具体实施方式

本申请实施例提供了一种光谱处理装置以及可重构光分插复用器，丰富了该光谱处理装置的功能。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1为本申请实施例提供的第一种光谱处理装置的结构俯视图。该光谱处理装置包括：端口组件101、透镜组件102、色散组件103、空间调制器(spatial light modulator，SLM)104以及反射元件105。其中，端口组件101包括N个端口，N为大于1的整数。透镜组件102由M个透镜组成，M为大于或等于1且小于或等于N的整数，因此，并不一定每个端口都有与之对应的透镜。

端口组件101中每个端口用于将输入的第一光束传输至与之对应的透镜。透镜组件102中每个透镜用调节第一光束的宽度得到第二光束，并使第二光束传输至反射元件105。反射元件105用于将第二光束反射至色散组件103。色散组件103用于将第二光束分解为多个子波长光束，并使这多个子波长光束传输至反射元件105。反射元件105还用于将多个子波长光束反射至空间调制器104。空间调制器104用于对多个子波长光束进行调制，并将调制后的至少一个子波长光束反射至该反射元件105。反射元件105还用于将该至少一个子波长光束反射至色散组件103。色散组件103还用于对至少一个子波长光束进行合波，并将合波后的光束依次通过反射元件105以及透镜组件102传输至端口组件101。

需要说明的是，该端口组件101中各端口的排布方式可以有多种。例如，各端口可以在如图1所示的平面内依次排开，此外，各端口也可以在垂直于图1所示平面的平面内依次排开，又或者各端口在上述两个平面内都有分布，即该端口组件101也可以是在行列上都设有端口的阵列，具体此处不做限定。例如，从图1所示的方向看，该端口组件101可以包括第一端口101a所在的第一列以及第二端口101b所在的第二列，在第一列上还可以有多个其他端口在第一端口101a之后依次排列，同理在第二列上也可以有多个其他端口在第二端口101b之后依次排列。

图2为透镜组件的一种结构示意图。可以理解的是，不同的透镜(包括凸透镜和凹透镜等)可以对光束起到汇聚或发散的作用，因此可以使得光束射到空间调制器104上形成的光斑大小发生变化。例如，图2中透镜组件102包括A透镜102a和B透镜102b，其中，A透镜102a为凸透镜，那么第一光束经过A透镜102a后光束宽度变小，B透镜102b为凹透镜，那么第一光束经过B透镜102b后光束宽度变大。

需要说明的是，如果某些端口射出的第一光束的宽度满足需求，那么在该第一光束的传输路径上也可以不设置透镜来改变其光束宽度，或者在透镜组件102的相应位置处放置平面镜用于仅仅透射该第一光束。在实际应用中，该透镜组件102可以是由M个独立的透镜组合而成，当然也可以有其他的设计方式，例如，该透镜组件102也可以是一体化透光面结构，在该一体化透光面结构上的不同位置处形成不同曲率的透光面以实现对第一光束宽度的调节，关于透光组件102的结构具体此处不做限定。

需要说明的是，可以根据实际需要的光束宽度预先计算出满足要求的透镜焦距。下面提供一种可能的实现方式，其中，光束的宽度以光束的束腰半径表示。图3为光束经过透镜后束腰半径的变化示意图，若第一光束没有经过透镜或透镜的曲率无限大，则第二光束的束腰半径为ω，若第一光束经过一个焦距为f的透镜，则第二光束的束腰半径为ωˊ。根据高斯光学，透镜的焦距f可以根据下面的公式来选择。

其中，ω为第一光束的束腰半径，ωˊ为第二光束的束腰半径，f为该透镜的焦距，d为第二光束的束腰位置距离透镜的距离，z_R为第一光束的瑞利距离，z_R＝πω²/λ，λ为第一光束的波长。

可选的，透镜组件102中的透镜可以是变焦透镜，例如采用液体可变焦透镜等，可以随时调整各个透镜的焦距，那么也就可以随时调整经过同一透镜的第一光束的宽度，以实现每个端口可以适用多种功能。

需要说明的是，色散组件103通常可以是光栅或者棱镜等结构，能将第二光束按照波长分解为多个子波长光束，每个子波长光束的波长不同。可以理解的是，每个子波长光束分别透射到空间调制器104的不同位置。例如，每条第二光束经过色散组件103后均分解为两个子波长光束。具体的，第二光束经过色散组件103后分解得到的子波长光束的数量以实际应用为准，此处不做限定。

