TW201506478A - 具有可組態之光輸入／輸出埠之光交連切換器 - Google Patents

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TW201506478A
TW201506478A TW103115868A TW103115868A TW201506478A TW 201506478 A TW201506478 A TW 201506478A TW 103115868 A TW103115868 A TW 103115868A TW 103115868 A TW103115868 A TW 103115868A TW 201506478 A TW201506478 A TW 201506478A
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Abstract

本發明揭示一種光交連切換器，其具有一光纖準直器陣列(FCA)、一MEMS鏡陣列及一摺疊式4F中繼系統。該FCA中之每一光纖可充當一輸入光纖或一輸出光纖。該MEMS鏡陣列具有個別可傾斜鏡，每一可傾斜鏡映射至該FCA中之該等光纖中之一各別者。該摺疊式4F中繼系統經組態以將該FCA成像至自身上，使得針對每一輸入光纖，該光纖之尖端經成像至該既定輸出光纖之尖端。該MEMS鏡陣列可藉由以下操作來選擇該輸出光纖：(i)使映射至該輸入光纖之該鏡傾斜，以致使由彼鏡重新引導之光線照射於映射至該輸出光纖之該鏡上；及(ii)使映射至該輸出光纖之該鏡傾斜，以致使由彼鏡重新引導之光線耦合至該輸出光纖中。

Description

具有可組態之光輸入/輸出埠之光交連切換器
本發明係關於光通信裝備，且更特定而言但並不排他地係關於光切換器。
此章節介紹可幫助促進對本發明之一更好理解之態樣。相應地，對此章節之陳述應理解為就本發明而論且不應理解為對先前技術中之內容或先前技術中不存在之內容之認可。
一光交連(OXC)切換器係由(例如)電信業者使用以在一光纖網路中切換光信號之一裝置。一代表性N×N OXC切換器以一種一對一光學上透明的方式將其N個光輸入埠中之任何光輸入埠互連至其N個光輸出埠中之任何光輸出埠。由於光-輸送技術之廣泛使用，因此存在對具有以下特性中之一或多者及可能所有特性之OXC切換器之一市場需求：(i)低生產成本；(ii)小外觀尺寸；(iii)高埠計數；(iv)高切換速度；及(v)低插入損耗。
本文中揭示具有一光纖準直器陣列(FCA)、一MEMS鏡陣列及一摺疊式4F中繼系統之一光交連(OXC)切換器之各種實施例。該FCA中之一光纖可經組態以充當一輸入光纖或一輸出光纖。該MEMS鏡陣列具有個別可傾斜鏡，其中一可傾斜鏡映射至該FCA中之該等光纖中之 一各別者。該摺疊式4F中繼系統經組態以將該FCA成像至自身上以使得，針對每一「輸入」光纖(例如，已經組態以操作為一輸入光纖的該FCA中之一光纖)，該光纖之尖端成像至既定「輸出」光纖(例如，已經組態以操作為一輸出光纖之該FCA中之一光纖)之尖端。該MEMS鏡陣列可藉由以下操作選擇該輸出光纖：(i)使映射至該輸入光纖之該鏡傾斜以致使由彼鏡重新引導之光線照射於映射至該輸出光纖之該鏡上；及(ii)使映射至該輸出光纖之該鏡傾斜以致使由彼鏡重新引導之光線耦合至該輸出光纖中。
本文中所揭示之一代表性OXC切換器有利地具有：(i)一相對低生產成本及一相對小外觀尺寸，此歸因於相對小數目個組成光學元件；(ii)大約(例如)二百個輸入/輸出埠之一相對高埠計數；及(iii)一相對低光學插入損耗，此歸因於該4F中繼系統之使用。
根據一項實施例，所提供之一種設備包括：一光埠陣列，其中一光埠可組態以操作為一輸入埠或一輸出埠；一靜態鏡；一第一透鏡；及一MEMS鏡陣列，其具有複數個個別可傾斜鏡，其中一可傾斜鏡映射至該等光埠中之一各別者且經組態以：在一第一組態中自該等光埠中之該各別者接收一光信號且透過該第一透鏡將該光信號重新引導至該靜態鏡；及在一第二組態中透過該第一透鏡接收由該靜態鏡反射之一光信號且將該光信號重新引導至該等光埠中之該各別者。
