光学系统以及操作光学器件、光学发射器的方法

技术领域

本申请的实施例涉及光学系统以及操作光学器件、光学发射器的方法。

背景技术

MRM(Micro Ring Modulator或Microring Modulator或Minor Ring Modulator，微环形调制器)非常有希望为波分多路复用(WDM)提供高数据速率、超低功耗和小占位面积(或尺寸)，波分多路复用(WDM)包括密集波分复用(DWDM)。DWDM使用用于不同信道的多个MRM，可以进一步提高数据速率。DWDM实施的某些领域需要改进，例如，在DWDM系统中可靠有效地控制MRM的谐振频率。

发明内容

根据本申请的实施例的一个方面，提供了一种操作光学器件的方法，其中，光学器件包括第一波导、与第一波导相邻的多个环形波导以及一一对应地耦合到环形波导的多个加热器，其中，多个加热器中的每个提供有初始电流，方法包括：将具有第一波长的第一光源耦合到第一波导；增加通过加热器的电流直到环形波导中的第一环形波导谐振，其中，环形波导中的第一环形波导耦合到加热器中的第一加热器；将环形波导中的第一环形波导分配至第一波长；将通过加热器或者通过不包括加热器中的第一加热器的加热器的电流重置为初始电流；将具有第二波长的第二光源耦合到第一波导，其中，第二波长不同于第一波长；增加通过加热器或者通过不包括加热器中的第一加热器的加热器的电流直到环形波导中的第二环形波导谐振，其中，环形波导中的第二环形波导不同于环形波导中的第一环形波导；以及将环形波导中的第二环形波导分配至第二波长。

根据本申请的实施例的另一个方面，提供了一种操作光学发射器的方法，其中，光学发射器包括第一波导、与第一波导相邻的多个微环形调制器(MRM)以及与MRM一一对应地耦合的多个加热器，其中，多个加热器中的每个提供有初始电流，方法包括以下步骤：将具有波长的光源耦合到第一波导；增加通过加热器中的每个的电流直到MRM中的一个谐振，其中，MRM中的一个耦合到加热器中的一个；将MRM中的一个分配至波长；将通过加热器或者通过不包括加热器中的一个的加热器的电流重置为初始电流；以及重复耦合、增加、分配和重置的步骤，直到将MRM中的每个分配至不同的波长。

根据本申请的实施例的又一个方面，提供了一种光学系统包括：光学发射器，其中，光学发射器包括第一波导、与第一波导相邻设置的多个微环形调制器(MRM)以及以一一对应地耦合到MRM的多个加热器；多个加热器控制器，一一对应地耦合到多个加热器；以及分配控制器，配置为执行以下操作：将光源耦合到第一波导；指示加热器控制器以增加通过加热器的电流直到MRM中的一个谐振，其中，MRM中的一个耦合到加热器中的一个；和将MRM中的一个分配至光源的波长。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1示出了根据本公开实施例的具有动态信道分配的光学系统的简化图。

图2示出了根据本公开实施例的图1中的光学系统中使用的MRM的简化图。

图3示出了根据本公开实施例的与图1中的光学系统中使用的加热器耦合的环形波导的简化俯视图。

图4示出了根据本公开实施例的与图1中的光学系统中使用的加热器耦合的环形波导的简化截面图。

图5示出了根据本公开实施例的图1中的光学系统的光学发射器的简化图。

图6示出了根据本公开实施例的图1中的光学系统的光学接收器的简化图。

图7示出了根据本公开实施例的图1中的光学系统中以动态信道分配实施的方法的流程图。

图8示出了根据本公开实施例的由图1中的光学系统中的动态信道分配生成的信道分配示例。

图9示出了用于与图8中的示例信道分配进行比较的信道分配，以说明所公开的动态信道分配的优点。

具体实施方式

以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征不同的实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实施例或实例以简化本发明。当然，这些仅是实例而不旨在限制。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可以在各个示例中重复参考数字和/或字母。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间关系术语旨在包括器件在使用或操作工艺中的不同方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。

