可變光衰減器的製作方法
2023-05-05 15:56:51 2
專利名稱：可變光衰減器的製作方法
技術領域：
本發明涉及光纖交叉連接交換。更具體地說，它涉及在密集波分復用的光交叉連接系統中的負載平衡(load balancing)。
背景技術：
伴隨著信息革命，需要將信息傳輸的速率提高許多數量級。這可以用光纖和密集波分復用(DWDM)的方法來實現，其中使用光復接器將多個波道(wavelength channel)復接到一根光纖上，而每個波道包括不同波長的窄帶光並且傳送不同的信息。在光纖的輸出端可以使用光分接器(optical demultiplexer)來分離在不同的波道上所傳送的光信號。
可以使用光纖交叉連接交換器將某一特定光纖上的一些或所有波道上的光信號引導到其它光纖。這種光纖交叉連接交換器包括以下文件中所描述的那些器件美國專利申請案卷號No.M-10967 US、美國專利申請案卷號No.M-11418 US和美國專利申請案卷號No.M-11745 US，以上文件的全部內容都作為參考而包含在本文件中。因此，光纖中不同波道上的光信號可能來自不同的地點，並且在光纖中傳輸經過不同的距離。由於光在傳輸通過光纖的過程中，一般會正比於其在光纖中經過的距離而衰減一定的量，因此光纖中的各個波道可能具有不同的功率電平。
諸如摻鉺光纖放大器(EDFA)的光放大器可以放大很寬的波長帶(跨越很多波道)，因而可以補償光纖中的傳輸損耗。然而，如果光纖所傳送的各個波道上的功率電平在光放大器的輸入端不近乎相等，則具有最高功率的一個或多個波道可能使增益飽和。在這種情況下，低功率波道可能得不到充分放大。
可變光衰減器是這樣一種光學器件，通過使用它，就可以將輸入光信號的幅度或功率電平衰減一個可變量，從而使輸出光信號具有預期的幅度或功率電平。在「負載平衡」或「負載均衡」(load equalization)過程中，光纖上的每個波道被路由通過一個獨立的可變光衰減器，從而光纖上各個波道的功率電平可以基本上實現均衡。例如在美國專利No.5,864,643和6,130,984中對可變光衰減器進行了描述。這些器件需要將額外的硬體插入到光網絡中。這些額外的硬體可能比較昂貴，需要額外的物理空間，並且可能對光信號造成不希望的衰減。
希望在不插入額外光元件的條件下，可以將可變光衰減器的功能包含到光網絡中。
發明內容
根據本發明的實施例，一種對耦合到埠中的光束進行可控衰減的方法包括引導所述光束射向反射鏡，並且控制所述反射鏡的方向，使得所述光束的預定部分被耦合到所述埠中。所述預定部分少於與所述光束到所述埠的最優耦合相對應的最大部分。在一個實施例中，用可變光衰減器來實現這種方法，該可變光衰減器包括第一埠、第二埠、反射鏡和控制器，所述反射鏡被放置為將所述第一埠輸出的光引導到所述第二埠，所述控制器耦合到所述反射鏡以校準該反射鏡，使得光的預定部分被耦合到所述第二埠中。所述埠可以是光纖或包括光纖。
在一種實施方案中，可變光衰減器包括第二反射鏡，其被放置為將所述第一埠輸出並經所述第一反射鏡反射的光引導到所述第二埠。所述控制器也被耦合到所述第二反射鏡，用於對其進行校準，使得光的預定部分被耦合到所述第二埠中。在光束的光路中使用兩個可控反射鏡，這樣就實現了對所述第二埠上光束的入射位置和角度的分別控制。
可以使用多種方法對可變光衰減器中的一個或多個反射鏡進行控制。在一種實施方案中，對耦合到第二埠中的光的功率進行測量，並且反射鏡的方向被控制為將該功率保持為預定的電平。在另一種實施方案中，從一個查找表中選擇對應於上述預定部分的反射鏡的方向。在另一種實施方案中，引導校準光束射向反射鏡，並且該反射鏡的方向被控制為將所述校準光束引導到位置傳感檢測器上的預定位置。該預定位置對應於上述預定部分。
在另一個實施例中，一種可變光衰減器包括第一批埠、第二批埠、放置於第一表面上的第一批反射鏡、放置於第二表面上的第二批反射鏡和控制器，所述控制器被耦合來校準所述第一批反射鏡中的每一個和所述第二批反射鏡中的每一個，使得從所述第一批埠輸出的光的預定部分被耦合到所述第二批埠中的各個埠中。所述預定部分少於與所述第一批埠輸出的光到所述第二批埠的最優耦合相對應的最大部分。例如，這個實施例可以用來對多個DWDM波道進行負載平衡。
