CN101784930A - 光开关模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种全光交叉连接开关，它利用双轴MEMS镜子将第一组光纤中的光纤交叉连接到第二组光纤中的光纤。第一和第二组光纤中的光纤被精确地定位在第一光纤-微透镜定位阵列中，以定义第一组平行的准直的交叉连接通信光束路径，每一个准直的交叉连接通信光束路径将第一组光纤中的光纤连接到第一MEMS镜子阵列中的MEMS镜子。对准光束被添加，并且与第一和第二组平行的准直的交叉连接通信光束中的每一个共轴地对准。两个光束方向传感器单元被定位成检测穿过二向色镜子而透射的第一和第二组对准光束中的每一个对准光束，并且MEMS控制***控制MEMS镜子的位置以便将第一组光纤中的光纤连接到第二组光纤中的任何光纤。

Description

光开关模块
本申请涉及光纤通信装备，尤其涉及光纤开关和光纤开关模块。
有关申请的交叉参照
本申请是与下列有关申请一起提交的伴随申请：序列号是11/728,362的“MEMS Mirror Array and Control”；序列号是11/728345的“Beam PositionSensor”；序列号是11/728,344的“Optical Fiber Array Alignment Unit”；序列号是11/728,335的“Optical Switch with Co-Axial Alignment Beam”，所有这些申请引用在此作为参考。
背景技术
光纤通信
在过去几十年中，远程通信行业发展迅速，将光纤引入这一行业使得信息传播的方式发生了革命性的变化。与过去基于铜的***相比，将光纤用作传输介质的通信***提供了一些显著的优势。这些优势包括更高的带宽和传输速率、更低的传输损耗以及更好的信号隔离。在美国，已存在数百万英里的光纤。信息必须通过这种光纤路径以光速从数百万个发射机路由到数百万个接收机。
光纤多路复用和多路分配
在典型的光纤通信***中，若干条光纤可以捆绑成束，许多分离的信号被组合到该光纤束中的每一条光纤所传输的光束之内。这种将多个分离的信号组合到单根光纤所传输的单个光束中的做法被称为对这些信号进行多路复用。时分多路复用和频分多路复用都是可以使用的。在典型的光纤***中，每一个信号都携带一代码，使得该***中的通信量控制可以将该信号引导至其合适的目的地。由许多信号构成的光束通常在到达其子目的地或最终目的地之前会连续地穿过若干或许多条光纤。多个单独的信号在被称为多路复用的过程中被收集到单根光纤中，并且在被称为多路分配的过程中从光束内的其它信号中分离出来。这种操作在以这些光信号为形式的信息从发送机传输到接收机的过程中可能会发生一次或若干次。
图13A描绘了多路分配，图13B描绘了多路复用。图13C示出了具有两个多路分配器和两个多路复用器的现有技术的静态交叉连接情况，其中显示了在两个分离的光纤上以四个分离的波长范围来传输的信号是如何切换到其它两个光纤的。用于透射单个波长范围并反射所有其它波长范围的滤光片通常被用于在多路复用器和多路分配器中使多个波长范围分离开。如图13D所示，公知的滤光片是薄膜滤光片。这些滤光片通常是被构建在玻璃基板上，同时在1/2波腔室的两侧有一组或多组1/4波介质反射器的薄膜。图13E示出了一组、两组和三组1/4波反射器和1/2波腔室的结果。图13F示出了这些窄带滤光片是如何被用于产生多路分配器的。多路复用器源自对箭头所示的方向进行切换。
调节光纤路径
通信量控制可以通过许多光纤将特定的信号从发射机传递给接收机，而并不改变***中各光纤连接的方式。然而，当特定的光纤路径变得拥挤时，必须修改各光纤之间的连接情况以减小拥挤程度或更有效地传递信号。这就是光纤开关的工作。这一操作可以通过改变光纤开关单元中各光纤之间的实际连接情况而实现。历史上，穿过光纤的光束路径的快速切换已通过使用混合的光-电-光开关得以实现，这种光-电-光开关用于检测从第一光纤进入到该开关的光信号并将其转换成电信号，而该电信号则被用于产生新的光信号以便在第二光纤上传输。
MEMS镜子
MEMS镜子是通过平版印刷产生的镜子，用相似的平版印刷技术产生的集成电路所施加的电压信号可操作这些镜子。这些镜子通常非常小，其尺寸以毫米或亚毫米来测量。它们被设计成具有极为严格的容差，这是各种反射元件进行合适的角度对准所必需的，通常，它们还需要非常精密的反馈控制***。
自动化全光交叉连接开关
最近，许多光交叉连接开关已变得可用于将光信号从一个光纤直接切换到另一个光纤，由此不再需要将光信号转换成中间的电信号。这些光开关包括各种光开关元件，比如镜子、棱镜、光纤准直器和复杂的驱动机构，以便通过该开关来传递光信号。对于某些光开关而言，已经使用了MEMS镜子。下列专利中所描述的所有光开关包含与本发明的一些特征相似的特征：7,190,509，“Optically Addressed MEMS”；以及7,177,497，“Porous Silicon Filter forWavelength Multiplexing and De-Multiplexing”，这些专利引用在此作为参考。
全光自动化交叉连接开关的应用
全光交叉连接开关的已知的应用包括：(1)用作自动化光纤接插板中的主要组件；(2)用作可重新配置的光学分插复用器(ROADM)的组件；以及(3)用于光学组件和***的自动测试和测量。
自动化光纤接插板
自动化光纤接插板是光纤通信网络中的组件，在这种网络中通信路径被建立并被修改。这些接插板是受计算机控制的，以维持网络效率，避免过载，并对故障情况作出快速回应。
可重新配置的光学分插复用器
当单独的光纤正传输许多分离的信号时，该网络必须能将新信号添加到该光纤并且提取(分插复用的“分”)其它信号。图13G示出了由多路复用器和多路分配器构成的分插单元，但其中没有开关。该单元将被视为静态单元，并且需要操作人员重新配置它。图13H是相似的单元，但是，它具有光开关，能远程操作或编程从而自动化地操作。该单元包括可调谐的应答器，允许控制所添加的波长。图13I示出了包括4个分离的光开关的ROADM，用于在多个光纤中切换信号，还用于控制本地服务的信号的“插”和“分”。
测试和测量
自动化全光交叉连接开关可以极大地简化光学组件(特别是，同时传输数百万个消息的典型通信网络的组件)的测试。
需求
当远程通信行业继续发展并服务于更多的客户时，对大规模的可靠的光开关的需求就增大了。结果，需要一种光学交叉连接开关，它能够很容易地被集成到现有的远程通信***中，它能够很容易地将来自输入光纤阵列中的每个光纤的光信号切换到输出光纤阵列中的每个光纤，它能够快速地实现这种切换，同时功率损耗最小且每个信道的成本最小。
发明内容
交叉连接开关
