光信道監控器的製作方法

2023-05-24 10:45:16 2

專利名稱：：光信道監控器的製作方法
技術領域：
：本發明涉及在光傳輸系統中的信號監控。尤其是，本發明提供用於監控波分復用(WDM)信號的各個波長信道的光信道監控器。儘管此處描述的ー些實施例特別參考上述應用，但是應該意識到本發明並不限於這樣的使用領域，而是可以在更廣泛的情形中應用。
背景技術：
：整個說明書的
背景技術：
的任何討論決不應被考慮成對這種技術廣為人知或形成本領域公知常識的一部分的認可。光信道監控器用於在光通信中監控在整個網絡上各波長信道的各種特性。在波分復用(WDM)系統中，具有不同波長的多個信道作為單個組合信號傳輸。然而，存在會基幹與波長相關的方式而影響光束的各種光學現象。這些影響包括色散以及在光學材料中的與波長相關的損失。因此，當每個信道傳播經過光學系統時監控每個信道的特性是有益的。傳統光信道監控器可以提供輸入信道和輸出信道的清單，ー些裝置可以報告每個信道的功率和峰中心波長。ー些光信道監控器包括衍射光柵，用於從WDM信號在空間上分離各個波長信道。常規的信道監控器使用成像系統，所述成像系統具有控制透鏡以在特定焦點處對光束成像。儘管這些系統在設計上比較簡單，但是控制透鏡必須具有大的焦距以便提供良好的光譜性能。因為整個系統的標度尺寸大致與焦距成比例，所以裝備有成像系統的光信道監控器一般尺寸較大。在標度尺寸是重要的考慮因素的光學系統中，這經常是不利的。標題為「High-ResolutionSpectrallyAdjustableFilter」的美國公開專利申請2009/0303562(Koeppen等人)公開了ー種光信道監控器，其包括可傾斜的反射器(例如MEMS反射鏡)和用於角分離各波長信道的衍射光柵。該裝置裝備有非成像系統，在所述非成像系統中光束在整個系統中始終保持基本準直而不聚焦到一點。Ko印pen等人提供了標度尺寸更小的裝置，因為對光學元件的定位沒有焦距方面的限制。然而，這種非成像系統明顯提高了設計的複雜性，尤其是在使用多個輸入/輸出吋。此外，在該布置中，衍射光柵和可傾斜反射器的尺寸與系統中的輸入和輸出的數量成正比。
發明內容本發明的目的，在其優選形式下，是提供一種改進的光信道監控器。按照本發明的第一方面，提供ー種光信道監控器，包括設置在第一維度中的多個輸入端ロ，每個輸入端ロ適合傳輸包括多個單獨的波長信道的光束；光焦度元件，用於準直每個光束並在所述第一維度上角會聚所述光束到焦平面；波長色散元件，用於在第二維度上在空間上分離每個光束的波長信道；可選擇性運動的空間操縱元件，用於選擇性地將每個光束在第一維度上以預定角度引導到波長色散元件上；及多個輸出端ロ，用於接收和輸出每個光束的至少ー個預定的在空間上分離的波長信道，以用於檢測每個預定信道的ー個或更多個特性；其中輸入埠和波長色散元件設置在光焦度元件的對應焦平面處或大致鄰近所述對應焦平面處，從而每個光束的預定波長信道被同時耦合到預定的輸出端ロ。波長色散元件優選為反射稜柵。稜柵優選相對於空間操縱元件定向成使得波長色散元件的被第二維度上的光束照射的表面面積在空間操縱元件運動時保持基本不變。空間操縱元件優選設置在光焦度元件的會聚聚焦路徑中的位置，在該位置處，光束的空間分離被減小。至少輸出端ロ的子集優選包括光學探測器和光學狹縫。空間操縱元件優選能夠被選擇性地旋轉以選擇性地在第二維度上經過輸出端ロ掃描波長信道。更優選地，空間操縱元件被以預定頻率驅動以在第二維度上周期性地掃描每個信道。優選地，空間操縱元件能夠被選擇性地旋轉以選擇性地將波長信道耦合到在第一維度上的期望的輸出端ロ。空間操縱元件優選為微機電(MEMS)反射鏡。光信道監控器優選包括光學接收器，其耦合到每個輸出端ロ以接收預定的波長信道並檢測該信道的一個或更多個預定特性。每個輸入端ロ優選包括各自的微透鏡，用於減小發散和増大每個入射光束的徑向覽度。根據本發明的第二方面，提供一種監控光信道的方法，包括下述步驟接收在空間上設置在第一維度上的多個光束，每個光束包括多個單獨的波長信道;準直每個光束並在第一維度上將所述光束角會聚到焦平面；選擇性地將每個光束在第一維度中以預定角度引導；在第二維度中將每個光束的波長信道在空間上分離；及同時接收和輸出每個光束的至少ー個預定的在空間上分離的波長信道，以用於檢測每個預定信道的ー個或更多個特性。根據本發明的第三方面，提供ー種光學信號監控裝置，其用於監控光學輸入信號在預定波長下的特性，所述裝置包括至少ー個輸入端ロ，其投射出具有編碼為不同波長的多個信道的第一輸入光學信號;光焦度元件，在第一切換維度上角會聚所投射出的光信號並在第二色散維度上準直所投射出的光信號，由此產生光焦度元件輸出信號；色散元件，在所述第二色散維度上使光焦度元件輸出信號的不同波長色散，由此產生色散元件輸出信號；輸出信號監控元件，用於監控色散元件輸出信號的至少ー個波長的光功率。光學信號監控裝置優選還包括可變傳輸方向兀件，其以受控方式改變光焦度兀件輸出信號的投射方向，由此使不同波長被發送到輸出信號監控元件上。