1.本发明涉及光通信技术领域，特别涉及一种波长选择开关及其温漂补偿方法。


背景技术：

2.波分复用（wavelength division multiplexing，wdm）是当前最常见的光层组网技术，通过把不同波长复用在一根光纤中传输，很容易实现以吉比特每秒（gbit/s）甚至以太比特每秒（tbit/s）为传输单位的传输容量。光交换互连设备(optical cross-connector，oxc)和可重构光分叉复用器(reconfigurable optical add-drop multiplexe, roadm) 作为wdm网络中的核心光交换设备，能够在任一端口对任意波长进行配置。
3.波长选择开关(wavelength selective switch, wss)是用来实现oxc和roadm 的核心器件，具有输入波长从任意输出端口输出的功能。波长选择开关主要有硅基液晶技术(liquid crystal on silicon, lcos)、微电子机械系统(micro electro-mechanical systems，mems)和液晶技术（li quid crystal, lc）。其中，基于lcos技术的波长选择开关的工作原理是:利用衍射光栅将不同波长的光束进行光谱展开到lcos表面不同区域，并通过调制lcos形成的位相衍射光栅来控制光束的传输方向，使固定波长的光束输出到指定通讯端口，从而实现l
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n 波长选择功能。基于mems 技术的波长选择开关的工作原理是：利用衍射光栅将不同波长的光束进行光谱展开到mems不同区域的微型反射镜上，并通过旋转微型反射镜，可以将任意波长的光无串扰地传输到指定的输出端口，从而实现l
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n 波长选择功能。基于mems 技术的波长选择开关的插入损耗（简称“插损”）较低，但不能适应通讯通道带宽的灵活应用。基于lc技术的波长选择开关的工作原理是：利用n（其中2n=n）片单片液晶的叠加，改变光束方向，实现1
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n 的波长选择功能。基于lc技术的波长选择开关在实现1
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n 的波长选择功能时，需要叠加的单片液晶数量较多（数量为n，2n=n），并且由于其中的单片液晶存在制造误差的原因，该波长选择开关的每个输出端口需要单独调整。因此，在工艺实现上比较困难，输出端口扩展难度较大。相较于lc技术和mems技术，基于 lcos 技术的波长选择开关具有灵活适应通讯带宽的特点，成为wss技术的主流。
4.光网络分为广域网、城域网和接入网，其中广域网为全互连结构，节点采用oxc连接；城域网和接入网为双向光纤环网结构，采用roadm 进行复用/解复用。波长选择开关通常分布在光网络的多个不同节点的机房中，机房的温度会随环境的温度变化而变化，故波长选择开关需要在较大温度范围内均能稳定可靠地工作。而波长选择开关中的光学元件通常采用玻璃元件，这些光学元件会随着环境温度的改变而改变。例如，高温或低温导致光学元件热胀冷缩，进而使其光学特性发生变化，或者是由于光学元件与光学底板用胶粘接，环境温度的变化导致光学底板发生变形，进而影响光学器件的相对位置。此外，光栅温度的变化，会导致光栅线数有所变化，从而引起出射光束角度变化。因此，环境温度带来的影响，会导致各个波长的光束偏离原来的出射端口位置，从而影响波长选择开关插损的稳定性，插损变化太大会导致波长选择开关无法正常工作。
5.目前，为了保持波长选择开关自身的温度恒定，普遍采用半导体制冷器(thermoelectric cooler,tec)，或者使用加热板来使得波长选择开关的温度在一定范围内，再通过温度传感器进行温度测量，通过测量的实时温度数据进行lcos图形的修正，从而补偿插损的变化，以提高波长选择开关的稳定性。
6.然而，现有技术的控温方式会大大增加波长选择开关的功耗，并且通过实时测量波长选择开关温度进行lcos图形修正的补偿插损方法，无法补偿波长选择开关内部温度分布不均匀或重复性差的问题，则最终获得的补偿并不精准。