本发明提供了一种全光交叉连接开关，它利用MEMS镜子将第一组光纤中的光纤交叉连接到第二组光纤中的光纤。这些光纤最好被安排成矩形阵列。这些阵列包括诸如4×8、16×16和8×16等阵列尺寸。申请人构建并测试的较佳实施方式是一种模块式光开关，其中来自16个八-光纤光缆的光纤所构成的8×16输入阵列被交叉连接到同样来自16个八-光纤光缆的光纤所构成的8×16输出阵列。
MEMS镜子阵列
本发明的交叉连接开关包括两个MEMS镜子阵列。在较佳的实施方式中，垂直的梳状驱动致动器在两个轴上驱动着每一个MEMS镜子。
光纤-微透镜定位阵列
第一组光纤中的光纤被精确地定位在第一光纤-微透镜定位阵列中，以定义第一组平行的准直的交叉连接通信光束路径，每一个准直的交叉连接通信光束路径将第一组光纤中的光纤连接到第一MEMS镜子阵列中的MEMS镜子。第二组光纤中的光纤被精确地定位在第二光纤-微透镜定位阵列中，以定义第二组平行的准直的交叉连接通信光束路径，每一个准直的交叉连接通信光束路径将第二组光纤中的光纤连接到第二MEMS镜子阵列中的MEMS镜子。这些平行的准直的光束路径建立了在第一光纤-微透镜定位阵列和第一微透镜阵列之间的对应关系，还建立了在第二光纤-微透镜定位阵列和第二微透镜阵列之间的对应关系，使得第一定位阵列中的每一个光纤具有其自己相对应的第一微透镜阵列中的微透镜，并且第二定位阵列中的每一个光纤具有其自己相对应的第二微透镜阵列中的微透镜。
共轴对准光束
第一组对准光束被添加，并且与第一组平行的准直的交叉连接通信光束中的每一个共轴地对准。第二组对准光束被添加，并且与第二组平行的准直的交叉连接通信光束中的每一个共轴地对准。
二向色镜子
在本发明的较佳实施方式中，二向色镜子被定位成反射来自第一MEMS镜子阵列中的MEMS镜子的通信光束，还反射来自第二MEMS镜子阵列的MEMS镜子的交叉连接通信光束，并且还透射第一组对准光束和第二组对准光束。
MEMS控制***
提供了一种MEMS控制***，以使MEMS镜子定位于第一和第二MEMS镜子阵列中，从而将第一组光纤中的任何光纤光学地连接到第二组光纤中的任何光纤。在较佳的实施方式中，MEMS控制***被调适，以使第一MEMS镜子阵列中的每一个MEMS镜子定位成反射来自第一组光纤中的相应光纤的交叉连接通信光束并使该光束离开二向色镜子到达与第二组光纤中任何选定的光纤相对应的第二组MEMS镜子中的MEMS镜子上，还使第二组MEMS镜子中相对应的MEMS镜子定位成将该通信光束引导至第二组光纤中相对应的光纤。在较佳的实施方式中，通过调节被施加到各个镜子的梳状驱动致动器的电压电势，来控制这些镜子，为的是在第一组光纤和第二组光纤之间建立期望的光通信路径。
光束方向传感器
在较佳的实施方式中，MEMS控制***包括：第一光束方向传感器单元，它定位成检测穿过二向色镜子而透射的第一组对准光束中的每一个对准光束；以及第二光束方向传感器单元，它定位成检测穿过二向色镜子而透射的第二组对准光束中的每一个对准光束。在特别较佳的实施方式中，每一个光束方向传感器单元都包括对准光束检测屏幕以及摄像机，以便用该单元的观察屏幕来观察对准光束的相交的位置。在这些实施方式中，MEMS控制***包括处理器，对该处理器进行编程以提供多对MEMS镜子(每一对中的两个镜子分别来自于上述两个MEMS镜子阵列)的闭环调节，为的是确定合适的电压电势并将其施加到梳状驱动致动器，从而提供在这两组光纤之间的期望的光路。申请人的测试已表明，一旦执行完校准，在正常情况下光束路径就很少有偏移。然而，显著的环境情况变化可能需要重新校准。在一些实施方式中，可以调适上述开关，以使其周期性地自动重新校准自己，或者在操作人员的指示下重新校准自己。
V-槽光纤-微透镜定位阵列
在较佳的实施方式中，第一和第二光纤-微透镜定位阵列包括定位板，该定位板具有通过平版印刷而定义的亚微米V-槽对准特征，用于对准一组光缆光纤。光纤首先被定位在V-槽中，然后，粘合在合适的位置，之后，光纤的末端被抛光变平滑，形成定位板的出射表面，并且还与微透镜阵列相匹配，从而提供具有亚微米定位精度的光纤-微透镜定位阵列。
附图说明
图1示出了本发明较佳实施方式的透视图，它具有位于合适的位置处的对准照相机。
图1A-1B示出了对准光束***组件的特征。
图2A-2B分别示出了本发明的较佳实施方式的部分透视图和顶视图。
图3A-3C示出了额外的对准光束特征和测试结果。
图4示出了模块形式的较佳实施方式相对于成年人手的尺寸。
图4A-4C分别示出了在RODAM应用中、接插板应用中以及测试与测量单元中所使用的较佳模块。
图5A-5C示出了在较佳光开关中的光路。
图6A-6C示出了较佳V-槽光纤-微透镜定位阵列的特征。
图7示出了MEMS驱动器控制电路。
图8A示出了由申请人设计的MEMS镜子阵列。
图8B-8D示出了上述MEMS镜子阵列的放大部分。
图9A-9K证明了制造MEMS镜子阵列中的MEMS镜子的垂直梳状驱动器之一所使用的重要的平版印刷步骤。
图10示出了控制***。
图11示出了全国性的光纤网络。
图12A-12J示出了将多孔硅滤光片用于多路复用和多路分配的概念。
图13A-13I示出了现有的多路复用技术。
具体实施方式
第一较佳实施方式
图1示出了本发明的第一较佳实施方式的特征的透视图。该第一较佳实施方式是光开关模块2。与成年人的手相比，图4描绘了其尺寸和一般的形状。该光开关模块2被设计成将第一128(8×16)光纤束(比如图1所示的光纤束4)的光纤所传输的光通信光束切换到第二128光纤束(比如光纤束6)的光纤中。光纤束4的任何光纤中的光束都可以被切换到光纤束6的任何光纤中。这种切换是对称的，并且可以在任一方向上操作，使得光纤束6的任何光纤都可以被切换到光纤束4的任何光纤中。
有时候，我们将光纤束4中的光纤称为输入光纤，将光纤束6中的光纤称为输出光纤，并且认识到在光纤束6中的光纤是输入光纤且光纤束4中的光纤是输出光纤时，这种切换也同样有效。此外，在某些情况下，单个光纤链路可能具有同一时刻在两个方向上流动的通信光束。另外，在某些配置中，光纤束4和光纤束6中的各光纤之间的链路可能对于某些光纤而言是4比6，而对其它光纤而言是6比4。在本说明书和权利要求书中，这种应用将光纤所传输的光束称为“通信光束”，主要是为了将其与“对准光束”区分开，但是，本发明有可能有其它应用，其中光纤所传输的光束可能在一般意义上不被视为通信光束，因为它们并未具体地将信息从一个地方传输到其它地方。不管怎样，在本说明书和权利要求书中，光纤束4、6中的光纤所传输的所有光束都被视为通信光束。
这种模块被设计成很容易集成到线卡中，以便在如图4A所示的可重新配置的插分应用中***标准的通信面板中。该模块也可以被用在如图4B所示的接插板中，并且可以被用在大型全国性通信***中，比如本申请的“国家级光纤网络中的应用”这一段所讨论的通信***，其中每一个光纤以大量分离的频率传输着信息。通过将该开关安装在如图4C所示的测试和测量面板中，该开关也可以用作组件测试和***监控的工具。
图1A-1B、2A-2B所示的较佳实施方式的重要组件是对准光束单元8、10、二向色分束器24、对准屏幕以及MEMS镜子阵列20、22。图5A示出了照相机单元16、18。