所述可變傳輸方向元件優選包括可旋轉反射鏡。所述色散元件優選包括稜柵，所述稜柵具有形成在第一表面上的衍射光柵，所述光焦度元件信號在傳輸通過所述稜柵以後被衍射光柵衍射。貫穿說明書，對術語「光束」的提及指的是，並且與術語「光信號」同義地用以描述的是，將被光信道監控器監控的WDM信號。特別地提及「光束」，是因為WDM信號經常用空間特性和傳播的方式描述，而為了便於理解，其用術語「束」比「信號」能更清楚地描述。然而，應該意識到，這種「光束」包括表示所傳輸的光信號的傳播特性及波長信息。應該意識到，在本說明書中所用的術語「光」並非要將光束和束的概念限制在電磁波的可見範圍內。相反，術語「光」用來指能被所描述的光信道監控器以適當方式控制和操控的任何範圍的電磁波。這種電磁波一般包括，但不限於，紅外、可見以及紫外波長。在整個說明書中，對「ー個實施例」、「一些實施例」或「實施例」的提及指的是結合該實施例描述的特定特徵、結構或特性包含在本發明的至少ー個實施例中。因而，在整個說明書不同處中出現的措辭「在一個實施例中」、「在一些實施例中」或者「在實施例中」並不一定都指向同一實施例。此外，如本領域技術人員從本公開內容中顯而易見看到的那樣，所述特定特徵、結構或特性可以在ー個或更多個實施例中以任何適當方式組合。如此處使用的那樣，除非另外指明，序數形容詞「第一」、「第二」、「第三」等等的用處是描述共同對象，上述形容詞僅表示正在談到相似對象的不同例子，而並非意味著這樣描述的對象必須處於給定順序下(無論是時間上、空間上、等級上或者以其它方式)。在下面的權利要求書和此處的描述中，術語「包括」、「包括有」或者「其包括」中的任何一個都是開放性術語，表示包含至少跟隨其後的元件/特徵但不排除其它元件/特徵。因而，當用在權利要求書中時，術語「包括」不應被解釋成對其後列出的手段或元件或步驟的限制。例如，表述「ー種裝置，包括A和B」不應限於僅由元件A和B構成的裝置。此處所用的術語「包含」或「其包含」中的任何一個也是開放性術語，同樣表示包含至少跟隨其後的元件/特徵但不排除其它元件/特徵。因為，包含與包括同義並且意思就是包括。下面將參考附圖僅以示例方式描述優選實施例，在附圖中圖I為根據第一實施例的光信道監控器的示意性側視圖，為了簡單起見示出MEMS反射鏡作為傳輸元件；圖2為根據第一實施例的光信道監控器的示意性平面圖；圖3為稜柵的平面圖/光線圖；圖4為光線圖，示出在水平色散平面中波長信道的空間分離；圖5為用於MEMS反射鏡的校準系統的透視圖；圖6為最優MEMS反射鏡取向曲線的示例圖，示出在東/北相空間中；圖7為根據第二實施例的光信道監控器的示意性平面圖；圖8為根據第三實施例的光信道監控器的透視圖；圖9為根據第三實施例的光信道監控器的平面圖；圖10為光信道監控器的輸入端ロ的側視圖，所述輸入端ロ具有微透鏡陣列，用來減小入射光束的發散；圖11為光信道監控器的替代的輸入/輸出布置的正視圖；圖12為形成TOFS補償器的一對互補的雙折射光楔；及圖13為根據第三實施例的光信道監控器的簡化的示意性平面圖，為間隔較遠的輸入/輸出光纖對畫出同一波長的兩個正交的偏振狀態的前進和返迴路徑的軌跡。具體實施例方式在對各個實施例的整個描述中，對應的特徵始終被給予相同的附圖標記。首先參考圖I，其示意性地描繪光信道監控器100，用來監控光傳輸系統中的波長信道的性質。光信道監控器100構造成通過例如光耦合器耦合到已有的光傳輸網絡。信道監控器100包括設置在豎直的「端ロ位移」維度(X軸)上的採用光纖102形式的多個輸入端ロ。姆個光纖102輸入具有多個單獨波長信道的各自的光束103。僅作為例子，光束可以是密集型波分復用(DWDM)信號，其具有在頻率上以50GHz等距間隔開的多個波長信道。信號103，以光束形式，通過形式為透鏡104的光焦度元件發送，所述透鏡104準直每個光束並將在端ロ位移維度上的光束會聚到焦平面105。被準直和會聚的光束入射到可選擇性運動的空間操控元件，所述空間操控元件採用的形式為可旋轉的微機電系統(MEMS)反射鏡106。為了便於理解，反射鏡106在圖I中表示為透射元件。然而，如下面將描述和示出的那樣，所述反射鏡用來沿預定方向反射光束103。現在參考圖2，示出圖I的光信道監控器的平面圖。MEMS反射鏡106選擇性地將每個光束以在水平「色散」平面(y軸)中的預定角度(由9表示)引導到波長色散元件，所述波長色散元件採用稜柵108的形式。稜柵108通過衍射在色散平面中在空間上分離包含在每個光束103內的波長信道。每個信道被衍射的角度由角度9控制。在MEMS反射鏡106的某些取向處，在空間上分離的波長信道中的至少ー個被稜柵108沿著與入射束103基本相同的路徑衍射，由此通過光學系統將該束耦合返回到預定的輸出光纖110，其中至少ー個信道被耦合到每個光纖110中而用於被接收器112檢測和監控。接收器，其包括光學探測器諸如雪崩光電ニ極管和相關的處理部件，檢測信道的ー個或更多個特性，諸如信道峰功率和信道的中心波長。