根據本發明的實施例，一種對復接到一根光纖上的多個波道的功率電平進行均衡(負載平衡)的方法包括從所述光纖中分接出多個波道以形成多個光束，每個光束由一個單獨的波道形成；測量每個波道的功率電平；引導每一個光束射向多個反射鏡中的一個單獨的反射鏡；並且控制所述反射鏡之一的方向，使得被引導射向該反射鏡的光束的預定部分被耦合到一個埠中。所述預定部分少於與所述光束到所述埠的最優耦合相對應的最大部分。
可以在光交叉連接交換器中實現根據本發明多個實施例的可變光衰減器。在這些實施例中，可變光衰減器的埠和反射鏡也可以支持光交叉連接交換器中的交換功能。光交叉連接交換器一般被設計並操作用來對耦合到該交換器的所有光信號實現最小的插入損耗。然而，發明人已經認識到，通過可控地校偏(misalign)用於交換光信號的多個反射鏡來控制各個光信號的插入損耗，這樣就可以實現可變衰減。因而，就可以將一個或多個可變光衰減器的功能有利地集成到光網絡中，而無需插入額外的光學元件。
圖1示意性地圖示了根據本發明一個實施例的可變光衰減器。
圖2A-2C示意性地圖示了圖1中實施例的可變光衰減器的一部分。
圖3示意性地圖示了根據本發明另一個實施例的可變光衰減器。
圖4示意性地圖示了一個光纖交叉連接交換器，其中實現了根據本發明一個實施例的可變光衰減器。
圖5中的曲線圖示出了根據本發明的一個實施例，耦合到光纖中的光功率的衰減與光束相對於該光纖的校偏之間的關係。
在各幅附圖中，同樣的標號指示各實施例中的相同部件。附圖中的尺寸不一定是按比例的。
具體實施例方式
通過有控制地校偏一個或多個將光引導到光纖的反射鏡，根據本發明實施例的可變光衰減器對耦合到所述光纖中的光進行可變衰減。下面將描述多個實施例，其中可變地衰減一個或多個光信號，並且其中例如使用對衰減後的光信號的功率的測量結果，或者使用對與所要衰減的光信號分開的控制光束的位置的測量結果，就可以實現一個或多個反射鏡的受控校偏。
參考圖1，根據本發明的一個實施例，光纖2傳送的光將在可變光衰減器1中衰減一個受控的量。在傳統的DWDM中，光纖2可以傳送具有多個波長的光。在一種實施方案中，光纖2所傳送的光具有大約1310納米(nm)或約1550nm的波長。光纖2例如是常見的Corning公司的SMF-28單模光纖，其具有大約8微米(μm)的纖芯直徑和大約125μm的包層直徑。也可以使用其它適於光通信應用的光纖。
光纖2輸出呈發散圓錐狀的光，由透鏡6對其進行準直或輕微聚焦，以形成光束8。透鏡6例如是由BK 7光學玻璃製成的常見的平凸透鏡，其具有大約4毫米(mm)的焦距。光束8入射到分光鏡10上，分光鏡10將光束8分割為入射到反射鏡12上的光束8a和入射到光電檢測器14上的光束8b。光電檢測器14例如是常見的InGaAs光電二極體。可從以下公司獲得適用的InGaAs光電二極體，例如新澤西州Bridgewater的Hamamatsu公司和加利福尼亞州Camarillo的Telcom Devices公司。
在一種實施方案中，分光鏡10是由BK 7光學玻璃製成的立方分光鏡，其所具有的介質膜(dielectric coating)對約1200nm到約1700nm的紅外波長具有大約2％的反射率。在另一種實施方案中，分光鏡10是由BK7光學玻璃製成的二色立方分光鏡，其所具有的絕緣塗層對約1200nm到約1700nm的紅外波長具有大約2％的反射率，並對約600nm到約850nm的波長具有大約40％到60％的反射率，該反射率優選地大約為50％。可從以下公司獲得這種分光鏡，例如加利福尼亞州Gardena的Harold JohnsonOptical Laboratories公司。例如，可以從加利福尼亞州Torrance的ZC RCoatings For Optics公司獲得適用於所述分光鏡的膜。
可以對這種二色分光鏡的反射率進行選擇，例如能夠將遠程通信中所使用的光的波長(例如1200nm-1700nm)與另一個在下述某些實施例中使用的、用於控制光束的非遠程通信波長範圍(例如600nm-850nm)至少部分地分開。