在該等上文設備之某些實施例中，該靜態鏡定位於該第一透鏡之一焦平面中。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，該靜態鏡及該第一透鏡經配置以形成一摺疊式4F中繼系統，該摺疊式4F中繼系統經組態以將該光埠陣列成像至自身上以使得操作為一輸入埠的該陣列中之一光埠成像至操作為一輸出埠的該陣列中之一選定光埠上。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，針對經組態以 操作為一輸入埠之一光埠，該MEMS鏡陣列可組態以藉由以下操作而選擇一輸出埠：使映射至該輸入埠之該可傾斜鏡傾斜以致使該經重新引導光信號照射於映射至該輸出埠之該可傾斜鏡上；及使映射至該輸出埠之該可傾斜鏡傾斜以致使該經重新引導光信號耦合至該輸出埠中。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，映射至該輸入埠之該可傾斜鏡經組態以致使一經重新引導光信號在通過該第一透鏡、被該靜態鏡反射且再次通過該第一透鏡之後照射於映射至該輸出埠之該可傾斜鏡上。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，該MEMS鏡陣列中之相鄰可傾斜鏡之間的一間隙具有大約為該等可傾斜鏡之一直徑之一大小。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，該光埠陣列包括：一第二透鏡陣列；一光纖陣列，其經組態以匹配該第二透鏡陣列，其中一光纖之一光軸與一匹配第二透鏡之一光軸對準。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，該第二透鏡陣列中之該等第二透鏡彼此共面；且該光纖匹配陣列中之該光纖之一尖端定位於一匹配第二透鏡之一焦平面中。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，該第二透鏡陣列包括由一光學透明材料製成且在其一第一表面上具有複數個鼓凸部之一單片板，其中該等鼓凸部中之每一者充當一各別第二透鏡；且與該第一表面相對的該單片板之一第二表面係平坦的。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，在該第一組態中，該等光埠中之該各別者經組態以操作為一輸入埠；且在該第二組態中，該等光埠中之該各別者經組態以操作為一輸出埠。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，該MEMS鏡陣列 中之未經加偏壓可傾斜鏡具有彼此共面之各別反射表面。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，該MEMS鏡陣列中之一可傾斜鏡經組態以圍繞一第一旋轉軸及圍繞與該第一旋轉軸不共線之一第二旋轉軸旋轉。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，該設備進一步包括一電路板，該電路板裝載該MEMS鏡陣列連同經組態以產生用於該MEMS鏡陣列之驅動信號以使得該等可傾斜鏡能夠在其中傾斜之電路。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，該電路經組態以基於自該電路板外部之一控制器接收之一控制信號而產生該等驅動信號。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，該設備進一步包括一底座、其中該光埠陣列、該靜態鏡、該第一透鏡及該電路板固定地附接至該底座。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，該光埠陣列中之n個光埠經組態以操作為輸入埠，其中n係一正整數；該光埠陣列中之m個光埠經組態以操作為輸出埠，其中m係大於1之一正整數；且該設備經組態以操作為一n×m光交連切換器。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，n<m。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，n=m。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，該設備經組態以操作為具有複數個光交連切換器之一切換器觸排。
在該等上文設備中之任何設備之某些實施例中，該切換器觸排中之該等光交連切換器中之至少兩者具有不同大小。
100‧‧‧光交連切換器/切換器
110‧‧‧陣列/輸入/輸出陣列
120‧‧‧光路由器
130‧‧‧控制器
200‧‧‧光交連切換器
206‧‧‧光纖/對應光纖/輸入光纖/對應輸出光纖
2061‧‧‧光纖
2062‧‧‧光纖
2063‧‧‧光纖
2064‧‧‧光纖
208‧‧‧背側
210‧‧‧光纖準直器陣列
212‧‧‧前側
214‧‧‧準直透鏡/透鏡/對應透鏡