再次參考圖I的側視圖，輸入端ロ102、輸出端ロ110和稜柵108被唯一地設置在透鏡104的對應焦平面114、105處或者大致在所述對應焦平面114、105附近處，從而每個光束103的一個或更多個預定的波長信道被同時耦合到預定的ー個或多個輸出端ロ。明確地說，在水平的色散平面中，光束被聚焦到輸入和輸出埠中並準直到稜柵108上，而在豎直的端ロ位移平面中光束103被準直並會聚到稜柵108上而且同樣被聚焦到輸入/輸出端ロ102和110中。這種對稱構造允許MEMS反射鏡106位於透鏡104的會聚聚焦路徑中，其中減小了光束的空間分離。這必定減小鏡106所需要的尺寸。此外，対稱的成像系統允許監控器包含大量的輸入和輸出端ロ，而不會成比例地增大系統的尺寸。為了便於理解，首先將描述輸入到光信道監控器中的單個光束的波長色散操作。然後會擴展所述概念以描述具有多個輸入和輸出的信道監控器的操作，並概述所公開的光信道監控器關於同時監控多個信號能提供的重要優點。現在參考圖3，稜柵108為複合元件，包括形式為稜鏡116的第一部分和形式為衍射光柵117的第二部分。這些部分一起形成完整的光學稜柵元件。稜鏡116限定大致三角形形狀的稜柵108的兩個表面並在最初將入射光束103折射到光柵117上，光柵117限定稜柵108的第三表面。衍射光柵117然後這一次將所述光束103角色散成分離的輸出衍射級。任何直接反射的光束形成所謂的第零級並且不是波長分離的。然而，每個更高的級(第I級、第2級等)包括角色散的波長，由此將包含在光束103中的每個信道在空間上分離。僅作為例子,在圖3中，入射光束103包含三個波長信道,它們具有各自的波長入i、入2、入3。應該意識到，光信道監控器100可以接收具有更多和更少數量的波長信道的光束103。在從光柵117衍射時，第零級(不色散的信號)被衍射離開光軸並離開系統。第I級衍射信號根據波長被角色散。為了清楚起見，在圖3中誇大了衍射的角度。通過使MEMS反射鏡106處於適當方向，特定波長信道(在本例中為X2)被耦合返回通過系統，在該處它被透鏡104聚焦到輸出光纖110中以被監控。應該注意到，稜鏡116也可以在一定程度上根據波長而角色散所述光束。然而，這種色散相對於衍射光柵所提供的色散來說較小。因此，在圖3中未示出稜鏡所造成的角色散。此外，儘管所示出的稜柵108在形狀上是三角形，但應該意識到，其它形式的稜柵也可被使用。還有，可以實現光信道監控器100的不同設計，而將更高的衍射級(第2級、第3級等)的波長信道耦合至輸出端ロ110。參考圖4，在某些構造中，儘管以稍微不同的角度，一個或更多個波長信道被耦合返回通過光學系統。在這種情況中，透鏡104將每個波長信道聚焦在焦平面中不同的水平像點處，任一次都僅有ー個信道被耦合到輸出端ロ110。信道監控器100的波長選擇性實質上限定了濾光器，該濾光器濾出選定的波長信道以用於監控。濾光器輪廓以及因此監控器100的光譜效率部分地由入射在稜柵108上的每一光束的寬度，特別是閃耀表面118所控制。在本發明情形中，光束寬度是指光束在色散平面中的寬度。比起小寬度束，入射在衍射光柵上的大寬度束將產生更清晰的衍射圖案。這有效地轉換成線寬較窄的濾光器通帶，而提供更好的波長選擇性。依賴於入射在光柵表面上的光束的光斑尺寸，常規衍射光柵將具有不同的光譜性能。光斑尺寸依賴於光束入射在閃耀表面118上的角度，因為它被稜柵108的稜鏡部分折射。以相對於光柵表面較大的角度入射的光束將產生較大的光斑尺寸，因此比起以較小角度入射的光束能提供更好的光譜性能。在必須對掃描的光譜進行反卷積的情況下，性能的這種隨角度的變化在光信道監控器中是不期望的。再參考圖2，上述問題可通過下述方法消除使光柵117在稜柵108中相對於稜鏡116的前表面120定向為使得，在下面將詳細描述的MEMS反射鏡106的完整掃描期間，由於表面120上的折射而導致的光束尺寸的逐漸增大可以被入射在光柵117上的光束尺寸的逐漸減小所補償。結合對於為用於監控的給定波長範圍的近利特羅(Littoow)衍射條件的要求，上述因素確定在稜柵108上的角入射的範圍，以保證光信道監控器100的光譜性能對所監控的每個信道基本保持不變。稜柵108的另ー個優點是，稜鏡部分116的光束展開性質增大了入射在光柵部分117上的光束103的寬度，由此提供更大的波長解析度。此外，稜柵108的色散和衍射性質的組合還在色散平面中提供被放大的波長角分離性。這些效應的作用是進一歩減小達到波長信道的足夠的空間分離所需要的距離。通過選擇稜柵的適當的性質而設定對每個波長信道的空間色散的控制。這些性質包括稜鏡材料、取向和折射光柵的光柵線輪廓。通過使用具有高折射率的稜柵，稜柵的尺寸以及因此整個光學系統的尺寸，可以減小。儘管在優選實施例中，稜柵108由矽形成，但應該意識到，合適的稜柵可以由其它已知材料(包括各種光學玻璃以及晶體)形成。此外，所示的稜柵108使用單稜鏡116。然而，在替代實施例中，包括相耦合的稜鏡的組合的複合稜鏡也可以一體地形成到單稜柵108中。