專利名稱：光開關(guān)和光開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施例涉及光纖通信領(lǐng)域，特別涉及一種光開關(guān)和光開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，傳輸媒介可以分為有線和無線兩類。無線傳輸媒介主要包括微波線路和同步衛(wèi)星線路，有線傳輸媒介主要包括銅線電纜和光纖電纜。進(jìn)入數(shù)字通信時(shí)代之后，由于銅線電纜的信息容量太小，無法適應(yīng)飛速發(fā)展的數(shù)字通信需要，而光纖的信息容量比銅線可高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，以光纖作為傳輸媒介的光通信技術(shù)，越來越受到業(yè)界的關(guān)注。隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，光通信系統(tǒng)中對(duì)于光開關(guān)的性能要求越來越高。光開關(guān)是一種可以對(duì)光傳輸線路中的光信號(hào)進(jìn)行通道轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，可以廣泛應(yīng)用在全光層的路由選擇、波長(zhǎng)選擇和光交叉連接等功能的實(shí)現(xiàn)上。光開關(guān)主要包括機(jī)械式光開關(guān)和波導(dǎo)光開關(guān)，其中，基于微機(jī)械系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)的光開關(guān)，具有插入損耗低、功耗低、與波長(zhǎng)和調(diào)制方式無關(guān)、壽命長(zhǎng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)有大規(guī)模N*N MEMS光開關(guān)，主要采用3D的模擬光開關(guān)結(jié)構(gòu)。該架構(gòu)需要2N個(gè)微鏡，共有N3個(gè)狀態(tài)，當(dāng)N的取值較大，例如N為32或128時(shí)，鏡子的狀態(tài)太多，對(duì)光開關(guān)中微鏡的控制難度大，不便于生產(chǎn)控制，從而使該N*N MEMS光開關(guān)難以進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種光開關(guān)和光開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法，用以解決對(duì)光開關(guān)中微鏡狀態(tài)的控制難度大的問題，實(shí)現(xiàn)一種容易控制、方便使用的光開關(guān)。本發(fā)明實(shí)施例提供一種光開關(guān)，包括N到N的無阻塞交換矩陣，所述無阻塞交換矩陣包括N*M個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括用于進(jìn)行二進(jìn)二出的光路交換的四個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元，每個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元具有兩種狀態(tài)，其中，N為所述無阻塞交換矩陣的行數(shù)，M為所述無阻塞交換矩陣的列數(shù)，N和M均為正整數(shù)；所述無阻塞交換矩陣的N*M個(gè)節(jié)點(diǎn)中包括N個(gè)輸入端和N個(gè)輸出端；所述無阻塞交換矩陣，用于從所述N個(gè)輸入端接收N個(gè)輸入光纖輸入的N個(gè)輸入光信號(hào)；經(jīng)過預(yù)先設(shè)定的M級(jí)節(jié)點(diǎn)的路由，將所述N個(gè)輸入光信號(hào)交換到所述N個(gè)輸出端上；從所述N個(gè)輸出端將經(jīng)過所述無阻塞交換矩陣交換后得到的N個(gè)輸出光信號(hào)耦合到N 個(gè)輸出光纖上。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種光開關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法，其中，所述光開關(guān)為上述結(jié)構(gòu)的光開關(guān)；所述光開關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法包括無阻塞交換矩陣從N個(gè)輸入端接收N個(gè)輸入光纖輸入的N個(gè)輸入光信號(hào)；經(jīng)過預(yù)先設(shè)定的M級(jí)節(jié)點(diǎn)的路由，將所述N個(gè)輸入光信號(hào)交換到N個(gè)輸出端上；從所述N個(gè)輸出端將經(jīng)過所述無阻塞交換矩陣交換后得到的N個(gè)輸出光信號(hào)耦合到N個(gè)輸出光纖上。