7.因此，需要一种新的波长选择开关的温漂补偿方法，来降低波长选择开关的功耗，提高补偿的精确度，进而保证波长选择开关的稳定性。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种波长选择开关及其温漂补偿方法，以解决波长选择开关的受温度影响而导致工作不稳定的问题。
9.为解决上述技术问题，本发明提供一种波长选择开关，所述波长选择开关包括：光照单元、输入输出单元、光学转换单元、具有lcos面板的控制单元以及探测单元；所述光照单元用于提供参考光和信号光；所述输入输出单元包括参考输入端口、参考输出端口、信号输入端口和若干个信号输出端口，且所述参考光经所述参考输入端口进入所述光学转换单元，所述信号光经所述信号输入端口进入所述光学转换单元；所述光学转换单元用于将所述参考光和所述信号光经过色散，分离为具有不同波长的各路信号衍射光以及参考衍射光，并按照波长顺序分布到所述lcos面板的不同区域上；所述lcos面板用于将所述参考衍射光和各路所述信号衍射光先反射至所述光学转换单元，再分别经所述参考输出端口和相应的所述信号输出端口输出；所述探测单元用于监测所述参考输出端口输出的所述参考衍射光的光能量；其中，所述lcos面板根据所述探测单元的探测结果，还用于调节所述参考衍射光分布在所述lcos面板上对应的各像素的位相，以改变所述参考衍射光的位相光栅图形参数，进而改变所述参考衍射光的衍射角，以对所述参考光进行插入损耗补偿；并且，根据所述参考光插入损耗补偿后的所述参考衍射光的位相光栅图形参数的修正量，能够获得各路所述信号衍射光待补偿的位相移量，所述lcos面板还用于调节待补偿的各路所述信号衍射光分布在所述lcos面板上对应的各像素的位相，以对待补偿的各路所述信号衍射光进行插入损耗补偿。
10.可选的，在所述的波长选择开关中，所述光照单元包括激光器、功率探测器以及光通讯接口；其中，所述激光器用于提供波长稳定的所述参考光至所述参考输入端口；所述功率探测器用于监测所述激光器的功率；所述光通讯接口用于提供光通讯中的所述信号光至所述信号输入端口。
11.可选的，在所述的波长选择开关中，所述输入输出单元为光纤阵列，所述参考输入端口、所述参考输出端口、所述信号输入端口和若干个所述信号输出端口呈阵列式排布。
12.可选的，在所述的波长选择开关中，所述光学转换单元包括：偏振器、柱面反射镜、透镜和光栅；其中，所述参考光和所述信号光经所述偏振器转换为线偏振光，并经所述柱面反射镜反射至透镜，经所述透镜聚焦后进入所述光栅，经所述光栅后，发生衍射并分离出具有不同波长的各路所述信号衍射光和所述参考衍射光；不同波长的各路所述信号衍射光和所述参考衍射光依次经所述透镜和所述柱面反射镜，以及经所述柱面反射镜反射至所述lcos面板的不同区域上。
13.可选的，在所述的波长选择开关中，具有不同波长的各路所述信号衍射光和所述参考衍射光经所述lcos面板反射至所述柱面反射镜，并经所述柱面反射镜反射进入所述偏振器，经所述偏振器后，分别由所述参考输出端口和各所述信号输出端口输出。
14.可选的，在所述的波长选择开关中，所述探测单元包括能量探测器，所述参考衍射光经所述参考输出端口输出后进入所述能量探测器，所述能量探测器探测所述参考衍射光的光能量。
15.可选的，在所述的波长选择开关中，当判定需要对某路所述信号衍射光进行插入损耗补偿时，根据获得该路所述信号衍射光待补偿的位相移量来补偿所述信号衍射光的插入损耗，所述信号衍射光分布在所述lcos面板上对应的像素的位相移量ρ满足如下公式：ρ=（2πxyσ）/λ;其中，x为像素宽度，y像素序号，σ为所述参考光插入损耗补偿后的所述参考衍射光的位相光栅图形参数的修正量；λ为各路所述信号衍射光分布于lcos面板上的中心通道的波长。
16.可选的，在所述的波长选择开关中，所述参考光的波长范围为：1500nm-1700nm。