可选的，空间调制器104具体可以是多种不同的结构，例如可以是液晶调制器、硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)阵列以及微机电系统(Microelectromechanical Systems，MEMS)微镜阵列等，具体此处不做限定。

以空间调制器104具体是LCoS为例，LCoS具有像素化的可调制区域，通过调制对应波长区域的像素可以改变每个子波长光束的反射方向。以空间调制器104具体是MEMS微镜阵列为例，MEMS微镜阵列由多个可旋转的反射镜组成，通过旋转反射镜调整子波长光束的反射方向。具体的，某一子波长光束射入空间调制器104后，空间调制器104通过改变该子波长光束的反射方向可以使得该子波长光束无损的完全反射回端口，或者使该子波长光束无法反射回端口，又或者使得部分子波长光束可以反射回端口。空间调制器104的具体调制方式以实际应用为准，此处不做限定。

可选的，端口组件101中每个端口可以划分为输入端口和输出端口。可以理解的是，输入端口用于将输入的第一光束传输至每个输入端口对应的透镜，空间调制器104反射回的子波长光束经过色散组件103的合波后，合波的光束依次通过反射元件105和透镜组件102传输至输出端口。

在本申请实施例中，由于SLM上光斑大小的不同会导致对应光束所适用的功能不同，例如，较小光斑对应的光束适用于波长阻塞功能，较大光斑对应的光束适用于光谱整体调整。而本申请提供的光处理装置中，端口组件包括至少两个端口，透镜组件中每个透镜可以调节来自端口的光束的宽度，即经过透镜后光束的宽度可以变大，也可以变小，又或者保持不变，进而不同宽度的光束在SLM形成的光斑大小也存在差异，因此使得光谱处理装置的多个端口可以用于实现不同功能，丰富了该光谱处理装置的功能。

上述图1列举了本申请中第一种光谱处理装置的结构，下面介绍本申请中光谱处理装置其他可能的结构。

请参阅图4以及图5。图4为本申请实施例提供的第二种光谱处理装置的结构侧视图，图5为本申请实施例提供的第二种光谱处理装置的结构俯视图。该光谱处理装置包括：端口组件101、透镜组件102、色散组件103、空间调制器104以及第一透镜106。其中，关于端口组件101、透镜组件102、色散组件103以及空间调制器104的描述与上述图1所示实施例的相关描述类似，具体此处不再赘述。

端口组件101中每个端口用于将输入的第一光束传输至每个端口对应的透镜。透镜组件102中每个透镜用于调节第一光束的宽度得到第二光束，并使第一光束传输至色散组件103。色散组件103用于在第一平面(如图5所示的平面)内将第二光束分解为多个子波长光束，并使多个子波长光束传输至第一透镜106。第一透镜106用于在第一平面内将多个子波长光束折射至空间调制器104，且在第二平面(如图4所示的平面)内将多个子波长光束透射至空间调制器104，其中，第一平面与第二平面垂直。空间调制器104用于对多个子波长光束进行调制，并将调制后的至少一个子波长光束反射至第一透镜106。第一透镜106还用于在第一平面内将上述至少一个子波长光束折射至色散组件103，且在第二平面内将至少一个子波长光束透射至色散组件103。色散组件103还用于对上述至少一个子波长光束进行合波，并将合波后的光束通过透镜组件102传输至端口组件101。

需要说明的是，图6为第一透镜的结构示意图。该第一透镜106为柱透镜，从图6中可以看出，子波长光束经过第一透镜106时只会在第一平面上发生折射，而在第二平面上并不会发生折射。因此，从第一平面的方向看第一透镜106可以通过折射使得各子波长光束传输至空间调制器104，并且从第二平面的方向看各子波长光束不会由于折射而集中投射至空间调制器104的同一位置，在保证了各子波长光束可以传输至空间调制器104的同时，避免了由于各子波长光束投射在空间调制器104的同一位置而引起的错乱。例如，从图4中可以看出，第一端口101a、第二端口101b以及第三端口101c射出的光束最终分别投射在空间调制器104的不同位置处，便于空间调制器104反射的光束传输至对应的端口。

请参阅图7以及图8。图7为本申请实施例提供的第三种光谱处理装置的结构侧视图，图8为本申请实施例提供的第三种光谱处理装置的结构俯视图。该光谱处理装置包括：端口组件101、透镜组件102、色散组件103、空间调制器104、第一透镜106以及第二透镜107。其中，关于端口组件101、透镜组件102、色散组件103以及空间调制器104的描述与上述图1所示实施例的相关描述类似，具体此处不再赘述。