光纤-微透镜定位阵列
如图2A-2B所示，第一组光纤中的光纤被精确地定位在第一光纤-微透镜定位阵列单元8中，以定义第一组平行的准直的交叉连接通信光束路径，每一个准直的交叉连接通信光束路径将第一组光纤中的光纤连接到第一MEMS镜子阵列中的MEMS镜子。第二组光纤中的光纤被精确地定位在第二光纤-微透镜定位阵列10中，以定义第二组平行的准直的交叉连接通信光束路径，每一个准直的交叉连接通信光束路径将第二组光纤中的光纤连接到第二MEMS镜子阵列中的MEMS镜子。
图6A-6C示出了较佳的光纤-微透镜定位阵列单元的特征。在较佳的开关中，所述两个光纤-微透镜定位阵列中的每一个以及所述两个微透镜阵列中的每一个定义了匹配的8×16矩阵，申请人从图6C所示的左上角开始标记为1-1直到右下角标记为16-8。在图8B的MEMS镜子上，示出了相应的矩阵编号中的一些。这些平行的准直的光束路径建立了在第一光纤-微透镜定位阵列和第一微透镜阵列(以相似的方式进行标记)之间的对应关系，还建立了在第二光纤-微透镜定位阵列和第二微透镜阵列之间的对应关系，使得第一定位阵列中的每一个光纤具有其自己相对应的第一微透镜阵列中的微透镜，并且第二定位阵列中的每一个光纤具有其自己相对应的第二微透镜阵列中的微透镜。在较佳的实施方式中，第一和第二光纤-微透镜定位阵列单元是完全一样的。
V-槽定位板
图6A-6C描述了这些较佳的光纤-微透镜定位阵列的细节。这些单元被设计成很容易地且精确地将光纤定位在16个标准8光纤光缆中，该光缆中的光纤具有125微米的芯。在图6B中，4A处示出了光缆，4B处示出了单独的光纤，4处示出了光纤束。定位板7A是由用平版印刷技术制造的硅板构成。板7A被安装在安装板7B上，安装板7B包含安装缝，以便将光纤-微透镜阵列单元安装在光开关模块中。针对每一个或16个光缆中的8个光纤，提供细长的水平缝8。在细长的缝8的底部，切割精准V-槽缝8A。这些缝250具有250微米宽的垂直侧面8B，在槽底部有45度V截面8C，图6A示出了所有这些。这些缝是在水平方向上2毫米中心上，并且这些缝是在垂直方向上1毫米中心上。如图6B所示，每一行中的V-槽缝与其最接近的相邻的行中的V-槽缝相比有所偏移，所以，该阵列的横截面尺寸是15毫米×15毫米。在这些较佳实施方式中，各个光纤被***上述缝中，并且精准地定位于V槽中且被粘合在恰当的位置。在光纤被稳固地定位之后，光纤的末端被切割，然后，凸出的且多余的胶被磨掉，从而每一个光纤都获得精准垂直的出射表面。
微透镜阵列
在这些较佳实施方式中，提供了8×16微透镜阵列9，该微透镜阵列9也是用平版印刷技术精确地制造的，该微透镜阵列精确地定位以对应于V-槽定位板中的光纤的位置。每一个透镜具有约1.1毫米的直径和3.7毫米的焦距。精确间隔物(未示出)被用于安置该微透镜阵列，使得这些透镜被定位成离V-槽定位板中的光纤的末端大约3.7mm。当安置微透镜阵列9时，选择最终的精确位置，使得从一个光纤束穿过该开关到其它光纤束的通信光束的腰部适当靠近二向色镜子24，正如图1、5A-5C所示那样。
共轴对准光束
本发明的较佳实施方式包括提供对准光束的装置，这些对准光束与光纤束4、16中的每一个光纤出射的每一个光束共轴地对准。图1、1A-1B示出了用于提供这些对准光束的特定技术。对准技术是参照图5A-5C进行描述的。如图1所示，该较佳实施方式包括：对准单元10，用于对准来自光纤束4的通信光束；以及对准单元12，用于对准来自光纤束6的通信光束。图1A也示出了对准单元12，并且图1B示出了其剖面图。单元12包括注入单元12A，在12F处示出了一个“点”可见光源，比如在850nm处近红外波段工作且发散角约为30度的垂直腔面发射激光器(VCSEL)。来自该光源的光束是用准直光学器件12B进行准直的，以产生其横截面尺寸约为16mm×16mm的准直光束。用掩模12C将该准直光束分离成128个分离的光束，该掩模12C具有128个直径为0.6mm的孔径，这些孔径定位成使这128个分离的平行光束与来自光纤束6的通信光束对准。实际的对准发生在二向色分束器12D处，二向色分束器12D让通信光束通过并反射对准光束。
MEMS镜子光束控制
在较佳的实施方式中，通信光束被引导至具有两个MEMS镜子阵列20、22的开关模块之内。这两个阵列是完全一样的。图8A示出了MEMS镜子阵列20。这些镜子的位置准确地对应于光纤-微透镜阵列单元8、10中的光纤和微透镜的位置。图8B示出了图8A左上角的放大图，并且图8C示出了这些镜子中的一个镜子(镜子3-1)的进一步的放大图。图8D示出了图8C所示镜子之一的垂直梳状驱动器之一(即驱动器60)的进一步的放大图。产生MEMS镜子的技术是公知的，并且现有技术有充分的报道。本发明的MEMS镜子包括特别的特征，调适这些特征以产生本发明各较佳实施方式的优越性能。如图8C所示，每一个MEMS镜子的金反射面80可以绕着两个轴旋转，即第一轴82和第二轴86，内部框架84可绕着第一轴82旋转，反射面80可绕着第二轴86旋转。附着于这些轴的梳状指部位于附着于框架的“静止的”指部(图8A-8C中以白色显示)的下方。0-200伏特的电势在“静止的”指部之间向上拉动较低的指部，从而使镜子表面绕着其各个轴旋转。
梳状驱动器的制造技术
参照图9A-9K，描述了附图所示的MEMS镜子的梳状驱动器的特别较佳的生产技术。如图9A所示，该过程始于在380微米厚单晶硅处理层34上的晶片，该晶片具有两个25微米厚的单晶硅层30、32。通过1.5微米埋置氧化物绝缘体36以及0.5微米埋置氧化物绝缘体层38，将三个硅层分离开。对这些硅层进行掺杂，以使其电阻率减小到大约10-20毫-欧姆厘米的范围。如图9B所示，添加了二氧化硅层40，使用光刻胶和接触掩模使该二氧化硅层40图案化，以产生如图9C所示的图案42。接下来，如图9D所示，施加光刻胶掩模44，覆盖氧化物图案42的一部分。掩模图案42的这一修改是非常重要的步骤，因为这一步骤和接下来的步骤将确保这种梳状驱动器中极薄的梳状元件将恰当地对准。如图9E所示，图9D中铺设的掩模被用于蚀刻掉图9C步骤中所铺设的氧化物图案的一部分。接下来，如图9F所示，用相同的掩模图案44，使用深反应离子蚀刻对硅层30进行蚀刻。在这一蚀刻步骤完全除去晶片表面和氧化物层36之间的硅之后，图9D步骤中所施加的光刻胶被除去，正如图9G所示那样。应用一种覆盖层氧化物蚀刻，以除去所有露出的埋置氧化物，同时留下足够的经修改的掩模42，以保护其下面的硅不受接下来如图9J所示的硅蚀刻步骤的影响。接下来，如图9I所示，应用背侧蚀刻，以除去硅层32下方的大部分的处理层34和氧化物层38。然后，如图9J所示，该晶片被暂时安装在处理晶片上，并且硅层30、32的未受保护的那些部分被蚀刻掉。应用一种氧化物蚀刻，以从梳状指部的顶部除去氧化物层，从而留下如图9K所示的梳状指部。较高的指部50是MEMS镜子的框架的一部分，并且将是MEMS框架的固定部分或MEMS镜子的中心框架元件。当施加电势时，较短的指部将与镜子元件一起移动，下文会讨论到。在图8D中的50处以白色示出了较高的指部，在图8D的52处以黑色示出了较短的移动的指部，其轮廓以细白线画出。这些指部与MEMS镜子的金镜子表面80一起旋转，正如图8C所示那样。