17.基于同一发明构思，本发明还提供一种波长选择开关温漂补偿方法，包括：所述光照单元提供参考光和信号光；所述参考光和所述信号光分别经所述参考输入端口和所述信号输入端口进入所述光学转换单元，经所述光学转换单元转换为具有不同波长的衍射光，并传输至所述控制单元的lcos面板，且按照波长顺序分布到所述lcos面板的不同区域上；具有不同波长的所述衍射光，经所述lcos面板反射至所述光学转换单元，经所述光学转换单元后，再分别经所述参考输出端口和相应的所述信号输出端口输出；所述探测单元检测所述参考衍射光的插入损耗是否超过预设范围；若是，调节所述参考衍射光分布在所述lcos面板上对应的各像素的位相，以改变所述参考衍射光的位相光栅图形参数，进而改变所述参考衍射光的衍射角，以补偿所述参考光的插入损耗至预设值；根据所述参考光插入损耗补偿后的所述参考衍射光的位相光栅图形参数的修正量，获得各路所述信号衍射光待补偿的位相移量，并根据所述位相移量分别调节待补偿的各路所述信号衍射光分布在所述lcos面板上对应的各像素的位相，以补偿各路所述信号衍射光的插入损耗至预设值。
18.可选的，在所述的波长选择开关温漂补偿方法中，当判定需要对某路所述信号衍射光进行插入损耗补偿时，根据获得该路所述信号衍射光待补偿的位相移量来补偿所述信号衍射光的插入损耗，所述信号衍射光分布在所述lcos面板上对应的像素的位相移量ρ满
足如下公式：ρ=（2πxyσ）/λ;其中，x为像素宽度，y像素序号，σ为所述参考光插入损耗补偿后的所述参考衍射光的位相光栅图形参数的修正量；λ为各路所述信号衍射光分布于lcos面板上的中心通道的波长。
19.综上，本发明提供一种所述波长选择开关以其温漂补偿方法。其中，所述波长选择开关包括：光照单元、输入输出单元、光学转换单元、具有lcos面板的控制单元以及探测单元。所述光照单元用于提供参考光和信号光。所述输入输出单元包括参考输入端口、参考输出端口、信号输入端口和若干个信号输出端口，且所述参考光经所述参考输入端口进入所述光学转换单元，所述信号光经所述信号输入端口进入所述光学转换单元。所述光学转换单元用于将所述参考光和所述信号光经过色散，分离为具有不同波长的各路信号衍射光以及参考衍射光，并按照波长顺序分布到所述lcos面板的不同区域上。所述lcos面板用于将所述参考衍射光和各路所述信号衍射光先反射至所述光学转换单元，再分别经所述参考输出端口和相应的所述信号输出端口输出。所述探测单元用于监测所述参考输出端口输出的所述参考衍射光的光能量。
20.其中，所述lcos面板根据所述探测单元的探测结果，还用于调节所述参考衍射光分布在所述lcos面板上对应的各像素的位相，以改变所述参考衍射光的位相光栅图形参数，进而改变所述参考衍射光的衍射角，以对所述参考光进行插入损耗补偿；并且，根据所述参考光插入损耗补偿后的所述参考衍射光的位相光栅图形参数的修正量，能够获得各路所述信号衍射光待补偿的位相移量，所述lcos面板还用于调节待补偿的各路所述信号衍射光分布在所述lcos面板上对应的各像素的位相，以对待补偿的各路所述信号衍射光进行插入损耗补偿。
21.因此，本发明提供的所述波长选择开关设置了参考光，且所述参考光与所述信号光均经过所述波长选择开关的内部光学元件，则以改变所述参考衍射光位相光栅图形参数，实现补偿参考衍射光的插入损耗为基准，对各信号衍射光的插入损耗进行补偿，补偿精度高，且无需控制波长选择开关为恒温状态，不仅能够降低波长选择开关的功耗和制备成本，还能够缩小器件体积，提高工作稳定性。
附图说明
22.图1是本发明实施例的一种波长选择开关的结构示意图。
23.图2是本发明实施例的光学转换单元的结构示意图。
24.图3是本发明实施例的衍射光在控制单元的分布示意图。
25.图4是本发明实施例的位相光栅图像示意图。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明
书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
27.为解决上述技术问题，本实施例提供一种波长选择开关。请参阅图1，所述波长选择开关包括：光照单元10，输入输出单元20，光学转换单元30，具有lcos面板的控制单元40以及探测单元50。其中，所述光照单元10用于提供参考光和信号光。所述输入输出单元20包括参考输入端口201、参考输出端口202、信号输入端口211和若干路信号输出端口212，且所述参考光经所述参考输入端口201进入所述光学转换单元30，并经参考输出端口202输出，所述信号光经所述信号输入端口211进入所述光学转换单元30，并经各个信号输出端口212输出。
