技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光子學(xué)，并且更具體地，涉及一種微機電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical-system，MEMS)光子交換機的設(shè)備和方法。

背景技術(shù)：

一種光子交換機為三維(three dimensional，3D)微機電系統(tǒng)光子交換機。MEMS光子交換機具有優(yōu)異的性能，例如實現(xiàn)高端口計數(shù)的能力。同樣，MEMS光子交換機具有優(yōu)異的光學(xué)性能，例如低損耗、低偏振依賴性、高線性度和低噪聲。另外，MEMS光子交換機具有優(yōu)異的關(guān)斷狀態(tài)性能，例如高隔離度和低串?dāng)_。

然而，MEMS光子交換機具有限制其廣泛使用的一些問題，例如較慢的切換速度以及由復(fù)雜的控制方法驅(qū)動。當(dāng)MEMS光子交換機在三級CLOS交換機等級聯(lián)配置中使用或在跨越光子交換網(wǎng)絡(luò)建立中轉(zhuǎn)多個節(jié)點的路徑時，這尤其成問題。同樣，控制方法可能留下由交換機引入的剩余調(diào)制，這會干擾交換機的級聯(lián)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在一個實施例中，一種對準(zhǔn)微機電系統(tǒng)(MEMS)光子交換機的反射鏡的方法包括：在第一時間段期間，由第一控制光束照射與所述MEMS光子交換機的第一反射鏡陣列的第一反射鏡相關(guān)的第一組光電二極管，以及在第二時間段期間，由第二控制光束照射與所述第一反射鏡陣列的第二反射鏡相關(guān)的第二組光電二極管，其中所述第二控制光束在所述第一時間段期間關(guān)閉，所述第一控制光束在所述第二時間段期間關(guān)閉，并且所述第二時間段在所述第一時間段之后。該方法還包括：在第三時間段期間，由所述第一控制光束照射所述第一組光電二極管，其中所述第二控制光束在所述第三時間段期間關(guān)閉，并且所述第三時間段在所述第二時間段之后。

在一個實施例中，一種控制系統(tǒng)包括：第一光信號發(fā)射(iniect)模塊，用于在第一時隙期間，將第一多個控制光束發(fā)射到微機電系統(tǒng)(MEMS)光子交換機的第一準(zhǔn)直器陣列的第一部分準(zhǔn)直器，使其被所述MEMS光子交換機的第一反射鏡陣列的第一部分反射鏡反射，并且在第二反射鏡陣列上形成第一多個光束斑，以及在第二時隙期間，將第二多個控制光束發(fā)射到所述第一準(zhǔn)直器陣列的第二部分準(zhǔn)直器，使其被所述第一反射鏡陣列的第二部分反射鏡反射，并且在所述第二反射鏡陣列上形成第二多個光束斑，其中所述第二時隙在所述第一時隙之后，所述第二多個控制光束在所述第一時隙期間關(guān)閉，并且所述第一多個控制光束在所述第二時隙期間關(guān)閉。該控制系統(tǒng)還包括：耦合至所述MEMS光子交換機的反射鏡獲取控制單元，其中所述反射鏡獲取控制單元用于在所述第一時隙期間從所述第二反射鏡陣列上的第一多個光電二極管接收第一多個信號，以檢測所述第一多個光束斑，并且從所述第二反射鏡陣列上的第二多個光電二極管接收第二多個信號，以檢測所述第二多個光束斑。此外，該控制系統(tǒng)包括：耦合至所述反射鏡獲取控制單元的反射鏡驅(qū)動器，其中所述反射鏡驅(qū)動器用于耦合至所述MEMS光子交換機，在所述第一時隙期間根據(jù)所述第一多個信號控制所述第一部分反射鏡，以及在所述第二時隙期間根據(jù)所述第二多個信號控制所述第二部分反射鏡。

在一個實施例中，一種控制系統(tǒng)包括：處理器和存儲有供該處理器執(zhí)行的程序的計算機可讀存儲介質(zhì)。該程序包括指令，用于：根據(jù)成幀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生光學(xué)控制光束的序列，將所述光學(xué)控制光束的序列耦合至微機電系統(tǒng)(MEMS)光子交換機的準(zhǔn)直器陣列，使其被所述MEMS光子交換機的第一反射鏡陣列的反射鏡反射，并在所述MEMS光子交換機的第二反射鏡陣列上生成光束斑，以及從所述第二反射鏡陣列上的多個光電二極管接收多個信號，并根據(jù)所述多個信號控制所述第一反射鏡陣列的反射鏡。

上文已經(jīng)相當(dāng)寬泛地概述了本發(fā)明實施例的特征，從而能夠更好地理解隨后的本發(fā)明的詳細說明。本發(fā)明實施例的另外特征和優(yōu)點將在下文中進行描述，這形成了本發(fā)明權(quán)利要求的主題。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，所公開的概念和具體實施例可以容易地用作修改或設(shè)計用于實現(xiàn)本發(fā)明相同目的的其他結(jié)構(gòu)或過程的基礎(chǔ)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)認識到，這類等效構(gòu)造并不偏離所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的精神和范圍。

附圖說明

為了更完整地理解本發(fā)明及其優(yōu)點，現(xiàn)在參照結(jié)合附圖進行的以下描述，其中：

圖1示出了微機電系統(tǒng)(MEMS)光子交換機的實施例；

圖2示出了MEMS反射鏡結(jié)構(gòu)的實施例；

圖3示出了MEMS反射鏡的常平架的實施例；

圖4示出了MEMS反射鏡結(jié)構(gòu)的另一個實施例；

圖5A至圖5E示出了具有填隙式(interstitial)光電二極管的MEMS反射鏡陣列的實施例；

圖6示出了具有填隙式光電二極管的MEMS反射鏡陣列的系統(tǒng)的實施例；

圖7示出了具有填隙式光電二極管的MEMS陣列上光束斑的實施例；

圖8示出了具有消色差準(zhǔn)直器的MEMS模塊的實施例；

圖9示出了在控制波長處比業(yè)務(wù)波長處具有更長有效焦距的MEMS模塊的實施例；

圖10示出了在控制波長處比業(yè)務(wù)波長處具有更短有效焦距的MEMS模塊的實施例；

圖11示出了在反射鏡上集成有光電二極管的MEMS反射鏡陣列的實施例；

圖12A至圖12C示出了具有填隙式光電二極管以及在反射鏡上集成有光電二極管的MEMS反射鏡陣列的實施例；

圖13示出了MEMS反射鏡的振動響應(yīng)的曲線圖；

圖14示出了用于對準(zhǔn)具有集成光電二極管的MEMS反射鏡的幀結(jié)構(gòu)的實施例；

圖15示出了用于對準(zhǔn)具有集成光電二極管的MEMS反射鏡的幀結(jié)構(gòu)的另外的實施例；

圖16示出了控制光源的實施例；

圖17示出了控制光源的另一個實施例；

圖18示出了用于對準(zhǔn)具有集成光電二極管的MEMS反射鏡的控制結(jié)構(gòu)的實施例；

圖19示出了具有填隙式光電二極管的MEMS反射鏡陣列的不確定區(qū)域；

圖20示出了具有填隙式光電二極管的MEMS反射鏡陣列的光電二極管響應(yīng)；

圖21示出了具有填隙式光電二極管的MEMS反射鏡陣列的不確定區(qū)域；

圖22示出了MEMS反射鏡陣列編號方案的實施例；

圖23示出了用于對準(zhǔn)具有集成光電二極管的MEMS反射鏡的幀結(jié)構(gòu)的實施例；以及

圖24示出了對準(zhǔn)具有集成光電二極管的MEMS反射鏡的方法實施例的流程圖。

除非另有說明，不同附圖中對應(yīng)的標(biāo)號和符號通常指代相對應(yīng)的部件。附圖被繪制成清楚地說明實施例的相關(guān)方面，并不一定按比例繪制。

具體實施方式

一開始就應(yīng)當(dāng)理解，雖然下面提供了一個或多個實施例的示例性實現(xiàn)方式，但是公開的系統(tǒng)和/或方法可以使用任何數(shù)量的無論是當(dāng)前已知還是現(xiàn)有的技術(shù)來實現(xiàn)。本公開決不受限于下文示出的示例性實現(xiàn)方式、附圖以及技術(shù)，包括本文示出和描述的示例性設(shè)計和實現(xiàn)方式，而是可以在所附權(quán)利要求的范圍及其所有的等效范圍內(nèi)進行修改。

