一种优化MEMS光开关切换串扰的方法与流程

一种优化mems光开关切换串扰的方法
技术领域
1.本发明属于光纤通信领域，具体涉及一种优化mems(微机电系统)光开关切换串扰的方法，可以有效改善mems光开关切换过程中的光串扰，提升光通信系统的整体性能指标。


背景技术：

2.光开关是光通信系统的基础光器件之一，是进行光信号切换路由控制的关键产品，其性能指标一直都是光通信系统重点考虑的参数。随着mems技术的发展和在光通信领域的深入应用，mems光开关以其小尺寸、低功耗等显著优势，逐渐成为光开关的主要实现技术，市场规模逐年扩大。
3.现有mems光开关的基本设计都是基于二维光纤阵列来实现，通过控制二维mems芯片的多角度旋转，可控制光信号在二维光纤阵列之间进行切换，实现光信号在不同方向之间的路由控制。但此种设计也引入新的问题，随着二维光纤阵列数量的增加，光信号在目标端口之间切换时，容易对切换过程中的端口产生光功率冲击，对非目标端口产生光串扰。
4.目前业界的mems光开关基本都不能保证切换过程中的光串扰，尤其是高端口数目的光开关，会对切换过程中的很多端口产生大的光功率干扰。
5.针对上述问题，现有的解决方案之一是通过整体系统来统一解决，不单独解决mems光开关的光串扰问题，此种解决方案的问题是增加了整体系统的成本和复杂度。另外的解决方案是在mems光开关的输出端口之间进行挑选，筛选出没有切换光串扰的端口，但引入的问题是降低了mems光开关的端口数目，减少了其可以进行光信号路由的数量，也增加了生产和应用的成本。
6.因此，业界普遍需要进行相关的技术研究，在不进行端口筛选的基础上，优化mems光开关的串扰，并保证所有端口都能正常工作。