读者应该注意到，通过绝缘层45，较高的指部50被分成两个导电的硅部分47、43。在MEMS镜子的控制期间，在较高的“静止的”指部的硅部分47与较短的移动的指部52之间，施加0-200伏特的电势。这产生了吸引电力，向上拉动移动的指部52，使其进入较高的“静止的”指部的硅部分47之间，为的是使反射镜子表面倾斜。
MEMS镜子的控制
图7示出了用于控制MEMS镜子的较佳的电路。对于每一个梳状驱动单元，需要两个电路。对于上述128个镜子中的每一个镜子的两个轴中的每一个轴，有两个梳状驱动单元。所以，这个实施方式需要1024个电路来控制上述128个镜子。好消息是，图7所示电路的组件是非常便宜的，所有这些组件只要几分钱。如图所示，该电路具有200伏特偏压。仅当晶体管X 19处于截止状态时，该200伏特偏压才对电容器C2进行充电。当晶体管X 19处于导通时，在电容器C2和接地节点之间有放电路径。晶体管X 19是用两千赫兹脉冲宽度调制器(图中即″2Khz PWM″)来导通和截止的，该2Khz PWM则受现场可编程门阵列或可编程逻辑器件(两者均未示出)控制(在申请人的原型单元中)。电容器C2上的电势决定了MEMS镜子之一的梳状驱动器之一的位置。上述电势可以是0-200伏特之间的任何电势。电容器2C上的电势取决于图7所示的2Khz脉冲宽度调制器的调制。如果每秒2000个脉冲中的每一个脉冲的宽度是最大值，则晶体管X 19将连续地导通，C2上的电压将大约是零。如果每秒2000个脉冲中的每一个脉冲的宽度是最小值，则晶体管X 19将连续地截止，C2上的电压将大约是200伏特。脉冲宽度可以在最小值和最大值之间变化，以使电容器C2上的电压电势从200伏特变为0伏特。MEMS镜子(比如MEMS镜子3-1)的倾斜取决于施加到四个垂直梳状驱动器单元的电压，从而控制每一个镜子的位置。
每一个MEMS镜子都具有足够的范围按需要来引导光束，从而将光纤束4中的任何光纤连接到光纤束6中的任何光纤。
光束方向传感器
在较佳实施方式中，MEMS控制***包括如图1所示的第一光束方向传感器单元16，它被定位成检测第一组对准光束中的每一个对准光束，这些对准光束是从注入单元10发送过来的并且与来自光纤束4的通信光束共同对准，这些对准光束在MEMS镜子阵列单元20处发生反射并且穿过二向色镜子24而透射。本实施方式还包括第二光束方向传感器单元18，它被定位成检测第二组对准光束中的每一个对准光束，这些对准光束是从注入单元12发送过来的并且与来自光纤束6的通信光束共同对准，这些对准光束穿过二向色镜子24而透射。在特别较佳的实施方式中，每一个光束方向传感器单元都包括对准光束检测屏幕60或62以及摄像机64或66，以便用该单元的观察屏幕来观察对准光束的相交的位置。该屏幕可以是在用对准光束照明时能产生图像的很多屏幕中的任一种。图3B示出了用各种备选屏幕产生的测试结果。结果被绘制成与镜子角度有关。图3A示出了从与光束相交一侧相反的屏幕另一侧观察到的典型的照明图案。这些包括毛玻璃和各种漫射片。较佳的屏幕是一种由加利福尼亚州Torrence市的Luminit公司提供的全息漫射片。图3C示出了光束方向传感器***。读者应该注意到，该较佳实施方式中的屏幕将被调适，以检测具有8×16图案的128个光束，这些光束对应于镜子阵列20、22以及光纤-微透镜阵列8、10。
在这些实施方式中，MEMS控制***包括处理器，对该处理器进行编程以提供多对MEMS镜子(每一对中的两个镜子分别来自于上述两个MEMS镜子阵列)的闭环调节，为的是确定合适的电压电势并将其施加到梳状驱动致动器，从而提供在这两组光纤之间的期望的光路。申请人的测试已表明，一旦执行完校准，在正常情况下光路就很少有偏移。然而，显著的环境情况变化可能需要重新校准。在一些实施方式中，可以调适上述开关，以使其周期性地自动重新校准自己，或者在操作人员的指示下重新校准自己。
引导光束
图5A-5C示出了上文详细描述的较佳实施方式的操作。图5A示出了光纤束1的光纤柱1与光纤束6的光纤柱8的光纤的连接情况。读者应该注意到，照相机64、66检测穿过二向色镜子24的共同对准的对准光束，以将反馈提供给MEMS镜子控制，进而调节MEMS镜子的位置，从而确保光束路径是正确的路径。图5B证明了在同一输入光纤与光纤-微透镜阵列中心附近的一个光纤柱中的光纤之间的连接情况，图5C证明了在同一输入光纤与光纤-微透镜阵列的光纤柱1中的光纤之间的连接情况。读者不应该限定图5B-5C中的对准光束的位置。
国家级光纤网络中的应用
美国专利申请10/677,590被引用在此作为参考，它描述了一种使用全光开关的国家级高速通信网络。本文所描述的开关将在该申请中所描述的网络中很好地工作。在上述′590申请中所描述的较佳实施方式中，每一个光纤中的光束的中心波长约为1.57微米(对应于193.1THz)，其可用带宽是15,000GHz(介于186,000GHz到201,000GHz之间)。每个光纤中的光束可以传输多达300个分离的通信信道(每一个在50GHz处)。上述300个分离的通信信道(每一个在50GHz处)中的每一个信道可以被划分成更小的频率范围，比如6个子频率范围，其间距是4GHz。这允许在每一个光纤中同时传输1200个信号，所以，在每个光纤束具有256个光纤的情况下，每个光纤束理论上可以同时传输超过300,000个分离的信号。这些信号必须在发送位置处分离地输入，以产生组合的光束，并且从所有其它信号中分离出来，以便被每一个信号接收者接收。这被称为频分复用。时分复用允许对可在任何特定时间周期内处理的分离的通信数目进行额外的倍增。
图11是来自上述′590专利申请的图1的修改版本。此处，我们考虑国家级网络，其终端用户被分配到250个区域代码之一，每一个区域代码具有大致相等的终端用户。例如，区域代码#1被分配给了San Diego，#40被分配给了Seattle，#200被分配给了Washington D.C.，#240被分配给了国际用户的某一子集。所提出的网络可以具有大约400,000个用户节点/区域代码。如图1所示，与每一个区域代码有关的光交叉连接开关2K位于网状网络中绑在一起的网格节点4K处，这允许光信号从任何特定的区域代码切换到另一个其它的区域代码。该特定的网状网络将最大程度地利用已安装的城市之间的光纤干线。
在该较佳实施方式中，所有长通信距离的通信都是通过在以约1.57微米(对应于约193.1THz)为中心的波长范围中工作的光纤而实现的。该网络被设计成在186THz-201THz的频率范围中工作，总带宽是15,000GHz。在50GHz间距处，这使得每个光纤具有300个“颜色”信道。四个分离的光纤提供了总共1200个通信信道。
