布置。例如，五个、七个、八个或者更多个光电二极管可以布置在MEMS镜周围并且与MEMS 镜相关联。镜阵列具有一系列的行和列的3D MEMS两轴可操纵微型镜(例如，直径为0.5mm至 1.5mm)。在示例中，镜为1mm，并且光电二极管为50μηι。放置光电二极管使得其与特定的镜相 关联可以包括与在以下情况相比将镜布置成稍微较远地间隔开:没有光电二极管，或者具 有与特定的镜不相关联的填隙光电二极管。
[0063] 图9示出了MEMS模块372。在示例中，镜阵列是100X100的MEMS镜矩阵。镜阵列可以 是MEMS阵列320、330或340或者其他结构。通过在输入端和输出端两者将控制光耦合进光 纤，光纤374和光纤396上的通信光与双向通过镜腔的带外波长处的控制光交叠。输入光纤 连接终止于从光纤中的光产生平行光束的输入准直器阵列380。输入光纤准直器用作透镜， 在通信光载波波长处产生具有比MEMS镜直径略小的直径--例如光束直径为0.45mm至 1.3mm一一的扩展平行边准直光束，其投射到镜阵列例如镜阵列388中的镜上。在控制波长 处，这些光束稍微发散或者稍微收敛。当控制光束收敛时，焦点在光路的前端。在焦点之后， 控制光束发散。可以通过利用准直器中的玻璃的折射率的波长依赖性来获得取决于波长的 收敛或者发散，从而产生取决于波长的准直透镜焦距。这在一个范围的波长处产生了平行 边准直光束，但是在另一范围的波长处产生发散或者收敛光束。输出准直器框394类似地对 准镜阵列382。当光注入输出准直器时，平行准直光束中心对准相应的镜的中心。如果存在 相反路径的通信信号，则准直器在通信波长处投射标称平行光束，而在控制光载波波长处 投射收敛光束或者发散光束。
[0064] 镜阵列及其相应的准直器阵列位于足够大小的空光学腔的任一侧上以使得一个 镜阵列上的每个镜能够指向相对镜阵列上的每个镜。可替选地，光学腔具有一个或更多个 大的平面或弯曲镜以用于将长的内镜阵列光路折叠到较小的物理空间中。
[0065] 可以通过向镜下面的三个或四个分段电极施加驱动电压来瞄准或者操纵镜。电极 可以与镜间隔大约80微米至100微米。通过向上述段施加不同的电压，可以将镜指向其最大 偏转范围内的角度。例如，最大偏转范围可以是使用来自所施加的电极电压的静电力以使 镜抵着常平架的弹簧张力沿X面和y面两者偏转大约正或负的五至七度，其中常平架试图将 镜保持在其初始平面中。这些电极的驱动线从镜室中引出。
[0066]镜阵列还包括围绕MEMS镜的周界布置的光电二极管。光电二极管形成了横穿镜阵 列的面的检测器网格，促进了在交换机连接建立的初始连接阶段期间实际光束落位的直接 检测。光电二极管用作用于优化并且不间断地保持所优化的工作状态中的链接的与镜相关 联的光控制功率传感器。还引出了至这些二极管的线。为了避免产生数百个低振幅信号，光 电二极管输出可以在与镜阵列物理相关联的电子部件中被放大、数字化和/或多路复用。阵 列上电子部件可以在扩展的镜阵列基板的正面上或者在该基板的背面上，这由单片技术或 者杂合技术来产生。
[0067] 控制器373基于来自相对镜上的光电二极管的输出经由驱动线控制相对镜。当适 当的镜被对准以形成光路时，通信光束将仅照射目标镜以及输出准直器面，但是共轴扩展 的控制光束将均匀地照射与光路中的目标镜相关联的光电二极管。光路中的第一镜周围的 光电二极管没有被照射，因此需要供给双向控制光载波以照射第一镜。来自控制光载波的 与目标镜相关联的光电二极管的照射的均匀性的测量在建立以及持续保持期间提供了镜 指向最优化的检测。该均匀性能够容忍在镜位置处的控制光束的实际直径的一定变化，但 是需要控制光束与通信光载波准直光束精确共轴。即，在任何插入表面上的两个光束斑是 同心的。
[0068] 双向控制光束促进光路中的相对的镜的同时并且独立的初始对准，因此控制光束 均匀照射相对目标镜周围的光电二极管。因此，镜室模块包括与其相应的镜阵列中的镜精 确对准的两组准直器，使得来自准直器阵列的光纤的光形成具有穿过其镜阵列中的相应的 镜中心的中心轴的光束。这些准直器阵列在通信光波长处投射准直光束而在控制光波长处 投射共轴光束。通信光束可以是平行光束或者稍微收敛以补偿高斯光束发散。控制光束稍 微发散或者收敛，聚焦于发射准直器附近的某个点一一在该点之外控制光束发散一一从而 在第二镜阵列上产生光束斑，该光束斑与镜以及周围光电二极管交叠，其中控制光束斑比 通信光束斑大。通过透镜材料的折射率随着波长的改变来由同一透镜产生光束斑，因此光 束斑是同心的。因此，当光束被对准时，通信光束被镜包含，并且控制光束均匀地照射与该 镜相关联的光电二极管。
[0069] 当来自输入准直器的控制光束被第一镜反射时，该控制光束被投射到第二镜阵列 上的目标镜上或者附近。第一镜的直径足以反射通信光束和控制光束。不确定区域内的目 标镜或者附近镜周围的光电二极管确定了作为结果的光束斑位置。不确定区域是在目标镜 周围的光束可能初始着落的区域，例如由于初始盲计算镜指向导致。光电二极管响应使得 控制系统能够计算落位误差以及修正向量以更好地对准通信光束。当镜被对准时，目标镜 的光电二极管被控制光束近似同等地被照射。该均匀照射的改变可以被控制系统快速地补 偿以在操作期间保持对准。可以在没有抖动或者旋进的情况下获得并且保持对准。
