示例 MEMS镜结构110,其直径可以从大约550μπι至大约2.5mm，例如约1mm JEMS镜结构110包括悬 挂在支架114和支架116的两个轴上的镜112,支架114和116使得镜112能够抵着支架的扭转 弹簧作用而倾斜，上述扭转弹簧作用试图将镜112保持在特定位置。对于1mm镜而言，在镜 112之下从大约80μπι至1 ΟΟμπι是三个或四个分段的板偏转电极。当使用四个电极时，每个电 极可以与镜的四分之一圆相关联。当向电极施加电压时，镜112通过静电吸引被吸引向所述 电极，并且抵着硅扭转弹簧的弹簧作用而扭转。可以通过调整施加在一个或更多个上述电 极上的驱动电压来在角方向和幅度两个方面操纵该偏转。对于相对于休止状态的10°至14° 的最大光束偏转，或者20°至28°的峰到峰光束偏转，驱动电压可以高至数百伏特，具有出平 面5°至7°的最大镜偏转。
[0048] 图3示出了常平架120,其是可以用作支架114或支架116的常平架的示例。常平架 120可以由试图使镜返回其平面位置的硅扭转弹簧来制造。在一个或更多个四分之一圆电 极上的驱动电压的吸引力与随着镜的移动而增加的弹簧扭转力确定了镜的最终指向角度。
[0049] 图4示出了镜结构130,其包括由具有y轴枢转和X轴枢转的常平架环131支承的装 有常平架的可动镜132。通过用作枢轴的弹簧135和弹簧137来促进沿X轴的运动，并且通过 用作沿正交轴线的枢轴的弹簧134和弹簧136来促进沿y轴的运动。
[0050] 通过使用四分之一圆电极138、139、140和141沿着形成在弹簧135与弹簧137之间 以及弹簧134与弹簧136之间的这两个轴调整镜的偏转角度。向电极138施加驱动电压使得 镜被吸引向该电极，从而使得镜抵着弹簧135和弹簧137的弹簧作用而扭转，直到电极的吸 引力被弹簧的扭转力平衡，从而导致负X镜偏转。以类似的方式，单独施加至电极139、140和 141的驱动电压可以产生负y、正X或正y偏转。吸引力与电场(镜与电极之间的电势差除以镜 与电极之间的间距)成比例。因此，对于接地电势镜，电场的极性并且因此镜上的驱动电压 的极性是不重要的，因而相对的电极对没有被区别地驱动。然而，可以驱动沿X轴的电极中 的一个或另一个与沿y轴的电极中的一个或另一个以产生包含X分量和y分量的任意组合的 偏转角度。可以通过X电极驱动电压和y电极驱动电压的合适组合以及电极选择使 镜指向"四面八方"。
[0051 ]可以通过分析输出光来控制MEMS光子交换机中的镜的对准。在输出端口接收到来 自输入端口的至少一些光之前，不能检测到光，因此不能使对准最优化。因此，期望建立初 始盲连接以在输出端口上获得一些光。这可以通过涉及对用于产生特定偏转角度所需的偏 转电压进行预测量的复杂方法以及通过被称为旋进的循环式搜索方法来实现。存储这些值 以供未来参考和使用。在MEMS阵列/模块制造过程或设备现场调试期间，每个阵列中的每个 MEMS镜通过试错法被链接至相对阵列中的每个镜。X驱动电压和y驱动电压斜上升至预期的 驱动电压附近，直至连接被建立。然后存储用于将每个镜连接至相对镜阵列上的每个镜的X 驱动电压和y驱动电压。这很耗时并且因此可能昂贵的活动，并且会生成大的值表。因此，利 用模拟驱动，模拟角度偏转系统，初始制造或调试安装使用驱动电压来链接阵列中的每个 其他镜。无论是在制造测试期间还是作为调试过程的一部分，都可以按照这种方式建立具 有用于将一个镜阵列中的每个镜与相对镜阵列中的每个镜对准的驱动电压的详细的查找 表，并且将查找表存储在存储器中。可替选地，当极其连续的镜偏转灵敏度与复杂的精确计 算算法结合时，可以直接计算初始近似的驱动电压。