端口组件101中每个端口用于将输入的第一光束传输至每个端口对应的透镜。透镜组件102中每个透镜用于调节第一光束的宽度得到第二光束，并使第一光束传输至第二透镜107。第二透镜107用于在第二平面(如图7所示的平面)内将第二光束折射至色散组件103。色散组件103用于在第一平面(如图8所示的平面)内将第二光束分解为多个子波长光束，并使多个子波长光束传输至第一透镜106，其中，第一平面与第二平面垂直。第一透镜106用于在第一平面以及第二平面内将多个子波长光束折射至空间调制器104。空间调制器104用于对多个子波长光束进行调制，并将调制后的至少一个子波长光束反射至第一透镜106。第一透镜106还用于在第一平面以及第二平面内将上述至少一个子波长光束折射至色散组件103。色散组件103还用于对上述至少一个子波长光束进行合波，并将合波后的光束依次通过第二透镜107以及透镜组件102传输至端口组件101。

可选的，上述第一透镜106和第二透镜107可以采用标准的4f光学透镜布局方式。具体的，第一透镜106位于色散组件103与透镜组件102之间，第二透镜107位于色散组件103与空间调制器104之间，第一透镜106与色散组件103之间的距离等于第一透镜106的焦距，第二透镜107与色散组件103之间的距离等于第二透镜107的焦距，第二透镜107与空间调制器104之间的距离等于第二透镜107的焦距。

需要说明的是，本实施例中的第一透镜106不同于图4以及图5所示实施例中的第一透镜106。在本实施例中，第一透镜106可以是常用的凸透镜，在第一平面以及第二平面内均对第二光束进行折射。

另外，该第二透镜107为柱透镜，图9为第二透镜的结构示意图。不同于图6所示的柱透镜，第一光束经过第二透镜107时只会在第二平面上发生折射，而在第一平面上并不会发生折射。

上面介绍了三种光谱处理装置可能的结构，在上述三种结构中每个端口都可以采用一个环形器用于分离输入信号和输出信号。那么可选的，端口组件101中每个端口也可以划分为输入端口和输出端口。基于区分输入端口和输出端口的光谱处理装置，其结构也可能会存在一些变化，下面进行举例说明。

以图5所提供的第二种光谱处理装置为例，图10为本申请实施例提供的第四种光谱处理装置的结构俯视图。具体的，输入端口和输出端口在第一平面内并排放置，在输入方向上每个输入端口用于将输入的第一光束传输至每个输入端口对应的透镜，在输出方向上色散组件103合波后的光束通过透镜组件102传输至于输入端口对应的输出端口。从图10可以看出，除了每个端口划分为输入端口和输出端口之外，透镜组件102、色散组件103、空间调制器104以及第一透镜106的结构与图5所示实施例的结构并无变化，只是SLM对各子波长光束的反射方向进行了调整，以使得色散组件103合波后的光束可以传输至输入端口对应的输出端口。上述实施例提供的其他几种光谱处理装置也可以按照图10所示的方式区分输入端口和输出端口，此处不再一一赘述。

需要说明的是，该光谱处理装置还可以有多种不同于上述举例的其他结构，而基于上述思路的结构变形均在本申请的保护范围之内，下面再提供一种光谱处理装置可能的结构。

请参阅图11以及图12。图11为本申请实施例提供的第五种光谱处理装置的结构侧视图，图12为本申请实施例提供的第五种光谱处理装置的结构俯视图。

该光谱处理装置包括：端口组件101、透镜组件102、色散组件103、空间调制器104、第一透镜106、第二透镜107以及第三透镜108。其中，关于端口组件101、透镜组件102、色散组件103以及空间调制器104的描述与上述图1所示实施例的相关描述类似，具体此处不再赘述。

端口组件101中每个输入端口用于将输入的第一光束传输至每个端口对应的透镜。透镜组件102中每个透镜用于调节第一光束的宽度得到第二光束，并使第一光束传输至第三透镜108。第三透镜108用于在第一平面(如图11所示的平面)内将第二光束折射至第二透镜107。第二透镜107用于在第二平面(如图10所示的平面)内将第二光束折射至色散组件103，其中，第一平面与第二平面垂直。色散组件103用于在第一平面内将第二光束分解为多个子波长光束，并使多个子波长光束传输至第一透镜106。第一透镜106用于在第一平面以及第二平面内将多个子波长光束折射至空间调制器104。空间调制器104用于对多个子波长光束进行调制，并将调制后的至少一个子波长光束反射至第一透镜106。第一透镜106还用于在第一平面以及第二平面内将上述至少一个子波长光束折射至色散组件103。色散组件103还用于对上述至少一个子波长光束进行合波，并将合波后的光束依次通过第二透镜107、第三透镜108以及透镜组件102传输至输入端口对应的输出端口。

