微机电系统光学交叉连接开关技术方案

一种微机电装置，它能将光信号从一个输入光纤转换至两个或多个输出光纤中的一个。在一个实施例中，ＭＥＭＳ光学交叉开关包括一个第一微电子基片，该基片具有位于其表面上的一个弹起反射镜，以及一个类似可变受控磁场源这样的旋转磁场源。该旋转磁场源能可靠地将弹起反射镜从非反射状态驱动至反射状态。此外，本发明专利技术具体实施于具有一个第一微电子基片的实施例中，该基片具有位于其表面上的一个弹起反射镜以及位于相对于第一基片的固定位置关联中的一个定位结构。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体上涉及光学开关及其相关的制造方法，特别是涉及到微机电的单模光纤交叉连接开关及其相关的制造方法。薄膜技术的进步使复杂的集成电路能够继续发展。这种先进的半导体技术也已用于MEMS(微机电系统)设备的制造。MEMS设备一般能运动或应用动力。很多不同种类的MEMS设备已被制造，包括微型传感器、微型齿轮、微型电机和其它微型设计的设备。发展MEMS设备可供多种应用，因为它们具有价格低、可靠性高和体积非常小的优点。在这种情况下，MEMS技术已被用于发展单模光纤的自由空间开关。相对于电缆，光纤具有许多优点，包括高带宽、低损耗、轻便、抗电流浪涌性并可忽略电磁干扰。大范围光纤网络的应用正在赢得广泛的认可，并且作为高速局域网(LANs)的一个国际标准而得到电信行业的支持。光纤开关用于在网络中重组网络和/或增强整体可靠性。例如，光学旁路开关已被用于绕过网络中的失效节点。用自由空间方法或波导方法都能生产光纤开关。自由空间方法具有大量超过传统波导方法的优点。传统波导方法的例子参见技术出版物“微型加工1X2光纤开关”(by L.A.Field et al.，entitled“Micromachined 1X2 Optical-Fiber Switch”International Solid-State Sensors and Actuators Conference-Transducers 1995，Stockholm，Sweden 25-29 June 1995)。自由空间方法有较低的耦合损耗和极低的窜扰。然而，传统的自由空间光纤开关要占用大量的光学元件，并且生产起来一般都非常昂贵。MEMS技术考虑到了自由空间光纤开关的改进性能，因而能以相当低的花费来生产。有关这种自由空间MEMS开关的例子参见技术出版物“由硅微加工扭曲反射镜的光学交叉连接”(by H.Toshiyoshi et al.，entitled“Optical Crossconnection bySilicon Micromachined Torsion Mirrors”，Digest IEEE/LEOS 1996Summer Topical Meetings，pp.63-64，Keystone，CO，5-9，August 1996)和“用离子反应蚀刻法制造的垂直反射镜在光纤开关方面的应用”(C.Marser et at.，entitled“Vertical Mirrors Fabricated by Reactive IonEtching for fiber Optical Switching Applications”，Tenth IEEEInternational MEMS Workshop，pp.349-354，1997)。在最基本的结构中，MEMS光纤开关能为一个输入光纤提供通路(route)，使其通至两个可能的输出光纤中的一个。光纤电信行业渴望有一个能把多个开关元件都合成进一个阵列的微电子开关结构设计。该阵列设计的关键方面在于能够制造一个无阻塞的、可逐一转换操作的开关阵列，以便为给一个输入光纤提供通路而设置一个开关元件不会干扰到为给其它输入光纤提供通路而设置其它开关元件。考虑到由应用所决定的、大量输入光纤要经过所提供的通路通至输出光纤中，另一重点是要制造一个规模化的(scaleable)阵列结构。光纤开关必须被设计为通过提供一个稳定的反射状态来限制插入损耗，该状态允许光纤以可靠的方式重新定向。对目前的微电子光纤开关的另一个关注是，恰当地将反射装置或反射镜从非反射状态驱动至反射状态的能力。运用磁场来驱动反射镜已经取得了一些成功。