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光開關(guān)和光開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法，其中，光開關(guān)包括N到N的無阻塞交換矩陣，該無阻塞交換矩陣包括N*M個(gè)節(jié)點(diǎn)，由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括四個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元，可以實(shí)現(xiàn)二 進(jìn)二出的光路交換，只需要控制每個(gè)節(jié)點(diǎn)中數(shù)字光開關(guān)單元的兩種狀態(tài)，需要控制的數(shù)字光開關(guān)單元的狀態(tài)少，并且可以采用數(shù)字控制的方式，因此對(duì)光開關(guān)的節(jié)點(diǎn)的控制易于實(shí)現(xiàn)，從而使本發(fā)明實(shí)施例中的光開關(guān)適合大規(guī)模應(yīng)用。
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種光開關(guān)的節(jié)點(diǎn)位置的示意圖；圖2c為圖2a和圖2b中節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2d為本發(fā)明實(shí)施例中數(shù)字光開關(guān)單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2e為本發(fā)明實(shí)施例中數(shù)字光開關(guān)單元的一種狀態(tài)示意圖；圖2f為本發(fā)明實(shí)施例中數(shù)字光開關(guān)單元的另一種狀態(tài)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種光開關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該光開關(guān)包括N到N的無阻塞交換矩陣，所述無阻塞交換矩陣包括N*M個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括用于進(jìn)行二進(jìn)二出的光路交換的四個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元，每個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元具有兩種狀態(tài)，其中， N為所述無阻塞交換矩陣的行數(shù)，M為所述無阻塞交換矩陣的列數(shù)，N和M均為正整數(shù)；所述無阻塞交換矩陣的N*M個(gè)節(jié)點(diǎn)中包括N個(gè)輸入端和N個(gè)輸出端；其中，無阻塞交換矩陣屬于一種無阻塞網(wǎng)絡(luò)，無阻塞網(wǎng)絡(luò)的不同輸入端來的信號(hào)在無阻塞網(wǎng)絡(luò)中交換時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生對(duì)同一公共資源的爭(zhēng)搶。所述無阻塞交換矩陣，用于從N個(gè)輸入端接收N個(gè)輸入光纖輸入的N個(gè)輸入光信號(hào)；經(jīng)過預(yù)先設(shè)定的M級(jí)節(jié)點(diǎn)的路由，將所述N個(gè)輸入光信號(hào)交換到所述N個(gè)輸出端上；從所述N個(gè)輸出端將經(jīng)過所述無阻塞交換矩陣交換后得到的N個(gè)輸出光信號(hào)耦合到N個(gè)輸出光纖上。其中，N個(gè)輸入端連接N個(gè)輸入光纖，N個(gè)輸出端連接N個(gè)輸出光纖。N個(gè)輸入光纖可以將N個(gè)輸入光信號(hào)耦合到無阻塞交換矩陣，無阻塞交換矩陣可以從N個(gè)輸入端接收這N個(gè)輸入光纖輸入的N個(gè)輸入光信號(hào)；無阻塞交換矩陣可以從N個(gè)輸出端N個(gè)輸出光信號(hào)耦合到N個(gè)輸出光纖上。 本實(shí)施例中，由于光開關(guān)的無阻塞交換矩陣包括N個(gè)輸入端和N個(gè)輸出端，因此該光開關(guān)為N*N光開關(guān)。其中，M列節(jié)點(diǎn)中的第一列的N個(gè)節(jié)點(diǎn)為N個(gè)輸入端，M列節(jié)點(diǎn)中的第M列的N個(gè)節(jié)點(diǎn)為N個(gè)輸出端。本實(shí)施例中，由于光開關(guān)的無阻塞交換矩陣可以形成的光路為多條，每條光路連接光開關(guān)的一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端。每條光路經(jīng)過M級(jí)節(jié)點(diǎn)，該M級(jí)節(jié)點(diǎn)為位于光開關(guān)的無阻塞交換矩陣不同列中的節(jié)點(diǎn)。