需要说明的是，本实施例中的第一透镜106与图7以及图8所示实施例中的第一透镜106类似，具体此处不再赘述。本实施例中的第二透镜107不同于图7以及图8所示实施例中的第二透镜107。在本实施例中，第二透镜107可以是常用的凸透镜，在第一平面以及第二平面内均对第二光束进行折射。

另外，该第三透镜108为柱透镜，该第三透镜108的结构与图6所示的柱透镜类似，具体此处不再赘述。

可选的，在上述列举的各种光谱处理装置的基础上，光谱处理装置中还可以设置有偏振组件109，该偏振组件109与透镜组件102相邻，且从光束的输入方向来看，该偏振组件109位于透镜组件102之后。具体的，在光束的输入方向上，偏振组件109用于对第二光束进行偏振分离得到第一偏振光束(o光)和第二偏振光束(e光)，并使第一偏振光束和第二偏振光束沿输入方向继续传输，其中，第一偏振光束与第二偏振光束具有相互正交的偏振分量。相应的，在光束的输出方向上，偏振组件109用于恢复该第一偏振光束和第二偏振光束分离前的状态，并使恢复后的光束沿输出方向继续传输。

下面以图4所示的第二种光谱处理装置的结构为例对包括偏振组件109的光谱处理装置进行描述。图13为本申请实施例提供的第六种光谱处理装置的结构侧视图。该光谱处理装置包括：端口组件101、透镜组件102、色散组件103、空间调制器104、第一透镜106以及偏振组件109。其中，关于端口组件101、透镜组件102、色散组件103以及空间调制器104的描述与上述图1所示实施例的相关描述类似，具体此处不再赘述。具体的，偏振组件109在第二平面内(图13所示的平面)将第二光束分解为第一偏振光束(如图13中实线所示)和第二偏振光束(如图13中虚线所示)。另外，对于上述列举的其他几种光谱处理装置的结构，也都可以参照图13所示的方式设置偏振组件109，此处不再一一赘述。

需要说明的是，光谱处理装置所适用的功能除了对SLM上形成的光斑大小有不同要求外，对各端口的插损(Insertion Loss，IL)也有不同的要求。以图4所示的光谱处理装置为例，在光学设计上，端口离第一透镜106的光轴越近，该端口的插损越小。那么在端口的分布设计上，各端口可以相对于第一透镜106的光轴呈对称分布，以便于在使用时区分各端口的插损，从而选择相应的端口实现不同的功能。那么可以理解的是，对应上述光谱处理装置的不同结构，各端口的对称分布情况也会不同。具体的，在图1所示的光谱处理装置中，各端口可以在垂直于图1所示平面的平面上相对于反射元件105的光轴呈对称分布。在图7所示的光谱处理装置中，各端口可以在相对于第一透镜106或第二透镜107的光轴呈对称分布。在图11所示的光谱处理装置中，各端口可以在相对于第一透镜106、第二透镜107或第三透镜108的光轴呈对称分布。

例如，端口组件101共用5个端口依次排开，分别为端口1-5。假如这5个端口一共需要分配3中不同的功能，其中1个端口用于实现波长阻塞，2个端口用于实现动态光谱调整，2个端口用于实现光谱扫描功能。那么根据插损需求分析，由于端口3位于中间位置，距离光轴最近插损最小，因此分配端口1用于实现波长阻塞，并且由于要实现波长阻塞端口1射出的光束在空间调制器104上投射的光斑应当较小；端口1和端口5位于边缘位置插损最大，因此分配端口1和端口5用于实现对插损不敏感的光谱扫描功能，并且为了提高光谱处理装置的光谱扫描精度，端口1和端口5射出的光束在空间调制器104上投射的光斑应当较小；端口2和端口4位于中间端口和边缘端口之间，插损相对适中，因此分配端口2和端口4用于实现动态调整光谱的功能，并且光谱动态调整需要光谱的曲线调整后比较平滑，端口2和端口4射出的光束在空间调制器104上投射的光斑应当较大。