在大多数情况下，恒定磁场用于为处于非反射状态和反射状态之中点的反射镜提供最大扭矩。一旦扭矩在中点达到最大值就会逐渐减小，直到它在反射镜达到反射状态时接近低扭矩。低扭矩效应使反射镜不能连续地达到必需的反射状态。所以，在已经发展了一些自由空间光纤交叉连接开关的同时，发展其它类型的光学交叉连接开关仍是有益的，这些开关在如下各项中操作起来会更加可靠尽量减少插入损耗、允许不阻塞的可逐一转换操作的开关阵列、提供规模化的开关阵列、允许一致的驱动并且有助于低成本生产。因此，这些MEMS光学交叉连接开关将适用于更宽泛的多种电信应用。而大量类似光纤网络这样的电信应用，将受益于具有这些改良属性的MEMS光学交叉连接开关。本专利技术提供一种微机电设备，该设备能将光纤从一输入光纤转换至两或多个输出光纤中的一个。在一个实施例中，MEMS光学交叉连接开关包括一个具有位于此基片表面上的弹起反射镜(pop-up mirror)第一微电子基片，和一个贴近第一基片的为弹起反射镜提供驱动力的旋转磁场源。该旋转磁场可以包括一个能使扭矩在驱动过程中达到最大值的可变受控磁场。该可变受控磁场可以包括一对基本具有正交磁场轴的线圈。在驱动过程中，通过改变供给线圈的电流能够调整可变受控磁场源，从而在弹起反射镜从非反射状态转向反射状态的运动过程中使磁扭矩达到最大值并产生最佳驱动力。另外，可以在紧贴第二微电子基片的位置设置一个磁极片来为弹起反射镜提供更大的磁引力。此外，该实施例可以包括至少一个定位结构，以便作为截门(stop-gate)来确定弹起反射镜处于反射状态时的位置。该定位结构可以包括一个从与第一微电子基片有固定位置关联的第二微电子基片中延伸出的柱状构件。可以由与第二基片相连的电压源将定位结构静电激活，以便使弹起反射镜被“锁定”在“竖直”状态，即反射状态中。另外，此实施例中的MEMS光学交叉连接开关可以包括一个系链装置，通过与第一基片的连接可以使该系链装置被静电激活，来为处于俯卧状态，即非反射状态的弹起反射镜提供“钳位(clamp-down)”电压。在本专利技术的另一个实施例中，MEMS光学交叉连接开关包括一个第一微电子基片，该基片具有一个位于此基片表面上的弹起反射镜和一个位于相对于第一微电子基片的固定位置关联中的定位结构。当弹起反射镜已经被驱动至反射状态时，该定位结构用于确定弹起反射镜的位置。该定位结构可以包括一个从与第一微电子基片有固定位置关联的第二微电子基片中延伸出的柱状构件。可以由与第二基片相连的电压源将定位结构静电激活，以便将弹起反射镜“锁定”在“竖直”，即反射状态中。此实施例中的驱动机构可以包括一个磁场源。而且，该磁场源可以是一个能可变受控的旋转磁场源。另外，可以在第二微电子基片内部或紧贴处设置一个磁极片，以确保弹起反射镜有足够的磁扭矩使弹起反射镜能达到所需的完全“竖直”，即反射状态。而在本专利技术的另一个实施例中，一种用于在微电子设备中将光学信号交叉连接转换的方法包括如下步骤接收一光通路中的一输入信号，产生旋转磁场以驱动弹起反射镜使其从非反射状态转向反射状态，并且由弹起反射镜将输入信号反射至另一光通路中。此外，该方法可以包括，通过用定位结构限制弹起反射镜的运动来保持反射状态中弹起反射镜的位置。一个备选步骤可以包括，通过给相关的定位结构施加电压，来静电固定处于反射状态中的弹起反射镜。一种用于在微电子设备中将光学信号交叉连接转换的附加方法包括如下步骤接收一光通路中的一输入信号，磁力驱动弹起反射镜使其从非反射状态转向反射状态，保持反射状态中弹起反射镜的位置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＭＥＭＳ光学交叉连接开关，它包括一个具有第一表面的第一微电子基片（１２），其特征为：一个设置于第一表面（１２）上的弹起反射镜（１４）；和一个设置于贴近第一微电子基片处的适于驱动弹起反射镜的旋转磁场源（４０）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特L伍德，爱德华A希尔，拉马斯万米马哈蒂万，
申请(专利权)人：JDS尤尼费斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]