在一個實施例中，光電二極管集成在光子交換機中的微機電系統(tǒng)(MEMS)反射鏡陣列上。具有控制波長的光束在兩個方向上傳播，通過光子交換機。光學(xué)控制光束和集成光電二極管用于對準(zhǔn)反射鏡陣列的反射鏡，從而獲得初始對準(zhǔn)并維持服務(wù)中(in-service)連接的對準(zhǔn)。單獨時隙用于獲得連接的初始對準(zhǔn)并維持服務(wù)中反射鏡的對準(zhǔn)，從而使得不同對準(zhǔn)不會彼此干擾。在不同的時隙施加控制光，以維持服務(wù)中反射鏡的對準(zhǔn)并對準(zhǔn)新的連接時，使用幀結(jié)構(gòu)。在另外的實例中，使用幀結(jié)構(gòu)，以允許在初始對準(zhǔn)時隙的不同時隙中初始地設(shè)置多個反射鏡。在附近的反射鏡被初始地對準(zhǔn)時，服務(wù)中反射鏡不會被鎖定較長的時間。這可降低這些反射鏡的振動擾動在一段較長時間內(nèi)得不到校正的風(fēng)險。

控制光具有不同于業(yè)務(wù)光(traffic light)的波長。各種反射鏡的控制光可在不同的時隙中打開和關(guān)閉。時隙的長度可短于MEMS反射鏡由于蓄意電極驅(qū)動信號或由于振動的影響移動顯著的量的最小時間。一些時隙用于維持現(xiàn)有連接的反射鏡對準(zhǔn)，而其他一些時隙用于設(shè)置新的連接。

通過采用與用于維持在適當(dāng)位置的服務(wù)中反射鏡的時隙不同的時隙將設(shè)置的反射鏡對準(zhǔn)，反射鏡設(shè)置不會干擾服務(wù)中反射鏡的控制。設(shè)置的反射鏡可通過進一步細分時隙的設(shè)置部分而彼此隔離，便于同時設(shè)置MEMS交換機中所有的反射鏡?？刂平Y(jié)構(gòu)可以與含有集成在反射鏡之間和/或反射鏡之上的光電二極管的MEMS反射鏡陣列一起使用。

三維(3D)MEMS光子交換機可使用一個或兩個可操縱的反射鏡陣列，以便在準(zhǔn)直器陣列之間形成可交換的光路。當(dāng)使用一個反射鏡陣列時，反射鏡陣列被布置成與靜態(tài)平面或近似平面回射(retro-reflective)反射鏡相對。在本實例中，控制波長在兩個方向上傳播穿過光子交換機，只照射各自控制載波路徑上遇到的第二反射鏡周圍的光電二極管。

圖1示出了MEMS光子交換器100，是一種具有兩個陣列的可操縱反射鏡的三維(3D)MEMS光子交換器。MEMS光子交換器100含有反射鏡陣列104和106。光例如從光纖，經(jīng)由準(zhǔn)直器陣列102進入并入射到反射鏡陣列104的反射鏡上。調(diào)整反射鏡陣列104的反射鏡在兩個平面中的角度，使光入射到反射鏡陣列106的適當(dāng)反射鏡上。反射鏡陣列106的反射鏡與準(zhǔn)直器陣列108的特定輸出端口相關(guān)聯(lián)。同樣，調(diào)整反射鏡陣列106的反射鏡在兩個平面中的角度，使來自反射鏡陣列104的適當(dāng)反射鏡的入射光束耦合到適當(dāng)?shù)妮敵龆丝?。于是，光在?zhǔn)直器陣列108的例如耦合到光纖的準(zhǔn)直器中出射。類似地，光進入準(zhǔn)直器陣列108，被反射鏡陣列106的反射鏡反射，被反射鏡陣列104的反射鏡反射，并通過準(zhǔn)直器陣列102出射。

反射鏡陣列具有可操縱的3D-MEMS反射鏡(此處稱為MEMS反射鏡)陣列，其通過相關(guān)的準(zhǔn)直器反射投射到其上的光束。接著，反射光束在相對反射鏡陣列上的相對反射鏡上反射。因而，NxN MEMS光子交換模塊含有N個輸入反射鏡，其中每個可以接入相對反射鏡陣列上的N個反射鏡的任一個，反之亦然。利用NxN交換機的2N個可操縱的反射鏡，這使得反射鏡計數(shù)與交換機的端口計數(shù)線性地增長。對于構(gòu)建光子交換機的許多其他方法，反射鏡計數(shù)或交叉點計數(shù)隨著端口計數(shù)的平方增長。因而，MEMS光子交換機能夠擴大到大的端口計數(shù)，而一些其他途徑受限于反射鏡計數(shù)或交叉點計數(shù)。然而，隨著MEMS光子交換機中端口計數(shù)的增長，反射鏡之間合適的最小光路長度和/或合適的最大反射鏡偏轉(zhuǎn)角增加。

用改性硅晶片工藝制造MEMS光子交換機100中的MEMS反射鏡。圖2示出了可具有約550μm至約2.5mm，例如約1mm直徑的MEMS反射鏡結(jié)構(gòu)110的實施例。MEMS反射鏡結(jié)構(gòu)110含有反射鏡112，反射鏡112懸置在軸承114和116的兩個軸之上以使其克服軸承的扭簧作用而傾斜，該扭簧作用試圖將反射鏡112維持在特定位置。在反射鏡112下面，對于1mm的反射鏡，在約80μm至100μm的距離處，有三個或四個分段板偏轉(zhuǎn)電極。當(dāng)使用四個電極時，每個電極可與反射鏡象限相關(guān)聯(lián)。當(dāng)向電極施加電壓時，反射鏡112通過靜電吸附朝著該電極被吸引，克服硅扭簧的彈簧作用扭動。通過調(diào)整一個或多個電極上施加的驅(qū)動電壓，可以在角度方向和幅度上控制該偏轉(zhuǎn)。對于從靜止?fàn)顟B(tài)起最大光束偏差為10到14度，或者峰到峰光束偏差為20到28度，驅(qū)動電壓可高達幾百伏，平面外最大反射鏡偏轉(zhuǎn)為5到7度。

圖3示出了常平架120，為可以用作軸承114或軸承116的常平架的實例。常平架120可以由硅扭簧制造，其試圖將反射鏡返回到其平面位置。當(dāng)反射鏡移動時，驅(qū)動電壓在一個或多個象限電極上的吸引力和增加的彈簧張力之間的關(guān)系確定反射鏡最終的指向角度。

圖4示出了含有常平架固定的可移動反射鏡132的反射鏡結(jié)構(gòu)130，反射鏡132由具有樞轉(zhuǎn)的y軸和樞轉(zhuǎn)的x軸的常平架環(huán)131支撐。作為一個軸上的樞軸的彈簧135和137促進了x軸上的運動，作為正交軸上的樞軸的彈簧134和136促進了y軸上的運動。

使用象限電極138、139、140和141沿著彈簧135和137之間以及彈簧134和136之間形成的這兩個軸調(diào)整反射鏡的偏轉(zhuǎn)角。向象限電極139施加驅(qū)動電壓，導(dǎo)致反射鏡朝著該電極被吸引，使反射鏡克服彈簧135和137的彈簧作用而扭動，直到電極的吸引力由彈簧的扭力平衡，產(chǎn)生負向x反射鏡偏轉(zhuǎn)。同理，單獨向象限電極140、141和138施加驅(qū)動電壓可產(chǎn)生負向y、正向x或正向y偏轉(zhuǎn)。吸引力與電場(反射鏡和電極之間的電位差除以反射鏡和電極之間的間隙)成比例。因此，對于接地電位反射鏡，電場的極性以及反射鏡上的驅(qū)動電壓的極性是無關(guān)緊要的，并且相對的成對電極不是被差分地驅(qū)動。然而，可以驅(qū)動x軸上的一個或另一個電極以及y軸上的一個或另一個電極，以產(chǎn)生含有x和y分量的任一組合的偏轉(zhuǎn)角。通過x和y電極驅(qū)動電壓的適當(dāng)組合以及“+”/“-”電極選擇可使反射鏡指向“羅盤的所有點”。

