光学设备、光通信装置以及控制光学设备的方法

专利名称：光学设备、光通信装置以及控制光学设备的方法
技术领域：
本发明涉及执行光衰减控制的光学设备、光通信装置以及控制该光 学设备的方法。
背景技术：
本申请基于并要求于2008年1月28日提交的在先日本专利申请No. 2008-016429的优先权，通过引用将其全部内容合并于此。
近年来，在市场上已经很快地引入了光分插(add-drop)复用器 (OADM)装置，以实现网络的高灵活性和冗余性。OADM装置必须能 够将光学信号的指定波长分量路由至例如环形网络内的任意路径。
为了构建新网络或改变网络的一部分，必需组合许多设备以实现目 标构造和功能。当构建网络时，根本的是，要确定这些设备的连接顺序 和工作顺序，或者通过软件或硬件来集成启动顺序，以防止因不当的启 动而造成设备的损坏。
然而，难以完全在本地站的实际操作下控制工作顺序，并且存在因 错误操作而造成设备损坏的风险。因此，希望设计诸如OADM装置的各 设备，从而即使在没有考虑启动顺序的情况下进行操作时也防止损坏和/ 或操作错误。
安装在波长复用OADM装置上的一些光开关除了控制路径切换以 外还控制衰减控制并且以节点到节点为基础调节信号电平，如日本专利 申请特开公报No. 2006-243571和No. 2007-10966中所述。假定了各种情 况，并且将经受特定衰减水平的信号电平调节成适于网络构建的最优电 平。
例如，光开关包括输入端口、可移动镜以及输出端口，并且使通过 输入端口输入的光从可移动镜反射，并与输出端口对准接着从输出端口输出。通过可移动镜的轻微旋转来改变(Shift)从输出端口输出的反射光 与输出端口的对准而衰减该反射光。
然而，在常规技术中，当在网络配置期间断开对光开关的供电或者 当增大在波分复用中使用的波长的范围并由此提供给可移动镜的驱动电
压突降时，光与输出端口的对准突然改变，从而可能导致光涌(optical surge)。这种光涌在下游光接收装置中设置的光学元件上施加过大的负 荷，并且可能导致该光学元件的损坏。
具体来说，当光放大器设置在光开关与下游光接收装置之间时，光 开关产生的光涌被光放大器放大，从而施加到下游光接收装置中的光学 元件上的负荷由于该光涌而显著增大。当在下游光接收装置中执行自动 功率控制时，出现光涌被进一步放大的问题或因出现光涌而造成自动功 率控制的不稳定性的问题。

发明内容
本发明的一个目的是至少解决常规技术中的上述问题。 根据本发明一个方面的光学设备包括端口组，其包括输入端口和 输出端口；可移动镜，其反射通过输入端口输入的光，将反射光与输出 端口对准，并且根据驱动电压来改变所述光与输出端口的对准程度；以 及衰减控制单元，其调节提供给可移动镜的驱动电压，以控制反射光的 衰减，该衰减控制单元在比对准程度最大化时的电压更低的范围内调节 驱动电压。
根据本发明另一方面的光通信装置包括光学设备，该光学设备包括 端口组，其包括输入端口和输出端口；可移动镜，其反射通过所述输入 端口输入的光，将反射的所述光与所述输出端口对准，并且根据驱动电 压来改变所述光与所述输出端口的对准程度；以及衰减控制单元，其对 提供给所述可移动镜的所述驱动电压进行调节，以控制反射的所述光的 衰减，其中所述衰减控制单元在比所述对准程度最大化时的电压更低的 范围内调节所述驱动电压。该光通信装置进一步包括放大单元，其放 大要从所述输出端口输出的所述光；以及发射单元，其发射被所述放大
5单元放大的所述光。
根据本发明又一方面的方法是用于控制光学设备，该光学设备包括: 该光学设备包括端口组，其包括输入端口和输出端口；以及可移动镜， 其反射通过所述输入端口输入的光，将反射的所述光与所述输出端口对 准，并且根据驱动电压来改变所述光与所述输出端口的对准程度。所述 方法包括以下步骤确定步骤，其用于确定所述光与所述输出端口的所 述对准程度最大化时的驱动电压；以及衰减步骤，通过在比所述确定步 骤中确定的所述驱动电压更低的范围内调节提供给所述可移动镜的所述 驱动电压来衰减所述光。
当结合附图阅读时，本发明的其它目的、特征以及优点将在下面对 本发明的详细描述中具体阐述，或者根据下面对本发明的详细描述将变 得更清楚。


图1是根据一个实施方式的光学设备的立体图2是从Y轴观察时图l所示光学设备的图3是从X轴观察时图l所示光学设备的图4是图1所示光学设备的快门操作的图5是图1所示光学设备的关于Y轴的衰减控制的图6是关于X轴的衰减控制的图7是描绘可移动镜的旋转角与光的透射率之间的关系的曲线图； 图8是描绘提供给可移动镜的驱动电压与可移动镜的旋转角之间的 关系的曲线图9是从Z轴观察时图1所示I/O端口组的图IO是用于说明在光学设备中光的光斑的移动的图11是控制单元的构造的实施例的框图12是控制单元的构造的另一实施例的框图13是由CPU执行的衰减控制的预处理操作的实施例的流程图14是图13中所示步骤S1301的实施例的流程图；图15是图13中所示步骤S1302的实施例的流程图16是图13中所示步骤S1303的实施例的流程图17是根据该实施方式的光通信装置的功能构造的框图；以及
图18是根据该实施方式的光通信系统的构造的框图。
具体实施例方式
下面，参照附图，对根据本发明的示范实施方式进行详细说明。
图1是根据一个实施方式的光学设备的立体图。如图1所示，根据该实施方式的光学设备100是波长选择开关，该波长选择开关根据波长将输入到它的光分离成多个分量，并且针对每一个分量，根据该分量的波长切换用于输出的端口。光学设备100包括输入和输出(I/O)端口组110、透镜组120、分光元件130、透镜140、微机电系统(MEMS)镜阵列150以及控制单元160。
