二極管檢 測到比左側(cè)光電二極管多的光。當照射三個或更多個二極管時，可以通過三角測量來確定 光束位置。由于光束是共軸的，因此當控制光束對準時，通信光束也會被對準。
[0081] 由于當通信光束538居中在鏡518上時，光電二極管520被照射，因此由光電二極管 520生成的信號可以在工作狀態(tài)中操作以及初始對準期間控制優(yōu)化。與目標鏡相關(guān)聯(lián)的光 電二極管被用于精細對準，同時在不確定區(qū)域內(nèi)的其他光電二極管被用于初始粗糙對準。 在初始對準期間，可以鎖定不確定區(qū)域內(nèi)的其他鏡。例如，這些鏡可以被鎖定5ms至10ms，其 比當旋進被用于粗糙對準時用于鎖定的時間段短。在不考慮來自不確定區(qū)域內(nèi)的鏡周圍的 目標鏡光電二極管的控制輸入的情況下，通過保持相對鏡上的當前X、Y驅(qū)動電壓來實現(xiàn)鎖 定。這使得不確定區(qū)域內(nèi)的與鏡相關(guān)聯(lián)的光電二極管被空出來以用作新光束位置的檢測網(wǎng) 格。
[0082] 圖17示出了其中控制光束稍微收斂并且與準直的通信光束共軸的光鏈路。當焦點 在第二鏡陣列遠前方時，控制光束超過焦點擴展并且照射第二鏡周圍的光電二極管。被鏡 周圍的光電二極管檢測到的功率的差異可以生成控制向量以通過調(diào)整第一鏡以最小化被 光電二極管接收到的控制光束功率的差異來操縱光束。當與鏡相關(guān)聯(lián)的光電二極管上的控 制功率相等時，控制光束居中，因此通信光束居中。由于通信光束與控制光束共軸，因此它 們兩者均居中并且具有相同的對準。在該示例中，不需要增加鏡直徑來處理控制光束，這是 因為在鏡陣列510處控制光束576比通信光束578小。
[0083] 通信光束578和控制光束576通過單模光纖502和透鏡572進入。透鏡572使控制光 束576收斂，同時通信光束578被準直。光束經(jīng)由鏡陣列510上的鏡512反射至鏡陣列516上的 鏡518。光束通過透鏡574和單模光纖524射出。
[0084] 因為當通信光束578居中在鏡518上時光電二極管520被控制光束576照射，因此由 光電二極管520生成的信號可以在工作狀態(tài)中操作期間以及在初始建立操作中精細對準期 間控制優(yōu)化。與穿過不確定區(qū)域的鏡相關(guān)聯(lián)的光電二極管可以用于檢測初始光束位置。如 果需要，不確定區(qū)域內(nèi)的鏡被鎖定在適當?shù)奈恢谩?br>[0085] 圖18示出了居中在鏡518上的通信光束578和控制光束576。光電二極管520檢測到 大致相同量的光功率，表明控制光束576并且因此通信光束578居中在鏡518上。
[0086] 圖19示出了相對于鏡518的中心偏移的通信光束578和控制光束576。右光電二極 管與左光電二極管相比檢測到更多的光功率。通過使用鏡周圍的三個或更多個光電二極 管，可以計算未對準的方向和近似大小。然后可以計算修正向量。
[0087]圖20示出了采用與在控制波長處相比在通信波長處具有較短焦距的準直器的 MEMS鏡的雙向控制?？刂乒馐?12和614稍微收斂但是與準直的通信光束616和618共軸。
[0088]當收斂的控制光束的焦點出現(xiàn)在沿著兩個光束方向?qū)⒂龅降牡诙R陣列的遠前 方時，控制光束稍微發(fā)散，光束擴展到其各自的焦點以外。當準確地指向控制光束遇到的第 一陣列的鏡時，控制光束同等地照射在其各自的目標陣列上的鏡周圍的光電二極管。
[0089] 當與目標鏡相關(guān)聯(lián)的光電二極管上的控制功率大致相等時，控制光束沿著正向和 反向路徑居中。由于通信光束與控制光束共軸，因此通信光束也居中。
