CN104635334A - 一种3d-mems光开关 - Google Patents

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Abstract

一种3D-MEMS光开关，包括：准直器阵列、PD阵列、楔方棱镜、分光三角棱镜、微机电系统MEMS微镜、以及与所述PD阵列、所述MEMS微镜连接的核心光开关控制器。本发明中，将PD阵列集成到核心光开关内部，简化了光开关架构和体积，采用楔方棱镜和分光三角棱镜分光，光信号部分透射到PD阵列用于检测光功率，从而核心光开关控制器根据PD阵列检测到的光信号的光功率调整MEMS微镜，使3D-MEMS光开关的插入损耗满足预设的衰减区间，本发明简化了空间光路的设计，有利于实现大规模3D-MEMS光开关，且节省了成本。

Description

一种3D-MEMS光开关
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种3D-MEMS光开关。
背景技术
随着信息技术的不断发展，DWDM（Dense Wavelength DivisionMultiplexing，密集波分复用）技术的发展为点到点的光纤大容量传输提供了有效途径。全光通信网在干线上采用DWDM技术扩容，在交叉节点上采用光分插复用器（OADM，Optical Add-Drop Multiplexer）、光交叉连接器（OXC，Optical Cross Connect）实现，并通过光纤接人技术实现光纤到家（FTTH，Fiber To The Home）。OXC和OADM是全光网的核心技术，OXC和OADM的核心是光开关和光开关阵列。MEMS（Micro-Electro-Mechanic System，微机电系统）光开关可分为2D-MEMS（2-Dimensions Micro-Electro-Mechanic System，二维微机电系统）光开关和3D-MEMS（3-Dimensions Micro-Electro-Mechanic System，三维微机电系统）光开关，2D-MEMS光开关由于通道间插损不均衡，无法实现大规模开关阵列，3D-MEMS光开关由于每个端口间距离相差小，可实现非常大规模的开关矩阵。则3D-MEMS光开关可实现大容量OXC节点，可应用在大容量光交换领域。
3D-MEMS通过微镜的旋转，偏转光路，以达到光路切换的目的。而由于惯性，振动等因素，微镜不能稳定快速地旋转到最佳位置，从而使得3D-MEMS光开关的插入损耗不能达到最佳状态。现有技术中，在光纤的输入端口和输出端口加入功率检测模块，通过对比输入功率与输出功率并将对比结果反馈给微镜，形成一个闭环反馈机制，以控制微镜，从而使微镜校准到最佳状态，使得3D-MEMS光开关的插入损耗达到最小。
现有技术中的3D-MEMS光开关，将光开关光功率检测模块和核心光开关模块分离设置，如图1所示，光开关光功率检测模块位于光纤的输入/输出端口，每一路的输入端口都接一个1×2的coupler（耦合器），coupler的两个输出端口可按需求分光，例如：5%：95%、2%：98%或10%：90%等。分光比少的一端接上一个PD（power detector，功率检测器），用于光功率检测。分光比多的一端接入到核心光开关模块。输入端的全部coupler和PD置于一个光功率检测模块，输出端同理也形成一个光功率检测模块。
现有技术中，在光纤的输入端口和输出端口加入功率检测模块，核心光开关模块与光功率检测模块分离设置，均需通过数据线连接到主控板上，数据线的长短将限制光功率检测模块和核心光开关模块之间的通信速率，从而延长微镜的校准稳定时间；当要实现大规模3D-MEMS光开关时，需使用较多coupler和PD，使得光功率检测模块体积变得非常大，不利于实际使用；每一路使用一个coupler和一个PD，随着3D-MEMS规模的增大，增加了成本。
发明内容
本发明实施例提供了一种3D-MEMS光开关，把光功率检测模块集成到了核心光开关模块内部，实现了光功率检测模块和核心光开关模块的一体化，解决了由于光功率模块和核心光开关模块分离导致的体积大，成本高，MEMS微镜调节稳定时间长的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面提供了一种3D-MEMS光开关，包括：输入端准直器阵列，输入端MEMS微镜，输出端MEMS微镜，输出端准直器阵列，所述3D-MEMS光开关还包括：楔方棱镜，分光三角棱镜，输入端功率检测PD阵列，输出端PD阵列和核心光开关控制器；
所述楔方棱镜置于所述输入端准直器阵列和输入端MEMS微镜之间，用于对来自所述输入端准直器阵列的输入光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到所述输入端MEMS微镜，将另一路光信号反射到所述输入端PD阵列；
所述输入端PD阵列，用于检测所述楔方棱镜反射的输入光信号的光功率；
所述分光三角棱镜置于所述输出端MEMS微镜和输出端准直器阵列之间，用于对来自所述输出端MEMS微镜的输出光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到所述输出端准直器阵列，将另一路光信号反射到所述输出端PD阵列；
所述输出端PD阵列，用于检测所述分光三角棱镜反射的输出光信号的光功率；
所述核心光开关控制器，用于根据所述输入端PD阵列检测到的输入光信号的光功率和所述输出端PD阵列检测到的输出光信号的光功率，判断是否需要调整所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜中的至少一个，若需要调整所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜中的至少一个，则调整所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜中的至少一个。