轉到圖3，在優選實施例中，光柵為具有閃耀表面118的閃耀衍射光柵117，通過改變光束入射到閃耀表面118上的角度而實現對輸出波長信道色散的控制。然而,應該意識至IJ，在替代實施例中，可以使用其它形式的衍射光柵，例如劃槽光柵。再參考圖2和3，現在將描述由MEMS反射鏡106提供的波長信道選擇性。如上面解釋的那樣，由MEMS反射鏡106形成的光束103的適當方向允許單個光信道耦合到輸出光纖110中以通過接收器112監控。通過選擇性地改變MEMS反射鏡106相對於稜柵108的面角9，改變光束入射到稜柵108上的角度。改變該角度因此改變每個信道被從稜柵衍射的角度。因此，通過在水平色散平面中將MEMS反射鏡106定向相對於稜柵108成預定角度中，可以監控特定的波長信道。MEMS反射鏡106的運動由相關的精確控制致動器實現。通過用周期輸入函數驅動MEMS反射鏡106，單獨的波長信道在空間上掃描經過輸出光纖110並耦合到接收器112，由此每個信道被監控一段短的時間。連續的周期性掃描允許光束中的每個信道以時間劃分的方式被周期性地取樣。在替代實施例中，應該意識到可以使用其它類型的可控反射器。作為例子，在ー個實施例中壓電偏轉反射鏡被用來選擇性地控制光束103的方向。通過直接控制和測量所述反射鏡在兩個維度上的物理取向，實現對MEMS反射鏡106的受控位置的校準。現在參考圖5，示出用於MEMS反射鏡106的監控系統，其中MEMS反射鏡示出為矩形。該系統包括位於MEMS反射鏡106的下側或背側上的在空間上分離的位置處的四個監控反射鏡124，以及多個對應的光學探測器，諸如光電ニ極管126。從發光ニ極管(LED)128發出監控信號，該信號被四個監控反射鏡124中的每ー個反射開並被光電ニ極管126接收。每個光電ニ極管126檢測到的光量提供了MEMS反射鏡106的取向的精確測量。現在參考圖6，根據對所述反射鏡的取向的精確了解，通過從接收器112以許多不同的反射鏡取向測量插入損失、串擾、信號功率和信號的峰波長，可以構建最優的取向曲線。對每個埠重複上述過程，在所有埠上使串擾和插入損失最小化的路徑被選為最優曲線。表示MEMS反射鏡角度的理想順序的示例性的最優曲線在圖6中示出為東/北相空間中的路徑。當控制系統偏離最優曲線時，例如當發生了機械振動時，實際取向數據與最優取向相比較。藉助於充分的數據採樣，則可以小心地忽略或削弱離最優曲線過遠的數據點。替代地，依賴於MEMS反射鏡106的取向在它們的各自測量處與最優曲線的偏差，可以施加合適的主動插值或補償到數據上。除了上述校準技術以外，MEMS反射鏡106可被編程以執行周期性的暗電流測量。這是通過驅動MEMS反射鏡106遠離最優取向曲線以使得光束被偏轉而遠離輸出端ロ來實現的。以此方式，由接收器測得的僅有的信號是該裝置的固有的暗電流。一旦確定，可以在進ー步的測量中合適地補償所述暗電流。這種暗電流測量循環可以被編程成每預定時間段(諸如每半小時)執行一次。在對校準問題的討論結束之前，應該注意到每個MEMS反射鏡106具有獨一無ニ的波長響應函數。也就是說，在某些波長下，MEMS反射鏡106將產生較低的插入損失。MEMS反射鏡的波長響應函數的形狀可以因單元的不同而不同。因此，在一些實施例中，測量波長響應函數的形狀並將其作為校準方法中的因素。到目前為止，所描述的光信道監控器的操作僅涉及單個輸入光束103。再參考圖2,光信道監控器100包括一對輸入光纖102和對應的輸出光纖110,所述輸入光纖102和對應的輸出光纖110在端ロ位移平面中豎直地線性堆疊。該對光纖關於中心光軸122(z軸)對稱設置，用於稱合在輸入光纖102和輸出光纖110之間的光束。然而,所述端ロ不必一定關於光軸對稱設置，因為MEMS反射鏡106可以被定向成補償這一點。參考圖7，示出替代實施例，其中單個輸入光纖102構造成將光束103的波長信道耦合到關於光軸122對稱設置的對應的輸出光纖110。這通過定向MEMS反射鏡106以使得光束103以合適的角度入射到稜柵108上以將選定的波長信道衍射到輸出端ロ110(就好像它位於対稱的軸外位置一祥)來實現。同樣，輸入光束的被衍射的波長信道可以在豎直的端ロ位移軸線上的一系列輸出位置上切換。這種功能產生了更多的能力來通過適當地調整MEMS反射鏡106的取向而選擇性地在多個輸出光纖之間切換來自單個輸入光纖102的光束。通過在色散平面和端ロ位移平面中選擇合適的掃描頻率，光信道監控器可構造成順序地將從單個輸入光纖102入射的光束的單個波長信道耦合到多個輸出光纖中的每ー個中。然而，如下面將討論的那樣，光信道監控器的優選操作是同時將來自多個光束中的每ー個(從各自的輸入光纖輸入)的單個波長信道耦合到對應的輸出光纖中，並經過MEMS反射鏡的完整掃描來掃描輸出波長信道。應該意識到，輸出端ロ110不必在端ロ位移平面中對齊。因為MEMS反射鏡106可選擇性地豎直地及水平地引導在空間上分離的波長信道，輸入和輸出光纖也可以在水平色散平面中在空間上分離，只要它們仍在端ロ位移平面中間隔開(以大致使回波損失最小化)即可。