再次參考圖1，反射鏡12引導從分光鏡10入射的光束8a通過(可選的)分光鏡22(如果它存在的話)射向透鏡24。在一些實施方案中，透鏡6將光束8a聚焦到透鏡6和透鏡24之間沿著光束8a的某個光腰(waist)位置。這種聚焦可以在整個可變光衰減器1中保持光束8a相對較小的直徑，並因此減少例如因衍射引起的非受控的光損耗。
反射鏡12耦合到致動器(actuator)16，控制系統18利用經由電線20而提供的電信號對所述調節器16進行控制，從而在任意方向的範圍(dθ，dφ)內對反射鏡12進行定向。這個方向範圍使得反射鏡12以一個相對於透鏡24的光軸28(見圖2A-2C)的受控角度範圍，將光束8a引導到透鏡24的表面25上的一個受控位置範圍。
在一種實施方案中，反射鏡12和調節器16分別是微機電系統(MEMS)微反射鏡和MEMS調節器，例如在美國專利申請序列號09/779,189中所描述的那樣，在此通過參考而包含了該申請的全部內容。也可以使用其它的微反射鏡。在這樣一種實施方案中，反射鏡12可以是可自由旋轉的MEMS微反射鏡，例如由靜電、電磁、壓電或熱致動裝置來將其致動。反射鏡12例如可以是大致橢圓形的，其大直徑和小直徑分別約為1.0mm和0.9mm。控制系統18例如可以是對基於MEMS的光交換器的控制系統，例如在美國專利申請案卷號No.M-11419 US和美國專利申請案卷號No.M-11502 US中所公開的控制系統，在此通過參考而包含了這兩個申請的全部內容。
在其它一些實施方案中，反射鏡12可以是具有對約1200nm到約1700nm的波長反射性強的金屬或介質膜的傳統反射鏡。調節器16可以是例如由傳統的步進電機或傳統的壓電致動器所致動的傳統反射鏡底座。控制系統18例如可以包括微處理器和傳統的步進電機驅動器或傳統的壓電驅動器。
透鏡24將從反射鏡12入射的光束8a聚焦到光纖26上。例如，在一種實施方案中，光纖26的表面25大約就在透鏡24的焦平面上。參考圖2A-2C，透鏡24被放置為使其光軸28大約在光纖26的纖芯26a的中心。透鏡24例如可以是由BK 7光學玻璃製成的傳統平凸透鏡，並且具有約4mm的焦距。光纖26包括環繞纖芯26a的包層26b。
本領域的普通技術人員將會認識到，透鏡24可以將光束8a耦合到光纖26的纖芯(例如，基本)光模中和/或耦合到光纖26的包層模中。在光纖26的纖芯模中的光的功率分布集中在纖芯26a中，雖然這種纖芯模的功率分布還是有一部分在包層26b中傳播。耦合到纖芯模中的光可以傳播很長的距離而幾乎沒有衰減。相反，光纖26的包層模中的功率分布集中在包層26b中。
在入射到光纖26的纖芯26a上的光束8a中，只有相對於光軸28的角度小於(由纖芯26a和包層26b的折射率所確定的)接受角(acceptanceangle)的那部分光束才能有效地耦合到光纖26的纖芯模中。因此，光束8a中被耦合到光纖26纖芯模中的部分取決於光束8a 射到透鏡24上的位置，以及光束8a相對於光軸28的角度。例如，在圖2A中，光束8a大致平行於光軸28而入射到透鏡24的大約中心部位，並在虛線27所表示的接受角θA之內完全聚焦到纖芯26a上。因此，光束8a被大致校準為最大耦合到光纖26的纖芯模中。光纖26在空氣中的接受角例如可以約為7.5°(數值孔徑約為0.13)。本領域的普通技術人員將會認識到，耦合到光纖26的纖芯模中的最大光功率一般少於光束8a的總光功率，這是例如在表面25上的菲涅耳(Fresnel)反射損耗造成的。
相反，在圖2B中，光束8a以相對於光軸28足夠大的角度θ入射到透鏡24上，使得光束8a落在纖芯26a以外而完全聚焦到包層26b上。因此，沒有或幾乎沒有任何光束8a被耦合到光纖26的纖芯模中。而耦合到光纖26的包層模中的光接著被例如常用的包層模剝離器30(見圖1)去除。本領域的普通技術人員將會認識到，耦合到光纖的包層模中的光在傳輸過程中一般都會快速衰減，特別是在光纖被盤繞或進行其它彎曲的時候。因此，在其它實施方案中不使用包層模剝離器30。因為耦合到光纖26的包層模中的光將隨後被去除或衰減，所以這裡所描述的耦合到光纖26中的光指的是耦合到光纖26的纖芯模中的光，而不是耦合到例如光纖26的包層模中的光。