光電二極管陣列被放置成反射鏡陣列中反射鏡之間的填隙式陣列，以便提供跨反射鏡陣列的光檢測器的檢測網(wǎng)格。在一個實例中，光電二極管與特定反射鏡相關(guān)聯(lián)。圖5A至圖5E分別示出了MEMS陣列320、330、230、240和250的示例性部分。這些陣列可以具有例如10x10(每個陣列100個反射鏡)與32x32(每個陣列1024個反射鏡)之間的任何尺寸。在具有填隙式光電二極管的MEMS陣列320中，光電二極管324布置成與四個反射鏡322等距，而在具有填隙式光電二極管的MEMS陣列330中，光電二極管334布置在圍繞MEMS反射鏡332的共享八邊形圖案中。同樣，在MEMS陣列230中，光電二極管234布置在圍繞MEMS陣列232的修正三角形構(gòu)造中，并且在MEMS陣列240中，光電二極管244布置在圍繞MEMS反射鏡242的修正正方形圖案中。此外，在MEMS陣列250中，光電二極管254布置在圍繞MEMS反射鏡252的修正六邊形圖案中。也可以是其他光電二極管布置。例如，五個、七個、八個或更多光電二極管可圍繞MEMS反射鏡布置并與其相關(guān)聯(lián)。反射鏡陣列具有一系列行和一系列列的MEMS雙軸可操縱微反射鏡，例如直徑為0.5至1.5mm。

圖6示出了含有MEMS模塊372的MEMS系統(tǒng)。反射鏡陣列382和388可以是MEMS陣列320、330、230、240、250或其他結(jié)構(gòu)。通過在輸入端和輸出端上將控制光耦合進入光纖，光纖374和396上的業(yè)務(wù)光與具有帶外波長的控制光在穿過反射鏡腔室的兩個方向上疊加。在一個實例中，光纖374和396在控制波長和業(yè)務(wù)波長處均為單模光纖。輸入光纖連接終止于輸入準(zhǔn)直器380的陣列，該陣列從光纖中的光產(chǎn)生平行光束。輸入光纖準(zhǔn)直器充當(dāng)透鏡，在投射到反射鏡陣列，例如反射鏡陣列388的反射鏡上的業(yè)務(wù)光載波波長處生成直徑稍小于MEMS反射鏡直徑的擴展的側(cè)面平行準(zhǔn)直光束，例如光束直徑為0.45-1.3mm。在控制波長處，這些光束可以是稍微發(fā)散的或稍微會聚的。當(dāng)控制光束會聚時，焦點在光路的前面?？刂乒馐诮裹c之后發(fā)散。輸出準(zhǔn)直器模塊394類似地對準(zhǔn)反射鏡陣列382。當(dāng)光發(fā)射到輸出準(zhǔn)直器時，平行準(zhǔn)直光束中心與各自的反射鏡中心對準(zhǔn)。如果存在相反路徑業(yè)務(wù)信號，準(zhǔn)直器在業(yè)務(wù)波長處投射名義上平行的光束，但是在控制光載波波長處投射會聚的或發(fā)散的光束。

反射鏡陣列及其各自的準(zhǔn)直器陣列被放置在足夠尺寸的空光學(xué)腔室的任一側(cè)，使得一個反射鏡陣列上的每個反射鏡能夠?qū)碜云浔镜販?zhǔn)直器的光束指向相對的反射鏡陣列上的每個反射鏡?？商娲?，光學(xué)腔室具有一個或多個大的平面或曲面反射鏡，用于將長的反射鏡陣列間光路合攏到較小的物理空間。

向反射鏡下面的三個或四個分段電極施加驅(qū)動電壓，可瞄準(zhǔn)或操縱反射鏡。電極與反射鏡可間隔約80到100微米。向分段施加不同的電壓，反射鏡可指向其最大偏轉(zhuǎn)范圍內(nèi)的一個角度。例如，使用來自施加的電極電壓的靜電力，使反射鏡克服試圖將反射鏡保持在其原始平面的常平架底座的彈簧張力而偏轉(zhuǎn)，最大偏轉(zhuǎn)范圍在x和y平面中均可為約正負5到7度。從反射鏡腔室?guī)С鲞@些電極的驅(qū)動線。

反射鏡陣列也含有圍繞MEMS反射鏡周邊放置的光電二極管。光電二極管跨反射鏡陣列的表面形成檢測器的網(wǎng)格，有助于在交換連接建立的初始連接階段期間的實際光束著屏放置的直接檢測。光電二極管充當(dāng)與反射鏡關(guān)聯(lián)的光控制功率傳感器，用于服務(wù)中優(yōu)化鏈路的優(yōu)化和運作中維護。也追蹤出這些光電二極管的線。為了避免產(chǎn)生數(shù)百個低幅值信號，可在反射鏡陣列上物理關(guān)聯(lián)的電子設(shè)備中放大、數(shù)字化和/或多路復(fù)用光電二極管輸出。陣列上電子設(shè)備可處于擴展的反射鏡陣列基板的正面或由單片或雜交技術(shù)生成的基板的反面。

控制器402基于相對反射鏡的光電二極管的輸出經(jīng)由驅(qū)動線控制相對反射鏡。當(dāng)對準(zhǔn)適當(dāng)?shù)姆瓷溏R以形成光路時，業(yè)務(wù)光束將僅照射目標(biāo)反射鏡和輸出準(zhǔn)直器表面，而共軸擴展控制光束將均勻照射光路中與目標(biāo)反射鏡相關(guān)聯(lián)的光電二極管。光路中第一反射鏡周圍的光電二極管不被照射，因此需要雙向控制光載波供給(feed)，以照射第一反射鏡。在設(shè)置和運作中維護期間，光束斑位置的測量提供反射鏡的指向優(yōu)化檢測。

雙向控制光束有助于光路中相對的反射鏡同時和獨立的初始對準(zhǔn)，因此，控制光束均勻地照射圍繞相對的目標(biāo)反射鏡的光電二極管。因而，反射鏡腔室模塊含有與其各自反射鏡陣列的反射鏡精確對準(zhǔn)的兩組準(zhǔn)直器，使得來自準(zhǔn)直器陣列的光纖的光形成中心軸穿過其各自反射鏡陣列的反射鏡中心的光束。這些準(zhǔn)直器陣列在業(yè)務(wù)光波長處投射經(jīng)準(zhǔn)直的光束，在控制光波長處投射共軸光束。業(yè)務(wù)光束可為平行光束，或稍微彎曲的以補償高斯光束分散。

當(dāng)?shù)谝环瓷溏R反射來自輸入準(zhǔn)直器的控制光束時，該光束投射到第二反射鏡陣列的目標(biāo)反射鏡上或附近。第一反射鏡的直徑足以反射業(yè)務(wù)光束和控制光束。目標(biāo)反射鏡周圍或不確定區(qū)域中附近反射鏡周圍的光電二極管確定由此導(dǎo)致的光束斑放置。不確定區(qū)域為光束例如由于最初盲算的反射鏡指向可初始著屏的目標(biāo)反射鏡周圍的區(qū)域。光電二極管響應(yīng)使得控制系統(tǒng)能夠計算著屏位置誤差和校正矢量，以便更好地對準(zhǔn)業(yè)務(wù)光束。當(dāng)反射鏡被對準(zhǔn)時，目標(biāo)反射鏡的光電二極管由控制光束大致均勻地照射。控制系統(tǒng)可快速補償該均勻照射的改變，以便在操作期間保持對準(zhǔn)。

光信號發(fā)射塊378和400以及光信號接收塊376和398耦合至MEMS模塊372?？蛇x的光信號接收塊376和398確認當(dāng)正確對準(zhǔn)反射鏡時，交叉交換機(cross switch)光損失低。同樣，如果在輸入端處用已知輸入特定的身份標(biāo)記或身份詞調(diào)制控制光信道，光信號接收塊376和398是有用的。目標(biāo)輸出端口上的控制光接收器可確認驗證交叉交換機連接映射的身份標(biāo)記或身份詞的接收。

