来自每个输入端口的光束被第一个MEMS芯片上的一个微镜独立控制，通过双轴偏转指向第二个MEMS芯片上的另一个微镜（该微镜对应输出的目标端口），第二个微镜通过双轴偏转，调整反射光束的方向，指向输出端口。因此通过两个MEMS芯片的控制，可以将光信号从任意输入端口交换至任意输出端口。该3D MEMS OXC由NTT实验室于2003年10月报道，样机照片如图11所示。
图11． NTT实验室开发的3D MEMS OXC样机照片
贝尔实验室的V． A． Aksyuk等人于2003年4月报道了另一种3D MEMS OXC，比NTT实验室的报道时间更早，此处先提到NTT实验室的工作，因其OXC结构相对简单且易于分析。贝尔实验室开发的OXC结构和样机照片分别如图12和图13所示，它包括两个MEMS微镜阵列、两个二维光纤阵列和一个傅里叶透镜，每条输入—输出链路通过第一个MEMS芯片上的一个微镜和第二个MEMS芯片上的另一个微镜构建。
图12． 贝尔实验室开发的3D MEMS OXC结构
图13． 贝尔实验室开发的3D MEMS OXC样机照片
NTT实验室的Yuko Kawajiri等人于2012年报道了另一个3D MEMS OXC，如图14和图15所示，其中以一个环形凹面反射镜代替傅里叶透镜。采用环形凹面镜可减少边缘端口的离轴像差，以减小插入损耗。
图14． NTT实验室开发的第二种3D MEMS OXC结构
图15． NTT实验室开发的第二种3D MEMS OXC样机照片
图12和图14中的OXC原理相似，相对于图9中的OXC结构，自由空间光路中的光束尺寸更大，因此可减小损耗。另外，图9中的OXC结构，要求MEMS微镜具有更大的偏转角度，这会增加MEMS芯片的设计难度。
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