在本实施方式中，有1200个分离的宽带通信信道(每一个信道具有15GHz的可用光学带宽)进出每一个区域代码。我们将这些宽带信道称为“光纤颜色”(FiberColor)，它们作为300个不同的DWDM波长(标准50GHz间距)分布在4个分离的光纤上。较佳的光网络工作在C和L波带，中心频率是1570nm(193.1THz)。由此，在一个区域代码与其相应的开关之间有八个点亮的光纤，四个用于输出通信量，四个用于输入通信量，如图11中的6K所示那样。
如果我们将1200个“光纤颜色”除以区域代码的数目(300)，则每个区域代码平均有4.8个“光纤颜色”。然而，来自任何特定区域代码(比如SanDiego)的1200个输出“光纤颜色”是基于使用需求被分配给这250个区域代码的，每个光纤的总带宽约为15THz。例如，用于来自San Diego的通信量的“光纤颜色”可能在特定的时刻按下述进行分配：10用于到Washington的通信量，6个用于到Seattle的通信量，1个用于到Atlanta的通信量，如此等等，直到所有这1200个“光纤颜色”被解释清楚。预计，当需求随着时间而变化时，实际的分配过程将是周期性地自动调节的。因此，在任何特定的时刻，这些开关必须被配置成，使得来自每一个源区域代码的每一个“光纤颜色”在无干扰的情况下被引导穿过该网络，到达其目的地区域代码。(即，同一光纤无法被同时用于两个在同一波长处工作的“光纤颜色”)。这一点可以实现，却并非直接显而易见，但是，申请人已开发出一种用于实现该任务的算法，该算法看起来很稳定且在很短的时间内收敛。我们将这种算法称为“幻方算法”，因为需要被分配的“光纤颜色”下面的矩阵具有多个行与列，这些行与列的总数是同一数目。“光纤颜色”的分配问题及其解决方案在本申请说明书的“幻方软件”这一部分中有详细的讨论。该问题的解决方案是一个重要的技术创新，因为它能够用相对较少的信道来部署国家级全光网络，同时不需要将任何光信号转换成电信号或转换成数据源和数据目的地区域代码之间的另一个DWDM波长。
在上述′509专利申请中，更详细地讨论了网格节点4K处的开关2K的操作。在较佳的实施方式中，所有DWDM波长在光学切换之前被多路分配，然后，在切换之后被重新多路复用。不要求以小于标准50GHz DWDM间距的分辨率进行波长分离，使得标准组件都可以使用。(更小的信道分辨率仅仅出现在源和目的地区域代码之内)。将波长分离与光学切换组合起来的定制开关也是可能的。光放大器(比如掺铒光纤放大器)被用在整个网络中，以保持合适的光信号强度。
其它控制技术
现在参照图10，示出了本发明的光交叉连接开关的控制***的框图，一般将其标记为400。控制***400包括：计算机402，它包含实时计算机404；远程通信接口406；以及数字存储设备408。计算机402是这样一种***，它能够作出实现闭环反馈控制***所必需的各种计算。它可以由模拟或数字电子器件构成，或者可以用光学计算单元来实现。在较佳的实施方式中，上述计算机由数字电子器件组成，其具有至少一个能够计算的组件以及至少三个数字接口。第一接口能够接收数字化的光学反馈信号，第二接口能够将命令信号发送给模拟电子驱动器，该驱动器是驱动光束引导器16、18所必需的。第三接口能够接收来自外部源的网络配置命令，并发送光开关的状态。对于特定的实现方式而言，其它接口可能是必需的。
在较佳的实施方式中，数字计算电子器件可以由一个或多个通用处理器构成，比如可买到的数字信号处理器或其它中央处理单元，或者可以由为这个任务而专门设计的一个或多个专用集成电路构成。数字接口可以由许多并行或串行链路中的任一种构成，可以符合某些行业标准，或者针对特定的实现方式而定制。
远程通信接口406通过互连410提供了在计算机402和远程通信交换之间的电子接口。在包括本发明的开关的典型环境中，互连410将接收切换信息，其中包括将要光学耦合的输入光纤和输出光纤。用于接收该信息的标准格式可以通过特定的远程通信网络来建立，但是，应该理解，不管特定的协议如何，该信息将包含可通过本发明来实现的特定的开关配置。
数字存储设备408可以包括临时的和永久的数字存储介质。例如，数字存储器件408可以包括用于数据操纵的随机存取存储器以及用于存储已编程的计算机序列步骤的可编程只读存储器，并且可以包括补偿数值表。
计算机402通过电连接412而电连接到数字接口414。数字接口414包含高电压放大器和数模转换器，用于把来自计算机402的数字信息转换成控制镜子元件所必需的模拟信号。数字接口414也在计算机402和光束引导器420之间发送并接收任何必需的数字数据。读者应该注意，为了简便，图8只示出了一个镜子和一个传感器，读者应该认识到，每一个交叉连接光束是通过两个镜子的定位来控制的，并且光束方向是受两个传感器监控的。然而，保持光束位置的较佳技术是一次只调节一个镜子。通常，必须在光束路径中拧一个镜子，然后，拧另一个镜子若干次，直到建立很好的控制。这可以全部被编程以自动地进行，或者按照外部控制器件或操作人员的指示进行。
单个MEMS镜子的转动控制器接收来自接口414的电信号，并且将该MEMS镜子驱动至其特定的两个旋转位置，为的是在其期望的方向上引导交叉连接光束。为了确保MEMS镜子被恰当地安置，光传感器测量对准光束的位置并提供光学反馈，就像上文所描述的那样。模拟接口426包含模拟信号调节组件，其中包括模拟放大器和模数转换器，它们接收来自光传感器422的模拟信号并产生数字信号以便沿着电连接428传递到计算机402。计算机402接收来自传感器422的关于对准光束的位置的电子信息，并且将该位置与存储器408中所包含的位置进行比较，以确定光束引导器16、18中的光束引导器元件420是否被恰当地安置。如果在传感器422所测量的对准光束的位置与存储器408中所包含的位置数据之间有差异，则计算机402调节被发送到数字接口414的电子信号，以修改光束引导器元件420的旋转位置并使传感器内的对准光束重新定位。对准光束的位置接下来被光传感器422再次测量，并且如有必要，则重复调节光束引导元件的旋转位置。通过这种方式使对准光束恰当地定位，通信光束可以达到恰当的位置，而不用干扰或测量通信光束本身。
本发明的操作示例
在操作过程中，本发明的较佳开关将来自光纤束4中的输入光纤的光信号发送到光纤束6中的输出光纤。本发明较佳实施方式的操作或许在参照图1A-1B的情况下能得到最佳的理解。
光纤的输入-输出映射的重新配置即开关的构造是按下述方式实现的。当接收到重新配置命令时，受影响的信道的光束操控镜子立刻执行开环步骤，从其当前的位置移动到一个适于完成所命令的重新配置的新位置。在开环步骤中，控制反馈终止于受影响的信道。当光束操控元件接近其新位置时，对准光束落在上述配置命令所指示的新输出光纤所对应的传感器的一部分之上。此时，闭环伺服控制被重新启动，并且新的连接情况被最终定下来。在开环步骤中，用于所有其它重新定位的信道的对准光束可以被关闭，为的是使发生切换的信道的引导光束不对未发生切换的信道的伺服反馈信号造成任何污染。