可以理解的是，端口组件101中各端口所分配功能以实际应用为准，具体此处不做限定。

图14为本申请实施例提供的可重构光分插复用器(Reconfigurable OpticalAdd-Drop Multiplexer，ROADM)的结构示意图。ROADM包括上波模块201、下波模块202以及光谱处理装置203。其中，光谱处理装置203可以是上述图1、图4、图5、图7、图8、图10、图11、图12以及图13中所示的任一结构。该光谱处理装置203用于实现如动态调整光谱、光谱扫描以及波长阻塞等光谱处理功能。上波模块201可以包括多个发射机，用于从光谱处理装置203的端口组件上载本地的光波长信号。下波模块202可以包括多个接收机，用于从光谱处理装置203的端口组件下载本地的光波长信号。

下面请参阅图15，图15所示的实施例提供了一种通过光谱处理装置的信号传输方法。

具体的，本申请实施例中的光谱处理装置为图1所示实施例中的光谱处理装置结构，此处不再赘述。

该方法包括：

1501、通过端口组件中每个端口将输入的第一光束传输至每个端口所对应的透镜；

1502、通过透镜组件中每个透镜调节第一光束的宽度得到第二光束，并使第二光束传输至反射元件；

1503、通过反射元件将第二光束反射至色散组件；

1504、通过色散组件将第二光束分解为多个子波长光束，并使多个子波长光束传输至反射元件；

1505、通过反射元件将多个子波长光束反射至SLM；

1506、通过SLM对多个子波长光束进行调制，并将调制后的至少一个子波长光束反射至反射元件；

1507、通过反射元件将至少一个子波长光束反射至色散组件；

1508、通过色散组件对至少一个子波长光束进行合波，并将合波后的光束依次通过反射元件以及透镜组件传输至端口组件。

在本申请实施例中，由于SLM上光斑大小的不同会导致对应光束所适用的功能不同，例如，较小光斑对应的光束适用于波长阻塞功能，较大光斑对应的光束适用于光谱整体调整。而本申请提供的光处理装置中，端口组件包括至少两个端口，透镜组件中每个透镜可以调节来自端口的光束的宽度，即经过透镜后光束的宽度可以变大，也可以变小，又或者保持不变，进而不同宽度的光束在SLM形成的光斑大小也存在差异，因此使得光谱处理装置的多个端口可以用于实现不同功能，丰富了该光谱处理装置的功能。

下面请参阅图16，图16所示的实施例提供了另一种通过光谱处理装置的信号传输方法。

具体的，本申请实施例中的光谱处理装置为图4和5所示实施例中的光谱处理装置结构，此处不再赘述。

该方法包括：

1601、通过端口组件中每个端口将输入的第一光束传输至每个端口所对应的透镜；

1602、通过透镜组件中每个透镜调节第一光束的宽度得到第二光束，并使第二光束传输至色散组件；

1603、通过色散组件在第一平面内将第二光束分解为多个子波长光束，并使多个子波长光束传输至第一透镜；

1604、通过第一透镜在第一平面内将多个子波长光束折射至SLM，且在第二平面内将多个子波长光束透射至SLM，第二平面垂直于第一平面；

1605、通过SLM对多个子波长光束进行调制，并将调制后的至少一个子波长光束反射至第一透镜；

1606、通过第一透镜在第一平面内将至少一个子波长光束折射至色散组件，且在第二平面内将至少一个子波长光束透射至色散组件；

1607、通过色散组件对至少一个子波长光束进行合波，并将合波后的光束通过透镜组件传输至端口组件。

下面请参阅图17，图17所示的实施例提供了另一种通过光谱处理装置的信号传输方法。

具体的，本申请实施例中的光谱处理装置为图7和8所示实施例中的光谱处理装置结构，此处不再赘述。

该方法包括：

1701、通过端口组件中每个端口将输入的第一光束传输至每个端口所对应的透镜；

1702、通过透镜组件中每个透镜调节第一光束的宽度得到第二光束，并使第二光束传输至第二透镜；

1703、通过第二透镜在第二平面内将第二光束折射至色散组件；

1704、通过色散组件在第一平面内将第二光束分解为多个子波长光束，并使多个子波长光束传输至第一透镜，第一平面与第二平面垂直；

1705、通过第一透镜在第一平面以及第二平面内将多个子波长光束折射至SLM；

1706、通过SLM对多个子波长光束进行调制，并将调制后的至少一个子波长光束反射至第一透镜；

1707、通过第一透镜在第一平面以及第二平面内将至少一个子波长光束折射至色散组件；

1708、通过色散组件对至少一个子波长光束进行合波，并将合波后的光束依次通过第二透镜以及透镜组件传输至端口组件。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。