光信號發(fā)射塊378和400是從系統(tǒng)相對側(cè)發(fā)射并跨MEMS模塊372反向傳播的光學(xué)對準(zhǔn)源。例如，使用光學(xué)組合器，將光學(xué)對準(zhǔn)源發(fā)射到光纖中。光學(xué)對準(zhǔn)源含有來自一個或多個激光器的光。不需要專用的激光器，這是因為控制功率相對于激光器的功率輸出低，一個激光器可經(jīng)由分光器驅(qū)動多個輸入。光纖374和396在控制波長和業(yè)務(wù)波長處均為單模的。控制波長可以是比業(yè)務(wù)波長更短的波長。例如，當(dāng)業(yè)務(wù)處于1550nm電信波段或1300電信波段時，控制波長可處于800-850nm或905-1040nm帶寬范圍內(nèi)。

圖7示出了具有填隙式光電二極管的反射鏡陣列以及光束著屏斑的一些實例。在反射鏡706上適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)業(yè)務(wù)光束710和控制光束708。該對準(zhǔn)由于其近似的本質(zhì)不太可能從初始計算發(fā)生，而是表示施加了獲取和優(yōu)化過程之后的目標(biāo)。

在一個實例中，控制光束714部分地照射目標(biāo)反射鏡，即反射鏡712。業(yè)務(wù)光束716與控制光束714共軸。控制光束714，因而業(yè)務(wù)光束716的位置可由不確定區(qū)域720中的光電二極管檢測的光確定。鎖定射向(beaming)不確定區(qū)域720中的反射鏡的相對基板上的反射鏡以及不確定區(qū)域720中的反射鏡718。被照射的光電二極管以及被檢測功率的相對量使得校正矢量的計算能夠按照到反射鏡712上光束中心的距離和角度計算。在該實例中，光束主要落到反射鏡712的左側(cè)和上方的光電二極管上，大部分功率落到離反射鏡最近的光電二極管上。照射了三個光電二極管。來自這些光電二極管的信息確定了光束著屏位點應(yīng)當(dāng)向右和向下移動作為矢量角，需要移動大約光束的直徑，以便與目標(biāo)反射鏡更好地對準(zhǔn)。該計算可基于接收最多光的光電二極管，其中該矢量大約從光電二極管的位置到目標(biāo)反射鏡的中心。在另一個實例中，所有三個被照射的光電二極管接收的功率用于通過三角測量法更準(zhǔn)確地確定光束的中心。當(dāng)使用多個光電二極管時，通?？梢栽趩蝹€周期更精確地進行對準(zhǔn)。接著，在操作期間，通過監(jiān)測反射鏡周圍的光電二極管，克服反射鏡漂移維持優(yōu)化。當(dāng)使用少于三個的光電二極管時，使用與反射鏡712相關(guān)的光電二極管作為附加步驟，光束隨后能夠更精確地位于正中。

在最初光束指向具有更寬泛容差的實例中，控制光束724和業(yè)務(wù)光束726在不確定區(qū)域732中最初著屏的位置與反射鏡722距離更遠。在初始對準(zhǔn)期間，鎖定反射鏡734和射向不確定區(qū)域732中的反射鏡734的相對基板上的反射鏡，釋放不確定區(qū)域732中與反射鏡相關(guān)的光電二極管，用于正在被設(shè)置的光束的功率檢測測量。這被測量為鎖定控制光束的接收功率之外的增量功率。光束著屏區(qū)域中的光電二極管響應(yīng)正在被設(shè)置的光束724的接收控制照射。檢測的照射值用于計算光束著屏位點的中心，或者使用接收最多光的光電二極管近似計算，或者使用三個或更多光電二極管更精確地計算，以便確定光束中心的實際位置。可計算校正矢量，以便與目標(biāo)反射鏡實現(xiàn)近似或準(zhǔn)確地對準(zhǔn)。這使光束接近被對準(zhǔn)。例如，業(yè)務(wù)光束730和控制光束728接近與反射鏡722對準(zhǔn)。如果在反射鏡722周圍的光電二極管仍然存在可檢測的誤差，可計算第二小校正矢量。

2013年8月12日提交的標(biāo)題為“微機電系統(tǒng)光子交換機的設(shè)備和方法”、申請?zhí)枮?3/964,437的美國專利申請公開了具有填隙式光電二極管的MEMS光子交換機的其他細節(jié)，在此并入本申請作為參考。

圖8示出了作為跨MEMS交換機的經(jīng)準(zhǔn)直的光束投射的業(yè)務(wù)光束和控制光束。控制光束506和業(yè)務(wù)光束508進入單模光纖502和透鏡504，并投射到反射鏡陣列510的反射鏡512上。光電二極管514圍繞反射鏡512?？刂乒馐?06和業(yè)務(wù)光束508被反射鏡512反射，射向反射鏡陣列516上的反射鏡518，光電二極管520和521圍繞反射鏡518。這兩個光束穿過透鏡522出射到單模光纖524。當(dāng)控制光束506和業(yè)務(wù)光束508分別在反射鏡512和518上的中心處時，光電二極管514、520和521不被照射，因為透鏡504和透鏡522為消色差的。

圖9示出了業(yè)務(wù)光束538和控制光束536，其中控制光束536為稍微發(fā)散的。控制光束536和業(yè)務(wù)光束538進入單模光纖502和透鏡532。透鏡532使控制光束536相對于業(yè)務(wù)光束538發(fā)散，但光束仍然是共軸的。控制光束536和業(yè)務(wù)光束538被反射鏡陣列510中的反射鏡512反射，射向反射鏡陣列516上的反射鏡518。當(dāng)控制光束536和業(yè)務(wù)光束538在反射鏡518上的中心處時，控制光束536發(fā)散以照射光電二極管520和521，而在反射鏡518上的中心處時，業(yè)務(wù)光束538不照射光電二極管520和521?？刂乒馐?34和業(yè)務(wù)光束538接著穿過透鏡532出射到單模光纖524。由于控制光束536在去往反射鏡512的路徑中發(fā)散，反射鏡512足夠大，以適應(yīng)光斑大小的增加。

對光電二極管520和521的照射差異產(chǎn)生通過調(diào)整反射鏡512來操縱光束的控制矢量，從而最小化與反射鏡518相關(guān)聯(lián)的光電二極管520和521上接收的控制光束功率的差異。當(dāng)業(yè)務(wù)光束538和控制光束536在反射鏡518上的中心處時，光電二極管上的功率大致相等，因為業(yè)務(wù)光束與控制光束共軸。由于光束斑是共軸且位于中心處的，光電二極管520和521檢測的功率量相似。

在未對準(zhǔn)的實例中，控制光束536和業(yè)務(wù)光束538從反射鏡518的中心偏移，光電二極管520比光電二極管521可能檢測更多的光。當(dāng)照射三個或更多二極管時，可通過三角測量法確定光束位置。因為光束是共軸的，當(dāng)控制光束被對準(zhǔn)時，業(yè)務(wù)光束會被對準(zhǔn)。

因為當(dāng)業(yè)務(wù)光束538在反射鏡518上的中心處時，光電二極管520被照射，光電二極管520產(chǎn)生的信號可控制服務(wù)中操作期間和初始對準(zhǔn)期間的優(yōu)化。與目標(biāo)反射鏡相關(guān)聯(lián)的光電二極管用于精細對準(zhǔn)，而不確定區(qū)域中其他光電二極管用于初始過程對準(zhǔn)。在初始對準(zhǔn)期間，可鎖定不確定區(qū)域中的其他反射鏡。反射鏡可被鎖定例如5至10ms，這比進動(precession)用于粗略對準(zhǔn)鎖定時鎖定的時間段短。通過在相對反射鏡上維持當(dāng)前X、Y驅(qū)動電壓來實現(xiàn)鎖定，而與不確定區(qū)域中反射鏡周圍的目標(biāo)反射鏡光電二極管的控制輸入無關(guān)。這釋放了不確定區(qū)域中與反射鏡相關(guān)聯(lián)的光電二極管，用作新光束位置的檢測網(wǎng)格。

圖10示出了控制光束稍微會聚且與經(jīng)準(zhǔn)直的業(yè)務(wù)光束共軸的光學(xué)鏈路。當(dāng)焦點在第二反射鏡陣列前面很遠(well before)時，控制光束展開到焦點之外，并照射第二反射鏡周圍的光電二極管。由圍繞反射鏡的光電二極管檢測的功率差異可產(chǎn)生通過調(diào)整第一反射鏡來操縱光束的控制矢量，從而最小化光電二極管接收的控制光束功率的差異。當(dāng)與反射鏡相關(guān)聯(lián)的光電二極管上的控制功率相等時，控制光束，從而業(yè)務(wù)光束位于中心處。由于業(yè)務(wù)光束與控制光束共軸，他們都采用相同的對準(zhǔn)而處于中心處。在本實例中，不需要增加反射鏡直徑以處理控制光束，因為控制光束576在反射鏡陣列510處比業(yè)務(wù)光束578小。

