快的最优化。可以使用其他最优化算法。这些算法中的任何算 法的重复应用使得待优化的相对镜被偏转驱动成使得光沿双向没有完全居中于目标镜上。 沿双向的光经过同一路径，但是方向相反。当对准完成时，路径沿双向被最优化。
[0102] 控制光束的光功率可以相对低。如果在100kHz的控制光带宽、1mm的光束宽度和 25μm的光电二极管有效直径下使用正-本征-负（PIN)二极管接收器，那么大约-15dBm 至-20dBm的光束功率是合适的功率水平。该功率可以采用经由分光器供应多个端口的低 成本激光器来实现。
[0103] 光电二极管在控制波长下是高度响应的。光电二极管可以在通信波长下无响应。 在控制波长下高度响应而在通信波长下无响应的光电二极管可以通过选择光电二极管技 术、使用滤波材料作为光电二极管的涂层或者上述两者来实现。例如，可以将可为980nm和 /或850nm的控制光束与娃光电二极管一起使用。对于在约llOOnm以下的波长，娃光电二 极管的响应度高；而对于长于约llOOnm的波长，硅光电二极管的响应度非常低。如果采用 滤波，可以使用多层介电质薄膜带通或低通滤波涂层。
[0104] MEMS自共振决定了镜在快速运动的情况下在哪些频率处振动以及响应于外部振 动刺激的自振频率。在显著高于自共振频率的旋进频率下的镜的控制由于需要增加驱动水 平和镜相位滞后而是有问题的。镜相位滞后影响旋进矢量角度计算的旋进。如果使用抖动 人为地扩大斑尺寸并且没有进行矢量测量，那么相对于驱动相位的镜移动相位无关紧要， 并且与旋进相比，抖动可以使用更为高的频率。例如，远高于1kHz的频率对于旋进来说可 能是有问题的，但是对于抖动来说却没有问题。
[0105] 使用精细旋进和/或粗糙旋进对准MEMS镜使用数十毫秒用于对准。该时间受许多 因素影响，例如，镜质量、常平架扭转弹簧强度、共振频率、共振阻尼系数、不确定区的尺寸、 最大可用旋进频率以及对所述频率进行滤波的带通带宽。下面的表1示出了对于具有特定 组的镜机械特性（包括镜质量扭转弹簧共振频率）的MEMS镜阵列使用精细旋进和粗糙旋 进来对准镜的时间的示例。
[0106]
[0107] 表 1
[0108] 下面的表2示出了对于使用具有与表1中所使用的相同特定组的镜机械特性的 MEMS镜阵列使用镜光电二极管对准镜的时间的示例。在没有抖动下的建立时间为5.lms， 而在具有抖动下的建立时间为8ms。可以比可以旋进镜或使镜旋动快得多来抖动镜，这是因 为随着旋动偏移的速度增加，镜移动的保真度的角度不确定性增加。实际上，随着频率的增 加，镜角度以渐增的未知量滞后于驱动电压，这在旋进测量中是重要的，但是在抖动中无关 紧要。在抖动中，没有进行角度或定时测量，因此信号可以以较高的速率应用在镜的角度滞 后不确定的地方。使用光电二极管对准镜可以比使用经由输出准直器测量的粗糙旋进和精 细旋进对准快约七倍。在不确定区内的工作状态中的镜被锁定的最大时间为6.lms。
[0109]
[0110] 表 2
[0111] 虽然在本公开内容中已经提供了数个实施方式，但是应当理解，所公开的系统和 方法可以在未脱离本公开内容的精神或范围的情况下以许多其他具体形式呈现。本示例被 认为是说明性的并且是非限制性的，并且不旨在限于本文所给出的细节。例如，各个元件或 者部件可以在另一系统中组合或结合，或者可以省略或者不实现某些特征。
[0112] 另外，在分立或独立的各个实施方式中描述和不出的技术、系统、子系统和方法可 以与未脱离本公开内容的范围的其他系统、模块、技术或方法组合或结合。彼此耦合或直接 耦合或通信的所示或所讨论的其他项可以通过某一接口、装置或中间部件电力地、机械地 或以其他方式间接耦合或通信。变化、替代和改变的其他示例可由本领域技术人员确定，并 且可以在不脱离本文中所公开的精神和范围的情况下作出所述变化、替代和改变的其他示 例。
【主权项】
1. 一种微机电系统（MEMS)光子交换机，包括： 第一多个准直器；以及 与所述第一多个准直器光耦合的第一镜阵列，其中所述第一镜阵列包括第一多个镜， 并且其中所述第一多个镜中的第一镜包括集成在所述第一镜上的第一多个光电二极管。2. 根据权利要求1所述的MEMS光子交换机，还包括： 与所述第一镜阵列光耦合的第二镜阵列，其中所述第二镜阵列包括第二多个镜，并且 其中所述第二多个镜中的第二镜包括集成在所述第二镜上的第二多个光电二极管；以及 与所述第二镜阵列光耦合的第二多个准直器。3. 根据权利要求2所述的MEMS光子交换机，其中所述第一多个光电二极管被配置成产 生用于控制所述第二镜的角度的第一多个信号。4. 根据权利要求3所述的MEMS光子交换机，其中所述第一多个准直器中的第一准直器 被配置成接收第一光束，其中所述第二镜被配置成反射所述第一光束，其中所述第二多个 准直器中的第二准直器被配置成接收第二光束，并且其中所述第一镜被配置成反射所述第 二光束。5. 根据权利要求4所述的MEMS光子交换机，其中所述第一多个准直器被配置成与第一 多条光纤耦接，并且其中所述第二多个准直器被配置成与第二多条光纤耦接，其中所述第 一多条光纤中的光纤是在控制波长和通信波长下的单模光纤。6. 