此外，当用“约”、“近似”等来描述一个数字或一个数字范围时，考虑到本领域普通技术人员理解的制造过程中固有的变化，该术语旨在包括在合理范围内的数字。例如，基于与制造的部件(具有与该数字相关联的特性)相关联的已知制造公差，数字的数量或范围包括所描述的数字的合理范围，例如在所描述数字的+/-10％范围内。例如，厚度为“约5nm”的材料层可以包括4.25nm到5.75nm的尺寸范围，其中，与沉积材料层相关的本领域普通技术人员已知的制造公差为+/-15％。

本公开涉及光学系统(诸如光学数据通信系统)和操作光学系统的方法。具体而言，本公开涉及在光学发射器中使用MRM来多路复用不同波长、以及在光学接收器中使用环形谐振器(RR)来解复用不同波长的方法和系统。为了简单起见，本公开交替使用环形调制器(RM)和MRM以指代具有直径在微米范围内的环形波导的调制器。

光学数据通信系统通过调制激光操作，以编码数字数据图案。调制的激光通过光学数据网络从发送节点(例如，光学发射器)传输到接收节点(例如光学接收器)。对到达接收节点的调制的激光进行解调，以获得原始的数字数据图案。因此，光学数据通信系统的实施和操作取决于光学数据网络中的不同节点处具有可靠和高效的传输激光和检测激光的机制。

波分复用(WDM)被广泛使用，惟在公共光波导上以不同载波波长传输调制的数据。WDM可以克服光纤拥塞，这是光学模块中的一个潜在问题，光学模块包括每个光纤一个信道的并行光学收发器。具体地，通过减少每个光学模块的光纤数量，WDM复用可以简化光学模块，从而降低其成本和尺寸。

在密集波分复用(DWDM)中，相邻波长之间使用窄间距。这通常是通过将数据直接调制到高度稳定的光学载波上，然后在光纤中组合多个载波来实现的。DWDM允许在给定的波长范围内容纳大量信道，从而提供高性能。在DWDM中，使用了多种光学器件，包括调制器、多路复用器(诸如添加滤波器)、解复用器(诸如减少滤波器)和开关。为了补偿制造变化、温度变化和/或激光波长漂移，这些光学器件通常相位调谐到给定信道的特定波长。根据系统要求，可能需要至少180°的调谐范围。

环形调制器(包括MRM)非常有希望提供高数据速率、超低功耗和尺寸。DWDM系统在光学发射器中使用用于不同信道的多个RM可以进一步提高数据速率。相反，这种DWDM系统可以在光学接收器中使用用于不同信道的多个环形谐振器(RR)。

由于工艺变化和不同的操作环境，RM和RR在光学系统中操作时通常不会在其目标频率(或设计频率)处谐振。纠正它们的一种方式是在RM或RR的环形波导附近放置一个加热器(诸如金属加热器或硅加热器)，并使用加热器将谐振频率移动到目标频率。

在一些方法中，加热器被设计为完全覆盖DWDM系统中光谱上的一个自由光谱范围(FSR)。在这种方法中，当RM或RR的频率偏移为一个FSR时，会出现最坏的情况。在一些情况下，为了覆盖一个FSR，所需的温度增加可能是不现实的。例如，对于5-μmRM或RR，一个FSR可能是14nm，并且对于10-μm RC或RR，一个FSR可能是7nm。如果加热器需要覆盖两种情况下的一个FSR，并且加热效率约为70pm/K(意味着随着温度升高1度，光谱将移动70pm)，则所需的温度增加将等于FSR/(70pm/K)，这对于5-μm RM或RR是200K，并且对于10-μm RC或RR是100K。在DWDM系统中，将温度增加200K几乎是不可能的或不现实的。此外，考虑到DWDM系统可能已经在100℃(～370K)的环境温度下运行，如果将RM或RR的温度再升高100K，可能会导致严重的可靠性问题。

本公开的实施例通过为DWDM系统中的不同MRM和/或RR分配和重新分配不同波长，显著降低了此类加热器的功耗。分配和重新分配发生在DWDM系统的初始化过程中，例如，在每次DWDM系统通电之后。在一些情况下，在DWDM系统的不同初始化过程期间，RM(或RR)可能会分配给不同的信道。在一个实施例中，将RM或RR分配给波长小于RM和RR的设计波长的信道。因此，降低了所需的频率偏移，降低了加热功耗，也降低了最终工作温度。