現在參考圖8，提供光信道監控器600的另ー實施例，對於該實施例下面將描述利用多個輸入和輸出的操作和優點。在該實施例中，對應的特徵被給予相同的附圖標記。在圖9中示出同一實施例的平面圖。在該實施例中，三個光束103通過微透鏡604A至604C的陣列從各自的豎直地堆疊的輸入光纖102輸入。對應的輸出微透鏡606A至606C將輸出波長信道耦合到各自的輸出光纖110，所述輸出光纖110線性地布置在輸入光纖下面。儘管該光信道監控器包括並支撐分別來自三個輸入光纖的三個同時的光束輸入，但應該意識到，在其它實施例中，不同數量的輸入和輸出光纖可以布置在替代取向上以將選定的信道輸出提供到期望的接收器。圖10示出微透鏡陣列的分解圖。微透鏡604被連接到輸入光纖102的末端，作用是降低光束103的發散而増大入射到透鏡104上的每個光束的徑向寬度。在相對端，輸出微透鏡606用來將所衍射的波長信道聚焦到各自的輸出光纖中。透鏡104處於一位置，從而它的焦平面位於微透鏡陣列處。微透鏡所提供的降低的光束髮散度使得不再需要對透鏡104的尺寸限制(否則是必須的)，由此針對給定標度尺寸進ー步優化光信道監控器600的性能。通過最上面的微透鏡604A的光束通過底部微透鏡606A耦合出去。類似地，來自輸入微透鏡604B和604C的信號被分別耦合到輸出微透鏡606B和606C。再參考圖8,用於形成光信道監控器600的其它的光學兀件被安裝在基板608上，所述基板608將所述元件保持在靜止的穩定構造中。光學元件優選藉助於粘合接觸而固定地接合到基板608。光束103首先傳輸通過偏振依賴頻移(PDFS)補償器610和偏振依賴損失(PDL)補償器612，上述部件將在下面描述。接著光束103入射在高反射的反射鏡614上以將光束限制到基板608的區域。在利用不同構造的光學元件的實施例中，或者在不限制空間範圍的實施例中，可以省去反射鏡614。被偏轉的光束入射在成像透鏡104上，如上所述，成像透鏡用來在色散平面中準直每個光束103以隨後入射到稜柵108上。透鏡104還在豎直的端ロ位移平面中準直光束103，而且降低每個光束在端ロ位移平面中的空間分離度，從而最大程度的利用MEMS反射鏡106和稜柵108的可用的表面面積。在端ロ位移平面中進行的上述光束限制提供了對MEMS反射鏡的更有效的利用，並允許更多的輸入和輸出埠裝備在光信道監控器600中。接下來，光束橫穿展開稜鏡616，該展開稜鏡616用來在色散平面中展開每個光束103的寬度。因此，直徑為圓形的光束被拉伸成橢圓形形狀，其中長軸為水平的。増大光束的寬度允許稜柵108的更大的表面面積被利用，由此對光線產生更有效的衍射。擴展光束入射到朝向下方的反射鏡618，該反射鏡618將光束引導至MEMS反射鏡106上。在該實施例中，MEMS反射鏡106在水平形狀上是圓形的並可樞轉地安裝到基板608以便選擇性地將光束103豎直地和水平地操縱到稜柵108上。然而，在替代實施例中，MEMS反射鏡106具有不同的水平形狀，包括正方形和矩形形狀。在反射離開MEMS反射鏡106以後，光束被反射回到朝向下的反射鏡618上，反射鏡618將其引導至稜柵108上。豎直分離的光束在水平方向上被衍射，特定波長信道或衍射級被通過透鏡-反射鏡系統耦合回去。MEMS反射鏡106被周期性輸入函數驅動，從而它在水平面內定向地掃描每個光束。在某些反射鏡位置處，以類似於上面所述的方式，波長信道將通過所述系統被耦合回到對應的輸出光纖100中。MEMS反射鏡106也可以在正交方向上旋轉，從而光束103被豎直地引導。這允許來自給定的輸入光纖的光束被耦合到位於所述輸入光纖上方或下方的預定的輸出光纖110中。在一個實施例中，監控器600是雙向的和可逆的，從而輸入光纖102和輸出光纖110姆個能夠或者輸入或者輸出光信號。就是說，輸入光纖能夠用作輸出光纖，反之亦然。此外，在一些實施例中，輸入和輸出光纖設置在交替的奇偶排列中，使得輸入光纖位於與輸出光纖相鄰位置且類似地，輸出光纖位於與輸入光纖相鄰位置。這種布置具有與降低相鄰光纖之間的串擾相關的優勢。在又一個實施例中，信道監控器600提供選擇性，其中在任一次中使用特定的輸入和輸出端ロ。這種靈活性允許相鄰端ロ在交替時刻使用從而減小了串擾。應該意識到，圖8和9中所示的光學元件的特定結構被選擇成減小系統的總的尺寸，並將信道監控器裝配到基板608上。在另ー實施例中，部件布置在其它構造中，諸如更線性的構造。參考圖11，示出圖8的光纖座架604的替代實施例。在此，來自三個等距間隔開的輸入光纖102的在空間上分離的波長信道被直接耦合到三個相應的光學探測器624A-624C，例如雪崩光電ニ極管。探測器624位於狹縫626內，該狹縫用作空間濾波器以限制入射到探測器624上的光束的寬度。也可以將ー個或更多個狹縫設置在輸入或輸出光纖的前面，例如圖8中的實施例那樣。在橫穿光學系統時，每個光束可能經歷會損害被檢測的信號的質量的光學現象。一種這樣的現象為偏振依賴損失(PDL)。它是由於各種光學介質的非各向同性屬性造成的在不同偏振狀態之間經歷的差分信號衰減。