在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述楔方棱镜包含两个镀膜面，两个镀膜面平行，并与所述楔方棱镜上水平面成45度角，一个镀膜面镀部分反射膜，另一个镀膜面镀高反膜；
所述部分反射膜用于对来自所述输入端准直器阵列的输入光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到所述输入端MEMS微镜，将另一路光信号反射到所述高反膜；
所述高反膜用于将所述部分反射膜反射的光信号反射到所述输入端PD阵列。
在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述分光三角棱镜包含两个镀膜面，两个镀膜面互相垂直，一个镀膜面镀部分反射膜，并与所述分光三角棱镜底面成45度角，另一个镀膜面镀高反膜，并与所述楔方棱镜底面成45度角；
所述部分反射膜用于对来自所述输出端MEMS微镜的输出光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到所述输出端准直器阵列，将另一路光信号反射到所述高反膜；
所述高反膜用于将所述部分反射膜反射的光信号反射到PD阵列。
结合第一方面或第一方面的第一种可能或第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述楔方棱镜固定在所述输入端准直器阵列上，或通过支架固定在所述输入端准直器与所述输入端MEMS微镜之间的光路上。
结合第一方面或第一方面第一种可能实现方式至第一方面第三种可能实现方式中任一种可能实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述分光三角棱镜固定在所述输出端准直器阵列上，或通过支架固定在所述输出端准直器与输出端MEMS微镜之间的光路上。
结合第一方面或第一方面第一种可能实现方式至第一方面第四种可能实现方式中任一种可能实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述楔方棱镜为一整块，或由覆盖一路输入端准直器的小楔方棱镜阵列组成。
结合第一方面或或第一方面第一种可能实现方式至第一方面第五种可能实现方式中任一种可能实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述分光三角棱镜为为一整块，或由覆盖一路输出端准直器的小分光三角棱镜阵列组成。
结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式至第一方面第六种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述输入端准直器阵列所在平面与所述输出端准直器阵列所在平面互相平行；
所述输入端PD阵列所在平面与所述输出端PD阵列所在平面互相平行；
所述输入端MEMS微镜所在平面与所述输出端MEMS微镜所在平面互相平行。
结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式至第一方面第七种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述核心光开关控制器根据所述输入端PD阵列检测到的输入光信号的光功率和所述输出端PD阵列检测到的输出光信号的光功率，调整所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜中的至少一个，具体包括：
根据所述输入端PD阵列检测到的输入光信号的光功率和所述输出端PD阵列检测到的输出光信号的光功率计算所述3D-MEMS光开关的插入损耗，当所述3D-MEMS光开关的插入损耗不满足预设的衰减区间时，调整所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜中的至少一个的角度。
结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式至第一方面第八种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面的第九种可能的实现方式中，所述3D-MEMS光开关还包括：反射镜，置于所述输入端MEMS微镜与所述输出端MEMS微镜之间；
所述输入端MEMS微镜，用于将所述楔方棱镜透射的光信号反射到所述反射镜；
所述反射镜，用于将所述输入端MEMS微镜反射的光信号反射到所述输出端MEMS微镜；
所述输出端MEMS微镜，用于将所述反射镜反射的光信号反射到分光三角棱镜。
结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式至第一方面第八种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面的第十种可能的实现方式中，所述3D-MEMS光开关还包括：反射三角棱镜，置于所述输入端MEMS微镜与所述输出端MEMS微镜之间；
所述输入端MEMS微镜，用于将所述楔方棱镜透射的光信号反射到所述反射三角棱镜；
所述反射三角棱镜，用于将所述输入端MEMS微镜反射的光信号反射到所述输出端MEMS微镜；
所述输出端MEMS微镜，用于将所述反射三角棱镜反射的光信号反射到分光三角棱镜。
结合第一方面第九种可能的实现方式或第一方面第十种可能的实现方式，在第一方面的第十三种可能的实现方式中，所述输入端准直器阵列和所述输出端准直器阵列位于同一平面；
所述输入端PD阵列与所述输出端PD阵列设于同一平面；
所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜位于同一平面。
结合第一方面第十一种可能的实现方式，在第一方面的第十二种可能的实现方式中，所述输入端准直器阵列和所述输出端准直器阵列连接为一体。
结合第一方面第十一种可能的实现方式，在第一方面的第十三种可能的实现方式中，所述输入端PD阵列与所述输出端PD阵列连接为一体。