圖2A和2B示出了對光束8a的兩種校準，它們對耦合到光纖26中的光分別產生近似的最小衰減和最大衰減。控制系統18可以控制反射鏡12的方向，以將光束8a校準到圖2A和2B所示位置的中間，因而使得耦合到光纖26中的光的衰減在近似的最小和最大的衰減電平之間變化。例如，在圖2C中，光束8a以相對於光軸28小於圖2B所示角度的角θ入射到透鏡24上，因而同時聚焦到光纖26的纖芯26a上和包層26b上。光束8a中以小於光纖26的接受角的角度聚焦到表面25上的那一部分光束將被耦合到光纖26的纖芯模中。光束8a的另一部分可能會被耦合到光纖26的包層模中，隨後如上所述地被去除。
參考圖5，曲線29是一種實施方案中耦合到光纖26中的光功率衰減圖，所述的光功率衰減是光束8a的中心在表面25處距離光纖26的纖芯26a的中心的偏移量的函數。在這個實施方案中，透鏡24的焦距大約為4mm，光束8a在透鏡24處的直徑大約為0.8mm，光纖26的纖芯26a的直徑約為8μm，而表面25大約位於透鏡24的焦平面上。如曲線29所示，在本實施方案中，聚焦光束的中心和光纖26的中心之間的約18μm的偏移量導致了約60分貝(dB)的衰減。這個偏移量對應於光束8a相對於光軸28(見圖2A-2C)大約0.25°的校偏。光束8a的這種校偏可以通過將反射鏡12校偏約0.125°來實現，這是因為光束8a的角位移兩倍於反射鏡12的角位移。
在許多光通信應用中，所需的最大光衰減大約是30dB。曲線29在約30dB衰減處的斜率用直線31來表示，其大約是每0.22μm的偏移量對應於1dB的衰減。這相當於光束8a每相對於光軸28校偏0.01°就產生約3dB的衰減。因此，以小於約0.005°的解析度對反射鏡12的方向進行控制，這樣就能夠以小於約3dB的解析度來控制耦合到光纖26中的光的功率衰減。可以在以下文件中所描述的光纖交叉連接交換器中實現這種角解析度，例如美國專利申請案卷號No.M-10967 US、美國專利申請案卷號No.M-11418 US和美國專利申請案卷號No.M-11745 US。當然，用來對衰減進行控制的解析度會隨著用來對反射鏡進行控制的角解析度的提高而提高。其它實施方案中的衰減曲線與曲線29類似。
可以用多種方法來實現反射鏡12的受控校偏，以對合到光纖26中的光進行衰減。再次參考圖1，控制系統18經由電線32從光電檢測器14接收與光束8b中的(因而與光束8a中的)光功率相對應的電信號。控制系統18從這些電信號中確定光束8a應被衰減的量。在一個實施例中，(可選的)傳統的光纖耦合器34將耦合到光纖26中的一部分光引導到(可選的)光電檢測器36。光電檢測器36可以是常見的InGaAs光電二極體，它經由電線38，向控制系統18提供與耦合到光纖26中的光功率相對應的信號。控制系統18控制反射鏡12的方向，使得光電檢測器36所提供的電信號指示出耦合到光纖26中的光已被衰減到預期的功率電平。因此，在這個實施例中，通過由控制系統18、調節器16、反射鏡12和光電檢測器36所形成的反饋環路，就可以對耦合到光纖26中的光的衰減進行控制。
在另一個實施例中，存儲在控制系統18內的計算機可讀介質(存儲器18a)中的查找表將反射鏡12的方向與耦合到光纖26中的光的衰減聯繫起來。在這個實施例中，控制系統18由接收自光電檢測器14的電信號來確定光束8a應被衰減的量，從所述查找表(其包含在衰減量和反射鏡的方向之間建立相關性信息)中讀取反射鏡12的所需方向，並由此控制調節器16來將反射鏡12定向。至於如何生成所述查找表，例如可以利用光電檢測器14和36，測量耦合到光纖26中的光相對於反射鏡12的一系列不同方向中每個方向的衰減而得到。
在其它實施例中，使用對與所要衰減的光信號分開的一個或多個控制光束的位置測量結果，來實現對反射鏡12的受控校偏。在這些實施例中，用來對反射鏡12進行控制的方法類似於或相同於在以下文件中所公開的、用於對光纖交叉連接交換器中的反射鏡方向進行控制的方法，這些文件例如是以下美國專利申請案卷號No.M-10967 US、案卷號No.M-11418 US、案卷號No.M-11419 US、案卷號No.M-11502 US和案卷號No.M-11745 US。