每條光路經(jīng)過的M級(jí)節(jié)點(diǎn)的路由可以預(yù)先設(shè)定。本實(shí)施例提供的光開關(guān)包括N到N的無阻塞交換矩陣，該無阻塞交換矩陣包括N*M 個(gè)節(jié)點(diǎn)，由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括四個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元，可以實(shí)現(xiàn)二進(jìn)二出的光路交換，每個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元具有兩種狀態(tài)，只需要控制每個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元的兩種狀態(tài)，與現(xiàn)有技術(shù)相比需要控制的數(shù)字光開關(guān)單元的狀態(tài)少，并且可以采用數(shù)字控制的方式，因此對(duì)光開關(guān)的節(jié)點(diǎn)的控制易于實(shí)現(xiàn)、方便使用，從而使本發(fā)明實(shí)施例中的光開關(guān)適合大規(guī)模應(yīng)用。圖2a為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種光開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2a所示，本實(shí)施例在上述實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，以N = 16為例進(jìn)行說明。在本實(shí)施例中光開關(guān)為16*16光開關(guān)。本實(shí)施例中，M可以為lo&(N)+l。由于N= 16，因此M= 5。也就是說無阻塞交換矩陣包括16行5列形式排列的80個(gè)節(jié)點(diǎn)。本實(shí)施例中，該光開關(guān)包括16個(gè)輸入端和16 個(gè)輸出端，第1列的16個(gè)節(jié)點(diǎn)與16個(gè)輸入端連接，第5列的16個(gè)節(jié)點(diǎn)與16個(gè)輸出端連接。由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括四個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元例如微鏡，每個(gè)微鏡具有兩種狀態(tài)，因此，本實(shí)施例中需要控制的微鏡的狀態(tài)為16*5*4*2 = 640個(gè)；而現(xiàn)有技術(shù)的需要控制的微鏡的狀態(tài)為163 = 40 96個(gè)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例需要控制的微鏡的狀態(tài)明顯減少。本實(shí)施例中，光開關(guān)的無阻塞交換矩陣中每一條光路經(jīng)過5個(gè)節(jié)點(diǎn)，該5個(gè)節(jié)點(diǎn)位于無阻塞交換矩陣的不同列的節(jié)點(diǎn)中。例如輸入端1和輸出端16之間的光路為連接了第 1行第1列節(jié)點(diǎn)、第9行第2列節(jié)點(diǎn)、第13行第3列節(jié)點(diǎn)、第15行第4列節(jié)點(diǎn)和第16行第 5列節(jié)點(diǎn)的光路；輸入端1和輸出端1之間的光路為連接了第1行第1列節(jié)點(diǎn)、第1行第2 列節(jié)點(diǎn)、第1行第3列節(jié)點(diǎn)、第1行第4列節(jié)點(diǎn)和第1行第5列節(jié)點(diǎn)。本實(shí)施例中，無阻塞交換矩陣中每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間形成的光路可以預(yù)先設(shè)定，形成如圖2a所示的光路圖，只需要控制每個(gè)節(jié)點(diǎn)中四個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元的角度即可以實(shí)現(xiàn)。例如第1行第1列節(jié)點(diǎn)位于輸入端1和輸出端16之間的光路以及輸入端1和輸出端1之間的光路中。因此當(dāng)?shù)?行第1列節(jié)點(diǎn)接收到光信號(hào)時(shí)，可以將光信號(hào)通過輸入端1和輸出端16之間的光路傳輸給第9行第2列節(jié)點(diǎn)，或者還可以將光信號(hào)通過輸入端1和輸出端1 之間的光路傳輸給第1行第2列節(jié)點(diǎn)。