结合第一方面第十一种可能的实现方式，在第一方面的第十四种可能的实现方式中，所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜连接为一体。
结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式至第一方面第十四种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面的第十五种可能的实现方式中，所述输入端PD阵列由多个子PD阵列构成。
结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式至第一方面第十四种可能的实现方式中任一种可能的实现方式，在第一方面的第十六种可能的实现方式中，所述输出端PD阵列由多个子PD阵列构成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中一种3D-MEMS光开关的结构示意图；
图2本发明实施例中的一种3D-MEMS光开关的结构示意图；
图3是本发明第一实施例中的3D-MEMS光开关的具体结构示意图；
图4是本发明第二实施例中的3D-MEMS光开关的具体结构示意图；
图5是本发明第三实施例中的3D-MEMS光开关的具体结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种3D-MEMS光开关，包括：输入端准直器阵列，输入端MEMS微镜，输出端MEMS微镜，输出端准直器阵列，所述3D-MEMS光开关还包括：楔方棱镜，分光三角棱镜，输入端功率检测PD阵列，输出端PD阵列和核心光开关控制器。将PD阵列集成到核心光开关内部，简化了光开关架构、减小了光开关体积，利用楔方棱镜与分光三角棱镜分光，光信号部分反射到PD阵列上，简化了空间光路设计，有利于实现大规模3D-MEMS光开关，且节省了成本。下面通过具体实施例进行说明。
图2是本发明实施例中的一种3D-MEMS光开关的结构示意图。如图所示，本发明实施例中的3D-MEMS光开关，包括：
输入端准直器阵列11、楔方棱镜21、输入端PD阵列31、输入端MEMS微镜41、输出端准直器阵列12、分光三角棱镜22、输出端PD阵列32、输出端MEMS微镜42、以及与输入端PD阵列31、输入端MEMS微镜41、输出端PD阵列32、输出端MEMS微镜42通信连接的核心光开关控制器5。其中：
楔方棱镜21置于输入端准直器阵列11和输入端MEMS微镜41之间，用于对来自输入端准直器阵列11的输入光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到输入端MEMS微镜41，将另一路光信号反射到输入端PD阵列31；
输入端PD阵列31，用于检测楔方棱镜21反射的输入光信号的光功率；
分光三角棱镜22置于输出端MEMS微镜42和输出端准直器阵列12之间，用于对来自输出端MEMS微镜42的输出光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到输出端准直器阵列12，将另一路光信号反射到输出端PD阵列32；
输出端PD阵列32，用于检测分光三角棱镜22反射的输出光信号的光功率；
核心光开关控制器5，用于根据输入端PD阵列31检测到的输入光信号的光功率和输出端PD阵列32检测到的输出光信号的光功率，调整输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42中的至少一个。
本发明实施例中的一种3D-MEMS光开关，将PD阵列集成到核心光开关内部，简化了光开关架构、减小了光开关的体积，使用PD阵列代替分离的PD，极大节省了空间和压缩了成本。采用楔方棱镜和分光三角棱镜，省掉了1×2的coupler的使用，节省了成本。且楔方棱镜和分光三角棱镜对光信号分成两路光信号，反射的光信号可用于光功率检测，透射的光信号可用于交叉调度，简化了空间光路的设计，有利于实现大规模3D-MEMS光开关，且节省了成本。
图3是本发明第一实施例中的3D-MEMS光开关的结构示意图。如图所示，本发明实施例中的3D-MEMS光开关，包括：
输入端准直器阵列11、楔方棱镜21、输入端PD阵列31、输入端MEMS微镜41、输出端MEMS微镜42、分光三角棱镜22、输出端PD阵列32、输出端准直器阵列12以及核心光开关控制器5。
其中，核心光开关控制器5与输入端PD阵列31、输入端MEMS微镜41、输出端MEMS微镜42、输出端PD阵列32通信连接。
输入端准直器阵列11，用于接收从光纤输入的光信号，输入端准直器阵列11是外围光信号的入射端口，所有的光信号经过输入光纤进入到输入端准直器阵列11，输入端准直器阵列把输入的光信号进行光束整形，使它们的束腰变大，发散角变小，从而使得这些输入的光信号能在自由空间内传输更远的距离。
楔方棱镜21，用于从输入端准直器阵列11中接收光信号，对来自所述输入端准直器阵列11的输入光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到所述输入端MEMS微镜41，将另一路光信号反射到所述输入端PD阵列31。
可选的，楔方棱镜21内包含两个镀膜面，这两个面平行，与上水平面成45度角，其中，上水平面与输入端准直器阵列11所在的平面平行。一个镀膜面镀部分反射膜，另一个镀膜面镀高反膜。部分反射膜能对入射光信号按一定比例的分光，使得部分透射，部分反射，而高反膜基本能对入射光信号全部反射。来自输入端准直器阵列11的输入光信号经过楔方棱镜21的部分反射膜211时，部分反射膜对输入光信号分成两路光信号，按预设的第一比例透射到输入端MEMS微镜41，按预设的第二比例反射到楔方棱镜21的高反膜212，楔方棱镜21的高反膜212将光信号反射到输入端PD阵列31，预设的第一比例例如95%，预设的第二比例例如5%，预设的第一比例与预设的第二比例和为100%。具体的，可以大部分的光信号透射到输入端MEMS微镜41，小部分反射到输入端PD阵列31，即预设的第一比例可以大于预设的第二比例，具体数值在此不做限定。具体实现中，可以按预设的分光比对楔方棱镜镀部分反射膜，从而控制透射到输入端MEMS微镜和输入端PD阵列的比例，例如，可以在楔方棱镜表面按预设的分光比镀相应的部分反射膜，则95%的光信号会透射到输入端MEMS微镜，5%的光信号反射到楔方棱镜的高反膜，然后经楔方棱镜的高反膜反射到输入端PD阵列。
