[发明专利]多功能数字光开关

说明书

相关申请的声明

本申请涉及于2007年7月23日提交的序号为11/781,940、标题 为“High Resolution Digital Optical Encoder/Decoder”的美国专利申请， 这里通过引用并入该申请的全部内容。

背景技术

随着由于互联网使用和其它通信的需求增加而使得光纤系统上的 数据通信的量和速度迅速提高，改进的全光交换系统越来越关注于克 服传统开关的高成本和慢切换速度。这些传统开关包括，例如，各种 机械开关、电光开关和热光开光。具体地讲，涉及从光信号切换到电 信号然后切换回光信号的交换系统的增加复杂度和成本使得对改进的 全光交换的关注程度提高。

全光交换提供将光信号从一个输入路径切换到多个不同输出路径 中的选定输出路径，而没有任何从光信号到电信号的中间转换。典型 地，这通过将电信号施加到可切换元件以使光信号被选择性地切换来 实现。这些电光开关响应于电信号选择性地将光信号的光从输入路径 切换到输出路径中的选定输出路径。

已知用于制造全光光开关的各种方法，诸如，在6,687,431、 6,661,948、6,625,346和6,549,699中描述的方法。这些器件中的许多器 件中的可切换元件为微机电系统(MEMS)光元件，诸如MEMS镜。 MEMS镜可单独地控制并且可移动，比如，可在模拟(或连续)控制 下枢转(或旋转)，以使当反射时，将光波长从一个或多个输入端口 引向输出端口中的选定输出端口。以这种方式，光开关可用于选择性 地将波长耦合在系统的输入端口和输出端口之间。然而，当在光开关 中使用这样的以模拟方式工作的MEMS镜时，引起许多问题。例如， 为了避免镜结构共振引起的不稳定性，可能需要将用于感测每个 MEMS镜的精确位置的装置与MEMS器件集成在一起，这实现起来困 难并且复杂。另外，切换MEMS器件中各个MEMS元件可在MEMS 元件周围引起干扰。具体地讲，发现切换MEMS阵列中的MEMS镜引 起与阵列中的其它镜的气动耦合，气动耦合能干扰预计保持静态的镜。 由于通常通过要求大电压的相对弱的静电力来驱动镜，所以MEMS镜 的位置还可偏移。大电压可引起充电，充电还可干扰镜的位置。当这 些器件通过自由空间光束被耦合到输出端口中时自由空间光束的离轴 对准来执行动态增益均衡时，所有这些影响变成一个更显著的问题。 由于当延长离轴对准以实现更高的衰减水平时作为角定位水平的函数 的衰减灵敏度非线性增加，所以这种技术对于镜定位所要求的公差严 格得多。灵敏度更高是揭示为何对于这种技术而言复杂的伺服环和昂 贵的镜位置感测系统是理想的。

数字镜阵列解决了它们的模拟对应物所具有的许多问题，许多包 括集成整体式切换结构的这样的阵列变得可获得。这些器件使用相对 低的电压来提供能够以高精度和高稳定性在两个或更多个位置之间选 择性地切换的单独镜元件。一种这样的数字镜阵列为空间光调制器， 空间光调制器通常称为数字微镜显示器或器件(DMD)。典型地，DMD 包括超小型镜阵列(典型地，每平方英寸数百万个)，其中，可单独 地将每个镜元件的角度位置控制在例如彼此角度偏移大约10至20度 的至少两个位置之间。镜基座位于镜元件后面。可单独地寻址的镜元 件倾斜安装在机械铰链上，典型地，镜元件阵列覆盖镜基座中的控制 电路层，所有这些安装在半导体芯片上。DMD的镜面包括矩形或方形 镜元件的通常为矩形的栅格阵列。典型的镜元件大约为16平方微米， 各个元件彼此分离大约1微米的距离。阵列中的镜元件围绕至少一个 轴的可单独地控制的倾斜使得从镜面反射的能量形成到预定图案中。 此外，可响应于数字信号基本瞬时地重构镜面以形成不同的图案。通 常可在大约25微秒或更短时间内实现这样的重构。

已知并入DMD的光开关，例如，在美国专利No.6,295,154和 7,203,398以及序号为2003/0164959和2002/0034356的美国申请中公开 了并入DMD的光开关。这些开关在将器件扩展到更高级别的功能以支 持每个端口上的多个波长或颜色或光、更多数量的切换端口或者将器 件扩展到附加功能，诸如在切换期间对光功率级别进行独立控制时受 到许多限制。

因此，提供能够执行多种光处理功能的多功能DMD切换器件将 是有利的。具体地讲，提供集成1×N开关(其中，N＞1)的器件将是 有利的，所述1×N开关能以无串扰方式控制引向多个输出端口的功率 级别。