這種效應是依賴于波長的且在高數據速率傳輸中特別突出。在光信道監控器中補償PDL是特別重要的，因為TOL的波長依賴性對某些測得的波長信道的測量結果產生偏差。將合適的TOL補償結合到信道監控器中允許對某些光學元件(諸如矽稜柵108)的限制被放鬆。通過將形式為逸散(walk-off)晶體和四分之一波片的組合的PDL補償器612引入到光束103的路徑中，來補償roL。逸散晶體將每個光束在空間上分成其構成的正交偏振分量。四分之一波片作用是在光束傳播通過信道監控器600之前使每個光束103的分離的偏振分量圓偏振。這種PDL補償器612將任意偏振的光束轉變成兩個取向相反(ー個左旋，一個右旋)的圓偏振光束。在圓偏振狀態下，電場矢量在每個取向中花費相等的時間，因此經受相等的損失。在回程中，在第二次經過四分之一波片以後，逸散晶體將分量在空間上重新組合成單個輸出光束。得到的正交偏振分量在相同偏振狀態下花費了相等的時間，因此經受基本相同的損失。PDL補償器612還補償出現在系統中的任何依賴於偏振的延遲。在光信道監控器中可能經歷的第二種光學現象是偏振依賴頻移(PDFS)。這種效應在來自輸入光纖的兩個偏振狀態由於PDL補償而經過不同的光路時出現，所述兩個偏振狀態可以既在色散平面中分離也在端ロ位移平面中分離。光束在稜柵108上的在豎直面以及水平面中的入射角導致特定波長衍射角的變化。因此，在經過不同光路時，作為構成的偏振分量以不同角度入射到稜柵108上，這導致在輸出光纖處在同一波長的兩個偏振狀態之間出現空間偏移。這樣，每個波長信道依賴於偏振狀態以不同的MEMS反射鏡傾斜角耦合到接收器112中，這使光信道監控器600的性能變差。因此，合適的PSFS補償是期望的。再簡短地參考圖1，可以看出，經過不同輸入/輸出光纖路徑的光束以不同角度入射到稜柵108上。尤其是，經過來自輸入/輸出光纖對的路徑的光束比靠近光軸122的那些以更大的角度入射到稜柵108上。因此，在預置多個輸入和輸出的情況下，不能僅通過對齊而同時補償PSFS。因此，單獨的PSFS補償是重要的。現在參考圖12，示出TOFS補償器610，其採用的形式為ー對互補的雙折射光楔628和630。這些光楔在豎直端ロ分離平面中具有互補的漸縮的(tapered)寬度以及相反的雙折射性質以在水平色散平面中提供相反的逸散方向。光楔628、630布置成使得沿補償器610的中心(在所述中心處光楔628和630的寬度相等)穿過的水平偏振光束展現出總的零水平位移。類似地，沿補償器610的豎直的下側區域(在所述下側區域，光楔630的寬度大於光楔628的寬度)穿過的水平偏振光束被移位到傳播方向的右邊。為了示出在光信道監控器中PDL和TOFD補償的實現，圖13示出光線圖，其畫出對於間隔開較遠的輸入/輸出光纖對的同一波長的兩個正交偏振狀態的前進和返迴路徑。這裡省略了MEMS反射鏡106並簡化了稜柵以便於理解。豎直偏振分量用實線表示而水平偏振分量用虛線表示。首先轉到起初為豎直分量的路徑(實線)，該分量最初不受影響地經過roFS補償器610。在入射到PDL補償器612之前，半波片632將豎直分量旋轉成水平取向，這使得光束移到左邊。透鏡104準直所述光束到稜柵108上，稜柵108以角a衍射光束。在返迴路徑上，光束被透鏡104準直並不受影響地經過TOL補償器612。因為光束現在是水平偏振的，因此它被光楔630移到左側然後被光楔628移到右側。由於光楔628在輸出端ロ水平位置處的厚度更大，淨移動是到右側，由此在色散平面中將光束與其初始路徑重新對齊。仍然參考圖13，注意力現在轉向初始水平分量的路徑(虛線)。該分量最初被光楔628移到左側然後被光楔630移到右側。在輸入端ロ的水平位置處光楔630的寬度更大，提供向右側的淨移動。光束被半波片632旋轉成豎直取向，因而光束不受影響地經過PDL補償器612。透鏡104準直光束到稜柵108上，在該位置處，光束以角度％衍射。該光束的返迴路徑與正交分量的前進路徑重合，如圖13中所示。替代實施例波長信道在色散平面中被在空間上分離，作為例子所述色散平面在這裡為水平面。然而，應該意識到，在其它實施例中稜柵108在不同於水平維度的取向上將波長信道在空間上色散。在所示的實施例中，信道監控器與接收器112分離，而接收器112耦合到輸出端ロ110。然而，應該意識到，在其它實施例中，接收器112可以裝備在信道監控器中。儘管在所示的實施例中使用的是分離的輸入和輸出光纖，但是在替代實施例中相同光纖被同時用作至接收器112的輸入和輸出端ロ。由於使用成像透鏡104，該輸入/輸出耦合可以同時發生，所述成像透鏡104限定了返回信號能夠在其中被接收的焦平面114。在該替代實施例中，使用三端ロ光學循環器以分離在相反方向傳播的信號。以此方式，從外部光學系統輸入的信號被限制而不能直接傳播到接收器112，而從信道監控器100返回的信號被限制而不能傳播回到外部光學系統。在一個實施例中，信道監控器包括多個輸入光纖和單個輸出光纖。