进一步可选的，楔方棱镜21为一整块，或由小楔方棱镜阵列组成，其中每个小楔方棱镜覆盖一路输入端准直器。
输入端PD阵列31，用于检测楔方棱镜21反射的输入光信号的光功率。输入端PD阵列31对楔方棱镜21反射的光信号进行光电转变，进行光功率检测，得到输入光信号的光功率，并将检测得到的输入光信号的光功率发送给核心光开关控制器5。
输入端MEMS微镜41，用于将楔方棱镜21透射的光信号反射到所述输出端MEMS微镜42。输入端MEMS微镜由多个子微镜构成，包括MEMS微镜芯片，用于接收核心光开关控制器5发送的微镜控制信号，进而转动MEMS微镜。输入端MEMS微镜41的旋转角度可调，从而可以将光信号反射到不同的方向，从而实现对光开关的调度。
输出端MEMS微镜42，用于将输入端MEMS微镜41反射的光信号反射到分光三角棱镜22上。输出端MEMS微镜由多个子微镜构成，包括MEMS微镜芯片，用于接收核心光开关控制器5发送的微镜控制信号，进而转动MEMS微镜。输出端MEMS微镜42的旋转角度可调，从而可以将光信号反射到不同的方向，从而实现对光开关的调度。
分光三角棱镜22，用于接收输出端MEMS微镜42反射的光信号，对来自输出端MEMS微镜42的输出光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到输出端准直器阵列12，将另一路光信号反射到输出端PD阵列32。
可选的，分光三角棱镜22内包含两个镀膜面，一个镀膜面镀部分反射膜，另一个镀高反膜。部分反射膜能对入射光信号按一定比例的分光，使得部分透射，部分反射，而高反膜基本能对入射光信号全部反射。这两个面互相垂直，部分反射膜与底面成45度角，高反膜与底面成45度角，其中，底面与输出端准直器阵列12所在的平面平行。来自输出端MEMS微镜42的输出光信号经过分光三角棱镜22的部分反射膜221时，分光三角棱镜22的部分反射膜221对输出光信号分成两路光信号，按预设的第一比例透射到输出端准直器阵列12，按预设的第二比例反射到分光三角棱镜22的高反膜222，分光三角棱镜22的高反膜222将光信号全部反射到输出端PD阵列32，预设的第一比例例如95%，预设的第二比例例如5%，预设的第一比例与预设的第二比例和为100%。具体的，可以大部分的光信号透射到输出端准直器12，小部分反射到输出端PD阵列32，即预设的第一比例可以大于预设的第二比例，第一比例与第二比例的和为100%，具体数值在此不做限定。具体实现中，可以按预设的分光比对分光三角棱镜镀部分反射膜，从而控制透射和反射的比例，例如，可以在分光三角棱镜表面按预设的分光比镀相应的部分反射膜，则95%的光信号会透射到输出端准直器阵列，5%的光信号反射到分光三角棱镜的高反膜，然后经分光三角棱镜的高反膜全部反射到输出端PD阵列。
进一步可选的，分光三角棱镜为一整块，或由小分光三角棱镜阵列组成，其中，小分光三角棱镜覆盖一路输出端准直器。
输出端PD阵列32，用于检测分光三角棱镜22反射的输出光信号的光功率。输出端PD阵列32对接收的光信号进行光电转变，进行光功率检测，得到输出光信号的光功率，并将检测得到的输出光信号的光功率发送给核心光开关控制器5。
输出端准直器阵列12，用于接收分光三角棱镜22透射的光信号，将接收的光信号耦合到光纤中进行输出。
核心光开关控制器5，用于根据输入端PD阵列31检测到的输入光信号的光功率和输出端PD阵列32检测到的输出光信号的光功率，调整所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜中的至少一个的角度。
可选的，核心光开关控制器5根据输入端PD阵列31检测到的输入光信号的光功率和输出端PD阵列32检测到的输出光信号的光功率计算3D-MEMS光开关的插入损耗，当3D-MEMS光开关的插入损耗不满足预设的衰减区间时，调整输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42中的至少一个的角度，使所述3D-MEMS光开关的插入损耗满足预设的目标衰减值。
可选的，核心光开关控制器5还具体用于，根据计算得到的3D-MEMS光开关的插入损耗调节输入MEMS微镜41和输出MEMS微镜42中至少一个的角度，使3D-MEMS光开关的插入损耗最小，即把3D-MEMS光开关的插入损耗调到最优状态。
可选的，核心光开关控制器5还具体用于，接收用户或者其他设备发送的微镜调节控制命令，根据接收的微镜调节控制命令调节输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜中至少一个的角度，具体的，发送微镜控制信号给输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42中至少一个，使得输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42中至少一个的芯片接收核心光开关控制器5发送的微镜控制信号后，旋转MEMS微镜。控制光信号与输出端准直器阵列12的耦合角度，形成一定的耦合失配，进一步控制输出光信号的衰减功率值，起到通道均衡的作用。同时，核心光开关控制器5实时接收输入端PD阵列31发送的输入光功率和输出端PD阵列32发送的输出光功率，从而根据计算得到的插入损耗调节输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜中至少一个的角度
