描述了这样一种光路由装置，该光路由装置包括半导体衬底（５２），所述半导体衬底（５２）具有至少一个光输入（４）、多个光输出（６，８）和ＭＥＭＳ可移动反射元件阵列（５８；１０２）。可配置所述可移动反射元件阵列（５８；１０２）以使光可从任一光输入（４）选择性地路由至所述多个光输出（６，８）中的两个或多个的任一个。从任一光输入选择性地路由至多个光输出（６，８）中的两个或多个的任一个的光在空心波导中被引导。在一个实施例中，描述了一种交叉连接的光学矩阵开关。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于电信系统等的光路由装置，尤其涉及包括可移动反射元件阵列的光路由装置。使用光纤链路的电信及数据网络正被逐渐实现。传统上，由光纤承载的光信号被转换成电信号，并且所有的信号路由选择功能都是在电学领域内完成的。然而，近年来已经认识到的是，全光开关设备显示出了降低成本以及穿过光纤网络的与路由信号相关的复杂性的潜力。在EP0221288中描述了全光开关的一个早期实例。该装置包括反射镜，所述反射镜能够被电磁致动器移动以将光信号路由至两个输出中的任一个。在GB2193816中描述了一种可替代的并且更复杂的光开关系统。GB2193816的系统包括框架部件(housing block)，所述框架部件具有多个空心波导(hollow core waveguide)和携带反射镜的控制杆以提供期望的光路由功能，所述反射镜插入所述框架部件。然而，这种类型的装置物理上非常大，并且在EP0221288的情况下，需要比较耗电的致动器。使用微机电系统(MEMS)装置以提供选择路由功能的光路由装置也已公知。例如，由Wood，R.L.，Madadevan，R和Hill，E在2002年3月美国洛杉矶的光纤通信会议学报的论文TU05(the proceedingsof the Optical Fibre Communications Conference，March 2002，Los Angeles，USA)中描述了一种基于MEMS的二维矩阵开关。所述装置包括二维弹出式(pop-up)MEMS反射镜阵列，所述弹出式MEMS反射镜阵列被磁性旋转进入“up”状态，并静电保持此状态。该装置允许自由空间输入光束被选择性地从“直穿(through)”通道路由至多个“交叉(cross)”通道中的任一个。采用这样地方式，提供了一种二维矩阵开关。Wood等人所描述类型的光学装置其缺点在于光损耗极高，所述光学损耗同装置中包含的自由空间区域相关，MEMS反射镜位于所述自由空间区域内。特别地，由于光束沿着每个自由空间路径传播，因此衍射作用导致射束直径的增加。射束直径的增加降低了效率，光随后以此效率被耦合进入输出光纤。此外，所述MEMS反射镜的任何角度未对准将会在光束中产生横向偏移。这种类型的角度未对准效果是累积的，换句话讲，当光从多个未对准的反射镜反射时，横向偏移将被放大。这进一步降低了进入输出光纤的耦合效率。在US2003/0035613中描述了一种可替代的基于MEMS的光路由装置。US2003/0035613中的装置包括上、下层，空心多模光波导就在所述上、下层中形成。设置所述上层和下层的空心波导使其重叠，并在重叠波导区域附近提供柔性金属杆。所述柔性金属杆能够变形以便将在所述下层中形成的由波导射出的光引导至上层的波导。采用这样的方式，得到光路由功能。然而，上下层的精确对准、提供机械坚固性和可靠柔性杆使得这种装置的制造相当复杂。本专利技术的目标就是至少减少一些上述缺点。根据本专利技术，一种平面内(in-plane)光路由装置包括半导体衬底，所述半导体衬底具有至少一个光输入、多个光输出以及微机电系统(MEMS)可移动反射元件阵列，可配置所述可移动反射元件阵列以使光可从任一光输入被选择性地路由至所述多个光输出中两个或多个的任一个，其特征在于，从任一光输入选择性路由至所述多个光输出的两个或多个中的任一个的光在空心波导中被引导。因此本专利技术的装置提供了一种所谓的矩阵开关，在所述矩阵开关中使用MEMS可移动反射元件，光从至少一个输入被选择性地路由至多个输出中两个或多个的任一个。所述输入和输出之间的各个光路包括空心光波导，且位于同衬底平面基本平行的平面内；换句话讲，该装置是一种平面内光路由装置。