2141‧‧‧準直透鏡
2142‧‧‧準直透鏡
2143‧‧‧準直透鏡
2144‧‧‧準直透鏡
220‧‧‧MEMS鏡陣列
228‧‧‧前側
230‧‧‧印刷電路板總成
232‧‧‧背側
240‧‧‧電子組件/電路
250‧‧‧成像透鏡/透鏡
260‧‧‧靜態鏡
306‧‧‧發散光錐
314‧‧‧準直光束/經反射光束
3201‧‧‧鏡
3202‧‧‧鏡
3203‧‧‧鏡
3204‧‧‧鏡
348‧‧‧準直光束/經反射光束
352‧‧‧會聚光錐
362‧‧‧發散光錐/光錐
400‧‧‧MEMS鏡陣列
4021‧‧‧線性分段
4022‧‧‧線性分段
4023‧‧‧線性分段
4024‧‧‧線性分段
4201-420108‧‧‧鏡
500‧‧‧光纖準直器陣列
502‧‧‧單片板/板
504‧‧‧矩形支撐框架/支撐框架
506‧‧‧光纖
510‧‧‧光纖基板
514‧‧‧準直透鏡
600‧‧‧印刷電路板總成
602‧‧‧印刷電路板
604‧‧‧電連接器
620‧‧‧MEMS鏡陣列
640‧‧‧電路
642‧‧‧電路
644‧‧‧電路
700‧‧‧光交連切換器
702‧‧‧矩形底座/底座
704‧‧‧大致三角形支撐區塊/其餘支撐區塊
750‧‧‧成像透鏡
760‧‧‧靜態鏡
a‧‧‧雙頭箭頭
b‧‧‧雙頭箭頭
A‧‧‧拐角
B‧‧‧拐角
C‧‧‧拐角
D‧‧‧拐角
F‧‧‧焦距
P1-PN‧‧‧光輸入/輸出埠
藉由實例方式，依據以下詳細說明及隨附圖式，本發明之各種 實施例之其他態樣、特徵及益處將變得更加顯而易見，在隨附圖式中：圖1展示根據本發明之一實施例之一光交連(OXC)切換器之一方塊圖；圖2展示可用以實施根據本發明之一實施例的圖1中所展示之OXC切換器之一光學裝置之一俯視圖；圖3A至圖3C示意性地展示根據本發明之一實施例的圖2中所展示之光學裝置之三個代表性組態之光束傳播；圖4展示可用於根據本發明之一實施例的圖2中所展示之光學裝置中之一MEMS鏡陣列之一示意性前視側面圖；圖5A至圖5B展示可用於根據本發明之一實施例的圖2中所展示之光學裝置中之一光纖準直器陣列(FCA)之三維透視圖；圖6A至圖6B展示可用於根據本發明之一實施例的圖2中所展示之光學裝置中之一印刷電路板(PCB)總成600之三維透視圖；且圖7A至圖7C展示根據本發明之一實施例之已使用圖5A至圖5B中所展示之FCA及圖6A至圖6B中所展示之PCB總成而構造之一OXC切換器之三維透視圖。
圖1展示根據本發明之一實施例之一光交連(OXC)切換器100之一方塊圖。OXC切換器100包括N個光輸入/輸出(I/O)埠P1至PN之一陣列110、一光路由器120及一控制器130。光路由器120以使得該光路由器能夠將一光信號自任何埠Pi路由至任何埠Pj之一方式光學耦合至I/O陣列110，其中i≠j。控制器130操作以控制光路由器120之路由組態，以(例如)提供埠P1至PN之間之所要成對光連接，且在切換器100中防止光-信號碰撞。在適當或必須時，控制器130可(例如)藉由改變埠P1至PN之間之現有成對光連接中的至少一者來組態光路由器120以改變其路 由組態。
陣列110中之I/O埠P1至PN中之任何埠可操作為一光輸入埠或一光輸出埠。舉例而言，在OXC切換器100之一個組態中，埠Pi可操作為一光輸入埠，而在OXC切換器100之一替代組態中，相同埠Pi可操作為一光輸出埠。此I/O埠可重新組態性使得OXC切換器100可組態以執行諸多不同光切換功能，(例如)如藉由對應於N=1024之以下實例所進一步圖解說明。
若陣列110中之一單個I/O埠經組態以操作為一光輸入埠，而其餘一千零二十三個I/O埠經組態以操作為光輸出埠，則OXC切換器100用作1×1023光切換器。
若陣列110中之n個I/O埠經組態以操作為光輸入埠，而m個I/O埠經組態以操作為光輸出埠(其中n+m 1024)，則OXC切換器100用作一n×m光切換器。n與m之以下相對值係可能的：(i)n<m；(ii)n>m；及(iii)n=m。
在某些組態中，OXC切換器100可用作一切換器觸排。舉例而言，在不使用陣列110中之I/O埠中之一者之情況下，OXC切換器100可經組態以用作具有三百四十一個1×2光切換器(總計341×(1+2)=1,063所使用I/O埠)之一切換器觸排。在另一實例中，在不使用陣列110中之I/O埠中之三十二個埠之情況下，OXC切換器100可經組態以用作具有八個1×128光切換器(總計8×(1+128)=1,032所使用I/O埠)之一切換器觸排。在又一實施中，OXC切換器100可經組態以用作具有三十二個16×16光切換器(總計32×(16+16)=1,064所使用I/O埠)之一切換器觸排。熟習此項技術者將瞭解到，包含其中一所得切換器觸排具有兩個或兩個以上不同大小之光切換器之組態的其他組態亦係可能的。