例如，在一種實施方案中，(圖1中的)雷射器40所輸出的控制光束42入射到二色分光鏡10上。在一些實施方案中，控制光束42的波長是一般不在遠程通信中使用的波長。例如，在一種實施方案中，雷射器40是發射約660nm波長的光的傳統雷射器。二色分光鏡10將光束42反射到反射鏡12上，該反射鏡12又將控制光束42引導到二色分光鏡22。二色分光鏡22再將控制光束42反射到位置傳感檢測器44。因此，控制光束42入射到位置傳感檢測器44上的位置是由反射鏡12的方向來決定的。二色分光鏡22例如基本上和二色分光鏡10相同。例如可從加利福尼亞州Hawthorne的UDT Sensors公司和加利福尼亞州Westlake Village的PacificSilicon Sensor公司獲得適合的位置傳感檢測器。
位置傳感檢測器44將指示了控制光束42入射於其上的位置的信號經由電線46提供給控制系統18。存儲在控制系統18內的存儲器18a中的查找表將耦合到光纖26中的光的衰減與控制光束42入射到位置傳感檢測器44上的位置聯繫起來。在這個實施方案中，控制系統18由接收自光電檢測器14的電信號來確定光束8a應被衰減的量，從所述查找表中確定控制光束42應被引導到位置傳感檢測器44上的哪個對應位置，並控制反射鏡12的方向以將控制光束42引導到那個位置。至於如何生成本實施方案中所使用的查找表，可以對於反射鏡12的一系列不同方向中的每個方向，測量耦合到光纖26中的光的衰減與控制光束42入射到位置傳感檢測器44上的位置而得到。
圖1中的可變光衰減器1隻包括一個反射鏡(反射鏡12)，該反射鏡的方向是由控制系統18在方向範圍(dθ，dφ)內進行控制的。利用這一單個的受控反射鏡，無法對光束8a在表面25上的入射角和光束8a在表面25上的入射位置(見圖2A-2C)進行分別控制。
在其它實施例中，通過兩個或更多個反射鏡將光束8a引導到光纖26，所述反射鏡的方向由控制器18控制。例如，圖3中所示的可變光衰減器47除了圖1所示的元件之外，還包括耦合到調節器50上的反射鏡48。調節器50由控制系統18通過經由電線52而提供的電信號來控制，以在任意方向的範圍(dθ，dφ)內對反射鏡48進行定向。反射鏡12和48中的一個或兩個可按上述方法進行可控校偏，從而可變地衰減耦合到光纖26中的光。在光束8a的光路中使用兩個可控反射鏡，這樣就能夠分別控制光束8a在表面25上的入射角以及光束8a在表面25上的入射位置。這使得可以更好地對耦合到光纖26中的光進行控制。在一些實施例中，透鏡6將光束8a聚焦到沿著反射鏡12和反射鏡48之間的光束8a上的一個光腰位置。這種聚焦能夠在整個可變光衰減器47中保持光束8a相對較小的直徑，並因此減少非受控的光損耗。
可以在以下文件中所描述的光纖交叉連接交換器中實現根據本發明實施例的可變光衰減器，這些文件例如是美國專利申請案卷號No.M-10967US、美國專利申請案卷號No.M-11418 US和美國專利申請案卷號No.M-11745 US。具體地說，反射鏡12和48(見圖3)可以是這樣的反射鏡，即，其在光纖交叉連接交換器中被定向以將來自輸入埠(光纖2)的光耦合到輸出埠(光纖26)。雖然圖1和3僅示出了一個輸入光纖2和一個輸出光纖26，但是在其中根據本發明的實施例實現了可變光衰減器的光纖交叉連接交換器一般都有多個輸入和多個輸出。在穿過這種交換器的典型光路中，通過一個輸入埠進入交換器的光入射到第一二維微機械反射鏡陣列中對應的第一微機械反射鏡上。所述第一微機械反射鏡可以在任意方向的範圍(dθ，dφ)內被定向，它被傾斜以將所述光引導到第二二維微機械反射鏡陣列中的第二微機械反射鏡上。所述第二微機械反射鏡也可以在任意方向的範圍(dθ，dφ)內被定向，它被傾斜以將所述光引導到對應的輸出埠，進而離開所述交換器。
要想將光從它一開始被引向的輸出埠交換到另一個輸出埠，可以重新定向所述第一微機械反射鏡以將所述光引向所述第二微機械反射鏡陣列中的另一個(即，第三)微機械反射鏡，然後定向所述第三微機械反射鏡，以將所述光引導到其對應的輸出埠。這些微機械反射鏡可以被最優地校準為將最大量的光耦合到輸出埠中，或者被可控地校偏以對耦合到輸出埠中的光進行可變衰減。這樣做的優點在於，可以將可變光衰減器的功能添加到光網絡中，而無需插入額外的光學元件，因為在這些交換器中一般都存在如分光鏡10和光電檢測器14(見圖1)所提供的功率傳感功能以用於控制和監視目的。按此方式，在任意輸入埠進入交換器的光都能以適當的衰減被引向任一輸出埠。