[0090] 圖21示出了反向路徑控制光束和通信光束適當對準的情況。通信光束616被限制 于鏡518?？刂乒馐?14均勻地照射光電二極管520,其產(chǎn)生了相同水平的輸出響應(yīng)。
[0091] 圖22示出了其中光束相對于中心偏移的光束分布。通信光束672相對于中心偏移， 并且通信光束674也未居中在鏡上。控制光束676偏移，從而導致來自光電二極管的不同的 響應(yīng)，其允許計算修正向量。
[0092]準直透鏡可以是一系列單透鏡、小組件透鏡、梯度指數(shù)(GRIN)透鏡或另一單透鏡 或者復(fù)合透鏡。復(fù)合透鏡由具有不同折射率的兩種不同的玻璃制成，其中一種具有較高程 度的色像差，而另一種具有較低水平的色像差。
[0093] 圖23示出了包括有MEMS鏡786、常平架792、電極784和788以及光電二極管796的 MEMS單元780的示例。MEMS鏡786具有直徑800，常平架792具有直徑798，以及MEMS單元780具 有長度782。常平架直徑可以為鏡直徑的約110%至約115%或更高，同時單元尺寸可以為鏡 直徑的約145%。光電二極管796位于鏡790的圓周周圍，例如距常平架792的邊緣約50μπι。圖 示出了八個光電二極管，但是可以使用更少或更多的光電二極管。光電二極管的直徑例如 可以是大約50μπι至100μπι。通信光束802在MEMS鏡786上的光功率最大，同時控制光束804在 光電二極管半徑處具有大的功率。例如，通信光束可以具有約一半鏡直徑的半高全寬度 (FWHM)。另一方面，控制光束的光束直徑可以是通信光束的光束直徑的大約185%至250%。 [0094] 圖24示出了MEMS鏡820的方網(wǎng)格。MEMS單元以間距822重復(fù)，間距822例如可以為鏡 直徑的200 %至300 %。圖24示出了將MEMS單元布置在鏡直徑的200% (下端)處的結(jié)果。在一 個示例中，例如其中MEMS單元間隔從鏡直徑的200 %被擴大的示例，在沒有與特定鏡（未示 出）相關(guān)聯(lián)的鏡之間有另外的光電二極管。例如，一個光電二極管可以距四個周圍鏡等距地 布置。
[0095] 圖25示出了MEMS鏡830的三角網(wǎng)格。在鏡直徑與鏡中心間距的相同比例下，三角網(wǎng) 格中的鏡比方網(wǎng)格中的鏡更緊密堆積。
[0096]圖26示出了MEMS鏡之間的光束傳播。鏡陣列104具有N個鏡并且寬度842為P。鏡陣 列寬度842等于鏡間距乘以N的平方根。在示例中，MEMS鏡具有約5度至7度的最大偏轉(zhuǎn)角度。 由于視差，偏轉(zhuǎn)角度的僅一半是有用的。鏡偏轉(zhuǎn)角度846由Z給出，并且鏡陣列844之間的間 距由下式給出：
[0097]
[0098]控制光束擴展從輸入準直器至第二鏡處出現(xiàn)，其可以為約1.5倍的鏡至鏡的距離。
[0099]以下表1示出了對于1mm鏡的基于最大角度Z和鏡的數(shù)目N的鏡間隔。表2示出了對 于1mm鏡的控制光束擴展的輸入準直器與第二鏡之間的距離。對于具有1mm鏡的示例300 X 300交換機，鏡之間的間隔為350mm至495mm，并且從輸入準直器至第二鏡的路徑長度根據(jù)最 大角度Z是從大約530mm至大約740mm。表3示出了對于0.3mm鏡的鏡間隔，以及表4示出了對 于Ο . 3mm鏡的控制光束擴展的輸入準直器與第二鏡之間的距離。對于具有Ο . 3mm鏡的示例 200X200端口交換機，鏡之間的間隔是從大約85mm至大約120mm，并且從輸入準直器至第二 鏡的路徑長度根據(jù)最大角度Z是從大約130mm至大約180mm。