業(yè)務(wù)光束578和控制光束576進入單模光纖502和透鏡572。透鏡572會聚控制光束576，而業(yè)務(wù)光束578被準(zhǔn)直。光束被反射鏡陣列510上的反射鏡512反射，射向反射鏡陣列516上的反射鏡518。光束穿過透鏡574和單模光纖524出射。

因為當(dāng)業(yè)務(wù)光束578在反射鏡518上的中心處時，光電二極管520被控制光束576照射，光電二極管520產(chǎn)生的信號可控制服務(wù)中操作期間以及精細對準(zhǔn)期間初始設(shè)置操作的優(yōu)化。與跨不確定區(qū)域的反射鏡相關(guān)聯(lián)的光電二極管可用于檢測初始光束放置。有必要的話，在適當(dāng)位置鎖定不確定區(qū)域中的反射鏡。

2013年11月21日提交的標(biāo)題為“微機電系統(tǒng)光子交換機的設(shè)備和方法”、申請?zhí)枮?7/472,407HW 90000217US01的美國專利申請公開了控制波長和業(yè)務(wù)波長處具有不同焦距的準(zhǔn)直器的其他細節(jié)，在此并入本申請作為參考。

在另一個實例中，光電二極管集成在MEMS反射鏡的表面上，圖11示出了在反射鏡表面上集成有光電二極管的MEMS反射鏡的MEMS反射鏡陣列150。MEMS反射鏡陣列150含有MEMS反射鏡152，光電二極管154集成在反射鏡的表面上。

圖12A至圖12C示出了光電二極管放置在反射鏡陣列中的反射鏡之間的基板上以及反射鏡表面上的MEMS反射鏡陣列。圖12a中反射鏡陣列160示出了其中光電二極管164置于反射鏡162的表面，并且光電二極管166在四個周圍反射鏡之間等距離隔開的反射鏡162。圖12b示出了具有反射鏡582的反射鏡陣列580，光電二極管584置于反射鏡582的表面上，光電二極管586以三角形圖案放置，該三角形圖案的中心與四個周圍反射鏡的中心等距。同樣，圖12c示出了具有反射鏡592的反射鏡陣列590，光電二極管594置于反射鏡592的表面上，光電二極管596以菱形圖案放置，該菱形圖案的中心與四個周圍反射鏡的中心等距。也可以使用其他光電二極管圖案。例如，可使用更多的填隙式光電二極管。光電二極管可放置在兩個反射鏡之間的區(qū)域中，而不是在四個反射鏡之間的中心處。

填隙式光電二極管協(xié)助反射鏡光電二極管確定初始光束放置的中心。這可以通過三個或更多光電二極管響應(yīng)和光束位點中心的三角測量精確地確定。當(dāng)初始光束著屏僅照射一個光電二極管時，不能確定其在光束斑中的位置。雖然可計算光束斑距離，但是不能計算光束斑中心到該光電二極管的方向。因此，光電二極管位置可用作光束位置，這會導(dǎo)致更接近的校正矢量。一旦光被目標(biāo)反射鏡上的任何反射鏡光電二極管接收，光束可走動到反射鏡中心。

2013年11月21日提交的標(biāo)題為“微機電系統(tǒng)光子交換機的設(shè)備和方法”、申請?zhí)枮?7/472,167的美國專利申請公開了具有放置在MEMS反射鏡表面上的光電二極管的MEMS反射鏡陣列的其他細節(jié)，在此并入本申請作為參考。

一個實施例中對準(zhǔn)了反射鏡，不確定區(qū)域中沒有反射鏡的擴展鎖定。因而，所有服務(wù)中反射鏡保持完全動態(tài)控制。在一個實例中，在每個不確定區(qū)域一次設(shè)置一個新的連接。在另一個實例中，一次設(shè)置每個不確定區(qū)域的多個反射鏡。在一個實例中，所有的反射鏡被同時設(shè)置。

在適度高頻下選通控制信道照射，產(chǎn)生控制時隙?？刂茣r隙比MEMS反射鏡移動顯著距離花費的時間短。例如，MEMS反射鏡的運動可局限在1-2kHz機械諧振頻率的十倍，即極限為10-20kHz。在高很多的頻率，例如50-100kHz下選通控制信道使得能夠檢測全頻譜范圍的運動得到的反射鏡信號變化。通過最高頻率的每個周期以兩個以上照射來選通控制照射反射鏡位置，即超過奈奎斯特速率，保留了反射鏡移動的全頻譜信息。以多個選通相位進行選通，使得服務(wù)中信道被照射X％時間，被設(shè)置的反射鏡的反射鏡控制信道被照射(100-X)％時間，服務(wù)中控制信道電子設(shè)備切換到用于設(shè)置光束檢測。因為切換比反射鏡的運動發(fā)生得更快，控制電路的光學(xué)靈敏度有少許下降。該少許下降可通過稍高的控制光功率得到補償。同樣，控制帶寬沒有實際損失，其仍然高于反射鏡運動頻譜的上端。

在初始反射鏡設(shè)置和服務(wù)中反射鏡對準(zhǔn)維持之間產(chǎn)生時間上的分開防止了控制串?dāng)_，因為服務(wù)中反射鏡的控制在附近新的反射鏡電路設(shè)置期間得以維持，現(xiàn)在，服務(wù)中反射鏡和設(shè)置反射鏡的控制在時間上是分開的。因此，在附近反射鏡的設(shè)置持續(xù)時間沒有鎖定服務(wù)中反射鏡?？蓪r隙進一步細分，使得每個被設(shè)置的反射鏡在每m個設(shè)置光照射周期被照射一次，被照射設(shè)置光照射周期的持續(xù)時間的1/p，或者兩者兼有。這使得能夠在每個不確定區(qū)域同時設(shè)置m個反射鏡、p個反射鏡或m*p個反射鏡。因為選通控制的幀重復(fù)率比移動反射鏡花費的時間短很多，當(dāng)m倍的幀長比反射鏡設(shè)置時間短很多時，反射鏡設(shè)置時間不會被顯著減慢。對于100kHz幀速率，m小于約20到50。

不同的目標(biāo)反射鏡具有與其他不確定區(qū)域直徑相同但位于自身中心處的不確定區(qū)域，基于不確定區(qū)域中反射鏡的數(shù)量跨MEMS陣列的表面產(chǎn)生可用設(shè)置信道編號或相位的重復(fù)圖案。當(dāng)m*p＞n時，其中n為每個不確定區(qū)域的反射鏡數(shù)量，可同時設(shè)置陣列中所有的反射鏡。

選通到多個相位中的設(shè)置控制信道照射的分光可減小設(shè)置控制帶寬，因為奈奎斯特采樣速率降低，反射鏡位置的有效采樣速率減少到1/m。剩余的設(shè)置信道帶寬仍然足夠用于快速設(shè)置。例如，使用100kHz選通速率，其中m＝25，p＝1，在設(shè)置期間照射的單個反射鏡每毫秒被照射四次，向控制系統(tǒng)提供與高達2kHz包絡(luò)一致的奈奎斯特采樣速率。因此，在小于移動反射鏡的時間的幾分之一毫秒內(nèi)進行測量。在另一個實例中，m＝5，p＝5，不確定區(qū)域大到25個反射鏡的大小，控制帶寬保持在10kHz以上。

通過產(chǎn)生重復(fù)性高頻控制幀，可實現(xiàn)從設(shè)置控制中分離服務(wù)中控制。光電二極管及其接收器為設(shè)置相位和服務(wù)中相位收集的數(shù)據(jù)，實際上為表示反射鏡放置位置的模擬信號。這通過比較來自光電二極管的模擬信號來確定。模擬信號可被明確地采樣，并且沒有帶寬損失，只要依據(jù)奈奎斯特定理，出現(xiàn)的最高模擬頻率小于采樣頻率的一半。