在较佳实施方式中，伺服环路可以仅仅工作于第二镜子阵列中的镜子元件上。在备选的实施方式中，伺服环路可以工作于第一镜子阵列、或第二镜子阵列、或这两个镜子阵列中的镜子元件上。在一个实施方式中，第一阵列中的每一个镜子元件的校准是足够精确的，使得可以用开环信号使这些元件定位，这样，每一个元件所对应的对准光束和通信光束的几乎所有的光能都将落在第二光束引导器阵列中预期的目标镜子元件上。光束引导镜子元件的开环指向是在制造时就被校准的，并且在该器件的使用寿命内也被定期校准，从而确保开环指向准确率是很高的。此外，第一阵列中的镜子的开环指向准确度不需要优于全行程(full stroke)的几个百分点，因为第一元件的位置方面的小误差可以有效地被第二镜子阵列中的元件上工作着的闭环伺服控制***所补偿。这种最初的开环指向与第二光束引导元件的反馈控制相结合，能准确地使通信光束定位到输出光纤的中心上。
多路复用和多路分配
上述开关的重要应用是作为频率多路复用或多路分配操作的一部分。如上所述，多路复用通常包括将特定频率处的信号添加到传输着其它频率的干线光纤，多路分配则是相反的。在每一种情况下，都需要开关将所得的光信号引导至期望的方向上，通常是分离的光纤。若干种多路复用和多路分配技术都是可用的，正如背景技术那一部分所讨论的那样，其中包括薄膜滤光片的使用。然而，申请人偏好的多路复用/多路分配技术是他们开发的技术，该技术与现有技术相比可提供相当大的优势。该技术利用多孔硅滤光片。该技术产生与薄膜滤光片非常相似的结果，但是，多孔硅滤光片生产起来可用非常快且成本低很多。下面简短地描述了这些多孔硅滤光片，并且图12A-12B示出了它们。
多孔硅滤光片
图12A描绘了硅晶片的一部分，它具有折射率不同的六个层，其表面是用电流支持酸蚀刻多孔硅技术进行过蚀刻的。多孔硅(PSi)技术是一种新兴的技术，它具有许多潜在的应用。将硅晶片浸入氢氟酸(HF)中，并且让电流流过它。氢氟酸与硅发生反应，在该表面中蚀刻出纳米孔。这些孔的直径由3个参数决定：电流；HF浓度；以及硅的掺杂剂浓度。较佳的HF浓度是在大约25-50％的范围中。较佳的硅掺杂是大约2.5×1016-2.5×1017离子/立方厘米。上述蚀刻总是发生在HF溶液和硅基板之间的界面处且是在孔的底部。这使得有可能蚀刻到硅的深处，并且形成PSi的厚层。在蚀刻过程中，通过改变电流，可以改变这些孔的直径。更大的电流可增大这些孔的直径，更小的电流可减小它们的直径。这样，硅的孔隙率可以随深度而变化。更大的孔隙率(直径更大的孔)使硅不太密，从而减小PSi层的折射率。更小的孔隙率可增大折射率。因此，PSi的折射率可以发生变化。这种随着深度改变折射率的能力能够形成滤光片。图12B示出了(硅基板48中所产生的)孔的一般形状，该图是表面模拟12层的放大图。硅的折射率约为3.5，空气的折射率约为1.00。因为我们所关心的光的波长比这些孔大很多，所以在这种光响应于每一个模拟层时，好像其折射率就等于构成每一层的空气体积和硅体积的加权平均值。例如，51处指示了低折射率，53处指示了高折射率。图12C示出了用于产生图12B所示图案的电流和时间的图，图12D示出了波长为820nm-850nm的光在该表面处的反射率。这种滤光片具有24个层，如图12C所示。通过额外的层，可以将该滤光片制得更窄。图12E示出了具有29个层的结果。图12F是针对光纤通信常用的波长范围而设计的多孔硅的反射图。
皱褶的多孔硅滤光片
可形成于PSi中的滤光片的类型是让人感兴趣的。常规的薄膜滤光片是通过使高折射率材料和低折射率材料的薄层(四分之一波厚)交替排列而制成。在PSi中，折射率变化连续地在高数值和低数值之间振荡。这种类型的滤光片被称为“皱褶的滤光片”(Rugate filter)。可以实现一些有趣的效果，比如消除窄带通滤光片中不想要的旁瓣。图12G示出了申请人所制造的皱褶滤光片的晶片中的“孔隙率对深度”，图12H示出了所得的与波长有关的反射分布。该图示出了三个非常窄的传输波带。
图12I和12J示出了如何安排多孔硅滤光片单元进行多路复用和多路分配。图12I示出了四个光纤54，用于提供输入通信光束，其中包括在波带λ1、λ2……λn处的许多信号。在56处示出了用于透射各波长的多孔硅滤光片。例如，滤光片56A透射波长λ1并反射所有其它波带。滤光片56B透射另一个波带并且反射所有其它波带。这些波带通过透镜阵列58而被聚焦到各光纤中。图12I和12J所示的设计使用一系列极窄波带滤光片，从DWDM光束中按顺序地一次分离出一个波长信道。在每一个滤光片处，选定的信道被透射，其余的波长被反射。如果使用了可见光，则硅基板可以变得更薄些或被除去，使得被透射的光不被完全吸收。对于大多数光通信应用而言，硅对于所使用的波长基本上是透明的，如果掺杂浓度不是太高，则硅基板可以保留。这种滤光技术在概念上很简单，但可能并不最佳地适用于具有大量波长信道的DWDM***，因为最后的那个波长在从所有其它波长中分离出来之前必须遭遇N-1个滤光片(N是DWDM光束中的波长信道的总数)。更复杂的设计可以通过让前几个滤光片透射不止一个波长信道，来减小任何一个光束必须穿过的滤光片的总数目。然后，窄带滤光片可以被用于使各个波长信道从经抽取的光束中分离出来。
现有技术中针对薄膜滤光片而开发的许多不同的皱褶滤光片设计可以与多孔硅技术一起使用，以实现具有DWDM应用所要求的规范的窄带滤光片。通过使用多孔硅技术，申请人还可以产生多个按正弦变化的一系列折射率不同的层，从而模拟薄膜层叠体的滤光片。这等价于在彼此的顶部之上制造两个或多个相对宽带的反射器。这种配置是皱褶滤光片，它等价于商用分立式薄膜介质滤光片中所发现的多腔滤光片。此类滤光片可以实现极好的波长分辨率，而没有禁止长度，这是因为它模仿了法布里-波罗标准具谐振腔。
在彼此的顶部之上堆叠滤光片能产生一种折射率分布，它在C波段是极高的，除了组合的滤光片结构的谐振波带所对应的几个非常窄的波长区域以外。此处，穿过宽带滤光片而透射的相变匹配于在第二宽带滤光片处进行反射的相变。通过设计宽带反射式滤光片的长度和折射率分布，这些透射区域的精确波长和宽度是可以控制在有限的范围中的。
神秘波长的检测
本发明可以很容易地调适，以检测***波长的存在。这些特殊的***波长可以被添加到通信光束中，目的是在光束走过完整的光学路径时跟踪该光束。本发明可以很容易地编程，以周期性地提取每个光纤中的光束，从而将它引导至测试单元以便测试该***波长。
调节光束强度
本发明的另一个有用的应用是，它可以很容易地编程以调节特定光束的强度。在通信***中，重要的是，***中的各种光束的强度是强度相对均匀的，特别是在放大之前。通过使用单元16、18让光束稍稍不对准以产生期望的失调量，本发明可以很容易地减小穿过该开关的任何光束的强度。光束不对准得越厉害，光束衰减得越厉害，因为其更少的部分被聚焦到输出光纤中。