一般而言，OXC切換器100可經組態以用作具有K個光切換器之一切換器觸排，其中每一光切換器係一n k ×m k 光切換器(其中k= 1、...、K)，只要滿足以下條件即可： 在原理上，由所有n k 值及所有m k 值組成之數集可具有多達2K個不同整數。亦應注意，由Eq.(1)表達之條件在形式上適用於K=1之情形以及K>1之情形。
圖2展示可用以實施根據本發明之一實施例之OXC切換器100之一OXC切換器200之一俯視圖。圖2中之虛線展示OXC切換器200中之大致光線蹤跡。
OXC切換器200具有操作為類比於陣列110(圖1)之一光I/O埠陣列之一光纖準直器陣列(FCA)210。FCA 210之一背側208具有配置成一大體上矩形陣列之複數個光纖206，其中每一光纖206大致正交於背側表面。在圖2中所展示之實施例中，矩形陣列內之光纖配置成列及行。在圖2中所展示之突出部中僅光纖206之一個此列係可見的。在FCA 210中存在六行光纖206，每一行沿正交於圖2之平面之方向延伸。熟習此項技術者將理解，在替代實施例中，FCA 210中之其他光纖配置亦係可能的。
FCA 210之一前側212具有配置成一類似矩形陣列之複數個準直透鏡214且通常每一個光纖206含有一個透鏡214。在一項實施例中，透鏡214相對於光纖206定位以使得：(i)每一光纖206之尖端(圖2中未明確展示)大致位於對應透鏡214之焦點處；及(ii)透鏡之光軸與在尖端附近的光纖之光軸對準。如本文中所使用，術語「尖端」應理解為關於光纖之一端或遠端。熟習此項技術者將瞭解，光纖206與透鏡214之此相對位置用於提供光線進入及離開光纖之高效耦合。舉例而言，在光纖206操作為一輸入光纖時，自光纖尖端發射之一發散光錐在其通過對應透鏡214時轉換成一準直光束。類似地，在光纖206操作為一 輸出光纖時，施加至透鏡214之一準直光束轉換成一會聚光錐，此致使光線穿過光纖尖端耦合至對應光纖206之核心中。
OXC切換器200進一步具有光學耦合至FCA 210並彼此耦合之一MEMS鏡陣列220、一成像透鏡250及一靜態鏡260，如由圖2中之光線蹤跡(虛線)所指示。MEMS鏡陣列220位於一印刷電路板(PCB)總成230之一前側228上。PCB總成230亦裝載在圖2中以圖解說明方式展示為位於PCB總成之一背側232上之複數個電子組件240。在一項實施例中，電子組件240包含經組態以基於自切換器控制器(諸如控制器130(圖1))接收之控制信號而產生對MEMS鏡陣列220中之個別鏡之驅動信號之電路。
在一項實施例中，MEMS鏡陣列220對FCA 210中之每一I/O埠具有一個可傾斜鏡(例如，光纖206/透鏡214配對)，在可傾斜鏡與I/O埠之間具有一對一映射。在MEMS鏡陣列220中之可傾斜鏡未經加偏壓時(例如，未自電路240接收任何驅動電壓)，該等鏡之反射表面通常位於(例如)平行於PCB總成230之前側228之相同(單個)平面上。MEMS鏡陣列220中之每一可傾斜鏡經組態以圍繞兩個非共線(例如，相互正交)軸旋轉，此使得二維光束能夠跨越FCA 210之前側212轉向，(例如)如下文參考圖4進一步闡述。在(例如)美國專利第7,126,250號、第6,859,300號及6,300,619號中揭示可在OXC切換器200中用作MEMS鏡陣列220之例示性MEMS裝置，所有該等美國專利以引用方式將其全文併入本文中。
成像透鏡250及靜態鏡260定位於OXC切換器200中以形成一摺疊式4F中繼系統，其中F係透鏡250之焦距。更特定而言，靜態鏡260之反射表面經定位為大致在成像透鏡250之一焦平面中，如在圖2中藉由展示成像透鏡與靜態鏡之間的距離之雙頭箭頭所指示。FCA 210之前側212經定位大致在成像透鏡250之另一焦平面中，如在圖2中藉由標 示為a及b(其中a+b=F)之兩個雙頭箭頭所指示。此兩個雙頭箭頭之經組合長度表示成像透鏡與FCA之前側之間的有效距離。摺疊式4F中繼系統操作以將FCA 210有效地成像至自身上以使得一輸入光纖206之尖端成像至對應輸出光纖206之尖端上。此類型之成像幫助將OXC切換器200中之光纖至光纖插入損耗保持於相對低位準處。