技术实现要素：

7.为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种优化mems光开关切换串扰的方法，在不进行端口筛选且保证所有端口都能正常工作的前提下，对所有端口的光串扰进行优化，保证任意两端口之间的切换都不会对其它光端口产生串扰，且生产工艺简单，易于实现。
8.本发明是通过以下技术方案予以实现的：
9.一种优化mems光开关切换串扰的方法，所述方法包括：
10.确定每个光纤端口的防串扰安全电压区域；
11.在切换过程中，通过控制切换电压使光信号切换路径避开防串扰安全电压区域。
12.上述技术方案在不改变现有标准mems光开关结构的基础上，通过在每个端口附近设立防串扰安全电压区域，标记出不会产生光串扰的范围，并通过控制安全切换路径，保证了任意两端口之间的切换都不会对其它端口产生光串扰。
13.作为进一步的技术方案，确定每个光纤端口的防串扰安全电压区域进一步包括：
14.获取每个端口纤芯的最佳电压值；
15.设定纤芯的防串扰目标值；
16.基于纤芯的最佳电压值和防串扰目标值，确定每个纤芯的防串扰安全电压区域。
17.该技术方案利用纤芯的最佳电压值与设定的防串扰目标值，得到每个纤芯的防串扰安全电压区域，以纤芯的最佳电压值为参考点，左右延伸一防串扰安全电压区域形成该纤芯的防串扰安全区，只要切换电压不落入该防串扰安全区，则不会对该纤芯端口产生串扰。
18.作为进一步的技术方案，利用平面xy坐标轴定义各光纤端口，对于任一光纤端口而言，其防串扰安全电压区域由纤芯的x轴安全电压范围和y轴安全电压范围来界定。
19.作为进一步的技术方案，在切换过程中，切换电压需要同时满足：切换电压在x轴的电压值与纤芯在x轴的最佳电压值之间的差的绝对值大于纤芯在x轴的防串扰安全电压范围；切换电压在y轴的电压值与纤芯在y轴的最佳电压值之间的差的绝对值大于纤芯在y轴的防串扰安全电压范围。
20.作为进一步的技术方案，光信号在切换过程中，切换电压的变化值与光信号的当前电压值及对应纤芯的防串扰安全电压范围相关。
21.作为进一步的技术方案，光信号在切换过程中，切换电压在x轴和y轴的变化值遵循以下原则：
[0022][0023][0024]
其中，v
(i，j)x
和v
(i，j)y
分别表示光信号在x轴和y轴任意位置的电压值，δv
p(i，j)x
和δv
p(i，j)y
分别表示纤芯p(i，j)在x轴和y轴的防串扰安全电压区域，v
p(i，j)x
和v
p(i，j)y
分别表示纤芯p(i，j)在x轴和y轴的最佳电压值。
[0025]
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
[0026]
(1)本发明不会对现有标准mems光开关进行结构更改，所有的原材料和生产工艺和现在完全兼容，易批量推广和实现。
[0027]
(2)本发明保证了mems光开关的生产效率，不会因为挑选端口而降低mems光开关的成品率，增加产品的成本。
[0028]
(3)本发明在光信号切换过程中的串扰值通过理论可完全保证，确保了光串扰的指标实现。
附图说明
[0029]
图1为根据本发明实施例的mems光开关的二维光纤阵列分布示意图；
[0030]
图2为根据本发明实施例的单个光纤端口的防串扰安全区域分布示意图；
[0031]
图3为根据本发明实施例的二维光纤阵列防串扰安全区域分布示意图；
[0032]
图中：1、光纤端口；2、光纤纤芯；3、防串扰安全区域。
具体实施方式
[0033]
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
[0034]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0035]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0036]
mems光开关的二维光纤阵列分布如图1所示，所有的光纤(含输入和输出)呈方形或圆形分布，通过mems芯片的二维旋转，光信号在二维光纤阵列之间切换，完成光信号在不同方向上的路由选择。
[0037]
为了更方便地阐述本发明的技术原理，我们采用平面坐标轴的方式来定位各个光端口。对m
×
n的端口阵列，设任意端口的纤芯为p(i，j)，其中i＝1，2，...，m；j＝1，2，...，n。mems光开关在调试封装完成之后，每个光纤端口都对应一个最佳耦合电压，设纤芯p(i，j)在x轴和y轴分别对应的最佳电压值为v
p(i，j)x
和v
p(i，j)y
，在当前电压值下，端口纤芯p(i，j)处于最佳耦合状态，插入损耗值最小。
[0038]
光信号切换过程中，如果不设定特别的切换路径，光信号会瞬间经过某个纤芯，进而产生光串扰的现象。如图2-3所示，本发明引入了一个防串扰安全区域，即在任意纤芯附近，设定一个切换路径的盲区，任何光信号切换会自动规避所有的防串扰安全区域。只要切换光信号不经过防串扰安全区域，当前纤芯就不会受到光串扰的影响。给对端口纤芯p(i，j)而言，其安全区域也通过x轴和y轴的安全电压范围进行界定，即把防串扰安全区域换算成防串扰安全电压区域。因为通过控制mems芯片的电压，可以控制光信号在空间的切换区域，也即切换区域和电压区域是一一对应的。
[0039]
如上所示，设定纤芯p(i，j)在x轴和y轴分别对应的最佳电压值为v
p(i，j)x
和v
p(i，j)y
，其防串扰安全电压区域的电压值范围是v
p(i，j)x
土δv
p(i，j)x
和v
p(i，j)y
±
δv
p(i，j)y
。其中，δv
p(i，j)x
和δv
p(i，j)y
分别通过自动测试系统测试得到，结合所给定的防串扰目标值，自动精确测试得到。自动测试系统通过获取当前电压值下的光功率，与纤芯对应的最佳功率值进行比对，通过计算得出满足指标要求的串扰值，并将串扰值最大处对应的电压值记下来，与最佳电压值进行差值比对，即可得出。此处需特别注意的是，因为mems芯片的转角随驱动电压是平方变化的关系，因此所有纤芯的防串扰安全电压区域是不一样的，需要单独测试。最后，通过自动测试系统，分别得到最佳电压值矩阵和防串扰电压安全区域矩阵，如式(1)和
式(2)所示。
[0040][0041][0042]
设光信号在x轴和y轴任意位置的电压值分别为v
(i，j)x
和v
(i，j)y
，在切换过程中，为了保证切换过程中的光串扰，切换过程中的电压值需同时保证如式(3)和式(4)所示的条件。
[0043]
|v
(i，j)x-v
p(i，j)x
|＞δv
p(i，j)x
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0044]
|v
(i，j)y-v
p(i，j)y
|＞δv
p(i，j)y
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0045]
光信号在切换过程中，应遵循如下的途径，切换电压在x轴和y轴的变化值应按照如式(5)和式(6)所示的公式进行。
[0046][0047][0048]
光信号在切换的过程中，设定其电压的变化值和当前电压值与防串扰安全电压值相关，当快接近防串扰安全电压值时，系统自动调整光信号切换的方向，快速拐弯，绕过防串扰安全区域，在切换路径上走出一条安全的切换路线，可以完全规避掉切换过程中的光串扰。
[0049]
基于本发明给出的mems光开关防串扰的切换技术方法，不管二维光纤阵列的分布形状，也不管其是否整齐排列，均可以自动寻找出无串扰的切换路径，实现mems光开关的无光串扰切换。此处需要特别指出的是，在实际使用时，切换路径的电压选择不仅可以基于上述的自然对数变化，也可以基于其它的函数变化。
[0050]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。