28.所述光学转换单元30用于将所述参考光和所述信号光经过色散，分离为具有不同波长的各路信号衍射光以及参考衍射光，并按照波长顺序分布到所述lcos面板的不同区域上。所述参考衍射光和各路所述信号衍射光经所述lcos面板反射至所述光学转换单元30后，分别经所述参考输出端口202和相应的所述信号输出端口212输出。所述探测单元50用于监测所述参考输出端口202输出的所述参考衍射光的光能量。
29.其中，所述lcos面板根据所述探测单元50的探测结果，还用于调节所述参考衍射光分布在所述lcos面板上对应的各像素的位相，以改变所述参考衍射光的位相光栅图形参数，进而改变所述参考衍射光的衍射角，以对所述参考光进行插入损耗补偿。并且，根据所述参考光插入损耗补偿后的所述参考衍射光的位相光栅图形参数的修正量，能够获得各路所述信号衍射光待补偿的位相移量，所述lcos面板还用于调节待补偿的各路所述信号衍射光分布在所述lcos面板上对应的各像素的位相，以对待补偿的各路所述信号衍射光进行插入损耗补偿。
30.因此，本实例提供的所述波长选择开关通过设置参考光，且所述参考光与所述信号光均经过所述波长选择开关的内部光学元件，则以改变所述参考衍射光位相光栅图形参数，实现补偿参考衍射光的插损为基准，对各信号衍射光的插损进行补偿，补偿精度高，从而避免因波长选择开关内部温度分布不均匀或重复性差导致的补偿不精准问题。此外，无需控制波长选择开关为恒温状态，即可实现温漂引起的插损补偿，不仅能够降低波长选择开关的功耗和制备成本，还能够缩小器件体积，提高工作稳定性。
31.具体的，请继续参阅图1，所述光照单元10包括激光器101、功率探测器102以及光通讯接口103。其中，所述激光器101用于提供波长稳定的所述参考光至所述参考输入端口201。所述功率探测器102用于监测所述激光器101的功率，以保证提供具有稳定波长的所述参考光。所述光通讯接口103用于提供光通讯中的所述信号光至所述信号输入端口211。其中，所述参考光的波段接近l波段和c波段临近，便于确定所述参考衍射光投射至lcos面板上的第一区域401。可选的，所述参考光的波长范围为：1500nm-1700nm。所述信号光包括多种多种波长的光波，通过所述波长选择开关实现各光波波段的分离，并选择出特定波长的光波。
32.所述输入输出单元20为光纤阵列，所述参考输入端口201、所述参考输出端口202、所述信号输入端口211和若干个所述信号输出端口212呈阵列式排布。所述参考光和所述信号光分别通过所述输入输出单元20对应的端口实现光波的输入输出。本实施例图1中仅示出了4个信号输出端口212（a-d），可选的为5个、6个、7个等，可根据选择波长的种类确定信
号输出端口212的数量，则本实施例对此不作限定。进一步的，所述光照单元10中的参考输入端口201和信号输入端口211可以为同一输入端口，也可以为两个输入端口。即所述参考光和所述信号光可合并到同一端口输入或分别经两个端口单独输入。
33.请参阅图2，所述光学转换单元30包括但不限于为：偏振器301、柱面反射镜302、透镜303和光栅304。其中，所述参考光和所述信号光进入所述光学转换单元30后，先经过所述偏振器301转换为线偏振光。然后，经所述柱面反射镜302改变光路，反射至透镜303中，经所述透镜303聚焦后进入所述光栅304，经所述光栅304后，发生衍射并分离出具有不同波长的各路所述信号衍射光和所述参考衍射光。不同波长的各路所述信号衍射光和所述参考衍射光依次经所述透镜303和所述柱面反射镜302，并经所述柱面反射镜302反射至所述控制单元40中。
34.其中，所述信号光和所述参考光经所述光栅304后发生衍射并进行色散，以分离出不同波长各路所述信号衍射光和所述参考衍射光。再经所述柱面反射镜302反射，波长分离后的信号衍射光以及参考衍射光分布至所述lcos面板40的不同区域上。请参阅图3，不同波长λ的衍射光分布于不同的位置。所述参考衍射光的波长λr接近通讯波段，故所述参考衍射光分布于所述lcos面板40的边缘。
35.请继续参阅图1和2，所述参考衍射光和各路所述信号衍射光经所述lcos面板40后，反射至所述柱面反射镜302，并经所述柱面反射镜302反射进入所述偏振器301，经所述偏振器301后，分别由所述参考输出端口202和各所述信号输出端口212输出。其中，经所述参考输出端口202输出的所述参考衍射光被所述探测单元50接收。所述探测单元50包括能量探测器，所述能量探测器用于探测所述参考衍射光的光能量，以判断所述参考衍射光的插损。