反射鏡106被特定的周期性掃描函數驅動以在水平和豎直平面兩者中傾斜，以使得來自輸入光纖的交替光纖的單獨的波長信道被順序耦合到輸出光纖。作為例子，在具有分別輸入信號(P1、P2、P3)的三個輸入端ロ的監控器中，姆個輸入信號具有三個波長信道(Al、A2>入3),反射鏡106構造成將下述信道序列按時間耦合到輸出光纖P1Al、P2入I、P3Al、Pl入2、P2入2、P3入2、Pl入3、P2入3、P3入3。在其它實施例中，提供不同的耦合序列。應該意識到，反射鏡106的ニ維傾斜允許監控來自輸入和輸出光纖或端ロ的基本上任何ニ維陣列的信道。在一個實施例中，信道監控器與主動補償系統通信以在監控每個信道的特定特性之後選擇性地補償光束。例如，如果在信道已經被監控以後確定特定波長信道的功率低於相鄰的多路復用信道的功率，則可以在監控器的下遊向該信道提供放大。儘管在上面示出的實施例中，稜柵108被描述為利用反射衍射光柵，但應該意識至IJ，也可以使用透射衍射光柵。然而，這樣的實施例必須需要更大的基板，因此在標度尺寸上更大。應該意識到，在替代實施例中，可以實施光學元件的不同組合和構造以操縱在輸入端ロ102、MEMS反射鏡106、稜柵108和輸出端ロ110之間的光束。例如，在一個實施例中，優選在光束入射到MEMS反射鏡106之前減小束腰，而在光束入射到稜柵108之前増大束腰。益論應該認識到，上面的公開內容提供一種改進的光信道監控器。還應該認識到，本公開內容提供緊湊的光信道監控器，其有效地包含多個輸入/輸出端ロ並且系統的複雜性被降低。通過使用在上面描述的獨特構造中的稜柵108，所公開的光信道監控器緩解了在現有的成像系統光信道監控器中存在的標度問題。尤其是，通過在緊湊的成像透鏡104的焦平面中提供單ー衍射，減小了標度尺寸。就是說，在稜柵108內的稜鏡116的光束寬度控制允許使用具有小的焦距的緊湊透鏡104，而不會明顯影響裝置的光譜性能。此外，使用成像系統，相對於非成像系統而言，在包含多個輸入和輸出方面提供了簡便性。具體地說，所公開的光信道監控器包括單個主成像透鏡104，其限定用於為多個光束同時成像的單個焦平面。這允許多個輸入和輸出端ロ通過將所述端ロ放在透鏡104的焦平面中而被容易地裝入。就是說，要增加另外的端ロ，不需要額外的透鏡或光學元件。這種單一透鏡設計還便於將輸入光纖102用作輸出端ロ110，由此提供簡單的、更緊湊的設計。通過將端ロ位移平面中的光束路徑會聚在稜柵108上，多個端ロ可以容納在光信道監控器600中。這導致更有效地利用MEMS反射鏡106的面積並且允許更多的輸入/輸出端ロ同時工作。稜柵108具有有利的光束展開性質，其與典型的衍射或色散元件相比提供更高的波長解析度。此外，稜柵108的對色散和衍射性質兩者的組合還在色散平面中提供放大的角波長分離。這些效應可以減小達到波長信道的足夠的空間分離所需要的距離，這在促進光信道監控器中的切換方面是特別有利的。MS貫穿上述說明書，術語「元件」用於指單個一體部件或組合起來以實現特定功能或目的的部件集合。在上面對示例性實施例的描述中，應該認識到，有時不同特徵在一個實施例、附圖或其描述中聚集在一起，目的是整體性地介紹本公開內容並且幫助理解各種創新方面中的ー個或更多個。然而，上述公開的這種方法不應被解釋成反映下述意圖請求保護的光信道監控器需要比明確記載在每個權利要求中更多的特徵。相反，如所附的權利要求所反映的那樣，創新的方面包含比單個前述公開的實施例的所有特徵更少的特徵。因而，具體實施方式之外的權利要求書據此明確地合併到具體實施方式中，每個權利要求自身即為單獨的實施例。此外，如本領域技術人員所理解的那樣，儘管這裡描述的ー些實施例包括包含在其它實施例中的一些而非其它特徵，但不同實施例中的特徵的組合應落入所公開的光信道監控器的範圍內，並形成不同的實施例。例如，在所附的權利要求中，可以以任意組合使用所主張的任何實施例。在此處提供的描述中，闡明了許多特定細節。然而，應該理解，可以不限於這些特定細節來實現這些實施例。為了不混淆對說明書的理解，在其它情況中，公知的方法、結構和技術沒有被詳細示出。類似地，應該注意到，術語「耦合」當用在權利要求中時，不應被解釋為限於僅直接連接。可以使用術語「耦合」和「連接」連同它們的衍生詞。應該理解，這些術語並非是彼此的同義詞。因而，表述裝置A耦合到裝置B的範圍不應限於其中裝置A的輸出直接連接到裝置B的輸入的這樣的裝置或系統。而是，其意味著在A的輸出和B的輸入之間存在路徑，該路徑可以是包括其它裝置或器件的路徑。「耦合」可以指兩個或更多元件處於直接物理、電學或光學接觸，或者兩個或更多元件並不彼此直接接觸但仍然彼此協作或相互作用。因而，儘管已經描述了被相信為優選實施例的上述內容，但是本領域技術人員應該認識到，可以在不偏離所公開的光信道監控器的精神的情況下對其做出其它和進一歩的改變，申請人所主張的這些改變和修改均落入本公開內容的範圍內。例如，對本公開內容的範圍內所描述的方法，可以加入步驟或去掉步驟。權利要求1.