基于微机电系统的光分插复用器 技术领域：
本发明涉及一种基于微机电系统的光分插复用器，尤其涉及一种基于微机电系统、自聚焦透镜及衍射光栅的动态可重构光分插复用器，主要用于密集波分复用系统中的上下载不同波长的信号，适用于光纤通信系统和网络。
背景技术：
在波分复用传输系统和光传送网中，光分插复用器(OADM)提供波长通道的直通、上路(插)和下路(分)功能，是核心节点设备之一。
光分插复用器分为固定式和动态式。固定式多用于波分复用传输系统，动态式则一直处在研究开发和示范应用阶段。自九十年代中后期开始，我国开始研制动态光分插复用器。此外，欧洲国家、美国、日本、加拿大等也开展了大量的研究工作，研制了一批光分插复用器设备。
对现有这些光分插复用器器件进行仔细分析，并重点分析其功能和结构的结果表明，这些专利中的光分插复用器主要有以下几大类：基于阵列波导光栅的，由于目前阵列波导光栅隔离度不高，大规模节点信道间串扰严重；基于光纤布拉格光栅和多端口光环形器的，由于需要光纤光栅级联而难以集成，且目前光纤布拉格光栅隔离度亦不高，级联后将导致下路或直通信号信噪比较小，功率代价较大；基于解复用器/复用器和光开关的，需要使用较多的光放大器及光开关，成本高，插入损耗大，解复用通道数受限制；基于波导光栅路由器和光纤布拉格光栅的，结构复杂，成本高。例如，中国专利(申请号为02107389.9)《一种新型多功能的光分插复用器》介绍的是一种基于解复用器/复用器和光开关的光分插复用器，其结构上用到了4个光放大器，10个2*2光开关，以及2对基于干涉薄膜滤波器的复用器/解复用器。显然，其结构较为复杂，成本较高，而插入损耗又较大，并且解复用通道数还受到限制。
综上所述，在大多数专利中，光分插复用器的结构都包含基于干涉薄膜滤波器的解复用器/复用器和非机械光开关等，这样的结构难以小型化和集成化，实用性、可靠性不大，或成本很高，限制了其在光通信领域的应用。因此光分插复用器地结构研究一直是光网络的研究主题之一。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于微机电系统的光分插复用器，结构更趋于小型化和集成化，成本低而可靠性高，能进一步满足光纤通信系统和网络的需求。
为实现这样的目的，本发明提出的基于微机电系统和透镜的可重构光分插复用器，主要由光环形器、自聚焦透镜、衍射光栅、光耦合器及微机电系统控制的可调反射镜阵列组成。输入的波分复用信号经光环形器进入自聚焦透镜，光束被准直后经光栅衍射得到不同波长的信号，再次经过自聚焦透镜，入射至反射镜阵列，并由其控制特定信号的下路。波分复用信号经本发明的光分插复用器可选择对其中每个波长的信号进行上下路，从而实现交换和重构功能。
本发明的基于微机电系统的光分插复用器的具体结构为：自聚焦透镜一侧的透镜焦距处安置一衍射光栅。自聚焦透镜的另一侧上方布置按直线形排列的由微机电系统控制的可调反射镜阵列，可调反射镜阵列根据不同需要可以由2至64块相同反射镜组成。在未加电情况下，可调反射镜阵列中所有反射镜的镜面与自聚焦透镜的镜面平行。可调反射镜阵列下方安置一个三端口光环形器，其中一个端口正对透镜镜面，一个端口为波分信号输入端，一个输出端口与光耦合器输入端相连。环形器下方安置光信息处理模块，光信息处理模块根据不同需要可以安置2至64对接口，每对接口包括下路接口和上路接口。下路接口光路对准透镜，上路接口与光耦合器的输入端相连，最终经过信息处理的光束从光耦合器的输出端口输出。
解复用部分：输入的波分复用信号从光环形器输入经自聚焦透镜准直后成为平行光束，垂直射向衍射光栅的槽面发生衍射。由于光栅的角色散作用使波分复用信号按不同波长分解成多路信号。
下路部分：由于将衍射点置于透镜的焦点，分解后的多路信号经自聚焦透镜后平行射向反射镜阵列。微机电系统在程序控制下将需要下路的波长所对应反射镜转到相应位置下路，如某信道无需下路，则反射镜保持与光束垂直，使其按原路返回。
复用部分：无需下路的信号经反射镜反射后从原路经自聚焦透镜和光栅重新合成新的波分复用信号。
上路及输出部分：下路信号经处理后和无需下路的信号经过光耦合器耦合后输出。