根据权利要求4所述的MEMS光子交换机，其中所述第一多个镜中的在所述第二镜的 不确定区内的第一部分包括第三多个光电二极管，并且其中所述第一多个镜中的所述第一 部分被配置成被锁定。7. 根据权利要求1所述的MEMS光子交换机，其中所述第一多个光电二极管被配置成检 测控制光信号的控制波长而不检测第一通信光信号的通信波长。8. 根据权利要求7所述的MEMS光子交换机，其中，所述MEMS光子交换机被配置成共轴 投射所述控制光信号和所述通信光信号。9. 根据权利要求7所述的MEMS光子交换机，其中，所述第一多个准直器被配置成共轴 投射所述控制光信号和所述通信光信号。10. 根据权利要求1所述的MEMS光子交换机，其中，所述第一多个镜被集成在第一基板 上，其中，在所述第一基板上集成有第三多个光电二极管，并且其中，所述第三多个光电二 极管被设置在所述MEMS镜之间的填隙空间中。11. 一种使微机电系统（MEMS)光子交换机的第一镜与第二镜对准的方法，所述方法包 括： 通过第一多个准直器中的第一准直器接收第一光控制信号； 通过第一镜阵列中的所述第一镜反射所述第一光控制信号以产生第一光控制光束；以 及 通过位于第二镜阵列中的所述第二镜上的第一位置处的第一光电二极管检测所述第 一光控制光束的第一光束斑以产生第一检测信号。12. 根据权利要求11所述的方法，还包括： 根据所述第一检测信号确定从所述第一光电二极管的所述第一位置至所述第二镜的 中心的矢量；以及 根据所述矢量调整所述第一镜的角度，所述调整包括调整所述第一光束斑的中心。13. 根据权利要求11所述的方法，还包括： 通过位于所述第二镜上的第二位置处的第二光电二极管检测所述第一光束斑以产生 第二检测信号； 通过位于所述第二镜上的第三位置处的第三光电二极管检测所述第一光束斑以产生 第三检测信号； 根据所述第一位置、所述第一检测信号、所述第二位置、所述第二检测信号、所述第三 位置以及所述第三检测信号来确定所述第一光束斑的中心； 确定从所述第一光束斑的中心至所述第二镜的中心的矢量；以及 根据所述矢量调整所述第一镜的角度，所述调整包括调整所述第一光束斑的中心。14. 根据权利要求11所述的方法，还包括： 通过第二多个准直器中的第二准直器接收第二光控制信号； 通过所述第二镜反射所述第二光控制信号以产生第二光控制光束； 通过在所述第一镜上的第二光电二极管检测所述第二光控制光束的第二光束斑以产 生第二检测信号； 根据所述第二检测信号调整所述第一镜的角度；以及 根据所述第一检测信号调整所述第二镜的角度。15. 根据权利要求11所述的方法，还包括通过位于所述第二镜阵列的基板上的第二位 置处的第二光电二极管检测所述第一光控制光束的所述第一光束斑以产生第二检测光信 号。16. -种控制系统，包括： 被配置成与微机电系统（MEMS)光子交换机耦接的镜采集控制单元，其中，所述镜采集 控制单元被配置成接收来自位于所述MEMS光子交换机的第一MEMS镜阵列中的第一MEMS 镜上的第一多个位置处的第一多个光电二极管的第一多个信号；以及 与所述镜采集控制单元耦接的镜驱动器，其中所述镜驱动器被配置成与所述MEMS光 子交换机耦接，并且其中所述镜驱动器被配置成根据所述第一多个信号和所述第一多个位 置来控制所述MEMS光子交换机的第二MEMS镜阵列中的第二镜。17. 根据权利要求16所述的控制系统，还包括第一注入光信号模块，所述第一注入光 信号模块被配置成将第一控制光信号注入到所述MEMS光子交换机的第一多个准直器中的 第一准直器中，以从所述第二镜反射，以在所述第一MEMS镜阵列上形成第一光束斑。18. 根据权利要求16所述的控制系统，其中，所述镜驱动器还被配置成使所述第二镜 抖动。19. 根据权利要求16所述的控制系统，其中，所述镜驱动器还被配置成使所述第二镜 旋动。20. 根据权利要求16所述的控制系统，其中，所述镜采集控制单元还被配置成接收来 自所述第一MEMS镜阵列中的镜之间的第二多个光电二极管的第二多个信号。21. 根据权利要求16所述的控制系统，其中，所述镜采集控制单元还被配置成接收来 自位于所述第二MEMS镜上的第二多个位置处的第二多个光电二极管的第二多个信号，其 中，所述镜驱动器还被配置成根据所述第二多个信号和所述第二多个位置来控制所述第一 镜。22.根据权利要求16所述的控制系统，其中，所述镜驱动器还被配置成根据所述第一MEMS镜阵列中的第一多个镜的第二多个位置以及所述第二MEMS镜阵列中的第二多个镜的 第三多个位置的几何结构来初始定位所述第一镜。
【专利摘要】在一个实施方式中，一种微机电系统(MEMS)光子交换机包括第一多个准直器和与第一多个准直器光耦合的第一镜阵列，其中第一镜阵列包括第一多个镜，并且其中第一多个镜中的第一镜包括集成在第一镜上的第一多个光电二极管。
【IPC分类】G02B6/35, G02B26/08
【公开号】CN105408787
【申请号】CN201480041249
【发明人】阿兰·弗兰克·格拉维斯, 多米尼克·约翰·古德威尔
【申请人】华为技术有限公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2014年11月21日
【公告号】US9213142, US20150139585, WO2015074597A1