1/O端口组110包括一个输入端口和多个输出端口。端口 111对应于输入端口，而端口 112、 113以及114对应于输出端口。在该图中端口 111至114关于Y轴成直线地布置。端口 111向透镜组120发射从外部源输入的光。准直仪llla设置在端口 111的透镜组120侦l」。准直仪llla使得从端口 lll发射的扩散光准直(collimate)，并向透镜组12发射该光。
从透镜组120发射的光与端口 112至114对准。端口 112至114向外部目的地输出分别与其对准的光。准直仪112a至114a分别设置在端口112至114的透镜组120侧。准直仪112a至114a会聚从透镜组120发射的光，并将该光分别与端口 112至114对准。
透镜组120是光束扩展器，其将从端口 111发射的光的光束直径拓宽。透镜组120包括凹透镜121和凸透镜122。凹透镜121扩散从端口111发射的光，并将该光发射至凸透镜122。凸透镜122使得从凹透镜121发射的光准直并将该光发射至分光元件130。透镜组120使得从分光元件130发射的光的光束直径变窄。透镜组120向端口 112至114发射该光。
分光元件130分离从透镜组120发射的光。分光元件130根据波长将该光分离成多个分量，其中，在该图中沿X轴分别分离波长分量，并
7且向透镜140发射该光(基于波长分离成的分量)。通过分光元件130分离的光的分量以沿X轴的分别与其波长相对应的角度扩散，并被发射至透镜140。分光元件130进一步将从透镜140发射的光合并，并将该光发射至透镜组120。分光元件130例如是衍射光栅。
透镜140使得来自分光元件130的光在由X轴和Z轴限定的XZ平面内准直，(沿Y轴)会聚该光的每个分量，并将这些分量发射至MEMS镜阵列150。透镜140 (沿X轴)会聚从MEMS镜阵列150反射的每个分量，使得该光在由Y轴和Z轴限定的YZ平面内准直，并将这些分量发射至分光元件130。透镜140是凸透镜。
MEMS镜阵列150包括多个可移动镜151至155。可移动镜151至155与由分光元件130分离的波长分量分别对应，并且关于X轴成直线地设置。可移动镜151至155分别反射来自透镜140的光的具有与其相对应的波长的分量。
从可移动镜151至155中的每一个反射的光经过透镜140、分光元件130以及透镜组120，并与端口 112、端口 113或端口 114对准。可移动镜151至155中的每一个都可围绕X轴和Y轴旋转。可移动镜151至155中的每一个都是微机电系统(MEMS)镜，该微机电系统镜根据从与各旋转轴相对应的两个系统的驱动电压的提供而双轴旋转，以改变反射角。
在下面的说明中，与可移动镜151至155围绕X轴的旋转相对应的驱动电压分别表示为驱动电压Vxl至Vx5。与可移动镜151至155围绕Y轴的旋转相对应的驱动电压分别表示为驱动电压Vyl至Vy5。
控制单元160分别通过两个系统向MEMS镜阵列150的可移动镜151至155提供驱动电压Vxl至Vx5和Vyl至Vy5。控制单元160具有切换控制单元的功能和衰减控制单元的功能，该切换控制单元对提供给可移动镜151至155的各驱动电压进行调节以在I/O端口组110的端口111至114之间切换用于输入/输出光的端口，该衰减控制单元对要从端口 112至114输出的光的衰减进行控制。
控制单元160执行切换控制，以在端口 112至114之间切换(从端
8口 111输入的)光的输出。在这种情况下，光学设备IOO充当一输入三输出开关。控制单元160可以根据从端口 111输入的光的每个波长分量单独地切换输出端口。在这种情况下，光学设备100充当一输入三输出波长选择开关。控制单元160例如是中央处理单元(CPU)。
图2是从Y轴观察时图l所示光学设备的图。在图2中，与图l所示部件相同的部件分别用相同的标号表示，并且省略了其说明。从图2开始在下面的图中，未示出透镜组120。而且，尽管未示出MEMS镜阵列150，但示出了设置在MEMS镜阵列150中的可移动镜151至155。如图2所示，从端口 111输入的光通过分光元件130沿X轴分离，并将该光的每一个分离的分量根据其波长分别发射至可移动镜151至155中的一个。
图3是从X轴观察时图1所示光学设备的图。在图3中，与图l所示部件相同的部件分别用相同的标号表示，并且省略了其说明。如图3所示，可移动镜151根据从控制单元160提供的驱动电压Vxl围绕X轴轻微旋转。可移动镜151通过围绕X轴轻微旋转而改变从透镜140发射的光的反射角。
从而，从可移动镜151反射的光根据可移动镜151的旋转程度而与端口 112、端口 113或端口 114对准。以相同的方式，可移动镜152至155根据提供的驱动电压Vx2至Vx4而围绕X轴轻微旋转。控制单元160对提供给可移动镜151至155的驱动电压Vxl至Vx5分别进行调节，来执行在端口 112至114之间切换的切换控制，以输出从可移动镜151至155中的每一个反射的光。
图4是图1中所示光学设备中的快门操作的图。在图4中，与图2所示部件相同的部件分别用相同的标号表示，并且省略了其说明。如图4所示，可移动镜151根据从控制单元160提供的驱动电压Vyl围绕Y轴轻微旋转。从而，可移动镜151改变从透镜140向端口 111发射的光的反射角。
在本实施方式中，将可移动镜151设计成，使得当没有向可移动镜151提供驱动电压Vyl时将从可移动镜151反射的光输出至快门区域410。