MEMS反射鏡是由呈現(xiàn)機械諧振的彈簧懸置的小的質(zhì)量。對于影響MEMS反射鏡的來自外部的沖擊或振動頻率，最高的頻率傾向于被反射鏡彈簧系統(tǒng)吸收，因為在進入的振動反向力的相位之前，彈簧力沒有足夠的時間擾動反射鏡。圖13示出了反射鏡彈簧系統(tǒng)的振動響應(yīng)260。在低頻率下，振動穿過MEMS反射鏡，最高到扭轉(zhuǎn)常平架彈簧的力達到機械諧振的點。高于諧振時，響應(yīng)降低。將MEMS模塊與機械底座隔離的振動可增加滾降。反射鏡彈簧系統(tǒng)具有相當(dāng)高的諧振峰值Q。振動響應(yīng)260具有一個諧振峰值以及約20dB/十進位斜率的尾端。在其他實例中，反射鏡彈簧間隔中有兩個或多個諧振峰值。常平架彈簧可具有類似的扭轉(zhuǎn)剛度特性，但是支撐不同的質(zhì)量，在一個軸上質(zhì)量為反射鏡，在另一個軸上為反射鏡、另一組常平架彈簧和常平架環(huán)。響應(yīng)可以是限制在約20kHz的帶寬。因此，應(yīng)使用至少40kHz的采樣速率。不同的響應(yīng)可使用更低的采樣速率。

在50-100kHz速率下用不同的相位將控制信道光功率接通和關(guān)閉產(chǎn)生交替周期，其中服務(wù)中反射鏡的控制信道在一個周期被照射，被設(shè)置的反射鏡的控制信道在另一個周期被照射。服務(wù)中反射鏡的控制信道控制電路也在以下兩者之間切換：在服務(wù)中控制信道被照射期間為那些反射鏡采樣控制光束，以及在設(shè)置光束被照射期間為初始設(shè)置光束的到來形成檢測網(wǎng)格。這些周期的持續(xù)時間可大約為5到10微秒，這比MEMS反射鏡改變位置花費的時間短很多，但是對于要處理的光學(xué)檢測和控制電子設(shè)備來說是合理的低頻。

在一個實例中，設(shè)置新的連接的時間段與維持服務(wù)中連接的時間段交替。圖14示出了服務(wù)中采樣時隙272，隨后是初始設(shè)置采樣時隙274。這兩個時隙具有時間276，其可以是以50-100kHz重復(fù)率的10-20微秒。服務(wù)中反射鏡的控制光束以與被設(shè)置的反射鏡的控制光束交替的5-10微秒的幀時期被照射。當(dāng)存在服務(wù)中控制光，并且服務(wù)中控制電路正在優(yōu)化其相關(guān)反射鏡時，被設(shè)置的反射鏡的控制光載波不存在控制光，因而沒有干擾發(fā)生。服務(wù)中控制電路在服務(wù)中控制光束被照射的時期主動控制服務(wù)中反射鏡，但是接著反射鏡在下一個5-10微秒被鎖定，其光電二極管和接收器被重新設(shè)定用途，充當(dāng)設(shè)置光束著屏位點檢測器的網(wǎng)格。在服務(wù)中控制光束不被照射的相位中，被初始設(shè)置的反射鏡的控制光束被照射，被設(shè)置的反射鏡將該光束投射到不確定區(qū)域中的某個地方。不確定區(qū)域中其他反射鏡的重新設(shè)定用途的控制器的網(wǎng)格協(xié)調(diào)光束著屏位置，饋送到被設(shè)置的反射鏡的控制器。在該周期的接下來部分期間，當(dāng)服務(wù)中反射鏡被照射時，被設(shè)置的反射鏡的控制器將計算校正矢量并將該校正電壓施加到反射鏡。反射鏡移動花費大量的時間。接著，當(dāng)初始設(shè)置過程結(jié)束時，重復(fù)該過程，以確定反射鏡是否與局部設(shè)置足夠好地對準(zhǔn)。因而，服務(wù)中反射鏡和初始設(shè)置反射鏡具有連續(xù)控制。

圖15示出了各種多幀時隙。在圖案282中，15μs時隙的初始設(shè)置與5μs時隙的服務(wù)中維持交替。在該實例中，在每個不確定區(qū)域可同時設(shè)置最多三個反射鏡。在每個設(shè)置時隙設(shè)置一個反射鏡。在圖案284中，每個不確定區(qū)域被設(shè)置的三個反射鏡各自在幀的初始設(shè)置部分具有5μs的時隙。在圖案286中，在每個不確定區(qū)域可同時設(shè)置最多九個反射鏡。在幀的每個初始設(shè)置部分，三個反射鏡具有時隙，幀的設(shè)置部分本身具有三幀的多幀。因而，所有九個反射鏡在初始設(shè)置時隙被對準(zhǔn)。可以比這些實例具有更多數(shù)量的幀。例如，細分將激活幀在多幀結(jié)構(gòu)中分成4-8個間隙和4-16個幀，有助于在每個不確定區(qū)域同時設(shè)置最多16-128個反射鏡。

在適當(dāng)時隙期間，控制信號被調(diào)制成激活的。這可以通過使用單個光源和調(diào)制器陣列或光源陣列來實現(xiàn)。當(dāng)使用調(diào)制器陣列時，可在壓縮光子集成電路(photonic integratedcircuit，PIC)，例如基于硅波導(dǎo)來執(zhí)行分光功能。分光器和耦合器可以是混合電光馬赫-曾德爾陣列，例如由鈮酸鋰、二氧化硅、GaAs/AlGaAs或InP/InGaAsP制成。代替馬赫-曾德爾干涉儀，可使用幅度調(diào)制、相位調(diào)制、頻率調(diào)制或偏振調(diào)制?？墒褂秒姽釶型本征N型(pin)調(diào)制器。調(diào)制器可以是在載流子注入模式或載流子耗盡模式下操作的干涉儀類型或在載流子注入模式下操作的電吸收調(diào)制器。

圖16示出了產(chǎn)生、定時以及將光控制信道發(fā)射到MEMS模塊上的16個準(zhǔn)直器的功能?？刂萍す馄?98可以是低成本、低功耗、控制波長下的無色激光器?？刂撇ㄩL例如可以是800-850nm、980nm或1480nm。光功率在分光器304，即基于波導(dǎo)的1∶16分光器中被分成單獨的光路。這些單獨光路向馬赫-曾德爾干涉儀302饋送。在馬赫-曾德爾干涉儀中，當(dāng)兩個臂的光路長度相等時，光從完整的相長干涉穿過。然而，當(dāng)臂的光路長度不相等時，例如向一個臂施加電場時，由于相消干涉輸出信號減小。當(dāng)兩個臂之間的相移為180°時，存在完整的相消干涉，沒有輸出。使用MEMS基板光電二極管可獲得用于完整的相消干涉的適當(dāng)電場電平，以檢測反饋到控制信道幀驅(qū)動器296的信號功率，為馬赫-曾德爾干涉儀設(shè)定正確的驅(qū)動電壓。這可以在設(shè)備調(diào)試期間或在不被設(shè)置的端口上的設(shè)置時隙期間執(zhí)行。

在一個實例中，馬赫-曾德爾干涉儀302為基于聲電(壓電)效應(yīng)改變長度的硅聲光調(diào)制器，從而當(dāng)施加電場或壓力以改變尺寸時材料的尺寸發(fā)生變化。在該情況下，施加電場，以便產(chǎn)生尺寸上的變化。這適用于改變馬赫-曾德爾干涉儀一個分支(leg)的光路長度。可替代地，光調(diào)制器可基于非二氧化硅材料被混合，或者為壓電光調(diào)制器。一旦出于連接校正目的完成連接，調(diào)制也可攜帶切換路徑標(biāo)識。

馬赫-曾德爾干涉儀302由來自控制信道幀驅(qū)動器296的電信號驅(qū)動?？刂菩诺缼?qū)動器296為干涉儀選擇設(shè)置相位或服務(wù)中相位?？刂菩诺缼?qū)動器296從主定時塊中產(chǎn)生50-100kHz幀?？刂菩诺缼?qū)動器296基于來自整個MEMS控制器的輸入確定哪個端口在時隙中被驅(qū)動。