可选的，核心光开关控制器5还具体用于：当所述3D-MEMS光开关的插入损耗不满足预设的衰减区间时，调整所述MEMS微镜的角度，使所述3D-MEMS光开关的插入损耗满足预设的目标衰减值。预设的衰减区间为在预设的目标衰减值前后设定一个波动值得到的区间值，例如，预设的目标衰减值为3dB，设定一个±0.2dB的区间，则预设的衰减区间为2.8dB～3.2dB。核心光开关控制器5实时接收输入端PD阵列31发送的输入光信号的光功率和输出端PD阵列32发送的输出光信号的光功率，并根据接收的输入光信号的光功率和输出光信号的光功率计算插入损耗，判断计算得到的插入损耗是否在预设的衰减区间中，如果不在预设的衰减区间中，则开始调整输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42中至少一个的角度，调整后再返回实时接收输入光信号的光功率和输出光信号的光功率，再计算插入损耗，再判断计算得到的插入损耗是否在预设的衰减区间中，如果不在预设的衰减区间中，继续调整输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42中至少一个的角度，如此循环，直到插入损耗满足预设的目标衰减值。
具体的，核心光开关控制器调整输入端MEMS微镜和输出端MEMS微镜中至少一个的旋转角度，如果此时的插入损耗与预设的目标衰减值接近，则继续往该方向偏转；如果此时的插入损耗远离预设的目标衰减值，则向相反方向偏转；如果此时无论往哪个方向偏转MEMS微镜，此时的插入损耗都会远离预设的目标衰减值，则此时认为已经调节到最佳位置，停止调节。如果调节MEMS微镜的时间达到预设的终止时间，则停止调节，例如，调节了60秒还未调节到最佳位置，则跳出循环，终止调节，直到下一个调节的触发开始。
进一步可选的，输入端PD阵列31所在平面与输出端PD阵列32所在平面可以互相平行，输入端准直器阵列11所在平面与输出端准直器阵列12所在平面可以互相平行，输入端MEMS微镜41所在平面与输出端MEMS微镜42所在平面可以互相平行；输入端PD阵列31所在平面与输入端MEMS微镜41所在平面可以互相平行，输出端PD阵列32所在平面与输出端MEMS微镜42所在平面可以互相平行；进一步可选的，输入端PD阵列31与输入端MEMS微镜41可以连接为一体，输出端PD阵列32与输出端MEMS微镜42可以连接为一体，从而可以降低3D-MEMS光开关的封装工艺的难度，且简化光开关架构和体积。
进一步可选的，输入端PD阵列31可以由多个子PD阵列构成，输出端PD阵列32可以由多个子PD阵列构成，多个子PD阵列，可以提高PD阵列的良品率，也易于查找坏点等。
本发明实施例提供的一种3D-MEMS光开关，包括：输入端准直器阵列11、楔方棱镜21、输入端PD阵列31、输入端MEMS微镜41、输出端MEMS微镜42、分光三角棱镜22、输出端PD阵列32、输出端准直器阵列12以及核心光开关控制器5，将PD阵列集成到核心光开关内部，简化了光开关架构和体积，采用楔方棱镜和分光三角棱镜，将部分反射的光信号用于光路检测，将透射光用于交叉调度，简化了空间光路的设计，有利于实现大规模3D-MEMS光开关，且节省了成本。
图4是本发明第二实施例中的3D-MEMS光开关的结构示意图。如图所示，本发明实施例中的3D-MEMS光开关，包括：
输入端准直器阵列11、楔方棱镜21、输入端PD阵列31、输入端MEMS微镜41、输出端MEMS微镜42、分光三角棱镜22、输出端PD阵列32、输出端准直器阵列12、核心光开关控制器5以及反射镜6。
其中，核心光开关控制器5与输入端PD阵列31、输入端MEMS微镜41、输出端MEMS微镜42、输出端PD阵列32通信连接。
其中，输入端PD阵列31与输出端PD阵列32位于同一平面，输入端准直器阵列11和输出端准直器阵列12位于同一平面，输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42位于同一平面，输入端PD阵列31与输入端MEMS微镜41位于同一平面。
输入端准直器阵列11，用于接收从光纤输入的光信号。
楔方棱镜21，置于输入端准直器阵列11和输入端MEMS微镜41之间，用于从所述输入端准直器阵列11中接收光信号，将从输入端准直器阵列11接收的输入光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到输入端MEMS微镜41，将另一路光信号反射到输入端PD阵列31。
可选的，楔方棱镜21包含两个镀膜面，一个镀膜面镀部分反射膜，另一个镀高反膜。这两个面平行，与上水平面成45度角，其中，所述上水平面与输入端准直器阵列11所在的平面平行，具体已在上述图3本发明第一实施例中详述，在此不累述。
输入端PD阵列31，用于检测楔方棱镜21反射的输入光信号的光功率，并将检测到的输入光信号的光功率发送给核心光开关控制器5。
输入端MEMS微镜41，用于将楔方棱镜21透射的光信号反射到反射镜6。输入端MEMS微镜41由多个子微镜构成，包括MEMS微镜芯片，用于接收核心光开关控制器5发送的微镜控制信号，进而转动MEMS微镜。
反射镜6，置于输入端MEMS微镜41与输出端MEMS微镜42之间，用于将经过输入端MEMS微镜41反射的光信号反射到输出端MEMS微镜42。
输出端MEMS微镜42，用于将反射镜6反射的光信号反射到分光三角棱镜22。输出端MEMS微镜由多个子微镜构成，包括MEMS微镜芯片，用于接收核心光开关控制器5发送的微镜控制信号，进而转动MEMS微镜。
分光三角棱镜22，用于接收输出端MEMS微镜42反射的光信号，将来自输出端MEMS微镜42的输出光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到输出端准直器阵列12，将另一路光信号反射到输出端PD阵列32。可选的，分光三角棱镜21包含两个镀膜面，一个镀膜面镀部分反射膜，另一个镀高反膜。这两个面垂直，部分反射膜221与底面成45度角，高反膜222与底面成45度角，具体已在上述图3本发明第一实施例中详述，在此不累述。
输出端PD阵列32，用于检测分光三角棱镜22反射的输出光信号的输出光功率，并将检测得到的输出光功率发送给核心光开关控制器5。