9快门区域410是位于与1/0端口组110的位置不同的位置处的区域。从可 移动镜151反射的光在被发射到快门区域410时不与端口 112至114中 的任意一个对准。
同样，可移动镜152至155根据分别提供的驱动电压Vy2至Vy5围 绕Y轴轻微旋转。控制单元160对分别提供给可移动镜151至155的驱 动电压Vyl至Vy5进行调节，以执行快门操作，该快门操作使得将从可 移动镜151至155中的每一个反射的光发射至快门区域410。
当通过快门操作己经将光发射至快门区域410时，控制单元160改 变分别提供给可移动镜151至155的驱动电压Vxl至Vx5来执行切换控 制，并且在完成切换控制之后，控制可移动镜151至155将该光反射至 平行于X轴的原始位置。因此，防止了在切换控制期间当反射光与不希 望的输出端口对准时发生的串扰现象。例如，在从端口 112向114切换 以输出反射光期间，防止了反射光与端口 113对准。
图5是图1所示光学设备的关于Y轴的衰减控制的图。在图5中， 与图3所示部件相同的部件分别用相同的标号表示，并且省略了其说明。 从5开始在下面的图中，未示出分光元件130。描述了当从可移动镜151 反射的光要从端口 112输出时的衰减控制。当可移动镜151围绕X轴轻 微旋转时，光路511和光路512分别对应于从可移动镜151反射的光的 路径。
当从可移动镜151反射的光的路径是光路511时，从可移动镜151 反射的光在关于Y轴的中心位置处进入准直仪112a，并且从可移动镜151 反射的光与端口 112最大限度地对准。因此，从端口 112输出的光的透 射率被最大化。当从可移动镜151反射的光的路径是光路512时，从可 移动镜151反射的光在偏离沿Y轴的中心位置的位置处进入准直仪112a， 并且从可移动镜151反射的光与端口 112的对准程度减小。
(沿Y轴)偏离端口 112的准直仪112a的中心部分越大，光与端口 112的对准减小得就越多。光与端口 112的对准减小得越多，从端口112 输出的光的透射率减小得就越多(衰减水平增大)。控制单元160通过围 绕X轴轻微旋转可移动镜151来改变光与端口 112 (沿Y轴)的对准。因此，实现了用于控制从端口 112输出的光的衰减水平的关于Y轴 的衰减控制。在关于Y轴的衰减控制中，控制单元160在比驱动电压Vxl 的最优点更低的范围内调节提供给可移动镜151的驱动电压Vxl。驱动 电压Vxl的最优点是指从可移动镜151反射的光与端口 112的对准程度 最大时的驱动电压Vxl。
图6是关于X轴的衰减控制的图。在图6中，与图4所示部件相同 的部件分别用相同的标号表示，并且省略了其说明。在图6中未示出端 口lll。光路611、 612以及613分别对应于当可移动镜151围绕Y轴轻 微旋转时从可移动镜151反射的光的路径。
当从可移动镜151反射的光的路径是光路611时，从可移动镜151 反射的光在关于X轴的中心位置处进入准直仪112a，并且从可移动镜151 反射的光与端口 112最大限度地对准。因此，从端口 112输出的光的透 射率最大化。当从可移动镜反射的光的路径是光路612时，从可移动镜 151反射的光在偏离沿X轴的中心位置的位置处进入准直仪112a，并且 从可移动镜151反射的光与端口 112的对准程度减小。
当从可移动镜151反射的光的路径是光路613时，从可移动镜151 反射的光沿X轴完全偏离准直仪112a，并且进入快门区域410。在这种 情况下，从可移动镜151反射的光不与端口 112对准。
沿X轴偏离端口 112的准直仪112a的中心越大，光与端口 112的对 准减小得越多。光与端口 112的对准减小得越多，从端口 112输出的光 的透射率就减小得越多(衰减水平增大)。控制单元160通过围绕Y轴轻 微旋转可移动镜151来(沿X轴)改变光与端口 112的对准。
因此，实现了用于控制从端口 112输出的光的衰减水平的关于X轴 的衰减控制。在关于X轴的衰减控制中，控制单元160在比驱动电压Vyl 的最优点更低的范围内调节提供给可移动镜151的驱动电压Vyl。驱动电 压Vyl的最优点是指从可移动镜151反射的光与端口 112的对准程度最 大时的驱动电压Vyl。
控制单元160执行图5所示关于Y轴的衰减控制或图6所示关于X 轴的衰减控制。控制单元160可以将关于Y轴的衰减控制和关于X的衰
ii减控制结合起来执行。更具体地说，控制单元160通过改变提供给可移
动镜151的驱动电压Vxl和驱动电压Vyl的组合，围绕Y轴和X轴轻微 地双轴旋转可移动镜151。
图7是描绘可移动镜的旋转角与光的透射率之间的关系的曲线图。 在图7中，水平轴表示可移动镜151围绕Y轴的旋转角(以度(°)为单 位)。垂直轴表示从可移动镜151反射并且从端口 112输出的光的透射率 (以分贝(dB)为单位)。旋转角0°是对于从可移动镜151反射的光与准 直仪112a的(沿X轴的)中心位置的对准而言的最优点。
如图7所示，随着可移动镜151的旋转角从-2.0°增大至0°，光接近 准直仪112a的(沿X轴的)中心位置，并且从端口 112输出的光的透射 率增大(衰减水平减小)。当可移动镜151的旋转角从0。起进一步增大时， 光离开准直仪112a的(沿X轴的)中心位置，并且从端口 112输出的反 射光的透射率减小(衰减水平增大)。
尽管未示出，但当可移动镜151的旋转角为-4.0。或4.0°时，从可移 动镜151反射的光不与端口 112对准，并且从端口 112输出的光的透射 率进一步减小至低于-25 dB的水平。在这种情况下，事实上，没有任何 光从端口112输出(参见图4，快门操作)。