[0070] 同时，来自相对端口的控制光束沿着相反的方向以相同的方式操作以控制相对镜 阵列中的镜。
[0071] 注入光信号框444和448以及接收光信号框442和446被耦接至MEMS模块372。可选 的接收光信号框442和446确认横穿交换机的光损耗是低的。此外，如果在输入端处采用特 定于给定输入的身份标记或者身份文字对控制光信道进行调整，则接收光信号框是有用 的。目标输出端口上的控制光接收器可以确认验证横穿交换机连接映射的所述身份标记或 文字的接收。
[0072]注入光信号框444和448是被从系统的相对侧注入并且穿过MEMS模块372相反地传 播的光对准源。例如，使用光组合器将光对准源注入光纤。光对准源包括来自一个或更多个 激光器的光。专用激光器不是必需的，这是因为由于一个激光器可以经由分光器驱动多个 输入，所以控制功率可以相对于激光器的功率输出为低的。光纤374和396在控制波长和通 信波长两者处为单模。控制波长可以是比通信波长短的波长。例如，当通信波长在1550nm通 讯带或1300nm通讯带内时，控制波长可以在800nm至850nm或者905nm至1040nm的带宽范围 内。
[0073] 于2013年8月 12 日提交的题为 "Device and Method for Micro-Electro-Mechanical-System Photonic Switch(用于微机电系统光子交换机的装置和方法)"的美 国专利申请No. 13/964,437公开了具有填隙光电二极管的MEMS光子交换机的另外的细节， 所述申请通过引用合并到本文中。
[0074] 图10、图11和图12示出了用于各种透镜的准直光束射线图。虽然射线图被示出，但 是实际的光束将具有高斯光束截面强度并且可能呈现一些扩展。图10示出了消色差透镜的 射线图350。光从单模光纤（SMF)352和透镜354穿过MEMS交换机356传播。然后，光穿过透镜 358至单模光纤360。在MEMS交换机356的输入端处，控制光束362和通信光束364具有相似的 斑分布。在输出端处，控制光束366和通信光束368也具有相似的斑分布。由于透镜354是消 色差的，因此其产生了相似尺寸的共轴光束并且产生了两个同心并且交叠的光束。
[0075] 图11示出了与在通信波长处相比在控制波长处具有较长的有效焦距的透镜的射 线图460。光从单模光纤352至透镜462穿过MEMS交换机356传播。光穿过透镜464出射至单模 光纤360。控制光束随着距离相对于通信光束扩展，同时保持与通信光束共轴。在入口处，控 制光束468具有与通信光束470相似的斑尺寸。在中点处，控制光束472相对于通信光束474 有所扩展。在出口处，控制光束476相对于控制光束478进一步扩展。控制光束和通信光束共 轴。
[0076] 图12示出了与在通信波长处相比在控制波长处具有较短的有效焦距的透镜的射 线图480。光从单模光纤352至透镜482穿过MEMS交换机356传播。然后，光从透镜484出射至 单模光纤360。在输入端处斑尺寸对于控制光束486和通信光束488来说相似。透镜482产生 控制波长处的与通信光束共轴的收敛光束。控制光束在超过焦点进行扩展之前到达所述焦 点。在中点处，控制光束490与通信光束492的尺寸大致相同，如所示出。然而，控制光束可以 更小或更大，这取决于焦距和光路长度。在输出端处，控制光束494比通信光束496大。
[0077]图13示出了投射为准直光束穿过MEMS交换机的通信光束和控制光束。控制光束 506和通信光束508进入穿过单模光纤502和透镜504并且投射在镜阵列510的镜512上。光电 二极管514在镜512的周围。控制光束506和通信光束508经由镜512反射至镜阵列516上的镜 518,其中镜518周围有光电二极管520。这两束光束穿过透镜522出射至单模光纤524。当控 制光束506和通信光束508分别居中在镜512和镜518上时，光电二极管514和光电二极管520 不被照射，这是因为透镜504和透镜522是消色差的。
[0078]图14示出了通信光束538和控制光束536,其中控制光束536是稍微发散的。控制光 束536和通信光束538通过单模光纤502和透镜532进入。透镜532导致控制光束536相对于通 信光束538发散，同时光束保持共轴。控制光束536和通信光束538经由镜阵列510中的镜512 反射至镜阵列516上的镜518。当控制光束536和通信光束538居中在镜518上时，控制光束 536发散以照射光电二极管520,同时当控制光束536和通信光束538居中在镜518上时，通信 光束538没有照射光电二极管520。然后，控制光束534和通信光束538穿过透镜532出射至单 模光纤524。由于控制光束536在至镜512的路径中发散，因此镜512足够大以适应斑尺寸的 增大。
[0079] 光电二极管520的照射的差异生成了控制向量以通过调整镜512来最小化在与镜 518相关联的光电二极管520上接收到的控制光束功率的差异来操纵光束。当通信光束538 和控制光束536居中在镜518上时，如图15所示，光电二极管上的功率大致相等，这是因为通 信光束与控制光束共轴。由于光束斑共轴并且居中，因此光电二极管520检测到相似量的功 率。
[0080] 图16示出了控制光束536和通信光束538从镜518的中心偏移。右侧光电