在操作中，自FCA 210中之一輸入埠離開之一準直光束照射至MEMS鏡陣列220中之一對應(例如，「第一」)鏡上。第一鏡朝向成像透鏡250反射準直光束。在通過成像透鏡250後，準直光束照射至靜態鏡260上且朝向成像透鏡250反射回去。在第二次通過成像透鏡250後，準直光束照射至MEMS鏡陣列220中之另一(例如，「第二」)鏡上。然後，第二鏡朝向FCA 210反射準直光束。第一鏡之傾斜角判定MEMS鏡陣列220中之哪個鏡變成第二鏡，且可藉由改變第一鏡之傾斜角而改變第二鏡之身份。第二鏡之傾斜角經設定以抵消由第一鏡之旋轉角所致使之光束的入射角且將經反射準直光束與FCA 210中之對應輸出埠之透鏡214及光纖206之光軸對齊。
圖3A至圖3C示意性地展示根據本發明之一實施例之OXC切換器200(圖2)之三個代表性組態之光束傳播。更特定而言，在圖3A至圖3C中所展示之組態中，光纖206 1 用作一輸入光纖，且光纖206 2 、206 3 及206 4 用作各別輸出光纖。由於光線傳播之一般可逆性，因此圖3A至圖3C中所展示之光束蹤跡亦表示其中調換光纖之輸入/輸出角色之三個額外各別組態。特定而言，圖3A中所展示之光束蹤跡亦表示其中光纖206 2 用作一輸入光纖而光纖206 1 用作一輸出光纖之組態。圖3B中所展示之光束蹤跡亦表示其中光纖206 3 用作一輸入光纖而光纖206 1 用作一輸出光纖之組態。圖3C中所展示之光束蹤跡亦表示其中光纖206 4 用作一輸入光纖而光纖206 1 用作一輸出光纖之組態。
參考圖3A，藉由準直透鏡214 1 使自光纖206 1 之尖端發射之一發散 光錐306準直以形成一準直光束314。然後，準直光束314照射至MEMS鏡陣列220中之一鏡320 1 上。以相對於前側228(圖3A中未展示，參見圖2)之法線成角θ1,2定向之鏡320 1 朝向成像透鏡250反射準直光束314。在通過成像透鏡250後，經反射光束314轉換成一會聚光錐352。在被靜態鏡260朝向成像透鏡250反射回去後，會聚光錐352變成一發散光錐362。在通過成像透鏡250後，光錐362經準直以形成照射至MEMS鏡陣列220中之一鏡320 2 上之一準直光束348。相對於前側228之法線成角φ1,2之鏡320 2 朝向準直透鏡214 2 反射準直光束348。然後，準直透鏡214 2 將所接收經反射光束聚焦於光纖206 2 之尖端上，藉此將光束之光能量耦合至彼光纖之核心中。
鏡320 1 之傾斜角θ1,2經設定以致使準直光束348照射至鏡320 2 上。鏡320 2 之傾斜角φ1,2經設定以致使經反射光束348大致平行於4F中繼系統之有效光軸且照射至準直透鏡214 2 上用於適當地耦合至光纖206 2 之核心中。
圖3B及圖3C中所展示之光束傳播方案類似於圖3A中所展示之方案，惟在此等方案中相關鏡320以不同各別角定向除外。舉例而言，在圖3B中所展示之組態中，鏡320 1 及320 2 分別以傾斜角θ1,3及φ1,3定向。傾斜角θ1,3經設定以致使準直光束348照射至鏡320 3 上。傾斜角φ1,3經設定以致使經反射光束348大致平行於4F中繼系統之有效光軸且照射至準直透鏡214 3 上，用於適當地耦合至光纖206 3 之核心中。在圖3C中所展示之組態中，鏡320 1 及320 4 分別以傾斜角θ1,4及φ1,4定向。傾斜角θ1,4經設定以致使準直光束348照射至鏡320 4 上。傾斜角φ1,4經設定以致使經反射光束348大致平行於4F中繼系統之有效光軸且照射至準直透鏡214 4 上，用於適當地耦合至光纖206 4 之核心中。
對於圖3A至圖3C中所指示之光纖206 1 至206 4 的相對位置，鏡傾斜角具有以下相對值：θ1,2>θ1,3>θ1,4及φ1,2>φ1,3>φ1,4。對於光纖 206 1 及206 4 相對於4F中繼系統之有效光軸之一完全對稱位置，θ1,4 φ1,4 0。熟習此項技術者將理解，自範圍[θ1,4,θ1,2]選擇之傾斜角θ的適當值及自範圍[φ1,4,φ1,2]選擇之傾斜角φ的適當值可用以將光線自光纖206 1 耦合至FCA 210中之任何其他光纖206。
圖4展示可用作根據本發明之一實施例之MEMS鏡陣列220(圖2)之一MEMS鏡陣列400之一示意前視側面圖。MEMS鏡陣列400包括配置成具有十二列及九行之一平面矩形陣列之標示為420 1 至420 108 之一百零八個鏡。MEMS鏡陣列400中之兩個相鄰鏡420之間的最小間隙與一個別鏡之大約橫向大小(例如，直徑之70%與130%之間)大約相同。MEMS鏡陣列400之此特性使得能夠自一個輸出光纖無中斷地切換至另一光纖，(例如)如下文進一步闡釋。