已经说明了光的透射率根据可移动镜151围绕Y轴旋转的变化。然 而，光的透射率根据可移动镜151围绕X轴旋转的变化是相同的。范围 710表示其中可移动镜151的旋转角小于0。的范围。控制点711表示可移 动镜151的旋转角为-1.0度时的点。
图8是描绘提供给可移动镜的驱动电压与可移动镜的旋转角之间的 关系的曲线图。在图8中，水平轴表示控制单元160提供给可移动镜151 的驱动电压Vyl (以伏特(V)为单位)。垂直轴表示可移动镜151围绕 Y轴的旋转角(以度(。)为单位)。如图8所示，将可移动镜151设计成， 使得提供给可移动镜151的驱动电压Vyl越高，可移动镜151的旋转角 变得越大。
例如，当提供给可移动镜151的驱动电压Vyl为0 V时，可移动镜 151的旋转角近似为-4.0。，并且透射率进一步减小至低于-25 dB的水平(参见图7)。相比较而言，当提供给可移动镜151的驱动电压Vyl是100V 时，可移动镜151的旋转角近似为0°，并且透射率近似为OdB (参见图 7)，这是最高值。因此，驱动电压Vyl的最优点为IOOV。
在这种情况下，在关于X轴方向的衰减控制中，控制单元160在范 围810内调节要向可移动镜151提供的驱动电压Vyl ，该范围810低于最 优点的100 V。在这种情况下，控制单元160在图7的范围710内执行关 于X轴的衰减控制。例如，控制单元160将驱动电压Vyl调节至近似为 80 V，并将光的透射率控制成近似为-10dB (10dB的衰减水平)(参见图 7中的控制点711)。
例如，当在该状态下断开光学设备100的电力并且要提供给可移动 镜151的驱动电压Vyl从80 V突降至0 V时，透射率从-10 dB单调地减 小至-25 dB或更低。因此，即使断开光学设备100的电力，也不会出现 使透射率突然增大的光涌。
图9是从Z轴观察时图l所示I/0端口组的图。如图9所示，位置 911、位置912以及位置913分别表示从可移动镜151向I/O端口组110 反射的光的光斑。方向921表示当提供给可移动镜151的驱动电压Vyl 减小时从可移动镜151反射的光的光斑的移动方向。方向922表示当提 供给可移动镜151的驱动电压Vxl减小时，从可移动镜151反射的光的 光斑的移动方向。
当从可移动镜151反射的光的光斑是位置911时，从可移动镜151 反射的光与端口 112的对准被最大化(参见图6中的光路611)。当控制 单元160执行衰减控制时，提供给可移动镜151的驱动电压Vxl和驱动 电压Vyl分别从以下电压水平起减小，即该电压水平使得从可移动镜151 反射的光的光斑将要处于位置911。在这种情况下，从可移动镜151反射 的光的光斑移动至位置192，并且从可移动镜151反射的光与端口 112的 对准减小。
当从控制单元160向可移动镜151提供的驱动电压Vxl和驱动电压 Vyl都为0 V时，从可移动镜151反射的光的光斑移动至快门区域410 中的位置913。因此，控制单元160通过将从可移动镜151反射的光的光斑移动至离位置913更近的位置912而不是移动至位置911，来执行衰减 控制。
在这种状态下，当驱动电压Vxl和驱动电压Vyl因断开对光学设备 100的电力而都减小至OV时，从可移动镜151反射的光的光斑离开准直 仪112a(位置911)而移动至位置912。因此，不会出现因从可移动镜151 反射的光的光斑突然接近准直仪112a而造成使透射率突然增大的光涌 (参见图7和图8)。
图IO是用于说明光学设备中的光的光斑移动的图。在图7中，示出 了当可移动镜151围绕Y轴旋转时光的透射率的变化。然而，图10描绘 了当可移动镜151围绕Y轴和X轴旋转时光的透射率的变化。
水平轴和垂直轴分别表示可移动镜151围绕X轴的旋转角(°)和围 绕Y轴的旋转角(°)。高度轴表示从可移动镜151反射的并且从端口 112 输出的光的透射率(dB)。控制点1011至1013表示可移动镜151围绕各 轴的旋转角，这些旋转角将从可移动镜151反射的光的光斑分别定位于 位置911至913 (参见图9)。
如图IO所示，当可移动镜151围绕Y轴和X轴旋转时，反射光的 透射率特征由控制点1011位于顶部的山峰形状来表示。当可移动镜151 的旋转角处于控制点1011时，从端口 112输出的反射光的透射率被最大 化。相比较而言，当可移动镜151的旋转角处于控制点1013时，从端口 112输出的反射光的透射率被最小化。
控制单元160通过将提供给可移动镜i51的驱动电压Vxl和驱动电 压Vyl均减小到比控制点1011处的电压更低的范围内来执行衰减控制， 其中在控制点1011处光与输出端口的对准被最大化。区域1010表示满 足衰减控制条件的控制点1012的范围。区域1010表示光的透射率特征 并且是由XY平面和形成具有从控制点1013观察到的山峰形状的山脊线 所包围的区域。
在衰减控制中，当从可移动镜151反射的光的光斑处于区域1010中 时驱动电压Vxl和驱动电压Vyl例如因断开光学设备100的电源而都减 小至0 V时，可移动镜151的控制点从控制点1012移动至控制点1013。
14这时，由于可移动镜151的控制点1012处于区域1010内，因而透射率 没有增大，而可移动镜151的控制点从控制点1012移动至控制点1013 (没有在山峰形状上上升)时透射率单调减小。