36.进一步的，所述lcos面板40上包括很多像素，每个像素能够通过改变液晶上下面驱动电场的大小来改变液晶的折射率，从而改变通过液晶的光束的位相。所以，通过调节衍射光所对应的各个像素的位相，可以获得预设的位相光栅图形。如图4所示，纵坐标为位相，横坐标为驱动的电场开关方向上的像素编号。当参考衍射光的插损需要进行补偿时，可通过调节所述参考衍射光分布在所述lcos面板40上对应的各像素的位相，以改变所述参考衍射光的位相光栅图形参数，即改变位相光栅图形的斜率k（k=tanφ）。根据公式：tsinθ=mλ； t为光栅周期，θ为衍射角，m为衍射级次，λ为衍射光入射波长。可知，改变位相光栅图形的斜率k，则改变了光栅结构的周期t（最大位相调制深度2pi）。因此，在衍射级次m和衍射光入射波长λ不变的情况下，衍射光的衍射角θ被改变，以使得参考衍射光能对准参考输出端口202输出，保证参考衍射光尽可能多地被探测单元50探测到，从而降低了所述参考衍射光的插损。由此，所述参考光和所述信号光均可以通过改变衍射角度的方式，来改变衍射光的输出位置，从而降低对应的插损。
37.因此，本实例提供的所述波长选择开关通过设置一参考光，且令所述参考光与所述信号光均经过所述波长选择开关的内部光学元件，则以改变所述参考衍射光位相光栅图形参数，实现补偿参考衍射光的插损为基准，对各信号衍射光的插损进行补偿，补偿精度高，避免因波长选择开关内部温度分布不均匀或重复性差而导致的补偿效果差。与现有技术相比，本实施例提供的所述波长选择开关无需控制波长选择开关为恒温状态即可实现温漂导致的插损补偿，不但能够降低功耗，提高工作稳定性，而且由于设置参考光占用器件空
间很少，则能够缩小器件体积，以及降低制备成本。
38.进一步的，当判定需要对某路所述信号衍射光进行插入损耗补偿时，根据获得该路所述信号衍射光待补偿的位相移量来补偿所述信号衍射光的插入损耗，所述信号衍射光分布在所述lcos面板上对应的像素的位相移量ρ满足如下公式：ρ=（2πxyσ）/λ;其中，x为像素宽度，y像素序号，σ为所述参考光插入损耗补偿后的所述参考衍射光的位相光栅图形参数的修正量，即位相光栅图形的斜率k的变化量。λ为各路所述信号衍射光分布于lcos面板上的中心通道的波长。
39.基于同一发明构思，本实施例还提供一种波长选择开关温漂补偿方法，请参阅图1-2，所述方法包括：步骤一：所述光照单元10提供参考光和信号光。即所述激光器101和功率探测器102提供波长稳定的所述参考光，所述光通讯接口103提供所述信号光。
40.步骤二：所述参考光和所述信号光分别经所述参考输入端口201和所述信号输入端口211进入所述光学转换单元30，经所述光学转换单元30转换为具有不同波长的衍射光，即：具有不同波长的参考衍射光和各路信号衍射光，并传输至所述lcos面板40上，分别分布在第一区域401和第二区域402。具有不同波长的所述参考衍射光和各所述信号衍射光，经所述lcos面板40反射至所述光学转换单元30，经所述光学转换单元30后，分别由所述参考输出端口202和所述信号输出端口212输出。
41.步骤三：所述探测单元50检测所述参考衍射光的插损是否超过预设范围。本实施例不对所述预设范围进行限定，根据光通讯应用场景的不同，对应的阈值范围也不同，一般以0.1db变化量作为参考。
42.若否，则无需进行插损补偿。
43.若是，调节所述参考衍射光分布在所述lcos面板40上对应的各像素的位相，改变所述参考衍射光位相光栅图形参数，根据所述探测单元50的实时监测结果，直至补偿参考衍射光的插损至预设值。其中，所述预设值为接近参考光的初始光能量。
44.步骤四：根据参考衍射光改变后的位相光栅图形参数的修正量，计算出各路信号衍射光待补偿的位相移量，并根据所述位相移量分别调节所述信号衍射光分布在所述lcos面板40上对应的各像素的位相，以补偿各路信号衍射光的插损至预设值。
45.综上，本实施例提供的所述波长选择开关以其温漂补偿方法，通过设置参考光，且所述参考光与所述信号光均经过所述波长选择开关的内部光学元件，则以改变所述参考衍射光位相光栅图形参数，实现补偿参考衍射光的插损为基准，对各信号衍射光的插损进行补偿，补偿精度高，且无需控制波长选择开关为恒温状态，不仅能够降低功耗，提高工作稳定性，还能够降低制备成本以及缩小器件体积。
46.此外还应该认识到，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。