例如，參考圖4，(基本上類似於美國專利申請案卷號No.M-10967US、美國專利申請案卷號No.M-11418 US和美國專利申請案卷號No.M-11745 US中所描述的)光纖交叉連接交換器53將N個輸入光纖54-1到54-N中的任意一個所傳送的光路由到N個輸出光纖56-1到56-N中的任意一個，而且還根據本發明的實施例來執行可變的光衰減功能。在圖4所示的實施方案中，輸入光纖的數量等於輸出光纖的數量。其它的實施方案包括N個輸入光纖和P個輸出光纖，或者N＜P或者N＞P。通常，N和P都大於1000。例如，在一種實施方案中，N為1200，而P＝N。
光纖54-1到54-N輸出多束髮散圓錐形光，分別由透鏡60-1到60-N對其進行準直或輕微聚焦，以分別形成入射到分光鏡10上的光束62-1到62-N。雖然為了圖示方便，將圖4中所示的光纖54-1到54-N排成一列，但是通常都按二維陣列來排列光纖54-1到54-N的末端。透鏡60-1到60-N可以和圖1中的透鏡6相同。或者，透鏡60-1到60-N可以是排列為二維小透鏡陣列的多個小透鏡(小型透鏡)，該陣列有時被稱為微透鏡陣列(microlens array)。
分光鏡10將光束62-1到62-N分割為光束66-1到66-N和光束68-1到68-N。光束66-1到66-N分別入射到透鏡70-1到70-N上，這些透鏡將所述光束聚焦到輸入傳感器72上獨立的點上。輸入傳感器72檢測光束66-1到66-N中每一個光束的強度，並經由總線74將相應的電信號提供給控制系統18。輸入傳感器72例如是具有128×128像素陣列的SU128-1.7RT紅外照相機，該產品可以從新澤西州Princeton的Sensors Unlimited公司獲得。
光束68-1到68-N分別入射到微反射鏡陣列76中的微反射鏡76-1到76-N上。通常，微反射鏡76-1到76-N都排列成與透鏡60-1到60-N和光纖54-1到54-N的陣列相對應的二維陣列。在一些實施方案中，在沿著反射鏡陣列76平行於(由光束68-1到68-N和在這些光束與反射鏡陣列76相交的點上垂直於反射鏡陣列76的法線軸形成的)光束68-1到68-N的入射面的方向上，微反射鏡76-1到76-N的間距(pitch)相比於透鏡60-1到60-N的對應間距拉長了，使得入射的光束68-1到68-N大致位於微反射鏡76-1到76-N的中心。微反射鏡76-1到76-N的方向可由控制系統18通過經總線78傳送的電信號，在任意角度範圍(dθ，dφ)內單獨進行控制。例如，微反射鏡陣列76是美國專利申請序號No.09/779,189中所描述的MEMS微反射鏡陣列。
在所圖示的實施例中，微反射鏡76-1到76-N將光束68-1到68-N分別反射到摺疊反射鏡80上。摺疊反射鏡80將光束68-1到68-N反射到微反射鏡陣列82上。微反射鏡陣列82包括N個微反射鏡82-1到82-N。微反射鏡82-1到82-N的方向可由控制系統18通過經總線83傳送的電信號，在任意角度範圍(dθ，dφ)內分別進行控制。在一種實施方案中，微反射鏡陣列76和82基本相同。
在所圖示的實施例中，可對微反射鏡76-1到76-N中的每一個進行控制，以通過摺疊反射鏡80，將從光纖54-1到54-N中對應的一個光纖入射到該微反射鏡上的一個光束反射到微反射鏡82-1到82-N的任意一個上。因此，控制系統18可以控制微反射鏡76-1到76-N的方向，以通過摺疊反射鏡80，將光束68-1到68-N中的任意一個反射到微反射鏡82-1到82-N中任意一個的大致中心處。例如，圖4示出了分別反射到微反射鏡82-K、82-J和82-I上的光束68-1、68-2和68-N。微反射鏡82-K、82-J和82-I可以是微反射鏡82-1到82-N中的任何三個，它們不必彼此相鄰。在其它實施例中，可控制微反射鏡76-1到76-N將光束68-1到68-N反射到微反射鏡82-1到82-N中的任意一個，而不必使用摺疊反射鏡例如摺疊反射鏡80。例如，在一些這樣的實施例中，微反射鏡76-1到76-N可以直接將光束68-1到68-N反射到微反射鏡82-1到82-N中的任意一個。