图11是控制单元的构造的实施例的框图。如图11所示，控制单元 160包括接口 161、固件存储部162、驱动电压存储部163、 CPU 164、 数模(DA)转换器165x、 DA转换器165y、高电压放大器166x、高电 压放大器166y、 X轴驱动单元167x，以及Y轴驱动单元167y。接口 161 从外部源获取路径切换控制信息和衰减控制信息。
接口 161向CPU164输出获取的信息。路径切换控制信息是有关由 控制单元160执行的切换控制的信息。路径切换控制信息例如表示通过 端口 111输入的光从端口 112输出。路径切换控制信息可以表示来自通 过端口 lll输入的光的波长分量:U从端口 112输出，而波长分量入2从端 口 113输出。
衰减控制信息是有关由控制单元160执行的衰减控制的信息。更具 体地说，衰减控制信息表示从端口 112至114输出的光的衰减水平。例 如，衰减控制信息表示要从端口 112输出的光减小了 10dB。衰减控制信 息可以表示在控制单元160的衰减控制之后要从端口 112至114输出的 光的功率。
使得控制单元160执行切换控制和衰减控制的程序(固件)存储在 固件存储部162中。将路径切换控制信息与要提供给可移动镜151至155 的驱动电压Vxl至Vx5和Vyl至Vy5关联起来的切换对应信息存储在驱 动电压存储部163中。
将衰减控制信息(有关衰减水平的信息)与要向可移动镜151至155 提供的驱动电压Vxl至Vx5和Vyl至Vy5关联起来的衰减对应信息存储 在驱动电压存储部163中。衰减对应信息中包括的驱动电压Vxl至Vx5 和Vyl至Vy5是比对准程度最大化时的最优点处的电压更低的范围内的 驱动电压。
CPU 164加载存储在固件存储部162中的程序，以执行切换控制和 衰减控制。CPU 164从存储在驱动电压存储部163中的切换对应信息获
15取与从接口 161输出的路径切换控制信息相对应的各驱动电压。CPU 164 从存储在驱动电压存储部163中的衰减对应信息获取与从接口 161输出 的衰减控制信息相对应的各驱动电压。
CPU 164基于与路径切换控制信息相对应的各驱动电压和与衰减控 制信息相对应的各驱动电压来计算要向可移动镜151提供的驱动电压 Vxl和驱动电压Vyl。 CPU 164向DA转换器165x输出表示计算出的驱 动电压Vxl的电压控制信号x。 CPU164向DA转换器165y输出表示计 算出的驱动电压Vyl的电压控制信号y。
DA转换器165x和DA转换器165y将从CPU 164输出的电压控制 信号x和电压控制信号y转换成模拟信号，并将该电压控制信号x和电 压控制信号y作为模拟信号分别输出至高电压放大器166x和高电压放大 器166y。高电压放大器166x和高电压放大器166y将从DA转换器165x 和DA转换器165y输出的电压控制信号x和电压控制信号y分别转换成 驱动电压Vxl和驱动电压Vyl 。
高电压放大器166x和高电压放大器166y分别向X轴驱动单元167x 和Y轴驱动单元167y输出转换的驱动电压Vxl和驱动电压Vyl。X轴驱 动单元167x和Y轴驱动单元167y将从高电压放大器166x和高电压放大 器166y输出的驱动电压Vxl和驱动电压Vyl分别提供给可移动镜151。
因此，控制单元160使可移动镜151围绕X轴和Y轴双轴旋转，由 此，实现对可移动镜151的切换控制和衰减控制。控制单元160进一步 以相同方式执行对可移动镜152至155的切换控制和衰减控制。在本说 明书中，切换控制和衰减控制同时地执行。然而，可以首先执行切换控 制，随后在完成切换控制之后，可以执行衰减控制。
图12是控制单元的构造的另一实施例的框图。在图12中，与图ll 所示部件相同的部件分别用相同的标号来表示，并且省略了其说明。通 过预先执行衰减控制的预处理操作而生成存储在驱动电压存储部163中 的衰减对应信息。例如，光学设备100除了包括图ll所示部件以外还包 括光源1211、耦合器1212和1221，以及光接收元件1222。
光源1211向耦合器1212输出具有恒定功率的光。耦合器1212将从光源输出的光输入到端口 111中。耦合器1221将从端口 112输出的光分 开(split)并且将分开的光的一个分支发射至光接收元件1222。光接收 元件1222根据从耦合器1221发射的光的功率向接口 161输出电信号。 接口 161将该电信号输出至CPU164。
图13是CPU执行的衰减控制的预处理操作的实施例的流程图。如 图13所示，确定光与端口 112的对准程度最大时的驱动电压Vxl和驱动 电压Vyl的最优点(步骤S1301)。获取与驱动电压Vxl和驱动电压Vyl 相对应的衰减水平，同时在比步骤S1301中确定的最优点更低的范围内 改变各电压(步骤S1302)。
从步骤S1302中获取的衰减水平提取分别与工作(operating)衰减 水平相对应的驱动电压(步骤S1303)。与在步骤S1303提取并且分别对 应于工作衰减水平的驱动电压有关的信息存储在驱动电压存储部163中 作为衰减对应信息(步骤S1304)，并结束一系列预处理操作。有关端口 113至115的衰减对应信息以相同的方式生成，并存储在驱动电压存储部 163中。
图14是图13所示步骤S1301的实施例的流程图。当光源1211将光 输入到端口 111中时执行图14所示处理。将给定值的驱动电压Vyl提供 给可移动镜151 (步骤S1401)。将给定值的驱动电压Vxl提供给可移动 镜151 (步骤S1402)。经由接口 161获取与输出光的功率有关的信息(步 骤S1403)。