[0052]当近似地对准了镜对连接时，使得光经过从输入端至输出端的路径，但尚未获得 最佳性能，并且检测到输出功率表明获得了链接。然而，所获得的链接未经优化，并且输出 准直器(或者第二镜）的前面的部分照射会产生输出一一但是具有显著的减损。因此，现在 可以对连接进行优化。该优化包括将镜移动至最低路径损失点。当获得光路时，低光功率表 示路径未经优化。然而，这仅提供了误差幅度的近似指示，并且未提供关于误差方向的信 息。
[0053] 可以通过分别对X板驱动电压和y板驱动电压叠加低水平的正弦波和余弦波调制 来对镜施加沿轨道移动的旋进以将控制设计用于对准镜。这引起镜位置在其标称位置周围 非常轻微地旋进，从而导致镜角度的微小的环形调制。输出光在旋进频率处具有幅度调制。 该调制的幅度提供了对误差大小的估计，同时调制的相位表示正弦波调制所造成的误差有 多少以及余弦波调制所造成的误差有多少。然后可以计算修正向量来更好地对准镜对。通 过针对相对镜阵列使用不同的旋进频率，旋进信号的频率的测量指示哪个镜需要被修正。 可替选地，可以在每个镜阵列上单独地并且顺序地执行旋进。后一种方法具有较长的优化 过程。
[0054] 初始近似对准可以基于具有用于将一个镜阵列中的每个镜与相对镜阵列中的每 个镜对准的驱动电压查找表。查找表极其大。例如，对于具有1000X1000镜的MEMS光子交换 机，每个阵列有1000个镜，乘以每个镜的1000个X角度驱动电压和1000个y角度驱动电压，乘 以两个阵列，从而在查找表中有四百万个条目。然后，可以执行粗糙的旋转轨道旋进，直到 建立初始对准，并且有显著量的输出光。接下来，执行精细旋进以优化对准。执行定期的工 作状态中的精细旋进以在操作期间保持对准。
[0055] 在初始对准期间，当镜的初始对准在期望的输出端口对准上未产生任何光或者在 期望的输出端口上的光不足时，旋进信号可以斜上升，从而导致镜角度在初始角度周围向 外螺旋，最终在粗糙旋进中在期望输出端口上产生光。输出信号的定时和定相可以用于计 算修正向量。当光路在输出端口上近似对准，在较低旋进幅度下的精细旋进与测量输出光 的调制的幅度和角度相结合可以用于控制回路中以进一步对准镜对。
[0056] 图5示出了镜阵列150。最初，光束156部分地落在目标镜154的外部。在旋进图案 158中使用精细旋进改变光束角度以使其对准到目标镜154上。还示出了 ：光束152被适当地 对准在目标镜166上。
[0057]光束156根据具有小误差的精确查找表被初始地对准。对于100 X 100镜阵列，查找 表必须存储对于镜阵列中的每个镜的X轴驱动电压和y轴驱动电压，以指向具有2*100*100* 2 = 40,000个驱动电压水平的表的相对阵列中的每个镜。对于1000X1000镜阵列，有四百万 个驱动电压测量值。另外，确定查找表条目是耗时的，并且查找表未考虑漂移和老化。随着 设备老化，这些驱动电压可能改变，从而导致更近似的初始对准。当初始对准漂移很远时， 可以使用一定水平的粗糙旋进。可替选地，可以使用采用来自实际优化设置中的最新值来 自动地更新表内容的机制。当使用特定的镜对组合之间的时间段非常大时，这可能成问题。 通过在制造或者调试时测量初始查找表值来生成初始查找表值。每秒可以测量约10个值至 30个值，导致对于100X100阵列需要测量1300秒至4000秒，以及对于1000X1000阵列需要 测量130,000秒至400,000秒(35小时至110小时）。