本专利技术的光路由装置可以是一种独立部件，或者形成PCT专利申请GB2003/000331中所述类型的平面光路(PLC)的一部分。由于在空心波导中将光引入、引出MEMS可移动反射元件减少了来自于自由空间衍射的不期望的光束衰减以及角度未对准效果，因此本专利技术的装置优于先前由Wood等人所述类型的现有技术的矩阵开关装置。由于空心波导引导效果而减少的损耗也使得阵列中的反射元件之间分离，并使阵列的数值次序(numerical order)增加。当使用小直径光束时，自由空间装置中的衍射效果将按比例更大，此时本专利技术的装置尤其有利。也应当记起的是，经过随后另一未对准反射镜的任一反射，Wood等人所述类型装置的角度未对准误差将被放大。相反，在本专利技术装置中的反射元件的角度未对准被赋予一个特定的耦合损耗，该耦合损耗取决于未对准总量，任何这种未对准误差将不会被随后的反射放大。同US2003/0035613中所述类型的双平面空心波导装置相比，本专利技术的装置还显著降低了制造的复杂性、增强了机械坚固性。还应当注意的是，US2003/0035613中所述的装置仅支持多模传播，因此本身比本专利技术装置的损耗更大。为了得到一种提供特定路由功能的本专利技术的装置，在内壁上必须有一些限定空心波导的间隙。尽管非引导区布置成仅构成很小比例的波导，但是所述间隙略微增加了波导的光损耗。然而，这种效果可以忽略，同现有技术的自由空间传播装置相比，使用所述间隙甚至使得空心波导减少了损耗。应当注意的是，当制造空心波导结构时，空心很可能被填充了空气。然而，决不能将此看作是对本专利技术范围的限制。所述空心可能含有任一流体(例如如液体，或诸如氮气的惰性气体)或者是真空。术语空心仅意味着一种没有任何固体材料的中心。此外，此处使用的术语“光”和“光学”是指任何具有从紫外线至远红外线波长的电磁射束。由于半导体衬底能够使用微制造技术(诸如深反应离子刻蚀)进行高精度刻蚀，因此半导体衬底是优选的，诸如硅。所述衬底可有利地包含多层晶片；诸如锗上的硅(SiGe)，蓝宝石上的硅，绝缘体上的硅(SOI)、玻璃上的硅。本领域内技术人员将认识到的是，微制造技术典型地包括限定图案的光刻步骤，接着是刻蚀步骤以将图案转移到衬底材料上或衬底材料中的一层或多层。所述光刻步骤可包括光刻、x射线或电子束刻蚀。所述刻蚀步骤可使用粒子束刻蚀、化学刻蚀、干法等离子体刻蚀或深干法刻蚀(也称作深硅刻蚀)完成。这种类型的微制造技术与各种层沉积技术兼容，诸如溅射，CVD、无电电镀和电镀。有利地，半导体衬底包括底部分和盖部分，两个部分共同限定空心波导。在PCT专利申请GB2003/000331中更加详细地描述了这种装置，并提供了制造这种装置的方便方法。MEMS可移动反射元件的选择取决于运动所需要的速度和总量。所述反射元件可作为MEMS致动装置的集成部分形成，或附着在MEMS致动器上。此处，认为MEMS应包括微加工元件、微系统技术、微机器人和微工程等等。所述MEMS可移动反射元件可有利地包括电热致动机构(诸如光束弯曲装置)以提供大偏心距(例如，5-100μm满刻度偏转)致动。也可使用诸如电磁、静电(诸如梳形驱动马达)、双压电晶片或压电的可替代的致动机构。有关MEMS装置致动技术以及相关制造技术的更多细节可在1997年CRC出版社(Boca Raton)出版的Marc Madou的“微制造基本原理”(Fundamental of Microfabrication)中(ISBN0-8493-94本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种包括半导体衬底的平面内光路由装置，所述半导体衬底具有至少一个光输入、多个光输出和微机电系统（ＭＥＭＳ）可移动反射元件阵列，所述可移动反射元件阵列可配置成把光选择性的从任一光输入路由至所述多个光输出中的两个或多个的任一个，其特征在于，从任一光输入选择性地路由至所述多个光输出中的两个或多个的任一个的光在空心波导中被引导。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：RM詹金斯，ME麦克尼，DJ库姆斯，J麦奎兰，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]
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