输出端准直器阵列12，用于接收分光三角棱镜22透射的光信号，将接收的光信号耦合到光纤中进行输出。
核心光开关控制器5，用于据输入端PD阵列31检测到的输入光信号的光功率和输出端PD阵列32检测到的输出光信号的光功率，调整所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜中的至少一个的角度。
可选的，核心光开关控制器5根据输入端PD阵列31检测到的输入光信号的光功率和输出端PD阵列32检测到的输出光信号的光功率计算3D-MEMS光开关的插入损耗，当3D-MEMS光开关的插入损耗不满足预设的衰减区间时，调整输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42中的至少一个的角度，使所述3D-MEMS光开关的插入损耗满足预设的目标衰减值。具体已在上述图3本发明第一实施例中详述，在此不累述。
进一步可选的，输入端准直器阵列11与输出端准直器阵列12可以连接为一体，具体实现中，输入端准直器阵列11与输出端准直器阵列12可以为两个分离的准直器阵列，拼接在一体，方便封装，也可以为一整个准直器阵列一体设计，再在整个准直器阵列中分为两个子区域，其中一个子区域为输入区域，其中一个子区域为输出区域，输入区域对应输入端准直器阵列，输出区域对应输出端准直器阵列。
进一步可选的，输入端MEMS微镜41与输出端MEMS微镜42可以连接为一体，MEMS微镜在MEMS芯片上，输入端MEMS微镜41与输出端MEMS微镜42可以为两个分离的拼接在一体，MEMS芯片也可以为一体设计，即整个MEMS芯片封装为一体，再在整个MEMS芯片上划分为两个子区域，其中一个子区域为输入区域，另一个子区域为输出区域，输入区域对应输入端MEMS微镜，输出区域对应输出端MEMS微镜，输入区域和输出区域上分别有多个MEMS微镜。
进一步可选的，PD阵列与MEMS微镜可以在同一个平面上，进一步可选的，PD阵列与MEMS微镜可以连接为一体，其中，输入端MEMS微镜41与输出端MEMS微镜42在中间，输入端PD阵列与输出端PD阵列在两侧。
进一步可选的，PD阵列可以由多个子PD阵列构成，多个子PD阵列，可以提高PD阵列的良品率，也易于查找坏点等。
本发明实施例提供了一种3D-MEMS光开关，包括：输入端准直器阵列11、楔方棱镜21、输入端PD阵列31、输入端MEMS微镜41、输出端MEMS微镜42、分光三角棱镜22、输出端PD阵列32、输出端准直器阵列12、核心光开关控制器5以及反射镜6。将PD阵列集成到核心光开关内部，简化了光开关架构和体积，采用楔方棱镜和分光三角棱镜，将反射的光信号用于光路检测，将透射光用于交叉调度，反射镜6折叠了光路，使得输入端PD阵列31与输出端PD阵列32在同一平面，输入端准直器阵列11和输出端准直器阵列12在同一平面，输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42在同一平面，还可以将输入端准直器阵列11和输出端准直器阵列12连接为一体，或将输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42连接为一体，降低了光开关的实现难度，且简化了空间光路的设计，有利于实现大规模3D-MEMS光开关，且节省了成本。
图5是本发明第三实施例中的3D-MEMS光开关的结构示意图。如图所示，本发明实施例中的3D-MEMS光开关，包括：
输入端准直器阵列11、楔方棱镜21、输入端PD阵列31、输入端MEMS微镜41、输出端MEMS微镜42、分光三角棱镜22、输出端PD阵列32、输出端准直器阵列12、核心光开关控制器5以及反射三角棱镜7。
其中，核心光开关控制器5与输入端PD阵列31、输入端MEMS微镜41、输出端MEMS微镜42、输出端PD阵列32通信连接。
其中，输入端PD阵列31与输出端PD阵列32位于同一平面，输入端准直器阵列11和输出端准直器阵列12位于同一平面，输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42位于同一平面，输入端PD阵列31与输入端MEMS微镜41位于同一平面。
输入端准直器阵列11，用于接收从光纤输入的光信号。
楔方棱镜21，用于从输入端准直器阵列11中接收光信号，将从输入端准直器阵列11接收的输入光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到输入端MEMS微镜41，将另一路光信号反射到输入端PD阵列31。可选的，楔方棱镜21包含两个镀膜面，一个镀膜面镀部分反射膜，另一个镀高反膜。这两个面平行，与上水平面成45度角，具体已在上述图3本发明第一实施例中详述，在此不累述。
输入端PD阵列31，用于将楔方棱镜21透射的光信号反射到反射三角棱镜7。输入端MEMS微镜41由多个子微镜构成，包括MEMS微镜芯片，用于接收核心光开关控制器5发送的微镜控制信号，进而转动MEMS微镜。
反射三角棱镜7，置于输入端MEMS微镜41与输出端MEMS微镜42之间，用于将输入端MEMS微镜41反射的光信号反射到输出端MEMS微镜42上。
输出端MEMS微镜42，用于将反射三角棱镜7反射的光信号反射到分光三角棱镜22。输出端MEMS微镜由多个子微镜构成，包括MEMS微镜芯片，用于接收核心光开关控制器5发送的微镜控制信号，进而转动MEMS微镜。
分光三角棱镜21，用于接收输出端MEMS微镜42反射的光信号，将来自输出端MEMS微镜42的输出光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到输出端准直器阵列12，将另一路光信号反射到输出端PD阵列32。可选的，分光三角棱镜21包含两个镀膜面，一个镀膜面镀部分反射膜，另一个镀高反膜。这两个面垂直，部分反射膜221与底面成45度角，高反膜222与底面成45度角，具体已在上述图3本发明第一实施例中详述，在此不累述。