一種光信道監控器，包括設置在第一維度中的多個輸入埠，每個輸入埠適合於傳輸包括多個單獨的波長信道的光束；光焦度元件，用於準直每個光束並在所述第一維度中角會聚所述光束到焦平面；波長色散元件，用於在第二維度上在空間上分離每個光束的波長信道；可選擇性地運動的空間操縱元件，用於選擇性地將每個光束在第一維度中以預定角度引導到波長色散元件上；及設置在第一維度中的多個輸出埠，用於接收和輸出每個光束的至少一個預定的在空間上分離的波長信道，以用於檢測每個預定信道的一個或更多個特性；其中輸入埠和波長色散元件設置在光焦度元件的對應的焦平面處或大致鄰近所述對應的焦平面處，以使得每個光束的預定的波長信道被同時耦合到預定的輸出埠。2.根據權利要求I所述的光信道監控器，其中波長色散元件為反射稜柵。3.根據權利要求2所述的光信道監控器，其中稜柵相對於空間操縱元件定向成使得波長色散元件的在第二維度中被光束照射的表面面積在空間操縱元件運動時保持基本不變。4.根據權利要求I所述的光信道監控器，其中空間操縱元件設置在光焦度元件的會聚聚焦路徑中的位置，其中光束的空間分離被減小。5.根據權利要求I所述的光信道監控器，其中至少輸出埠的子集包括光學探測器和光學狹縫。6.根據權利要求I所述的光信道監控器，其中空間操縱元件被選擇性地旋轉以選擇性地在第二維度上經過輸出埠掃描波長信道。7.根據權利要求6所述的光信道監控器，其中空間操縱元件被以預定頻率驅動以在第二維度上周期性地掃描每個信道。8.根據權利要求I所述的光信道監控器，其中空間操縱元件被選擇性地旋轉以選擇性地將波長信道耦合到在第一維度上的期望的輸出埠。9.根據權利要求I所述的光信道監控器，其中空間操縱元件為微機電(MEMS)反射鏡。10.根據權利要求I所述的光信道監控器，包括光學接收器，其耦合到每個輸出埠以接收預定的波長信道並檢測該信道的一個或更多個預定特性。11.根據權利要求I所述的光信道監控器，其中每個輸入埠和輸出埠包括各自的微透鏡，用於減小發散和增大每個入射光束的徑向寬度。12.根據權利要求I所述的光信道監控器，包括逸散晶體和四分之一波片，用來補償偏振依賴損失。13.根據權利要求I所述的光信道監控器，包括一對互補的漸縮的雙折射光楔，用於補償偏振依賴頻移。14.根據權利要求13所述的光信道監控器，其中雙折射光楔在第一維度上在寬度上是漸縮的，並具有相反的雙折射性質，由此將特定波長的已經在第二維度上以不同角度在空間上分尚的偏振狀態重新對齊。15.一種監控光信道的方法，包括下述步驟接收在空間上設置在第一維度上的多個光束，每個光束包括多個單獨的波長信道；準直每個光束並在第一維度上將所述光束角會聚到焦平面；在第一維度上以預定角度選擇性地引導每個光束；在第二維度上將每個光束的波長信道在空間上分離；及同時接收和輸出每個光束的至少一個預定的在空間上分離的波長信道，以用於檢測每個預定信道的一個或更多個特性。16.一種光學信號監控裝置，用於監控光學輸入信號在預定波長下的特性，所述裝置包括至少一個輸入埠，其投射出具有編碼為不同波長的多個信道的第一輸入光學信號；光焦度元件，在第一切換維度上角會聚所投射出的光信號並在第二色散維度上準直所投射出的光信號，由此產生光焦度元件輸出信號；色散元件，在所述第二色散維度上使光焦度元件輸出信號的不同波長色散，由此產生色散兀件輸出信號；輸出信號監控元件，其監控色散元件輸出信號的至少一個波長的光功率。17.根據權利要求16所述的裝置，還包括可變傳輸方向兀件，其以受控方式改變光焦度兀件輸出信號的投射方向，由此使不同波長被發射到輸出信號監控元件上。18.根據權利要求17所述的裝置，其中所述可變傳輸方向元件包括可旋轉反射鏡。19.根據權利要求16所述的裝置，其中所述色散元件包括稜柵，所述稜柵具有形成在第一表面上的衍射光柵，所述光焦度兀件信號在傳輸通過所述稜柵以後被衍射光柵衍射。全文摘要此處公開的是光信道監控器(100)，其用於監控光傳輸系統中的波長信道的性質。信道監控器(100)包括形式為光纖(102)的設置在豎直的「埠位移」維度上的多個輸入埠。每個光纖(102)輸入具有多個單獨的波長信道的相應的光束(103)。作為例子，光束可以是密集波分復用(DWDM)信號，其具有以50GHz頻率等距分隔開的多個波長信道。所述信號，採用光束(103)的形式，通過透鏡(104)發送，所述透鏡準直每個光束並在埠位移維度上將光束會聚到焦平面(105)。經過準直和會聚的光束入射到可選擇性運動的空間操縱元件，所述空間操縱元件的形式為可旋轉的微機電系統(MEMS)反射鏡(106)。所述反射鏡選擇性地在水平「色散」平面中以預定角度(由表示)將每個光束引導到形式為稜柵(108)的波長色散元件。稜柵(108)通過衍射在色散平面中將包含在每個光束(103)中的波長信道在空間上分離。每個信道被衍射的角度由角度控制。文檔編號G02B6/293GK102768385SQ20121013591公開日2012年11月7日申請日期2012年5月4日優先權日2011年5月6日發明者史蒂文·詹姆士·弗瑞斯肯,德米特裡·阿巴科莫夫申請人:菲尼薩公司