图1示出了根据本发公开实施例构造的光学系统100的简化示意图。光学系统100可以是WDM系统或DWDM系统。光学系统100包括光学发射器102、光学接收器202和耦合在光学发射器102和光学接收器202之间的光纤150(和/或其他传输介质)。光学系统100可以包括图1中未示出的其他组件。

光学发射器102包括分别以波长λ

每个RM 106包括环形波导(或环形波导)106r，如图2所示。环形波导106r与承载多波长的光的波导108相邻并相隔一定距离。当满足以下方程EQ-1时，环形波导106r谐振。

2πn

在方程式EQ-1中，“n

环形波导106r包括高掺杂的p/n结。例如，在一些实施例中，掺杂剂浓度可以大约为4e

参考图1，光学接收器202包括用于接收光信号(例如，由光学发射器102传输)的波导208，光信号承载多路复用和调制的多个波长。当光信号经过波导208时，通过RR 206(包括RR

在实施例中，RM 106和RR 206的谐振波长设计为与波长λ

参考图3和图4，其中显示了分别是光学发射器102或光学接收器202的部分的简化示意俯视图和截面视图。光学发射器102包括加热器130，加热器130一一对应地耦合到环形波导106r。光学接收器202包括加热器230，加热器230一一对应地耦合到环形波导206r。环形波导106r和206r形成在衬底101上，衬底101可以包括硅晶圆或其他合适的材料。环形波导106r和206r可以形成在同一衬底上(例如，以形成集成光学收发器)，也可以形成在单独的衬底上(例如，以形成单独的光学发射器和光学接收器)。加热器130和230可以包括金属加热器、硅加热器或其他合适的加热器。加热器130和230布置在相应的环形波导106r和206r正上方，并与相应的环形导波106r和206r隔开垂直距离D。例如，在一个实施例中，距离D可以在0.7μm到0.9μm的范围内。一种或多种介电材料(诸如氧化硅)可以填充在加热器130和230与相应环形波导106r和206r之间的空间中。每个加热器130和230都是环形形状的，并与向加热器提供电流的两个电极132相连。光学发射器102和光学接收器202还包括金属布线(M

图5示出了根据本公开构造的光学发射器102的实施例。为简单起见，所示光学发射器102包括4个信道(对应于波长λ

光学发射器102还包括分配控制器104，分配控制器104用于在系统初始化期间将波长λ

光学发射器102还包括耦合到RM 106的加热器130(见图2-图4)和一一对应地耦合到加热器130的加热器控制器120。在系统初始化期间，分配控制器104控制加热器控制器120，加热器控制器120继而控制加热器130。一旦分配完成，加热器控制器120控制加热器130微调(或自动校正)RM 106的谐振波长，而无需分配控制器104的干预。

光学发射器102还包括波导110、光电探测器(诸如光电二极管)112和TIA 114。在一一对应方式中，波导110耦合到RM 106，光电探测器112耦合在波导110和TIA 144之间。TIA 114的输出耦合到加热器控制器120和分配控制器104。一旦RM 106谐振，光信号耦合到相应的波导110。随后，光电探测器112将光信号转换为电信号，然后由TIA 114放大。分配控制器104在系统初始化期间使用放大的电信号进行信道分配，加热器控制器120在系统运行时间期间使用放大的电信号进行自动校正。光学发射器102还包括总线140，总线140用于将分配控制器104与光学发射器102的其他组件(例如存储器)互连。每个加热器控制器120可以包括比较器和/或其他合适的数字电路或模拟电路。光学发射器102还包括RMD 116，以偏置RM 106中的p/n结。

