状态相关的连续信息，而无需信号波长的存在。此外，在监控输入端口和监控输出端口两处，一个或多个光源可以与一个或多个检测器组合，以检测从输出端口到输入端口以相反方向穿过该系统的光的通过。由光交换结构控制器使用对准查找表来控制光交换结构，所述查找表在初始出厂校准过程中确定。对准查找表可以使用监控光源和检测器定期重校准。可以从为监控信道确定的校正，来计算对通过交换结构的所有信道的校准校正。附图说明附图是根据本专利技术实施例的光交换结构的示意图。具体实施例方式根据本专利技术实施例的光交换结构包括传感和监控设备，以允许对开关性能进行精确的初始校准和连续的监视与控制。附图示出了光交换结构(OSF)100的示意图。从概念上来说，OSF100是具有多个输入端口和多个输出端口的设备，其允许在任一个输入端口上进入该设备的光信号被引导到任一个输出端口。OSF 100的设计可以利用数十、数百或者一千或几千个输入端口和输出端口来实现。在一个示例中，输出端口的数量等于输出端口的数量，并在上千的量级上。在输入光纤块8处，多个承载光信号的单个输入光纤(未示出)安装到OSF 100。输入端口的数量大于或等于单个输入光纤的数量。类似地，输出光纤块38安装到多个承载来自OSF 100的光信号的单个输出光纤(未示出)。输出端口的数量大于或等于单个输出光纤的数量。对于电信应用，输入光纤所承载的信号光一般具有接近约1310纳米(nm)或约1550nm的波长。OSF 100包括第一阵列18和第二阵列26的微镜面。微镜面阵列中的每个微镜面都可以分别沿着两个垂直的轴倾斜。OSF 100被配置成，在特定输入光纤上进入开关的光入射到第一镜面阵列18的相应镜面上，并且入射到第二镜面阵列26的特定镜面上的光被引导到相应的输出光纤。因此，OSF 100是2N配置的交换结构的示例。OSF 100还包括输入透镜阵列14，其近似地将输入光纤射出的光准直成入射到镜面阵列18、二色平板分光器24和输出透镜阵列34上的平行光束，所述透镜阵列34将从第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光开关，包括：第一多个端口；第二多个端口；布置在第一表面上的第一多个镜面；布置在第二表面上的第二多个镜面；二色光学元件，其中所述第一多个镜面中的每一个可以单独控制，以将从所述第一多个端口中 对应的一个端口入射的光，经由所述二色光学元件引导到所述第二多个镜面中的任何一个，以及其中所述第二多个镜面中的每一个可以单独控制，以将从所述第一多个镜面中任何一个入射的光引导到所述第二多个端口中对应的一个端口；第一光源，被定位 以利用控制光来照明所述第一多个镜面；第一位置感应检测器，被定位以检测已经被所述第一多个镜面所反射的控制光，其中由所述第一位置感应检测器提供的信号对应于所述第一多个镜面的方向；第二光源，被定位以利用控制光来照明所述第二多个镜面 ；和第二位置感应检测器，被定位以检测已经被所述第二多个镜面所反射的控制光，其中由所述第二位置感应检测器提供的信号对应于所述第二多个镜面的方向。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：程中黄，史蒂文赛义德纳西里，亚历克斯哈威特，德米特里瓦西里巴金，兰德尔布里安斯普拉格，雅努什布尔泽卡，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]