其它尺寸
在本实施方式中，上述配置是8×16阵列，该阵列被设计成用于连接8×16光纤束。然而，读者应该理解，本发明可以被调整到各种其它尺寸，更小的或更大的，而并不显著增大制造、对准或相应控制***的复杂度。此外，基于经验，可以提供更多或更少的备用信道。
其它变体
尽管已示出的都是本发明的较佳实施方式，但是，本领域普通技术人员应该理解，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以作出各种改变和修改。例如，图1A所示的开关可以按需要调大些或调小些。用于控制镜子的现场可编程门阵列可以被更经济的集成电路替换。MEMS镜子可以被其它可变电压源控制，并且可以使用更大的电容器。许多类型的自动控制器都可以被并入这些开关中，或被用于控制这些开关。除多孔硅滤光片以外的滤光片(比如薄膜滤光片)也可以被用于进行多路复用或多路分配。可以提供更少或更多或零个备用信道。对准光束的源可以是谐振腔发光二极管。在一些实施方式中，可以使用备选的对准技术。许多其它技术都可以用于使对准光束与开关的每一个光纤中的通信光束对准。有许多备选方法来安排该开关的输入部分中的输入光纤。除MEMS镜子阵列以外的小镜子阵列可以替换MEMS镜子阵列。也可以使用一个处理器，而非图1A-1B所示的两个处理器。除了详细讨论的两个重要应用以外，本发明还有大量的应用。例如，上述开关可以用于本地办公室内或工厂内的通信***，其中极高速数据速率通信是重要的。信号准备特征、增益控制以及放大器都可以被并入到上述开关中。本发明的ROADM单元可以被用于支持快速局域和区域通信。本发明的开关可以被用于所有的***体系结构中，这包括点对点、环(带集线器的或带网孔的)等。因此，本专利的范围应该由所附的权利要求书及其法律上的等效文本来确定，而非由已给出的示例来确定。

Claims (26)

1.一种使第一组光纤中的光纤交叉连接到第二组光纤中的光纤的光开关模块，所述光开关模块包括：
A)第一光纤-微透镜定位阵列，用于使所述第一组光纤中的光纤按第一光纤-微透镜阵列图案精密地定位；以及第二光纤-微透镜定位阵列，用于使所述第二组光纤中的光纤按第二光纤-微透镜阵列图案精密地定位，
B)第一MEMS镜子阵列，它所包括的MEMS镜子阵列按一种与所述第一光纤-微透镜阵列图案相对应的第一MEMS镜子图案进行排列并且被定位成将通信光束反射到所述第一光纤-微透镜定位阵列中所排列的光纤中和/或反射来自这些光纤的通信光束；以及第二MEMS镜子阵列，它所包括的MEMS镜子阵列按一种与所述第二光纤-微透镜阵列图案相对应的第二MEMS镜子图案进行排列并且被定位成将通信光束反射到所述第二光纤-微透镜定位阵列中所排列的光纤中和/或反射来自这些光纤的通信光束，
C)第一对准光束单元，它为所述第一光纤-微透镜阵列和所述第一MEMS阵列之间的每一个通信光束提供对准光束并且使所述对准光束与所述通信光束共同对准从而定义第一组对准光束；以及第二对准光束单元，它为所述第二光纤-微透镜阵列和所述第二MEMS阵列之间的每一个通信光束提供对准光束并且使所述对准光束与所述通信光束共同对准从而定义第二组对准光束，
D)二向色镜子，它被定位且调适成将来自所述第一MEMS阵列的通信光束反射到所述第二MEMS阵列和/或将来自所述第二MEMS阵列的通信光束反射到所述第一MEMS阵列，并且透射所述第一组和第二组对准光束，
E)第一光束方向传感器，它被定位且调适成感测穿过所述二向色镜子而透射的所述第一组对准光束中的每一个对准光束的方向；以及第二光束方向传感器，它被定位且调适成感测穿过所述二向色镜子而透射的所述第二组对准光束中的每一个对准光束的方向，以及
F)MEMS控制***，用于控制所述第一和第二MEMS镜子阵列中的每一个镜子的位置，以在所述第一组光纤中的每一个光纤与所述第二组光纤中的任何光纤之间提供光学连接，和/或在所述第二组光纤中的每一个光纤与所述第一组光纤中的任何光纤之间提供光学连接。
2.如权利要求1所述的光开关模块，其特征在于，
所述MEMS镜子控制***包括多个梳状指部驱动单元，这些驱动单元用于MEMS镜子阵列中的每一个镜子以定位该镜子。
3.如权利要求2所述的光开关模块，其特征在于，
所述MEMS镜子控制***包括多个集成电路，这些集成电路用于所述MEMS镜子阵列中的每一个镜子，其中每一个集成电路包括：
A)偏压源，
B)电容器，它被调适成将受控的电压电势提供给镜子的梳状指部驱动单元中的至少一个，
C)高频脉冲宽度调制器，以及
D)晶体管开关，它是由所述高频脉冲宽度调制器驱动的，并且与所述偏压源和所述电容器电连通，
其中，通过控制由所述高频脉冲宽度调制器向所述晶体管开关提供的脉冲的脉冲宽度，控制所述电容器上的电压电势。
4.如权利要求1所述的光开关模块，其特征在于，
所述MEMS镜子阵列包括双轴MEMS镜子的阵列，所述MEMS镜子阵列包括：
A)MEMS镜子阵列支撑框架，用于支撑双轴MEMS镜子的阵列，
B)由所述支撑框架支撑的多个MEMS镜子单元，每一个MEMS镜子单元包括：
1)包括镜子基板和反射表面的旋转镜框，
2)旋转支撑框架，
3)两个第一旋转元件，这些元件刚性地连接到旋转支撑框架和旋转镜框并且位于所述旋转镜框的相对二侧，两个第一旋转轴向元件中的每一个包括两组镜框导电梳状指部，这些指部排列在每一个第一柔性轴向元件的相对二侧，
4)在所述镜框导电梳状指部中的两组内部旋转支撑框架导电梳状指部，在水平方向上这些指部刚性地从所述旋转支撑框架中延伸并且散置地定位，并且在垂直方向上与所述镜框导电梳状指部有偏移，
5)两个第二旋转元件，这些元件刚性地连接到MEMS镜子阵列支撑框架和旋转支撑框架并且位于所述旋转支撑框架的相对二侧，两个第二旋转元件中的每一个包括两组外部旋转支撑框架导电梳状指部，这些指部排列在所述两个第二旋转元件中的每一个的相对二侧，以及
C)在所述镜框导电梳状指部中的两组MEMS镜子阵列支撑框架导电梳状指部，在定义水平面的第一平面中这些指部刚性地从MEMS镜子阵列支撑框架中延伸并且散置地定位，在与所述水平面正交的方向上与所述镜框导电梳状指部有偏移，所述正交的方向定义垂直方向；
其中，所述MEMS镜子控制***被调适，以在旋转支撑框架导电梳状指部与镜框导电梳状指部之间提供电压电势，还在所述MEMS镜子阵列支撑框架导电梳状指部与外部旋转支撑框架导电梳状指部之间提供电压电势。
5.如权利要求1所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二光纤-微透镜定位阵列中的每一个包括：
A)定位板，所述定位板包括平版印刷定义的亚微米V-槽对准特征的阵列，用于对准多个光纤以提供光纤光束出射口和/或孔径的阵列，
B)多个光纤被固定地定位在V-槽中，为光纤-微透镜定位阵列提供亚微米定位精度。