控制系統18控制微反射鏡82-1到82-N的方向，以將從微反射鏡76入射到它們之上的光束分別反射到透鏡84-1到84-N。圖4示出了微反射鏡82-I、82-J和82-K分別將光束68-N、68-2和68-1反射到透鏡84-I、84-J和84-K。然而，應當理解，可以控制微反射鏡82-1到82-N中的每個特定微反射鏡，以將光束68-1到68-N中入射於其上的任意一條光束反射到透鏡84-1到84-N中對應於這個特定微反射鏡的那一個。例如， 微反射鏡82-1被控制來將光束68-1到68-N中入射於其上的任意一條光束反射到透鏡84-1。
透鏡84-1到84-N將分別由微反射鏡82-1到82-N反射來的光分別聚焦到光纖56-1到56-N。透鏡84-1到84-N例如可以和透鏡60-1到60-N基本相同。
控制系統18由輸入傳感器72所提供的電信號來確定光束68-1到68-N所必須衰減的量，並例如通過以上所公開的方法(例如，使用控制光束和位置傳感檢測器)，來控制微反射鏡76-1到76-N和82-1到82-N的方向，從而可變地衰減光束和/或在輸出光纖56-1到56-N之間交換光束。
在一個實施例中，光交叉連接交換器53的可變衰減功能被用來大致均衡(負載平衡)單根光纖上M個密集波分復用的波道，其中M≤N(N是輸入埠的數量)。使用傳統的光分接器從光纖上分接出各個波道，並且每一個都被耦合到輸入光纖54-1到54-N中的M根光纖的單獨一個上。控制系統18由它從輸入傳感器72接收的電信號來確定這M個波道的功率電平，並控制反射鏡陣列76和82，將對應於各個波道的M個光束中的每一條都路由到輸出光纖56-1到56-N中的M根光纖的單獨一個上。最低功率的波道例如以接近最小的衰減被路由到它對應的輸出光纖。通過如上所述地對反射鏡陣列76和82中的微反射鏡進行可控校偏，其它波道的功率電平例如被衰減到接近於最低功率波道的功率電平。然後，耦合到M個輸出光纖上的傳統光復接器將所述多個波道復接到單根光纖上。
雖然用特定的實施例描述了本發明，但是本發明意圖包括落入所附權利要求範圍內的所有變化和修改。
權利要求
1.一種可變光衰減器，包括第一埠；第二埠；反射鏡，其被放置為將所述第一埠輸出的光引導到所述第二埠；和控制器，其耦合到所述反射鏡以校準所述反射鏡，使得所述第一埠所輸出的光的預定部分被耦合到所述第二埠中，其中，所述預定部分少於與所述光到所述第二埠的最優耦合相對應的最大部分。
2.如權利要求1所述的可變光衰減器，其中，所述第一埠和所述第二埠包括光纖。
3.如權利要求1所述的可變光衰減器，其中，所述第一埠是第一批埠中的一個，所述第二埠是第二批埠中的一個。
4.如權利要求1所述的可變光衰減器，其中，所述反射鏡被包括在光交叉連接交換器中。
5.如權利要求1所述的可變光衰減器，其中，所述控制器以高於0.005°的角解析度來控制所述反射鏡的方向。
6.如權利要求1所述的可變光衰減器，還包括分光鏡和檢測器，所述分光鏡被放置來將所述第一埠輸出的所述光分割為至少兩個部分，所述檢測器被放置來檢測所述多個部分之一。
7.如權利要求1所述的可變光衰減器，還包括耦合到所述第二埠的檢測器，用於檢測耦合到所述第二埠中的光的至少一部分。
8.如權利要求1所述的可變光衰減器，還包括光源和位置傳感檢測器，所述反射鏡將所述光源輸出的光反射到所述位置傳感檢測器。
9.如權利要求8所述的可變光衰減器，其中，所述光源包括雷射器。
10.如權利要求1所述的可變光衰減器，其中，所述反射鏡是第一反射鏡，所述可變光衰減器還包括第二反射鏡，該第二反射鏡被放置來將由所述第一埠輸出並被所述第一反射鏡反射的光引導到所述第二埠。
11.如權利要求10所述的可變光衰減器，其中，所述控制器耦合到所述第二反射鏡以校準所述第二反射鏡，使得所述第一埠輸出的光的預定部分被耦合到所述第二埠中。
12.一種對耦合到一個埠中的光束進行可控衰減的方法，該方法包括引導所述光束射向反射鏡；並且控制所述反射鏡的方向，使得所述光束的預定部分被耦合到所述埠中；其中，所述預定部分少於與所述光束到所述埠的最優耦合相對應的最大部分。
13.如權利要求12所述的方法，其中，所述埠包括光纖。