如本文中所使用，術語「無中斷切換」係指以在不必關斷或阻擋正在被切換之光信號的情況下實質上防止彼光信號耦合至(或「命中於」)對應OXC切換器之非既定I/O埠中之一方式來重新組態該OXC切換器(諸如OXC切換器200，圖2)之一程序。熟習此項技術者將瞭解，無中斷切換在其幫助減小對應OXC切換器中之通道間串擾上可係有益的。
在圖4中所展示之實例中，一光信號自埠11切換至埠97(在此等埠兩者皆經組態以操作為輸出埠時)。為清晰起見，我們將假定，此光信號之輸入埠係埠1。因此，在OXC切換器之第一(初始)狀態中，光信號自埠1路由至埠11。在OXC切換器之第二(最終)狀態中，光信號自埠1路由至埠97。
在一項實施例中，為自第一狀態轉變至第二狀態，鏡420 1 之傾斜角以四次離散旋轉自θ1,11改變至θ1,97以致使對應於光信號之光點沿著由四個線性分段402 1 至402 4 組成之一無中斷軌跡402移動。更特定而言，鏡420 1 之第一旋轉致使光點沿著線性分段402 1 移動遠離鏡420 11 並 到達MEMS鏡陣列400中之鏡之十一列與十二列之間的鏡間空間中。鏡420 1 之第二旋轉致使光點在鏡之十一列與十二列之間的鏡間空間中沿著線性分段402 2 移動。鏡420 1 之第三旋轉致使光點在MEMS鏡陣列400中之鏡之第八行與第九行之間的鏡間空間中沿著線性分段402 3 移動。最後，鏡420 1 之第四旋轉致使光點自鏡之第八行與第九行之間的鏡間空間沿著線性分段402 4 移動並到達鏡420 97 上。熟習此項技術者將理解，無中斷軌跡402僅係例示性的且在替代實施例中可類似地實施跨越MEMS鏡陣列400之前側之其他無中斷軌跡(未必具有多邊形鏈形狀)。
例如，在對應於光信號之光點沿著軌跡402行進時之時段期間，鏡420 97 之傾斜角可改變為角φ1,97。以此方式，可實質上避免光信號命中除對應FCA中之I/O埠97之外的I/O埠中。
圖5A至圖5B展示可用作根據本發明之一實施例之FCA 210(圖2)之一FCA 500之三維透視圖。更特定而言，圖5A展示FCA 500之一前視側面圖。圖5B展示FCA 500之一後視側面圖。圖5A至圖5B中之每一者中所展示之三重座標軸(XYZ)進一步闡明兩個視圖之相對定向。
參考圖5A，FCA 500之前側具有由一光學透明材料(例如，玻璃)製成之一單片板502。板502之前側已經塑形以形成準直(例如，平凸)透鏡514之一9×24陣列，準直透鏡514作為鼓凸部顯現於其原本平坦的表面上。板502之背側(在圖5A中所展示之視圖中未直接可見)係平坦的。板502之背側附接至一矩形支撐框架504之前側。
參考圖5B，FCA 500之背側具有與準直透鏡514之9×24陣列相同之間距的光纖506之一9×24陣列。每一光纖506突出穿過一光纖基板510中之一各別孔。光纖基板510附接至支撐框架504之背側以使得：(i)每一光纖506與準直透鏡514中之對應者之光軸對齊；及(ii)光纖之尖端大致放置於準直透鏡之焦平面處。
圖6A至圖6B展示可用以實施根據本發明之一實施例之PCB總成230(圖2)之一PCB總成600之三維透視圖。更特定而言，圖6A展示PCB總成600之一前視側面圖。圖6B展示PCB總成600之一後視側面圖。圖6A至圖6B中之每一者中所展示之三重座標(XYZ)進一步闡明兩個視圖之相對定向。
PCB總成600包括裝載以下各項之一印刷電路板602：(i)一MEMS鏡陣列620，(ii)複數個電路，諸如電路640、642及644，及(iii)複數個個別電路組件(例如，電容器、電阻器等)。MEMS鏡陣列620安裝於印刷電路板602之前側上，如圖6A中所指示。電路中之某些電路及個別電路組件安裝於印刷電路板602之前側上，而其餘電路及個別電路組件安裝於印刷電路板之背側上，如圖6A至圖6B中所指示。PCB總成600亦具有經組態以將電力供應至其中電路及個別電路組件且亦用作PCB總成之一I/O介面之一電連接器604(參見圖6A)。在一項實施例中，電路640、642及644含有用於針對MEMS鏡陣列620中之個別鏡基於透過電連接器604自外部控制器(諸如控制器130(圖1))所接收之控制信號而產生驅動信號之適當電路。
圖7A至圖7C展示已使用根據本發明之一實施例之FCA 500(圖5A至圖5B)及PCB總成600(圖6A至圖6B)而構造之一OXC切換器700之三維透視圖。OXC切換器700包含其上安裝有切換器之其他組件之一實質上矩形底座702。在圖7A至圖7C中之每一者中，底座702之四個拐角標示為A、B、C及D以指示三個視圖之相對定向。