PIC300中的波導(dǎo)在控制波長處為單模的。PIC300可以采用混合光學(xué)技術(shù)，例如基于二氧化硅光波導(dǎo)。將PIC300鏈接到準(zhǔn)直器292的光纖294在控制波長和業(yè)務(wù)波長處均為單模的。業(yè)務(wù)通過業(yè)務(wù)波長端口306進入。業(yè)務(wù)光和控制光被在控制波長和業(yè)務(wù)波長處均為單模的組合器308組合。在另一個實例中，準(zhǔn)直器不使用光纖294而被直接安裝到PIC。這可以通過使用V型槽技術(shù)來實現(xiàn)，避免使用光纖294。

在另一個實施例中，使用激光器的陣列，每次向MEMS模塊輸入一個激光器。在圖17中，控制信道幀驅(qū)動器344從控制光源陣列346中選擇來源?？刂乒庠搓嚵?46可以是垂直腔表面發(fā)射激光器(vertical cavity surface emitting laser,VCSEL)陣列、另一個低成本激光器陣列、或發(fā)光二極管陣列(light emitting diode，LED)?？赏ㄟ^調(diào)制其驅(qū)動電流來控制光源。通過組合器349將控制光源陣列346的控制輸出與業(yè)務(wù)波長端口348的業(yè)務(wù)光組合。該組合的輸出接著去往準(zhǔn)直器342。

圖18示出了用于MEMS反射鏡陣列上具有填隙式光電二極管以及具有擴展控制光束的MEMS系統(tǒng)的控制系統(tǒng)440。類似的控制系統(tǒng)可與MEMS反射鏡的表面上具有光電二極管的MEMS反射鏡陣列一起使用，其中MEMS反射鏡模塊443含有準(zhǔn)直器陣列444、反射鏡陣列446、反射鏡陣列448和準(zhǔn)直器陣列450。

連接控制序列處理器466接收連接請求。初始起始點塊468提供連接反射鏡的初始起始角度。初始角度可基于MEMS陣列的幾何表征和反射鏡腔室布局。例如，輸入和輸出端口到MEMS反射鏡行和列的映射用于基于幾何形狀確定角度。在另一個實例中，初始起始點塊468也可含有角位移對x軸和y軸所需的驅(qū)動電壓的映射，其可基于陣列中少量反射鏡的測量值從通用平均值表或從相關(guān)陣列特定表導(dǎo)出?？商娲兀俏灰频挠成涫菍⒊跏夹枰姆瓷溏R角度轉(zhuǎn)化為初始需要的驅(qū)動電壓的更復(fù)雜的函數(shù)。

驅(qū)動電壓值被傳送到分別與反射鏡陣列446和反射鏡陣列448相關(guān)聯(lián)的微控制器486和310。雖然為了清楚起見將微控制器486和310描繪為每個反射鏡陣列一個微控制器，但是他們可處理成組的反射鏡或反射鏡陣列并在他們自身之間通信，以便更好地利用其容量。微控制器486和310分別將驅(qū)動值饋送到驅(qū)動反射鏡陣列446和448的反射鏡陣列驅(qū)動器470和472。

同時，連接控制序列處理器466將被設(shè)置的端口號以通信方式告知控制信道光載波發(fā)生器456和458，指示其阻止被設(shè)置的光控制信道。這就是為什么控制信道載波在其到不確定區(qū)域內(nèi)部的初始設(shè)置位置的路徑上不會濺射其他反射鏡的光電二極管。雖然濺射不會破壞已經(jīng)設(shè)置的路徑(因為控制照射的幀結(jié)構(gòu)在時間上將其分離)，但是會破壞遠程不確定區(qū)域中同時被設(shè)置的其他反射鏡的進行中的設(shè)置。輸出光分別沿著光纖452和454行進到準(zhǔn)直器陣列444和450。在一個時間段，例如約1毫秒之后，在不確定區(qū)域內(nèi)部的某個地方建立初始指向，并且控制信道光載波發(fā)生器456和458打開光信道。

控制幀主定時塊460通過提供指示系統(tǒng)是處于初始設(shè)置模式還是維持模式的信號來協(xié)調(diào)定時。門462和464使信號反向。

接收器塊474和488接收光電二極管的光響應(yīng)。

當(dāng)執(zhí)行初始對準(zhǔn)時，在不確定塊中選擇信號的塊476和490為正在被設(shè)置的反射鏡路徑選擇不確定區(qū)域中的光電二極管，并將這些信號分別傳遞給接收功率分析儀480和494。然而，當(dāng)執(zhí)行服務(wù)中位置維護時，從目標(biāo)反射鏡選擇信號的塊478和492從與正在被維持其對準(zhǔn)的反射鏡相關(guān)的光電二極管選擇信號，并將這些值傳遞給接收功率分析儀480和494。

當(dāng)設(shè)置新光束時，使用設(shè)置光束定位塊482和496。然而，當(dāng)維護服務(wù)中反射鏡時，使用服務(wù)中反射鏡優(yōu)化塊484和498。

圖19示出了含有具有填隙式光電二極管的MEMS反射鏡陣列的MEMS陣列600。反射鏡609具有將其圍繞的不確定區(qū)域604。MEMS反射鏡601、603、605、607、611、613、615和617部分或全部落入不確定區(qū)域604。同樣，光電二極管606、608、610、612、614、616、618、620、622、624、626、628、630、632、634、636、638、640、642、644、646、648、650、652、654、656、658、669、662、664、666和668落入不確定區(qū)域604。在本實例中，業(yè)務(wù)光束670和控制光束671著屏到反射鏡609的上方和右側(cè)，使得控制光束671在控制幀設(shè)置時隙或設(shè)置時隙的適當(dāng)分量期間照射光電二極管610、612、620和622。

接收功率分析儀480和494基于來自光電二極管610、612、620和622的信號識別光束著屏斑。圖20示出了在控制幀設(shè)置時隙或設(shè)置時隙的適當(dāng)分量期間不確定區(qū)域604中光電二極管的響應(yīng)680。來自這些光電二極管的值可以通過取網(wǎng)格上的光電二極管位置的平均數(shù)或取響應(yīng)的加權(quán)線性平均數(shù)算法來處理，以便更準(zhǔn)確地確定光束中心的位置。在本實例中，相比光電二極管612，業(yè)務(wù)光束的中心更靠近光電二極管610，相比光電二極管610，更靠近光電二極管620。接收功率分析儀480和494將光束著屏斑的位置傳遞到設(shè)置光束定位塊482和496。

設(shè)置光束定位塊482和496計算當(dāng)前光束位置的校正矢量，使得光束中心朝向目標(biāo)反射鏡的中心。在本實例中，使光束中心向左約反射鏡間距的一半并向下幾乎整個反射鏡間距。

微控制器486和310參照初始起始點算法468，確定實現(xiàn)期望的位置偏移所施加的校正電壓?？商娲?，微控制器486和310以Δ-電壓驅(qū)動的形式本地存儲該信息，以便在相對基板上產(chǎn)生光束移動單元。微控制器486和310將該驅(qū)動電壓傳遞到調(diào)整與目標(biāo)反射鏡相對的反射鏡的位置的反射鏡陣列驅(qū)動器470和472。約一毫秒之后，即給反射鏡停留的時間之后，重復(fù)該過程，如果需要，可進行另外的校正。當(dāng)該過程沒能觸發(fā)那些圍繞目標(biāo)反射鏡的光電二極管(光電二極管630、632、642和644)之外的光電二極管顯著的響應(yīng)，初始設(shè)置序列完成，微控制器486和310通知連接控制序列處理器466該設(shè)置過程已經(jīng)完成。

接著，連接控制序列處理器466觸發(fā)控制信道光載波發(fā)生器456和458將被設(shè)置的端口切換到優(yōu)化模式和控制格式。這致使僅照射光控制信道幀的優(yōu)化部分。接收功率落到圍繞目標(biāo)反射鏡的四個光電二極管，即光電二極管630、632、642和644上。當(dāng)光束沒有完全處于反射鏡609上的中心處時，光電二極管630、632、642和644的照射不均勻。接收功率分析儀480和494接收光電二極管信號并計算光束中心位點。接著，服務(wù)中反射鏡優(yōu)化塊484和498確定校正矢量。在一個實例中，這通過在一系列小步驟中朝著具有最低功率的光電二極管輕推光束來實現(xiàn)?？商娲兀诩訖?quán)插值或接收功率值到光束的橫截面強度的擬合來確定校正矢量。