输出端PD阵列32，用于检测分光三角棱镜22反射的输出光信号的输出光功率，并将检测得到的输出光功率发送给核心光开关控制器5。
输出端准直器阵列12，用于接收分光三角棱镜22透射的光信号，将接收的光信号耦合到光纤中进行输出。
核心光开关控制器5，用于据输入端PD阵列31检测到的输入光信号的光功率和输出端PD阵列32检测到的输出光信号的光功率，调整所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜中的至少一个的角度。
可选的，核心光开关控制器5根据输入端PD阵列31检测到的输入光信号的光功率和输出端PD阵列32检测到的输出光信号的光功率计算3D-MEMS光开关的插入损耗，当3D-MEMS光开关的插入损耗不满足预设的衰减区间时，调整输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42中的至少一个的角度，使所述3D-MEMS光开关的插入损耗满足预设的目标衰减值。具体已在上述图3本发明第一实施例中详述，在此不累述。
进一步可选的，输入端PD阵列31与输出端PD阵列32可以连接为一体，具体实现中，输入端PD阵列31与输出端PD阵列32可以为两个分离的PD阵列，拼接在一体，方便封装，也可以为一整个PD阵列一体设计，再在整个PD阵列中分为两个子区域，其中一个子区域为输入区域，其中一个子区域为输出区域，输入区域对应输入端PD阵列，输出区域对应输出端PD阵列。
进一步可选的，PD阵列可以由多个子PD阵列构成，多个子PD阵列，可以提高PD阵列的良品率，也易于查找坏点等。
进一步可选的，输入端MEMS微镜41与输出端MEMS微镜42可以连接为一体。MEMS微镜在MEMS芯片上，输入端MEMS微镜41与输出端MEMS微镜42可以为两个分离的拼接在一体，MEMS芯片也可以为一体设计，即整个MEMS芯片封装为一体，再在整个MEMS芯片上划分为两个子区域，其中一个子区域为输入区域，其中一个子区域为输出区域，输入区域对应输入端MEMS微镜，输出区域对应输出端MEMS微镜，输入区域和输出区域上分别有多个MEMS微镜。
进一步可选的，输入端PD阵列31、输出端PD阵列32、输入端MEMS微镜41与输出端MEMS微镜42可以连接为一体。
进一步可选的，输入端准直器阵列11与输出端准直器阵列12可以连接为一体。输入端准直器阵列11与输出端准直器阵列12可以为两个分离的拼接在一体，准直器阵列也可以为一体设计，即整个准直器阵列封装为一体，再在整个准直器阵列上划分为两个子区域，其中一个子区域为输入区域，其中一个子区域为输出区域，输入区域对应输入端准直器阵列，输出区域对应输出端准直器阵列。
本发明实施例中的一种3D-MEMS光开关，包括：输入端准直器阵列11、楔方棱镜21、输入端PD阵列31、输入端MEMS微镜41、输出端MEMS微镜42、分光三角棱镜22、输出端PD阵列32、输出端准直器阵列12、核心光开关控制器5以及反射三角棱镜7。将PD阵列集成到核心光开关内部，简化了光开关架构和体积，采用楔方棱镜和分光三角棱镜，将透射的光信号用于光路检测，将反射光用于交叉调度，反射三角棱镜7折叠了光路，使得输入端PD阵列31与输出端PD阵列32在同一平面，输入端准直器阵列11和输出端准直器阵列12在同一平面，输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42在同一平面，还可以将输入端PD阵列31与输出端PD阵列32连接为一体，或将输入端准直器阵列11和输出端准直器阵列12连接为一体，或将输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42连接为一体，或将输入端PD阵列31、输出端PD阵列32、输入端MEMS微镜41和输出端MEMS微镜42连接为一体，降低了光开关的实现难度，且简化了空间光路的设计，有利于实现大规模3D-MEMS光开关，且节省了成本。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以用硬件实现，或固件实现，或它们的组合方式来实现。以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (17)

1.一种三维微机电系统3D-MEMS光开关，包括输入端准直器阵列，输入端MEMS微镜，输出端MEMS微镜，输出端准直器阵列，其特征在于，还包括：楔方棱镜，分光三角棱镜，输入端功率检测PD阵列，输出端PD阵列和核心光开关控制器；
所述楔方棱镜置于所述输入端准直器阵列和输入端MEMS微镜之间，用于对来自所述输入端准直器阵列的输入光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到所述输入端MEMS微镜，将另一路光信号反射到所述输入端PD阵列；
所述输入端PD阵列，用于检测所述楔方棱镜反射的输入光信号的光功率；
所述输出端MEMS微镜，用于将来自所述输入端MEMS微镜的光信号反射到所述分光三角棱镜；
所述分光三角棱镜置于所述输出端MEMS微镜和所述输出端准直器阵列之间，用于对来自所述输出端MEMS微镜的输出光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到所述输出端准直器阵列，将另一路光信号反射到所述输出端PD阵列；
所述输出端PD阵列，用于检测所述分光三角棱镜反射的输出光信号的光功率；
所述核心光开关控制器，用于根据所述输入端PD阵列检测到的输入光信号的光功率和所述输出端PD阵列检测到的输出光信号的光功率，判断是否需要调整所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜中的至少一个，若需要调整所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜中的至少一个，则调整所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜中的至少一个。