除FCA 500及PCB總成600之外，OXC切換器700亦包含功能上分別類比於成像透鏡250及靜態鏡260(參見圖2)之一成像透鏡750及一靜態鏡760。成像透鏡750係具有一矩形剖面之一球面透鏡，此幫助減小透鏡之橫向尺寸且簡化將透鏡附接至底座702之程序。在一項實施例中，成像透鏡750具有大約75mm之一焦距。使用一矩形材料區塊類 似地實施靜態鏡760，藉由用作鏡的反射表面之一金屬膜來塗佈靜態鏡760之一側。
FCA 500、PCB總成600、成像透鏡750及靜態鏡760相對於彼此適當地光學對準且使用五個大致三角形支撐區塊704固定在適當位置中。更特定而言，支撐區塊704之一側固定地附接(例如，膠黏)至OXC切換器700之對應組件，且支撐區塊之另一側固定地附接至底座702。三個支撐區塊704(每組件一個)用於將FCA 500、成像透鏡750及靜態鏡760附接至底座702。兩個其餘支撐區塊704用於將PCB總成600附接至底座702，如圖7A至圖7C中所指示。
出於圖解說明目的，圖7A至圖7C亦展示對應於路由穿過OXC切換器700之兩個例示性光信號之光線蹤跡。更特定而言，此等光信號中之一者自位於FCA 500之左上拐角中之I/O埠路由至位於FCA之右下拐角中之I/O埠(參見圖7B)。其他光信號自位於FCA 500之左下拐角中之I/O埠路由至位於FCA之右上拐角中之I/O埠(亦參見圖7B)。
儘管已參考說明性實施例闡述本發明，但此說明並不意欲視為一限制性意義。
舉例而言，應注意，本文中所揭示之OXC切換器之實施例不執行波長解多工且不採用光譜色散元件，諸如衍射光柵。因此，一光WDM信號將作為一WDM束路由穿過OXC切換器，而信號的WDM內容不發生任何改變。更特定而言，若施加至OXC切換器之一輸入埠之一光WDM信號具有一特定組WDM組分，則其與相同(未經更改)組WDM組分顯現在OXC切換器之一既定輸出埠處。
在一例示性實施例中，由於MEMS鏡陣列之可傾斜鏡與FCA之光I/O埠之間的一個一對一映射，因此該等光埠中之任何光埠藉由直接光學耦合至該等可傾斜鏡中之各別者且藉此與該個別者直接光學通信而操作，而不管該光埠是否經組態以操作為一輸入埠還是一輸出埠。 更特定而言，若該光埠經組態以操作為一輸入埠，則該光埠將光信號直接發送至該等可傾斜鏡中之彼各別者。若該光埠經組態以操作為一輸出埠，則該光埠自該等可傾斜鏡中之相同各別者直接接收光信號。
熟習此項技術者所明瞭的與本發明有關之對本發明之所闡述實施例以及其他實施例之各種修改皆應視為在如以下申請專利範圍中所表達之本發明之原理及範疇內。
出於本說明書之目的，一MEMS裝置係具有經調適以相對於彼此移動之兩個或兩個以上部件之一裝置，其中該運動係基於任何適合相互作用或相互作用之組合，諸如機械、熱、電、磁、光學及/或化學相互作用。MEMS裝置係使用微或較小製作技術(包含奈米製作技術)而製作，該等製作技術可包含但未必限制於：(1)自組裝技術，其採用(例如)自組裝單層、對一所要化學物質具有高親和性之化學塗層以及懸化學鍵之產生及飽和；及(2)晶圓/材料處理技術，其採用(例如)對材料之微影、化學汽相沈積、圖案化及選擇性蝕刻以及對表面之處理、塑形、電鍍及紋理化。一MEMS裝置中之特定元件之尺度/大小可係如此以便准許量子效應之表現。MEMS裝置之實例包含但不限於NEMS(奈米機電系統)裝置、MOEMS(微光機電系統)裝置、微機械、微系統及使用微系統技術或微系統整合產生之裝置。
儘管已在使用MEMS裝置之上下文中闡述本發明之實施例，但可以包含大於微尺度之尺度的任何適合尺度在原理上實現本發明之替代實施例。
除非另外明確陳述，否則每一數值及範圍應解釋為近似值，如同措辭「大約」或「大致」在該值或範圍之值之前。
將進一步理解，熟習此項技術者在不背離如以下申請專利範圍中所表達之本發明之範疇之情況下可做出對部件之細節、材料及配置(其已經闡述及圖解說明以便闡釋本發明之本質)之各種改變。
請求項中之圖編號及/或圖參考標籤之用途意欲識別所主張標的物之一或多個可能實施例以促進對請求項之解釋。不應將此用途視為必須將彼等請求項之範疇限制於對應各圖中所展示之實施例。
儘管以下方法請求項中之元件(若存在)係以具有對應標示之一特定順序加以陳述，但除非請求項陳述另外暗示用於實施彼等元件中之某些或所有元件之一特定順序，否則彼等元件未必意欲限制於以彼特定順序實施。
本文中對「一項實施例」或「一實施例」之參考意指結合實施例所闡述之一特定特徵、結構或特性可包含於本發明之至少一項實施例中。在說明書中之各種地方中顯現之措辭「在一項實施例中」未必全部係指相同實施例，單獨或替代實施例亦未必與其他實施例相互排斥。相同情形適用於術語「實施方案」。