图6示出了根据本公开构造的光学接收器202的实施例。为简单起见，示出的光学接收器202包括4个信道(对应于波长λ

光学接收器202还包括分配控制器204，分配控制器204可以在系统初始化期间将波长λ

光学接收器202还包括耦合到RR 206的加热器230(见图3-图4)和一一对应地耦合到加热器230的加热器控制器220。在系统初始化期间，分配控制器204控制加热器控制器220，加热器控制器220继而控制加热器230。一旦分配完成，加热器控制器220控制加热器230以微调(或自动校正)RR 206的谐振波长，而无需分配控制器204的干预。

光学接收器202还包括波导210、光电探测器(诸如光电二极管)212和TIA 214。在一一对应方式中，波导210耦合到RR 206，光电探测器212耦合在波导210和TIA 214之间。TIA 214的输出耦合到加热器控制器220和分配控制器204。一旦RR 206谐振，光信号耦合到相应的波导210。随后，光电探测器212将光信号转换为电信号，然后由TIA 214放大。分配控制器204在系统初始化期间使用放大的电信号进行信道分配，加热器控制器220在系统运行时间期间使用放大的电信号进行自动校正。光学接收器202还包括总线240，总线240用于将分配控制器204与光学接收器202的其他组件(例如存储器)互连。每个加热器控制器220可以包括比较器和/或其他合适的数字电路或模拟电路。

分配控制器104和204中的每个可以以硬件、软件或其组合来实施。合适的硬件可以包括一个或多个通用处理器件，诸如微处理器、中央处理单元等，或者一个或更多专用处理器件，诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器等。硬件配置为执行指令，该指令执行本文讨论的操作和步骤。合适的软件包括储存在任何存储介质(诸如RAM或ROM)中的任何机器代码，以及储存在其他器件(诸如软盘、闪存或CD ROM)上的机器代码。例如，软件可以包括源代码或目标代码。此外，软件还包含能够在客户机或服务器中执行的任何指令集。软件和硬件的组合也可以用于为本发明的某些实施例提供增强的功能和性能。一个示例是直接将软件功能制造成硅芯片。

图7示出了可以在分配控制器104和204中实施的方法400的流程图。方法400包括操作402、404、406、408、410、414、416和418。本发明设想了其他操作。可以在方法400之前、期间和之后提供附加操作，并且对于方法400的附加实施例，可以移动、替换或消除所描述的一些操作。下面结合图5来描述分配控制器104的操作的方法400。图8示出了由方法400生成的示例信道分配。

在操作402处，分配控制器104关闭光学发射器102中所有信道的自动加热器控制。例如，分配控制器104配置加热器控制器120，使加热器控制器120忽略来自TIA 114的输入。此外，每个加热器130都提供有初始电流，例如基本上为零(0)安培的电流。如图8(下半部分)所示，环形调制器RM

在操作404处，分配控制器104配置光源105以发射选定波长的光，诸如波长λ

在操作406处，分配控制器104指示所有加热器控制器120通过步进ΔI来增加提供给相应加热器130的电流。例如，步进ΔI可以在1μA到5μA的范围内。或者，分配控制器104指示所有加热器控制器120(不包括与已分配波长的RM 106相对应的任何加热器控制器120)通过步进ΔI来增加提供给相应加热器130的电流。

在操作408处，分配控制器104检查RM 106中的任何一个是否谐振。例如，如果TIA114的信号振幅超过特定阈值，则确定相应的RM 106处于谐振状态。

如果RM 106中一个也没有谐振，则方法400返回操作406，以进一步增加提供给加热器130的电流，然后继续操作408。这将持续直到RM 106中的一个谐振为止。为了说明，假设RM

在操作410处，分配控制器104以选定波长分配谐振RM 106。为了说明，RM

然后，方法400进入操作414，以检查是否已分配所有波长。如果已经分配了所有波长，则方法400继续进行操作416。否则，方法400继续执行操作404，以选择用于分配的下一个波长。为了便于说明，下一个波长为λ

然后，方法400重复操作406和408，直到RM 106中的一个谐振为止。为了便于说明，假设RM

然后，方法400进行操作414、404、406、408和410，以将剩余的波长分配给RM 106。为了便于说明，在接下来的两个环路中，分别为环形调制器RM

当所有波长都已分配(操作414)时，方法400进入操作416。在操作416处，方法400将信道分配(即RM 106如何对应于波长λ

在操作418处，方法400完成分配，并且可以将分配的某些结果储存到存储器中。例如，方法400可以储存分配期间RM 106谐振处的电流值。这些值可以用于未来的分配，以加快分配过程。例如，方法400可以储存分配的结果。此外，方法400可以启动光学发射器102的操作。例如，方法400可以通过分别向RMD 116施加电信号来调制波长λ