[0100] 表1
[0101]
[0102]表2
[0103]
[0104]
[0105]
[0106]
[0107]
[0108]
[0109] 圖27示出了可以用作MEMS光子交換機中的準直器的透鏡850。透鏡850的厚度854 為d，并且焦距852為f。對于在空氣中厚度為d并且表面的曲率半徑為R1和R2的透鏡，有效焦 距f由下式給出：
[0110]
[0111] 其中η為透鏡介質(zhì)的折射率。透鏡的有效焦距增長比例超過折射率減1的倒數(shù)的增 長比例。因此，對于折射率是1.5的玻璃，折射率改變?yōu)?.51導致焦距的減小超過2%。對于 使用1mm鏡的300 X300MEMS交換機，從輸入準直器至第二鏡的路徑長度為650mm，控制光束 的焦點位于距準直器小于650/3mm處以促進2:1擴展到焦點以外。假設(shè)，對于1mm光束直徑， 小于6mm的焦距用于通信光束，那么通過l/u+l/v=l/f可以計算控制光束的焦距，其中v為 從準直器到第一鏡的距離，并且v為通信光束的焦距。其中u = 5mm并且v = 650/3mm，控制光 束的焦距為5.877，改變了2.26%。對于折射率為1.5的玻璃，其涉及折射率改變至1.512。
[0112] 以下表5示出了對于各種玻璃的品質(zhì)因子。品質(zhì)因子是基于在1.55μπι和800nm下的 焦距的差。高折射率玻璃有利于短焦距透鏡。例如，K-SLD-lO(Sumita)玻璃可以用于透鏡。
[0113] 表5
[0114]
[0115」

[0116] 圖28示出了用于復(fù)合透鏡設(shè)計的射線追跡模型。光纖862距透鏡864的距離872例 如為7mm。在示例中，透鏡864在1550nm的通信波長處的焦距為5mm并且在890nm的控制波長 處焦距為4.95mm。透鏡864的透鏡直徑為最終光束直徑的大約140%。透鏡866在通信波長處 的焦距為5mm并且在控制波長處為4.95mm。光在MEMS鏡868和MEMS鏡870上被反射。對于通信 波長，距離874，D t由下式給出：
[0117]
[0118] 對于控制波長的距離878，DC由下式給出：
[0119]
[0120] 長度876，D2t是在通信波長處透鏡866的焦距，其是5mm。長度880，D 2c給出為5+ (17.5-16.902) =5 · 598mm。然后，距離882，Df。。由下式給出：
[0121]
[0122] 對于在折射率為1的媒介中的薄透鏡，其中η是透鏡的折射率，并且R1和R2是透鏡 的兩個面的曲率，則焦距可以由下式大致得出：
[0123]
[0124] 真空、空氣和氮氣全部具有大約1的折射率。
[0125] 具有高色散的單個透鏡可以用作MEMS光子交換機中的準直器。例如，可以使用L-BBHA玻璃。對于示例單個透鏡，R1是9.23mm，并且R2是無限大。然后，在980mm的示例控制波 長處，η是2.047，并且f是8.882mm。在1550nm的示例通信波長處，η是2.025，并且f是9.00mm。
[0126] 兩個透鏡示例準直器可以使用具有一定程度上較低的色散的玻璃，例如石英或者 純二氧化硅，以獲得隨著波長的相同的焦距改變。全部兩個透鏡由相同的材料制成。在示例 中，通信波長是1550nm，并且控制波長是980nm。更接近于光纖的透鏡的R1是1 · 58mm，并且R2 是無限大。在980nm處，η是1.535，并且€是2.96111111，同時在155〇11111處，11是1.528，并且€是 3.00mm。對于距光纖較遠的透鏡，R1是6.97mm，并且R2是無限大。對于該透鏡，在