2.如权利要求1所述的所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，所述楔方棱镜包含两个镀膜面，两个镀膜面平行，并与所述楔方棱镜上水平面成45度角，一个镀膜面镀部分反射膜，另一个镀膜面镀高反膜；
所述部分反射膜用于对来自所述输入端准直器阵列的输入光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到所述输入端MEMS微镜，将另一路光信号反射到所述高反膜；
所述高反膜用于将所述部分反射膜反射的光信号反射到所述输入端PD阵列。
3.如权利要求1所述的所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，所述分光三角棱镜包含两个镀膜面，两个镀膜面互相垂直，一个镀膜面镀部分反射膜，并与所述分光三角棱镜底面成45度角，另一个镀膜面镀高反膜，并与所述楔方棱镜底面成45度角；
所述部分反射膜用于对来自所述输出端MEMS微镜的输出光信号分成两路光信号，将一路光信号透射到所述输出端准直器阵列，将另一路光信号反射到所述高反膜；
所述高反膜用于将所述部分反射膜反射的光信号反射到PD阵列。
4.如权利要求1至3任一所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，所述楔方棱镜固定在所述输入端准直器阵列上，或通过支架固定在所述输入端准直器与所述输入端MEMS微镜之间的光路上。
5.如权利要求1至4任一所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，所述分光三角棱镜固定在所述输出端准直器阵列上，或通过支架固定在所述输出端准直器与输出端MEMS微镜之间的光路上。
6.如权利要求1至5任一项所述的3D-MEMS微镜，其特征在于，所述楔方棱镜为一整块，或由覆盖一路输入端准直器的小楔方棱镜阵列组成。
7.如权利要求1至6任一项所述的3D-MEMS微镜，其特征在于，所述分光三角棱镜为为一整块，或由覆盖一路输出端准直器的小分光三角棱镜阵列组成。
8.如权利要求1至7任一项所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，
所述输入端准直器阵列所在平面与所述输出端准直器阵列所在平面互相平行；
所述输入端PD阵列所在平面与所述输出端PD阵列所在平面互相平行；
所述输入端MEMS微镜所在平面与所述输出端MEMS微镜所在平面互相平行。
9.如权利要求1至8中任一项所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，所述核心光开关控制器根据所述输入端PD阵列检测到的输入光信号的光功率和所述输出端PD阵列检测到的输出光信号的光功率，调整所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜中的至少一个，具体包括：
根据所述输入端PD阵列检测到的输入光信号的光功率和所述输出端PD阵列检测到的输出光信号的光功率计算所述3D-MEMS光开关的插入损耗，当所述3D-MEMS光开关的插入损耗不处于预设的衰减区间时，调整所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜中的至少一个的角度。
10.如权利要求1至9中任一项所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，所述3D-MEMS光开关还包括：反射镜，置于所述输入端MEMS微镜与所述输出端MEMS微镜之间；
所述输入端MEMS微镜，用于将所述楔方棱镜透射的光信号反射到所述反射镜；
所述反射镜，用于将所述输入端MEMS微镜反射的光信号反射到所述输出端MEMS微镜；
所述输出端MEMS微镜，用于将所述反射镜反射的光信号反射到分光三角棱镜。
11.如权利要求1至9中任一项所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，所述3D-MEMS光开关还包括：反射三角棱镜，置于所述输入端MEMS微镜与所述输出端MEMS微镜之间；
所述输入端MEMS微镜，用于将所述楔方棱镜透射的光信号反射到所述反射三角棱镜；
所述反射三角棱镜，用于将所述输入端MEMS微镜反射的光信号反射到所述输出端MEMS微镜；
所述输出端MEMS微镜，用于将所述反射三角棱镜反射的光信号反射到分光三角棱镜。
12.如权利要求10或11所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，
所述输入端准直器阵列和所述输出端准直器阵列位于同一平面；
所述输入端PD阵列与所述输出端PD阵列设于同一平面；
所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜位于同一平面。
13.如权利要求12所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，
所述输入端准直器阵列和所述输出端准直器阵列连接为一体。
14.如权利要求12所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，
所述输入端PD阵列与所述输出端PD阵列连接为一体。
15.如权利要求12所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，
所述输入端MEMS微镜和所述输出端MEMS微镜连接为一体。
16.如权利要求1至15中任一项所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，所述输入端PD阵列由多个子PD阵列构成。
17.如权利要求1至16中任一项所述的3D-MEMS光开关，其特征在于，所述输出端PD阵列由多个子PD阵列构成。
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