方法400的实施例也适用于光学接收器202中的分配控制器204。下面参考图6-图8简要描述这些实施例。

在操作402处，分配控制器204关闭光学接收器202中所有信道的自动加热器控制。例如，分配控制器202配置加热器控制器220，使加热器控制器220忽略来自TIA 214的输入。此外，每个加热器230提供有初始电流，例如基本上为零(0)安培的电流。环形谐振器206，即RR

在操作404处，分配控制器204配置光源205以发射选定波长的光，诸如波长λ

在操作406处，分配控制器204指示所有加热器控制器220以步进ΔI来增加提供给相应加热器230的电流。例如，步进ΔI可以在1μA到5μA的范围内。

在操作408处，分配控制器204检查RR 206中的任何一个是否谐振。例如，如果来自TIA 214的信号振幅超过特定阈值，则确定相应的RR 206处于谐振状态。

如果RR 206中一个也没有谐振，则方法400返回操作406，以进一步增加提供给加热器230的电流，然后继续操作408。这将继续直到RR 206中的一个谐振为止。为了便于说明，假设RR

在操作410处，分配控制器204以选定波长分配谐振RR 206。为了说明，RR

然后，方法400进入操作414，检查是否已分配所有波长。如果已经分配了所有波长，则方法400继续进行操作416。否则，方法400继续执行操作404以开始新的分配。

在新的分配中，方法400执行操作404，使得只打开下一个选定波长(诸如波长λ

然后，方法400进行操作414、404、406、408和410，以将剩余波长分配给RR 206。为了便于说明，在接下来的两个环路中，分别为环形谐振器RR

当所有波长都已分配(操作414)时，方法400进入操作416。在操作416处，方法400将信道分配(即RR 206如何对应于波长λ

在操作418处，方法400完成分配，并且可以将分配的某些结果储存到存储器中。例如，方法400可以储存分配期间RR 206谐振处的电流值。这些值可用于未来的分配，以加快分配过程。此外，方法400可以启动光学接收器202的操作。例如，方法400可以通过光纤150接收具有波长λ

尽管无意限制，但本公开的一个或多个实施例为DWDM系统等光学系统提供了许多优点。通过对比图8和图9中的分配，可以理解本发明的一些优点。如图8和图9的下半部分所示，环形调制器(或环形谐振器)被设计成分别在波长λ

在一个示例方面，本发明涉及一种操作光学器件的方法，其中该光学器件包括第一波导、与第一波导相邻的多个环形波导以及一一对应地耦合到环形波导的多个加热器，其中，多个加热器中的每个提供有初始电流。该方法包括将具有第一波长的第一光源耦合到第一波导，并增加通过加热器的电流直到环形波导中的第一环形波导谐振，其中，环形波导中的第一环形波导耦合到加热器中的第一加热器。该方法还包括将环形波导中的第一环形波导分配至第一波长，并将通过加热器或者通过不包括加热器中的第一加热器的加热器的电流重置为初始电流。该方法还包括将具有第二波长的第二光源耦合到第一波导，其中，第二波长不同于第一波长。该方法还包括增增加通过加热器或者通过不包括加热器中的第一加热器的加热器的电流直到环形波导中的第二环形波导谐振，其中，环形波导中的第二环形波导不同于环形波导中的第一环形波导，并将环形波导中的第二环形波导分配至第二波长。

在该方法的一个实施例中，初始电流基本上为零安培。在一个实施例中，光学器件包括多个加热器控制回路，多个加热器控制回路被配置一一对应地控制多个加热器，该方法还包括在耦合第一光源之前，禁用加热器控制回路，并在将环形波导中的第一环形波导分配至第一波长之后，启用对应于加热器中的第一加热器的加热器控制回路中的一个。

