mems光開關綜述

1、MEMS光開關光開關MEMS光開關既有機械式光開關的低插損、低串擾、低偏振敏感性和高消光比的優(yōu)點，又有波導開關的高開關速度、小體積、易于大規(guī)模集成等優(yōu)點。同時MEMS光開關與光信號的格式、波長、協(xié)議、調制方式、偏振、傳輸方向等均無關，與未來光網(wǎng)絡發(fā)展所要求的透明性和可擴展等趨勢相符合。MEMS光開關結構分類MEMS光開關的驅動方式主要有平行板電容靜電驅動，梳狀靜電驅動器驅動，電致、磁致伸縮驅動，形變記憶合金驅動，光功率驅動和熱驅動等。M

2、EMS光開關所用材料大致分為單晶硅、多晶硅、氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等硅基材料，Au、Al等金屬材料，壓電材料及有機聚合物等其他材料。MEMS光開關所用工藝主要有體硅工藝，表面工藝和LIGA工藝。MEMS光開關按功能實現(xiàn)方法可分為光路遮擋型、移動光纖對接型和微鏡反射型。從目前國外各研究機構及公司發(fā)布的信息來看，MEMS光開關及其陣列的總體發(fā)展趨勢為由2D結構向3D結構發(fā)展，其驅動方式重要集中在靜電驅動、電磁驅動、熱電驅動三種形式上，其中

3、靜電驅動方式是目前采用最為廣泛的一種。日本和法國共同研制的扭轉式微鏡光開關采用單晶硅體硅工藝加工，光纖呈交叉垂直放置，微反射鏡垂直放置在一長懸臂梁的前端，并處于兩光纖的交叉點上。利用晶向單晶硅腐蝕特性可精確地加工出相對光纖呈45o的鏡面，把從一根光纖中射出的光反射到另一根與之垂直的光纖中。懸臂梁采用電磁驅動，在懸臂梁底部粘合一塊100μm厚透磁合金，在相對應的襯底位置，組裝一塊線圈電磁體，懸臂梁和線圈之間的電磁力便隨著線圈中電流的大小和

4、方向而改變，從而使懸臂梁沿電磁力向一邊彎曲，帶動微反射鏡移開原來的位置，實現(xiàn)光路的改變。微鏡沿電磁力方向可產(chǎn)生約100μm的位移，響應時間為300μs，插損為0.5dB。該光開關的缺點在于微組裝電磁驅動不利于集成制造，而且要靠電磁力保持開或關狀態(tài)，耗能較大?，F(xiàn)在國內外更廣泛地采用熱或靜電驅動此類光開關，用熱驅動就是在懸臂梁背面加工一層主要起加熱作用的金屬膜電阻，通電后，金屬膜受熱膨脹，使整個懸臂梁向一邊彎曲帶動微鏡偏轉；若采用靜電驅動，

5、則在襯底上沉積一層金屬電極，和懸臂梁末端組成平行板電容器，在靜電力的作用下，同樣會使懸臂梁帶動微鏡扭轉。新加坡南洋理工大學設計的滑動式微鏡光開關的基本結構與轉動式很相似，驅動電壓為30V，開關速度小于100μs，插損小于0.9dB。它也具有單層體硅結構，采用深反應離子蝕刻(DRIE)工藝，這種技術可以對硅作深度達200μm蝕刻，同時蝕刻出寬度小到20μm并接近理想狀態(tài)的垂直墻、窄溝道及孔。該結構包括可動和固定兩部分，可動部分的懸梁側壁可

6、用作反射鏡，在自然狀態(tài)下光有一反射輸出。在可動和固定部分之間有梳齒式的交叉電極，在兩電極之間加上電壓，靜電力會使懸臂梁沿力的方向上產(chǎn)生約45μm的平動位移，懸臂梁的端部就不再對光有阻斷作用。這種光開關的缺點在于工作頻率受到諧振頻率影響，使得開關速度受到限制，微鏡平動位移也有限，而且DRIE工藝涉及到對材料的各向同性和異性刻蝕問題，對鏡面表面粗糙度有著一定的影響。在三維(3D)也稱為模擬光束偏轉開關中，輸入輸出光纖均成二維排列，兩組可以繞

7、軸改變傾斜角度的微反射鏡安裝在二維陣列中，每個輸入和輸出光纖都有相對應的反射鏡。在這種結構中，NN轉換僅需要2N個反射鏡。通過將反射鏡偏轉至合適的角度，在三維空間反射光束，可將任意輸入反射鏡／光纖與任意輸出反射鏡／光纖交叉連接。美國Xros公司利用兩個相對放置的各有1152個微鏡的陣列實現(xiàn)了11521152的大型交叉連接，其總容量已經(jīng)比傳統(tǒng)電交叉連接器提高了約兩個數(shù)量級。AT&T公司則推出了著名的WaveStarLamdaRouter全