6.如权利要求1所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二对准光束单元中的每一个包括：
A)包括光源的注入单元，
B)准直器，用于使来自光源的光束准直，以产生准直的光束，
C)掩模，用于遮掩准直的光束，以产生多个基本上平行的第一光束，从而定义所述第一组或第二组对准光束之一，
D)分束器，
其中，多个基本上平行的第一和第二光束以及分束器被定位成使得所述基本上平行的对准光束的至少一部分在分束器处相交，以与通信光束共同对准。
7.如权利要求6所述的光开关模块，其特征在于，
所述分束器是二向色分束器。
8.如权利要求1所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二光束方向传感器中的每一个包括：
A)屏幕，它被定位成使第一组或第二组对准光束之一中的每一个对准光束相交，以及
B)摄像机，用于记录这些相交的图像的位置。
9.如权利要求8所述的光开关模块，其特征在于，
所述屏幕是全息屏幕。
10.如权利要求8所述的光开关模块，其特征在于，
所述屏幕是毛玻璃屏幕。
11.如权利要求8所述的光开关模块，其特征在于，
所述屏幕是具有光栅图案的屏幕。
12.如权利要求8所述的光开关模块，其特征在于，
所述摄像机包括CCD阵列。
13.如权利要求8所述的光开关模块，其特征在于，
所述摄像机包括CMOS传感器。
14.如权利要求8所述的传感器***，其特征在于，
第一和第二光束方向传感器被用于提供反馈以使通信光束在光开关模块之内对准。
15.如权利要求2所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二光纤-微透镜定位阵列中的每一个包括：
A)定位板，所述定位板包括平版印刷定义的亚微米V-槽对准特征的阵列，用于对准多个光纤以提供光纤光束出射口和/或孔径的阵列，
B)多个光纤被固定地定位在V-槽中，为光纤-微透镜定位阵列提供亚微米定位精度。
16.如权利要求3所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二光纤-微透镜定位阵列中的每一个包括：
A)定位板，所述定位板包括平版印刷定义的亚微米V-槽对准特征的阵列，用于对准多个光纤以提供光纤光束出射口和/或孔径的阵列，
B)多个光纤被固定地定位在V-槽中，为光纤-微透镜定位阵列提供亚微米定位精度。
17.如权利要求4所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二光纤-微透镜定位阵列中的每一个包括：
A)定位板，所述定位板包括通过平版印刷定义的亚微米V-槽对准特征的阵列，用于对准多个光纤以提供光纤光束出射和/或孔径的阵列，
B)多个光纤被固定地定位在V-槽中，以提供具有亚微米定位精度的光纤-微透镜定位阵列。
18.如权利要求2所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二对准光束单元中的每一个包括：
A)包括光源的注入单元，
B)准直器，用于使来自光源的光束准直，以产生准直的光束，
C)掩模，用于遮掩准直的光束，以产生多个基本上平行的第一光束，从而定义所述第一组或第二组对准光束之一，
D)分束器，
其中，多个基本上平行的第一和第二光束以及分束器被定位成使得所述基本上平行的对准光束的至少一部分在分束器处相交，以与通信光束共同对准。
19.如权利要求3所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二对准光束单元中的每一个包括：
A)包括光源的注入单元，
B)准直器，用于使来自光源的光束准直，以产生准直的光束，
C)掩模，用于遮掩准直的光束，以产生多个基本上平行的第一光束，从而定义所述第一组或第二组对准光束之一，
D)分束器，
其中，多个基本上平行的第一和第二光束以及分束器被定位成使得所述基本上平行的对准光束的至少一部分在分束器处相交，以与通信光束共同对准。
20.如权利要求4所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二对准光束单元中的每一个包括：
A)包括光源的注入单元，
B)准直器，用于使来自光源的光束准直，以产生准直的光束，
C)掩模，用于遮掩准直的光束，以产生多个基本上平行的第一光束，从而定义所述第一组或第二组对准光束之一，
D)分束器，
其中，多个基本上平行的第一和第二光束以及分束器被定位成使得所述基本上平行的对准光束的至少一部分在分束器处相交，以与通信光束共同对准。
21.如权利要求5所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二对准光束单元中的每一个包括：
A)包括光源的注入单元，
B)准直器，用于使来自光源的光束准直，以产生准直的光束，
C)掩模，用于遮掩准直的光束，以产生多个基本上平行的第一光束，从而定义所述第一组或第二组对准光束之一，
D)分束器，
其中，多个基本上平行的第一和第二光束以及分束器被定位成使得所述基本上平行的对准光束的至少一部分在分束器处相交，以与通信光束共同对准。
22.如权利要求2所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二光束方向传感器中的每一个包括：
A)屏幕，它被定位成使第一组或第二组对准光束之一中的每一个对准光束相交，以及
B)摄像机，用于记录这些相交的图像的位置。
23.如权利要求3所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二光束方向传感器中的每一个包括：
A)屏幕，它被定位成使第一组或第二组对准光束之一中的每一个对准光束相交，以及
B)摄像机，用于记录这些相交的图像的位置。
24.如权利要求4所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二光束方向传感器中的每一个包括：
A)屏幕，它被定位成使第一组或第二组对准光束之一中的每一个对准光束相交，以及
B)摄像机，用于记录这些相交的图像的位置。
25.如权利要求5所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二光束方向传感器中的每一个包括：
A)屏幕，它被定位成使第一组或第二组对准光束之一中的每一个对准光束相交，以及
B)摄像机，用于记录这些相交的图像的位置。
26.如权利要求6所述的光开关模块，其特征在于，
所述第一和第二光束方向传感器中的每一个包括：
A)屏幕，它被定位成使第一组或第二组对准光束之一中的每一个对准光束相交，以及
B)摄像机，用于记录这些相交的图像的位置。
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