貫穿詳細說明，未按比例繪製之圖式僅係說明性且加以使用旨在闡釋而非限制本發明。嚴格使用諸如高度、長度、寬度、頂部、底部、前、後之術語以促進本發明之說明且並不意欲將本發明限制於一特定定向。舉例而言，高度並不暗示僅一垂直上升限制，而是用以識別如各圖中之某些圖所展示之一個三維結構之三個維度中之一者。
此外，出於此說明之目的，術語「耦合(couple、coupling、coupled)」、「連接(connect、connecting或connected)」係指其中允許能量在兩個或兩個以上元件之間轉移之此項技術中已知或隨後開發之任何方式，且涵蓋一或多個額外元件之介入，但並不需要如此，除非此術語隨附諸如「直接」或「緊接」之一識別動詞(諸如「直接連接」)。相反，術語「直接耦合」、「直接連接」等暗示不存在此等額外元件。
本發明可以其他特定設備及/或方法來體現。所闡述實施例在所有態樣上皆應視為僅為說明性而非限定性。特定而言，本發明之範疇 由隨附申請專利範圍而非由本文中之說明及各圖指示。歸屬於申請專利範圍之等效內容之意義及範圍內之所有改變皆將涵蓋在申請專利範圍之範疇內。
100‧‧‧光交連切換器/切換器
110‧‧‧陣列/輸入/輸出陣列
120‧‧‧光路由器
130‧‧‧控制器
P1-PN‧‧‧光輸入/輸出埠

Claims (10)

  1. 一種設備，其包括：一光埠陣列，其中一光埠係可組態以操作為一輸入埠或一輸出埠；一靜態鏡；一第一透鏡；及一MEMS鏡陣列，其具有複數個個別可傾斜鏡，其中一可傾斜鏡映射至該等光埠中之一各別者，且經組態以：在一第一組態中，自該等光埠中之該各別者接收一光信號且透過該第一透鏡將該光信號重新引導至該靜態鏡；及在一第二組態中，透過該第一透鏡接收由該靜態鏡反射之一光信號且將該光信號重新引導至該等光埠中之該各別者。
  2. 如請求項1之設備，其中該靜態鏡經定位於該第一透鏡之一焦平面中；且其中該靜態鏡及該第一透鏡經配置以形成一摺疊式4F中繼系統，該摺疊式4F中繼系統經組態以將該光埠陣列成像至自身上，使得操作為一輸入埠之該陣列中之一光埠經成像至操作為一輸出埠之該陣列中之一選定光埠上。
  3. 如請求項1之設備，其中針對經組態以操作為一輸入埠之一光埠，該MEMS鏡陣列係可組態以藉由以下操作來選擇一輸出埠：使映射至該輸入埠之該可傾斜鏡傾斜，以致使該經重新引導光信號照射於映射至該輸出埠之該可傾斜鏡上；及使映射至該輸出埠之該可傾斜鏡傾斜，以致使該經重新引導光信號耦合至該輸出埠中，其中映射至該輸入埠之該可傾斜鏡經組態以致使一經重新引導光信號在通過該第一透鏡、被該靜 態鏡反射且再次通過該第一透鏡之後，照射於映射至該輸出埠之該可傾斜鏡上。
  4. 如請求項1之設備，其中該MEMS鏡陣列中之相鄰可傾斜鏡之間之一間隙具有大約為該等可傾斜鏡之一直徑之一大小。
  5. 如請求項1之設備，其中該光埠陣列包括：一第二透鏡陣列；及一光纖陣列，其經組態以匹配該第二透鏡陣列，其中一光纖之一光軸與一匹配第二透鏡之一光軸對準，其中：該第二透鏡陣列包括由一光學透明材料製成，且在其一第一表面上具有複數個鼓凸部之一單片板，其中該等鼓凸部中之每一者充當一各別第二透鏡；且與該第一表面相對之該單片板之一第二表面係平坦的。
  6. 如請求項1之設備，其中：在該第一組態中，該等光埠中之該各別者經組態以操作為一輸入埠；且在該第二組態中，該等光埠中之該各別者經組態以操作為一輸出埠。
  7. 如請求項1之設備，其中該MEMS鏡陣列中之未經加偏壓可傾斜鏡具有彼此共面之各別反射表面；且其中該MEMS鏡陣列中之一可傾斜鏡經組態以圍繞一第一旋轉軸，及圍繞與該第一旋轉軸不共線之一第二旋轉軸旋轉。
  8. 如請求項1之設備，進一步包括：一電路板，其裝載該MEMS鏡陣列連同經組態以產生用於該MEMS鏡陣列之驅動信號以使得該等可傾斜鏡能夠在其中傾斜的電路，其中該電路經組態以基於自該電路板外部之一控制器接 收之一控制信號來產生該等驅動信號；及一底座，其中該光埠陣列、該靜態鏡、該第一透鏡及該電路板係固定地附接至該底座。
  9. 如請求項1之設備，其中：該光埠陣列中之n個光埠經組態以操作為輸入埠，其中n係一正整數；該光埠陣列中之m個光埠經組態以操作為輸出埠，其中m係大於1之一正整數；且該設備經組態以操作為一n×m光交連切換器。
  10. 如請求項1之設備，其中該設備經組態以操作為具有複數個光交連切換器之一切換器觸排；且其中該切換器觸排中之該等光交連切換器中之至少兩者具有不同大小。
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