外部输入的N路不同波长的波分复用信号经光环形器后，由自聚焦透镜准直成平行光束，并垂直射向衍射光栅的槽面。将衍射点置于透镜焦点，当混合波长光束入射时，衍射光栅使不同波长的光信号向不同方向反射，其衍射角各不相同，即实现了将一束复用的光信号分离的功能。之后，光信号按各自光路再次经过自聚焦透镜，由于先前的衍射点是自聚焦透镜焦点，故可使出射光皆平行于自聚焦透镜主光轴，从而平行进入微机电系统控制的可调反射镜阵列。微机电系统在程序控制下，将需要下路的波长所对应的反射镜旋转到相应位置进行下路；如某信道无需下路，则与其所对应的反射镜保持不动，镜面仍与光束保持垂直，使此路信号经反射镜反射后按原路返回，并经光环形器输出。据此，可从所输入的N路光信号中选择对其中一路或多路信号进行上下路或不作处理。并且理论上，是否对某一波长的光信号进行上下路不会影响其他光信号。对于被下路的光信号，通过透镜后进入信号处理模块进行处理。处理后将信号上路，并通过光耦合器与那些不作处理的光信号进行耦合后一起输出。如此，便可实现N个波长的动态可调上下路。
本发明的光分插复用器在结构上采用了微机电系统控制的可调反射镜阵列，利用光路可逆原理及闪耀光栅衍射原理，不用传统光开关，可以动态实现输入波分复用信号中任一波长信号的上下路。另外，本发明为全光纤结构，因而易与其它器件进行连接，插入损耗较小。从而在不影响性能的前提下，实现了光分插复用器的小型化和模块化，降低了成本。
附图说明：
图1为本发明的光分插复用器结构示意图。
如图1所示，本发明的光分插复用器主要由光环形器、自聚焦透镜、衍射光栅、光耦合器及微机电系统控制的可调反射镜阵列组成。输入的波分复用信号经光环形器进入自聚焦透镜，光束被准直后经光栅衍射得到不同波长的信号，再次经过自聚焦透镜，入射至由微机电系统控制的可调反射镜阵列，并由其控制特定信号的下路。最终经过信息处理的光束从光耦合器的输出端口输出。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
本发明的实施例采用了如图1所示的结构，基于微机电系统的光分插复用器的所有部件均位于一块基片上。其中，基片中央安置自聚焦透镜；透镜右方，距离透镜距离恰为透镜焦距处安置一衍射光栅；透镜左上方，为直线形排列的由微机电系统控制的16块相同反射镜组成的阵列，在未加电情况下，所有反射镜之镜面与透镜之镜面平行；可调反射镜阵列下方安置一三端口环形器，其中一个端口在环形器右侧正对透镜镜面，另两个端口在环形器左侧，输入该光分插复用器的光束从左侧上方之端口输入环形器，从左侧下方的端口输出的光束将进入光耦合器；透镜左侧位于环形器下方安置光信息处理模块的接口，接口共有16对，每对包括下路(DROP)接口和上路(ADD)接口，从上路接口输入光分插复用器的光束进入耦合器；光耦合器位于环形器左下端口和光信息处理模块上路接口之左侧，最终经过信息处理的光束从光耦合器左侧的输出端口输出。
外部输入的光信号λ1，λ2，…，λ16(取λ1＝1531nm，λ2＝1531+1.6nm，…λ16＝1531+1.6*15nm)进入本实施例的系统模块(图中In处)，然后这16路不同波长的光信号经过光环形器后再通过自聚焦透镜，经准直后成为平行光束，并垂直射向衍射光栅槽面(图中环形器处及其后光路)。为了实现分插复用，即需将不同波长之光信号分离，考虑用具有一定闪耀角的衍射光栅实现此功能。将衍射点置于透镜焦点，当混合波长光束入射时，衍射光栅使不同波长之光信号向不同方向反射，其衍射角各不相同，即实现了将一束复用的光信号分离之功能(图中右上部分衍射光栅及其后不同波长光束的光路)。之后光信号λ1，λ2，…，λ16按各自光路由再次经过自聚焦透镜，由于先前的衍射点是自聚焦透镜焦点，故可使出射光皆平行于自聚焦透镜主轴线，从而平行进入微机电系统反射镜阵列(图中左上部分微机电系统反射镜阵列处)。
微机电系统在程序控制下，将需要下路的波长所对应的反射镜转到相应位置，即经过硬件程序处理，求得该信号的衍射角，进而确定相应反射镜的精确旋转角度。如某信道无需下路，则反射镜保持不动，仍与光束垂直，于是此路信号按原光路返回经环形器输出(图中反射镜阵列中，矩形表示透镜不旋转，即此路光信号无需下路；平行四边形表示透镜发生旋转，即此路光信号需要下路)。按照此原理，可从所输入的16路光信号中选择对任意一路或多路光信号进行上下路或不作处理。并且理论上，是否对某一波长的光信号进行上下路不会影响其他光信号。
对于被下路的光信号，通过透镜后进入预先由软件或硬件设计好的信号处理模块以进行相应信号的处理(图中下路接口处)。处理后将信号上路(图中上路接口处)，并通过光耦合器与那些不作处理的光信号进行耦合后一起输出(图中Out处)。如此，便可实现16个波长的动态可调上下路。