针对预定搜索范围内的驱动电压Vxl的所有给定值，确定是否已经 获取了有关光的功率的信息(步骤S1404)。当尚未获取在驱动电压Vxl 的所有给定值下的光的功率的信息时(步骤S1404:否)，驱动电压Vxl 的给定值被改变该搜索范围内的单位量(步骤S1405)，处理返回至步骤 S1402并继续。
当在步骤S1404已经获取了在驱动电压Vxl的所有给定值下的有关 光的功率的信息时(步骤S1404:是)，针对该搜索范围内的驱动电压Vyl 的所有给定值，确定是否已经获取了有关光的功率的信息(步骤S1406)。 当尚未获取针对驱动电压Vyl的所有给定值的有关光的功率的信息时(步骤S1406:否)，驱动电压Vyl的给定值被改变搜索范围内的单位量(步 骤S1407),处理返回至步骤S1401并继续。
当在步骤S1406针对驱动电压Vyl的所有给定值已经获取了有关光 的功率的信息时(步骤S1406:是)，提取在光的功率(由步骤S1403获 取的信息表示)最大化时驱动电压Vxl和驱动电压Vyl的组合作为最优 点(步骤S1408)，并且结束一系列处理。利用上述处理，确定了在光与 端口 112的对准最大化时驱动电压Vxl和驱动电压Vyl的最优点(参见 图13中的步骤S1301)。
图15是图13所示步骤S1302的实施例的流程图。当光源1211将光 输入到端口 111中时执行图15所示处理。将通过图14所示处理确定的 最优点下的驱动电压Vxl和驱动电压Vyl提供给可移动镜151 (步骤 S1501)。经由接口 161获取与从端口 112输出的光的功率有关的信息(步 骤S1502)。
分别减小提供给可移动镜151的驱动电压Vxl和驱动电压Vyl (步 骤S1503)。经由接口 161获取与从端口 112输出的光的功率有关的信息 (步骤S1504)。通过从在步骤S1504获取的信息表示的功率中减去在步 骤S1502获取的信息表示的功率来计算这时从端口 112输出的光的衰减 水平(步骤S1505)。
获取将步骤S1505计算出的衰减水平与这时的驱动电压Vxl和Vyl 关联在一起的信息(步骤S1506)。确定在步骤S1505计算出的衰减水平 是否小于预定值(步骤S1507)。当该衰减水平等于或大于预定值(步骤 S1507:否)时，处理返回至步骤S1503并且继续。
在步骤S1507，当该衰减水平小于预定值时(步骤S1507:是)，结 束一系列处理。利用上述处理，获取了有关与驱动电压Vxl和驱动电压 Vyl相对应的衰减水平的信息(参见图13中的步骤S1302)。将步骤S1507 的预定值设置成满足光学设备100中使用的衰减水平的下限(在下文中， 将光学设备100中使用的衰减水平称为"工作衰减水平")。
图16是图13中的步骤S1303的实施例的流程图。获取有关工作衰 减水平和表示预定工作衰减水平的信息(步骤S1601)。将与步骤S1601
18获取的工作衰减水平有关的信息所表示的多个工作衰减水平中的一个设
置为处理的目标(步骤S1602)。从通过图15所示处理获取的衰减水平中
选择最接近于被设置为处理目标的工作衰减水平的衰减水平(步骤 S1603)。
从通过图15所示处理获取的信息来获取有关与在步骤S1603选择的 衰减水平相对应的各驱动电压的信息(步骤S1604)。针对由与步骤S1601 获取的工作衰减水平有关的信息所表示的所有工作衰减水平，确定是否 己经获取了有关驱动电压的信息(步骤S1605)。
当在步骤S1605尚未获取针对所有工作衰减水平的有关驱动电压的 信息时(步骤S1605:否)，将被设置为处理目标的工作衰减水平改变成 由与工作衰减水平有关的信息所表示的多个工作衰减水平中的另一个 (步骤S1606)，处理返回至步骤S1603并继续。
当在步骤S1605获取了针对所有工作衰减水平的有关驱动电压的信 息时(步骤S1605:是)，结束一系列处理。通过上述处理，利用由图15 所示处理获取的衰减水平来提取分别与这些工作衰减水平相对应的驱动 电压(参见图13中的步骤S1303)。
将有关分别与通过图16所示处理提取的工作衰减水平相对应的驱 动电压的信息存储在驱动电压存储部163中，作为衰减对应信息(参见 图13中的步骤S1304)。因此，从将衰减水平与驱动电压关联起来的信息 中仅提取有关工作衰减水平的对应信息并通过图15所示处理而获取该对 应信息。
因此，要存储在驱动电压存储部163中的信息被最小化，由此减小 了存储到驱动电压存储部163中的量并提高了 CPU 164对存储在驱动电 压存储部163中的衰减控制信息的检索速度。在不执行图16所示处理(图 13中的步骤S1304)的情况下，将衰减水平与驱动电压(其通过图15所 示处理而获取)关联起来的信息可以被存储在驱动电压存储部163中， 作为衰减对应信息。
图17是根据本实施方式的光通信装置的功能构造的框图。如图17 所示，根据本实施方式的光通信装置1710是OADM节点，该OADM节
19点包括光放大器1711、分光器1712、下路(drop)幵关1713、光接收器 1714a至1714c、发射器1715a至1715c、上路(add)开关1716、上路开 关1717、分光器1718、光谱监视器1718a，以及光放大器1719。
光放大器1711是放大从光通信装置1710的上游节点发射的光信号 的前置放大器。光放大器1711将放大的光信号输出至分光器1712。分光 器1712将从光放大器1711输出的光信号分开并将分开的光信号分别输 出至下路开关1713和上路开关1717。
下路开关1713根据从分光器1712输出的光信号的波长分量将该光 信号分离。下路开关1713将分离的光信号分别输出至光接收器1714a至 1714c。光接收器1714a至1714c分别接收从下路开关1713输出的光信号。