[0058]当来自初始盲镜定位的光落在距期望的镜的远处时，在精细旋进之前，可以使用 粗糙旋进下的较大的螺旋图案。使用近似计算或者根据具有大误差的查找表来对光束160 进行初始对准。光束160远离目标镜168数个镜长度，而不是接近于目标镜168。使用螺旋图 案162来旋进光束，直到光束164接近于目标镜168。如图所示，为了说明，螺旋图案162比将 要实际用于粗糙旋进的螺旋更粗糙。在粗糙旋进之后，较小的旋进图案被用于更好地对准 镜对。如果对于一个镜使用了 1kHz至2kHz的旋进率，则对于相对镜使用大约50Hz的旋进率 或者在1kHz至2kHz范围内的非谐波频率。这可能是穿过数个非目标镜位置的长的过程，这 是因为对于光束照射目标镜来说可能需要两种镜旋进的所有组合。
[0059] 使用粗糙旋进和精细旋进可能很复杂。此外，控制回路可能非常慢。控制回路在可 以建立光连接之前必须获得光信号。旋进频率处于镜可以跟随而没有显著位置滞后的低频 率处，例如从大约300Hz至小于大约2kHz，这受限于MEMS镜移动保持与调制同相的保真度， 具有慢的控制回路和相对长的光路优化时间（例如，数十毫秒或数百毫秒）。控制回路为低 带宽。当通过快速边沿驱动信号来控制镜的平均位置时，镜位置经历振动或跳动。振动的影 响不受控制，这是因为振动的从大约1kHz至大约10kHz的高频率大部分在控制回路带宽之 外。因此，驱动信号的施加应当非常慢以避免触发这种机械共振。这限制了切换速度以及旋 进速度，这是由于旋进信号相位与镜角指向相位之间的关系在机械共振附近非常不确定。 为了提取足够大的旋进包络信号，应当在交换机输出端处有可获得的大的光功率，这可能 限制通过光纤交换的光功率的动态范围的下端。
[0060] 在粗糙旋进和精细旋进中所使用的来自外部源的光信号可以包括任何形式的数 据调制，这是由于该光信号可以是调制的通信信号，对于其调制具有高水平的宽带频谱分 量。使用该光信号来在对准期间控制和修正镜设置以及在镜被对准时检测和修正跟踪活动 可能成问题。在接近镜旋进频率的频率处光信号功率的任何通信调制分量可以模仿检测的 旋进误差，从而引起镜角度的不必要的并且不准确的重置。这导致了控制系统中的误差状 态或者对于旋进分量水平的高干扰以及控制的可能的劣化或损失。因为通信信息及其调制 的形式未知，所以来自落入旋进调制控制系统的通带内的载波信号频谱的一部分的有限带 宽的噪声成分是未知的。因此，控制电路被设计成尽可能低的带宽以最小化来自通信频谱 分量的干扰的可能性，从而导致旋进信号变化的慢的检测以及慢的操作。
[0061 ]在实施方式中，3D MEMS光子交换机使用了在MEMS镜矩阵上的内部光电二极管以 及在控制波长处的扩展光束，因此可以在没有基于输出端口旋进的控制并且没有超精确在 先测量的查找表或者使用复杂的改变粗糙旋进的情况下实现对准。在未使用光束旋进或者 光束抖动的情况下建立并且保持实时镜对准。其在建立、采集、优化以及优化工作状态中监 测和保持相位期间操作。
[0062] 光电二极管阵列被布置为镜阵列中的镜之间的填隙阵列以提供横穿镜阵列的光 检测器的检测网格。在示例中，光电二极管与特定的镜相关联。图6、图7和图8分别示出了 MEMS阵列320、330和340。在MEMS阵列320中，光电二极管324以三角形布置在MEMS镜322周 围，同时在MEMS阵列330中，光电二极管334以方形布置在MEMS镜332周围。此外，在MEMS阵列 340中，光电二极管344以修改的六边形结构布置在MEMS镜342周围。还可以有其他光电二极 管