進(jìn)一步地，圖2b為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種光開關(guān)的節(jié)點(diǎn)位置的示意圖，如圖 2b所示，該光開關(guān)的無阻塞交換矩陣中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以實(shí)現(xiàn)二進(jìn)二出的光路交換，其中， 節(jié)點(diǎn)中的數(shù)字光開關(guān)單元可采用數(shù)字微透鏡裝置(Digital Micromirror Device，以下簡(jiǎn)稱DMD)芯片實(shí)現(xiàn)，因此，可以將節(jié)點(diǎn)分別設(shè)置在兩層DMD芯片上，具體設(shè)置方法為將該光開關(guān)的無阻塞交換矩陣的節(jié)點(diǎn)的奇數(shù)列排列在一層數(shù)字微透鏡裝置芯片上，偶數(shù)列排列在另一層數(shù)字微透鏡裝置芯片上，形成相鄰的列分別處于不同層的數(shù)字微透鏡裝置芯片上的形式。例如將奇數(shù)列第1、3、5列的節(jié)點(diǎn)設(shè)置于DMD_2層上，將偶數(shù)列第2、4列的節(jié)點(diǎn)設(shè)置于DMD_1層上；如圖2b中，光信號(hào)從DMD_2層的第1列的某一個(gè)節(jié)點(diǎn)_1輸入無阻塞交換矩陣后，經(jīng)過DMD_1層的第2列的節(jié)點(diǎn)_2或節(jié)點(diǎn)_3進(jìn)行光路交換，然后，依次經(jīng)過第3、4、5 列后，從無阻塞交換矩陣中輸出。本實(shí)施例中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可包括四個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元，該數(shù)字光開關(guān)單元可用于對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行反射。圖2c為圖2a和圖2b中節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2c所示，節(jié)點(diǎn)包括四個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元，該四個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元分別為第一數(shù)字光開關(guān)單元11、第二數(shù)字光開關(guān)單元12、第三數(shù)字光開關(guān)單元13和第四數(shù)字光開關(guān)單元14。第一數(shù)字光開關(guān)單元 11和第二數(shù)字光開關(guān)單元12相鄰設(shè)置，第三數(shù)字光開關(guān)單元13和第四數(shù)字光開關(guān)單元14 相鄰設(shè)置。如下表1為節(jié)點(diǎn)的輸入輸出狀態(tài)表，參見表1，節(jié)點(diǎn)包括“0”和“1”兩種狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)在兩種狀態(tài)都能實(shí)現(xiàn)二進(jìn)二出的光路交換。表 權(quán)利要求
1.一種光開關(guān)，其特征在于，包括N到N的無阻塞交換矩陣，所述無阻塞交換矩陣包括 N*M個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括用于進(jìn)行二進(jìn)二出的光路交換的四個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元，每個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元具有兩種狀態(tài)，其中，N為所述無阻塞交換矩陣的行數(shù)，M為所述無阻塞交換矩陣的列數(shù)，N和M均為正整數(shù)；所述無阻塞交換矩陣的N*M個(gè)節(jié)點(diǎn)中包括N個(gè)輸入端和N個(gè)輸出端； 所述無阻塞交換矩陣，用于從所述N個(gè)輸入端接收N個(gè)輸入光纖輸入的N個(gè)輸入光信號(hào)；經(jīng)過預(yù)先設(shè)定的M級(jí)節(jié)點(diǎn)的路由，將所述N個(gè)輸入光信號(hào)交換到所述N個(gè)輸出端上；從所述N個(gè)輸出端將經(jīng)過所述無阻塞交換矩陣交換后得到的N個(gè)輸出光信號(hào)耦合到N個(gè)輸出光纖上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，其特征在于，所述M為Iog2(N)+1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光開關(guān)，其特征在于，所述無阻塞交換矩陣的節(jié)點(diǎn)的奇數(shù)列排列在一層數(shù)字微透鏡裝置芯片上，偶數(shù)列排列在另一層數(shù)字微透鏡裝置芯片上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光開關(guān)，其特征在于，所述數(shù)字光開關(guān)單元包括永磁鐵、設(shè)置于所述永磁鐵上的鏡面裝置和設(shè)置于所述永磁鐵下方的電磁鐵；所述鏡面裝置，用于在所述永磁鐵和所述電磁鐵的相互作