14.如權利要求12所述的方法，其中，所述埠被包括在光交叉連接交換器中。
15.如權利要求12所述的方法，其中，所述反射鏡被包括在光交叉連接交換器中。
16.如權利要求12所述的方法，還包括測量所述光束的功率，並由所述功率來確定應將所述光束衰減的量。
17.如權利要求12所述的方法，還包括測量耦合到所述埠中的光的功率，並控制所述反射鏡以將所述功率保持為預定的電平。
18.如權利要求12所述的方法，還包括從查找表中選擇與所述預定部分相對應的所述反射鏡的方向。
19.如權利要求12所述的方法，其中，所述光束是第一光束，所述方法還包括引導另一光束射向所述反射鏡，並控制所述反射鏡的所述方向，以將所述另一光束反射到位置傳感檢測器上的預定位置，所述預定位置對應於所述第一光束的所述預定部分。
20.如權利要求19所述的方法，還包括從查找表中選擇所述預定位置。
21.如權利要求12所述的方法，其中，所述反射鏡是第一反射鏡，所述方法還包括將所述光束反射到第二反射鏡，並控制所述第二反射鏡的方向，使得所述光束的所述預定部分被耦合到所述埠中。
22.一種可變光衰減器，包括第一批埠；第二批埠；放置在第一表面上的第一批反射鏡；放置在第二表面上的第二批反射鏡；和控制器，其被耦合來校準所述第一批反射鏡中的每一個和所述第二批反射鏡中的每一個，使得由所述第一批埠輸出的光的預定部分被耦合到所述第二批埠中的各個埠中；其中，至少所述預定部分的一個子集少於與所述第一批埠輸出的光到所述第二批埠的最優耦合相對應的最大部分。
23.如權利要求22所述的光交換器，其中，所述第一批埠和所述第二批埠分別包括1000個以上的埠。
24.如權利要求22所述的光交換器，其中，所述第一批反射鏡和所述第二批反射鏡分別包括1000個以上的反射鏡。
25.如權利要求22所述的光交換器，其中，所述控制器以高於0.005°的角解析度來控制所述第一批反射鏡中每一個和所述第二批反射鏡中每一個的方向。
26.一種對復接在一根光纖上的多個波道的功率電平進行均衡的方法，該方法包括從所述光纖中分接出所述多個波道，以形成多個光束，每個光束由一個單獨的波道形成；測量每個波道的功率電平；引導所述多個光束中的每一個射向多個反射鏡中單獨的一個反射鏡；以及控制所述多個反射鏡之一的方向，使得被引導射向所述多個反射鏡中所述的這一個反射鏡的所述光束的預定部分被耦合到一個埠中，所述預定部分少於與到所述埠的最優耦合相對應的最大部分。
27.如權利要求26所述的方法，其中，所述波道中的每一個波道都包括單獨波長範圍的光。
28.如權利要求26所述的方法，還包括確定在所述光纖上，所述多個波道中的哪一個具有最低功率電平。
29.如權利要求28所述的方法，其中，由所述最低功率電平的波道形成的光束以接近最小的衰減被耦合到另一個埠中。
30.如權利要求28所述的方法，其中，所述光束的所述預定部分的功率約等於來自所述最低功率電平波道的光的功率，所述最低功率電平波道被耦合到另一個埠中。
31.如權利要求26所述的方法，還包括將所述多個波道復接到另一根光纖上。
32.如權利要求26所述的方法，其中，所述多個反射鏡是第一批反射鏡，所述方法還包括控制所述第一批反射鏡中每一個的方向，以引導所述多個光束中的每一個射向第二批反射鏡中的一個單獨的反射鏡。
全文摘要
本發明涉及一種對耦合到埠中的光束進行可控衰減的方法，該方法包括引導所述光束射向反射鏡，並控制所述反射鏡的方向，使得所述光束的預定部分被耦合到所述埠。所述預定部分少於與所述光束到所述埠的最優耦合相對應的最大部分。所述方法可以用可變光衰減器(47)來實現，其包括第一埠(2)、第二埠(26)、反射鏡(12)和控制器(18)，所述反射鏡(12)被放置來將第一埠輸出的光(8a)引導到第二埠，所述控制器(18)耦合到反射鏡以對其進行校準，使得光的預定部分被耦合到第二埠中。所述方法還可以用光交換器來實現。
文檔編號G02B6/35GK1602436SQ02821274
公開日2005年3月30日 申請日期2002年10月17日 優先權日2001年10月24日
發明者茲比格涅夫·蘇弗萊塔, 雅努什·布熱克, 亞歷克斯·哈威特, 詹姆斯·希金斯·史密斯, 程中·黃, 德米特裡·瓦西裡·巴金, 史蒂文·賽義德·納西裡 申請人:英特爾公司