发射器1715a至1715c分别向上路开关1716输出具有不同波长的光 信号。上路开关1716选择分别从发射器1715a至1715c输出的全部或部 分光信号并将所选择的光信号输出至上路开关1717。上路开关1717选择 从上路开关1716或其它路径输出的全部或部分光信号，并且将所选择的 光信号与从分光器1712输出的光信号进行合波(miiltiplex)。
上路开关1717将合波的光信号输出至分光器1718。分光器1718将 从上路开关1717输出的光信号分开并将分开的光信号分别输出至光谱监 视器1718a和光放大器1719。光谱监视器1718a对从分光器1718输出的
光信号进行监视。
例如，光谱监视器1718a监视光信号的功率，并且向上路开关1717 输出表示被监视光信号的功率的信息。光放大器1719是放大从分光器 1718输出的光信号的后置放大器。光放大器1719经由传输线路1720向 光通信装置1730输出放大的光信号。
光学设备100例如可应用于下路开关1713、上路开关1716以及上 路开关1717。当将光学设备100应用于上路开关1717时，该光学设备 100基于由从光谱监视器1718a输出的信息表示的光信号的功率来执行衰 减控制，以使光学设备100向分光器1718输出的光信号的功率恒定。
光通信装置1730是设置在光通信装置1710的下游侧的节点。光通 信装置1730具有与光通信装置1710的部件相同的部件。光通信装置1730的部件用与光通信装置1710使用的标号相同的标号来表示，并且省略了 对它们的说明。
当没有将光学设备IOO应用于光通信装置1710中的各开关时，因断
开针对各开关的电力而可能出现曲线图noi中所示光涌。常规地讲，在
这种情况下，该光涌被光放大器1719放大并输出至下游光通信装置1730， 可能会导致光通信装置1730的各光学元件的损坏。
例如，在光通信装置1710的上路开关1716和上路开关1717中出现 的光涌被光通信装置1710的光放大器1719和光通信装置1730的光放大 器1711放大，并输入至光通信装置1730的光接收器1714a至1714c。从 而，存在损坏接收器1714a至1714c的风险。
当光放大器1719是执行自动功率控制的放大器时，由上路开关1716 或由上路开关1717生成的光涌被进一步放大，由此，增大了施加至光通 信装置1730的各光学元件的负荷。还存在因光通信装置1710的下路开 关1713处出现的光涌而导致光通信装置1710的光接收器1714a至1714c 发生损坏的风险。
相比较而言，当将光学设备100分别应用于上路开关1716和上路开 关1717时，即使断开上路开关1716和/或上路开关1717的电力，也抑制 了光涌的出现。因此，即使断开电力，也防止了光通信装置1730的各光 学元件发生损坏。当将光学设备100应用于下路开关1713时，即使断开 下路开关1713的电力，也抑制了光涌的出现。因此，即使断开电力，也 防止了光通信装置1710的各光学元件发生损坏。
图18是根据本实施方式的光通信系统的构造的框图。如图18所示， 根据本实施方式的光通信系统1800包括连接成环形的节点1810至1880。 节点1810至1880是连接至其它网络的OADM节点。图17所示光通信 装置1710适用于节点1810至1880中的每一个。
当没有将包括光学设备100的光通信装置1710应用于节点1810至 1880时，常规地讲，如果断开节点1810至1880中的任一节点处的电力， 则出现光涌，该光涌在节点1810至1880中传播，同时在节点1810至1880 中的每一个节点处被放大，导致节点1810至1880的光学元件发生损坏
21的风险。
相比较而言，通过将包括光学设备100的光通信装置1710应用于节
点1810至1880中的每一个节点，即使因网络构建操作或者当增大在波 分复用中使用的波长时断开节点1810至1880中的任一节点处的电力时， 也抑制了光涌的出现。因此，实现了光通信系统1800的稳定工作。
如上所述，根据光学设备100和控制光学设备100的方法，通过在 比最优点的电压更低的范围内调节驱动电压，来控制从端口 112输出的 光的衰减，实现了当驱动电压例如因断开电力而突降时从端口 112输出 的光的对准的单调减小。因此，控制光的衰减并且实现了对电力断开时 的光涌的抑制。
还可以通过对从端口 113或端口 114输出的光执行相同的衰减控制 来抑制电力断开时的光涌。由于光学设备100除了需要现有的波长选择 开关以外不需要其它任何元件，因而以低成本容易地实现了对光涌的抑 制。
当针对光学设备100的可移动镜151至155设置多个旋转轴时，在 比光与端口 112的对准最大化时的电压更低的范围内对向可移动镜151 至155提供驱动电压的系统进行调节。因此，实现了当驱动电压例如因 断开光学设备100的电力而突降时从端口 112输出的光的对准的单调减 小。
将有关光的衰减水平的信息与比最优点处的电压更低的范围内的驱 动电压关联起来的衰减对应信息存储在驱动电压存储部163中，并且基 于存储在驱动电压存储部163中的衰减对应信息执行衰减控制，这使得 能够利用简单的控制方案来抑制光涌，而不需要复杂化波长选择开关的 常规控制方案。
对于包括用于将从上路开关1716和/或上路开关1717的输出端口输 出的光放大的光放大器1719的光通信装置1710来说，光学设备100特 别有效。通过将光学设备100应用于上路开关1716和/或上路开关1717， 抑制了断开上路开关1716和/或上路开关1717处的电力时的光涌，由此， 抑制了在上路开关1716和/或上路开关1717处出现并被光放大器1719放大的光涌。因此，防止了下游光通信装置1730的光学元件发生损坏。