一旦光束處于目標(biāo)反射鏡上的中心處，反射鏡的光電二極管上報相等或幾乎相等的功率，整個設(shè)置和優(yōu)化階段完成，新的路徑進入服務(wù)。

控制信道光載波發(fā)生器456和458繼續(xù)連續(xù)或間歇性地應(yīng)用優(yōu)化模式光控制信道和優(yōu)化過程以維持服務(wù)中反射鏡。

如上所述，在非重疊的不確定區(qū)域一次僅能設(shè)置一個反射鏡。因為NxN反射鏡不確定區(qū)域與其他不確定區(qū)域重疊(N²-1)，所以切換設(shè)置時間增加N²倍。因此，如果初始設(shè)置時間為5ms，一個反射鏡的整個設(shè)置和優(yōu)化時間為10ms，不確定區(qū)域為九個反射鏡，則交換機上所有連接的設(shè)置時間為(5*9)+5＝50ms。

圖21示出了具有填隙式光電二極管的MEMS反射鏡陣列356，其展示了不同的不確定區(qū)域。反射鏡的初始指向是盲目的，因此產(chǎn)生了不確定區(qū)域，待設(shè)置的反射鏡對由大致計算或查詢的校正驅(qū)動電壓確定。于是，從校正矢量確定實際偏轉(zhuǎn)和所得到的光束著屏斑，以便更好地對準(zhǔn)反射鏡。使不確定區(qū)域的尺寸最小化的一個方法是在制造測試或設(shè)備配置期間預(yù)先測量將MEMS模塊中的每個單獨反射鏡指向相對反射鏡陣列上的每個反射鏡實際需要的每個偏轉(zhuǎn)電壓。這樣做非常耗時，1000x1000的構(gòu)造(fabric)花費大約28小時，并生成約四百萬個要存儲的值。使用具有填隙式光電二極管的反射鏡陣列，陣列可被更快速地表征，但是存儲需求相同。例如，1000x1000的構(gòu)造可在約80分鐘內(nèi)被表征。該過程導(dǎo)致較小的不確定區(qū)域，例如圍繞反射鏡362的不確定區(qū)域350，其只含有與反射鏡362相關(guān)聯(lián)的光電二極管。

在另一個實例中，使用不涉及設(shè)備校準(zhǔn)的簡單指向算法。該算法基于MEMS陣列的幾何形狀，不考慮反射鏡間或分組(batch)間變化，從而不確定區(qū)域可能很大，例如圍繞反射鏡366的不確定區(qū)域354。

在附加的實例中，算法方法與每個反射鏡陣列的一個或四個反射鏡-反射鏡偏轉(zhuǎn)測量值相結(jié)合。這不考慮陣列上各反射鏡之間的容差，而是考慮分組間差異，導(dǎo)致了中間的不確定區(qū)域，例如，圍繞反射鏡364的不確定區(qū)域352。

不確定區(qū)域為可能指向角度誤差的圓錐體，該誤差起源于在相對陣列上產(chǎn)生圓形或橢圓形的偏轉(zhuǎn)反射鏡，其中該圓椎體橫切于相對陣列的表面。相對陣列上的不確定區(qū)域為近似圓形的，或者如果反射鏡容差在x和y方向上不同或者陣列間成角度從而光束不是近似垂直(normal)到達表面時，不確定區(qū)域為橢圓形的。不確定區(qū)域處于相對陣列上的目標(biāo)反射鏡的中心附近。

潛在受影響的其他反射鏡的數(shù)量由不確定區(qū)域的面積確定，該面積與最大角度誤差的平方成正比。因此，隨著角度誤差的增加，受影響的反射鏡的數(shù)量可能變多。此外，不確定區(qū)域的尺寸隨著由于兩個陣列之間增加的路徑長度而更大的反射鏡陣列的增加而增加。不確定區(qū)域與陣列尺寸大致線性地增長。例如，含有兩個100(10x10)反射鏡陣列的100x100交換機具有影響除了目標(biāo)反射鏡之外的四個反射鏡的不確定區(qū)域，含有兩個使用相同的指向精度的400(20x20)反射鏡陣列的400x400交換機會具有16-20個反射鏡的不確定區(qū)域，含有兩個1024(32x32)反射鏡陣列的1024x1024交換機具有40-50個反射鏡的不確定區(qū)域。

表1

由于重復(fù)的編號圖案可唯一地識別任何不確定區(qū)域中的任何反射鏡，其可用于產(chǎn)生設(shè)置過程控制照射相位。例如，圖22示出的圖案可用于設(shè)置控制路徑的九個照射相位。該數(shù)量基于不確定區(qū)域內(nèi)的反射鏡數(shù)量。不確定區(qū)域中編號的反射鏡用不同相位的設(shè)置控制照射來驅(qū)動，并可平行設(shè)置。

圖23示出了用于多個設(shè)置幀的幀結(jié)構(gòu)262。在不確定區(qū)域中選擇信號的塊和設(shè)置光束定位塊實現(xiàn)M個測量或每個控制幀的計算，并基于控制幀的值選擇其不確定區(qū)域。因此，在不確定區(qū)域中選擇信號的塊選擇圍繞第一控制幀中的每個反射鏡1、2、3的不確定區(qū)域、圍繞第二控制幀中的4、5、6的不確定區(qū)域、圍繞第三控制幀中的7、8、9的不確定區(qū)域、以及圍繞第四控制幀中回到的1、2、3的不確定區(qū)域。

圖24示出了對準(zhǔn)MEMS反射鏡的方法的流程圖890。兩對反射鏡陣列可被同時對準(zhǔn)。最初，在步驟892中，設(shè)置服務(wù)中反射鏡。用于服務(wù)中反射鏡的控制信道被照射，與該服務(wù)中反射鏡相關(guān)聯(lián)的光電二極管被采樣。所有的服務(wù)中反射鏡可被同時照射，因為控制光束應(yīng)僅照射與目標(biāo)反射鏡相關(guān)聯(lián)的光電二極管。比較來自與每個服務(wù)中反射鏡相關(guān)聯(lián)的光電二極管的信號，確定控制光束的位置。如果控制光束不在與反射鏡相關(guān)聯(lián)的光電二極管上的中心處，接著計算矢量，以便更好地使控制光束位于目標(biāo)反射鏡上的中心處。接著，應(yīng)用校正矢量，以便調(diào)節(jié)相對的反射鏡。如果控制光束已經(jīng)保持在適當(dāng)?shù)姆?wù)中反射鏡的光電二極管上的中心處，則不采取行動。

接下來，在步驟894中，對準(zhǔn)設(shè)置反射鏡。反射鏡陣列上具有相同標(biāo)簽的所有反射鏡可同時被對準(zhǔn)，因此他們沒有重疊的不確定區(qū)域?？刂乒馐话l(fā)射。比較不確定區(qū)域中光電二極管的響應(yīng)，以確定控制光束著屏斑。從響應(yīng)中確定控制光束著屏斑的中心。確定矢量，以便更好地使控制光束位于目標(biāo)反射鏡上的中心處。通過該校正矢量，調(diào)整相對的反射鏡以移動控制光束。

接下來，在步驟896中，確定是否有更多的設(shè)置時隙。當(dāng)有更多的設(shè)置時隙時，在步驟894中設(shè)置下一組反射鏡。當(dāng)沒有更多的設(shè)置時隙時，在步驟892中進行服務(wù)中反射鏡上的位置維護檢查和可選的校正。

盡管本公開已經(jīng)提供了一些實施例，應(yīng)理解，公開的系統(tǒng)和方法可以通過許多其它具體的形式來體現(xiàn)，而不會脫離本公開的精神或范圍。所給出的實例應(yīng)被視為說明性的而不是限制性的，目的并非限制本文給出的細節(jié)。例如，可以在另一個系統(tǒng)中組合或集成各種元件或組件，還可以省略或不實現(xiàn)某些特征。

此外，在不脫離本公開的范圍的前提下，可以將各個實施例中描述并且示出的離散或獨立的技術(shù)、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和方法與其它系統(tǒng)、模塊、技術(shù)或方法進行組合或集成。示出或討論為彼此耦合或直接耦合或連通的其他項可以電氣地、機械地或以其他方式通過一些接口、設(shè)備或中間組件間接耦合或連通。其他改變、替換和變更的實例是可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員確定的，并且可以在不脫離本文公開的精神和范圍的前提下做出。