在该方法的一个实施例中，多个环形波导包括四个或更多环形波导。在另一个实施例中，光学器件包括光学发射器，并且环形波导中的每个是微环形调制器的部分。在另一个实施例中，在将环形波导中的第二环形波导分配至第二波长之后，该方法还包括通过将第一电信号施加到环形波导中的第一环形波导来调制第一波长，从而生成调制的第一光信号；通过将第二电信号施加到环形波导中的第二环形波导来调制第二波长，从而生成调制的第二光信号；以及将调制的第一光信号和调制的第二光信号复用为发射光信号。

在该方法的一个实施例中，光学器件包括光学接收器，并且环形波导中的每个是环形谐振器的部分。在另一个实施例中，在将环形波导中的第二环形波导分配至第二波长之后，该方法还包括接收光信号，光信号具有第一波长处的第一分量和第二波长处的第二分量；将光信号耦合到多个环形波导；以及通过环形波导中的第一环形波导将光信号解复用为第一光信号，并且通过环形波导中的第二环形波导将光信号解复用为第二光信号。

在另一示例方面，本发明涉及一种操作光学发射器的方法，其中，光学发射器包括第一波导、与第一波导相邻的多个微环形调制器(MRM)以及与MRM一一对应地耦合的多个加热器，其中，多个加热器中的每个提供有初始电流。该方法包括包括以下步骤：将具有波长的光源耦合到第一波导；增加通过加热器中的每个的电流直到MRM中的一个谐振，其中，MRM中的一个耦合到加热器中的一个；将MRM中的一个分配至波长；将通过加热器或者通过不包括加热器中的一个的加热器的电流重置为初始电流；以及重复耦合、增加、分配和重置的步骤，直到将MRM中的每个分配至不同的波长。

在一个实施例中，在耦合的步骤之前，该方法还包括关闭多个加热器中的每个的自动加热器控制回路。在另一个实施例中，MRM包括四个MRM的倍数。在又一个实施例中，该方法还包括在耦合、增加、分配、重置和重复的步骤期间，将MRM中的每个偏置至固定的偏置电压。

在一个实施例中，该方法还包括在耦合、增加、分配、重置和重复的步骤期间，向MRM中的每个施加切换电信号。在另一个实施例中，该方法还包括在增加电流的步骤期间，储存使相应的MRM谐振的通过加热器中的每个的电流值。在又一实施例中，耦合、增加、分配、重置和重复的步骤是在光学发射器的初始化过程期间执行的。

在另一个示例方面，本发明涉及一种包括光学发射器的光学系统，其中光学发射器包括第一波导、与第一波导相邻设置的多个微环形调制器(MRM)以及以一一对应地耦合到MRM的多个加热器。该系统还包括：多个加热器控制器，一一对应地耦合到多个加热器；和分配控制器，配置为：将光源耦合到第一波导；指示加热器控制器以增加通过加热器的电流直到MRM中的一个谐振，其中，MRM中的一个耦合到加热器中的一个；和将MRM中的一个分配至光源的波长。

在光学系统的一个实施例中，分配控制器进一步配置为：将通过加热器或者通过不包括加热器中的一个的加热器的电流重置为初始电流；和重复耦合、指示和重置的步骤，直到将MRM中的每个分配至不同的波长。在另一实施例中，分配控制器进一步配置为储存将MRM分配至不同的波长的结果。

在光学系统的一个实施例中，光学发射器还包括多个环形调制器驱动器(RMD)，多个环形调制器驱动器一一对应地耦合到MRM。在系统的另一个实施例中，光学发射器还包括多个光电探测器，光电探测器中的每个耦合在MRM中的一个和加热器控制器中的对应一个之间。

上述概述了几个实施例的特征，以便本领域技术人员可以更好地理解本公开的各个方面。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地使用本公开作为设计或修改用于实现本文所介绍的实施例的相同目的和/或实现其相同优点的其它过程和结构的基础。本领域技术人员还应当认识到，此类等效结构不背离本发明的精神和范围，并且它们可以在不背离本发明的精神和范围的情况下在本发明中进行各种改变、替换以及改变。