用下偏轉(zhuǎn)設(shè)定角度，并將接收到的光信號(hào)進(jìn)行反射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光開關(guān)，其特征在于，所述永磁鐵與所述電磁鐵接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光開關(guān)，其特征在于，所述永磁鐵的高度設(shè)置為小于所述永磁鐵與所述電磁鐵接觸時(shí)，所述鏡面裝置與所述電磁鐵之間的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，其特征在于，所述四個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元包括第一數(shù)字光開關(guān)單元、第二數(shù)字光開關(guān)單元、第三數(shù)字光開關(guān)單元和第四數(shù)字光開關(guān)單元，所述第一數(shù)字光開關(guān)單元和所述第二數(shù)字光開關(guān)單元相鄰設(shè)置，所述第三數(shù)字光開關(guān)單元和第四數(shù)字光開關(guān)單元相鄰設(shè)置；所述第一數(shù)字光開關(guān)單元，用于將接收到的光信號(hào)反射至所述第三數(shù)字光開關(guān)單元； 所述第三數(shù)字光開關(guān)單元，用于將來自于所述第一數(shù)字光開關(guān)單元的光信號(hào)進(jìn)行反射；所述第二數(shù)字光開關(guān)單元，用于將接收到的光信號(hào)反射至所述第四數(shù)字光開關(guān)單元； 所述第四數(shù)字光開關(guān)單元，用于將來自于所述第二數(shù)字光開關(guān)單元的光信號(hào)進(jìn)行反射；或者所述第一數(shù)字光開關(guān)單元，用于將接收到的光信號(hào)反射至所述第四數(shù)字光開關(guān)單元； 所述第四數(shù)字光開關(guān)單元，用于將來自于所述第一數(shù)字光開關(guān)單元的光信號(hào)進(jìn)行反射；所述第二數(shù)字光開關(guān)單元，用于將接收到的光信號(hào)反射至所述第三數(shù)字光開關(guān)單元； 所述第三數(shù)字光開關(guān)單元，用于將來自于所述第二數(shù)字光開關(guān)單元的光信號(hào)進(jìn)行反射。
8.一種光開關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述光開關(guān)為如權(quán)利要求1-7任一所述的光開關(guān)；所述光開關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法包括無阻塞交換矩陣從N個(gè)輸入端接收N個(gè)輸入光纖輸入的N個(gè)輸入光信號(hào)； 經(jīng)過預(yù)先設(shè)定的M級(jí)節(jié)點(diǎn)的路由，將所述N個(gè)輸入光信號(hào)交換到N個(gè)輸出端上； 從所述N個(gè)輸出端將經(jīng)過所述無阻塞交換矩陣交換后得到的N個(gè)輸出光信號(hào)耦合到N 個(gè)輸出光纖上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光開關(guān)和光開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法。該光開關(guān)包括N到N的無阻塞交換矩陣，所述無阻塞交換矩陣包括N*M個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括用于進(jìn)行二進(jìn)二出的光路交換的四個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元，每個(gè)數(shù)字光開關(guān)單元具有兩種狀態(tài)；所述無阻塞交換矩陣的N*M個(gè)節(jié)點(diǎn)中包括N個(gè)輸入端和N個(gè)輸出端；所述無阻塞交換矩陣，用于從N個(gè)輸入端接收N個(gè)輸入光纖輸入的N個(gè)輸入光信號(hào)；經(jīng)過預(yù)先設(shè)定的M級(jí)節(jié)點(diǎn)的路由，將N個(gè)輸入光信號(hào)交換到N個(gè)輸出端上；從N個(gè)輸出端將經(jīng)過無阻塞交換矩陣交換后得到的N個(gè)輸出光信號(hào)耦合到N個(gè)輸出光纖上。本發(fā)明光開關(guān)易于實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)點(diǎn)的控制，適合大規(guī)模應(yīng)用。
文檔編號(hào)G02B6/35GK102156330SQ20101025358
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者溫運(yùn)生, 王世軍, 趙峻 申請(qǐng)人:華為技術(shù)有限公司