在本实施方式中，假定光学设备100是波长选择开关而进行了说明。 然而，光学设备100可以是简单波长开关。在这种情况下，不需要光学 设备100的分光元件130。仅可移动镜151至155中的一个就足够作为要 设置在光学设备100中的可移动镜。
在本实施方式中，假定光学设备100用作一输入三输出波长选择开 关而进行了说明。然而，输入端口和输出端口的数量不限于此。例如， 当端口 111至113用作输入端口而端口 114用作输出端口时，控制单元 160执行切换控制，由此从端口 114输出通过端口 111至113中的任一个 而输入的光。在这种情况下采用的光学设备100是三输入一输出开关。
例如，当端口 111和端口 112用作输入端口，而端口 113和端口 114 用作输出端口时，控制单元160执行切换控制，以将从端口 111和端口 112输入的光分别与端口 113和114中的任一个对准。在这种情况下采用 的光学设备i00是双输入双输出开关。
假定光学设备100的可移动镜151至155是围绕X轴和Y轴双轴旋 转的镜而进行了说明。然而，可移动镜151至155可以是围绕X轴单轴 旋转的镜。在这种情况下，控制单元160执行衰减控制，该衰减控制向 可移动镜151至155提供驱动电压Vxl并且在比光的对准最大化时的电 压更低的范围内调节驱动电压Vxl。
光学设备100适用于没有作为开关的功能的衰减装置。换句话说， 光学设备100包括作为输入端口的端口 111、可移动镜151、控制单元 160，以及作为输出端口的端口 112。在这种情况下，不执行切换控制， 而执行衰减控制，该衰减控制在比光的对准最大化时的电压更低的范围 内调节提供给可移动镜151的驱动电压。
尽管出于完整和清楚公开的目的而针对具体实施方式
对本发明进行 了描述，但所附权利要求并不因此而受到限制，而是应被视为包含完全 落入在此阐述的基本教导内的本领域技术人员可以想到的所有修改例和 另选构造。
权利要求
1、一种光学设备，该光学设备包括端口组，其包括输入端口和输出端口；可移动镜，其反射通过所述输入端口输入的光，将反射的所述光与所述输出端口对准，并且根据驱动电压来改变所述光与所述输出端口的对准程度；以及衰减控制单元，其对提供给所述可移动镜的所述驱动电压进行调节，以控制反射的所述光的衰减，所述衰减控制单元在比所述对准程度最大化时的电压更低的范围内调节所述驱动电压。
2、 根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述可移动镜根据所述驱动电压来改变所述光的反射角。
3、 根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述可移动镜具有多个旋转轴，并且根据通过分别与这些轴相对应的多个系统提供的驱动电压而围绕这些轴旋转，并且所述衰减控制单元在所述范围内调节所述驱动电压，以控制由所述可移动镜反射的所述光的衰减。
4、 根据权利要求1所述的光学设备，该光学设备进一步包括存储单元，其存储将所述范围内的驱动电压与有关所述光的衰减水平的信息关联起来的衰减对应信息，其中，所述衰减控制单元基于包含在所述衰减对应信息中的、并且与有关所述光的所述衰减水平的信息相对应的所述驱动电压来调节所述驱动电压。
5、 根据权利要求1所述的光学设备，其中，在没有提供所述驱动电压时，所述可移动镜沿着使得所述光与所述端口组不对准的方向反射所述光。
6、 根据权利要求1所述的光学设备，该光学设备进一步包括切换控制单元，其中所述端口组包括多个输入端口或多个输出端口，并且当所述端口组包括多个输入端口时所述切换控制单元调节所述驱动电压以控制在这些输入端口之间的切换，而当所述端口组包括多个输出端口时所述切换控制单元调节所述驱动电压以控制在这些输出端口之间的切换。
7、 根据权利要求1所述的光学设备，其中，所述可移动镜是微机电系统镜。
8、 一种光通信装置，该光通信装置包括根据权利要求1至7中的任意一项所述的光学设备；放大单元，其放大要从所述输出端口输出的所述光；以及发射单元，其发射被所述放大单元放大的所述光。
9、 一种控制光学设备的方法，该光学设备包括端口组，其包括输入端口和输出端口；以及可移动镜，其反射通过所述输入端口输入的光，将反射的所述光与所述输出端口对准，并且根据驱动电压来改变所述光与所述输出端口的对准程度，所述方法包括以下步骤确定步骤，其用于确定所述光与所述输出端口的所述对准程度最大化时的驱动电压；以及衰减步骤，通过在比所述确定步骤中确定的所述驱动电压更低的范围内调节提供给所述可移动镜的所述驱动电压来衰减所述光。
全文摘要
本发明涉及光学设备、光通信装置以及控制光学设备的方法。该光学设备包括I/O端口组和可移动镜，该可移动镜反射通过该I/O端口组的输入端口输入的光，将反射的所述光与该I/O端口组的输出端口对准，并且根据对其施加的驱动电压来改变反射的所述光的角度。该光学设备进一步包括控制单元，该控制单元在比所述光与所述输出端口的对准程度最大化时的电压更低的范围内调节所述驱动电压，并控制由所述可移动镜反射的所述光的衰减。
文档编号G02B26/02GK101498836SQ20081017310
公开日2009年8月5日 申请日期2008年10月28日 优先权日2008年1月28日
发明者古川博之, 森和行, 石井祐二 申请人:富士通株式会社