一种扭转梁大位移的微机械光开关制造技术

本实用新型专利技术涉及一种微机械光开关，属于微机械领域。其特征在于（１）上、下两电极分别位于二个形状相似的二个外框架内，含上电极的上外框架放在另一外框架上面，彼此由绝缘氧化物层绝缘；（２）４个Ｖ型槽位于上电极所在的外框架的上表面，它们与镜子均呈４５度角；扭转梁通过扭转梁固定点固定于外框架底部，扭转梁和可动上电极相连；镜子竖直位于可动上电极的前端；（３）下电极固定在低于外框架的表面的平面面上，形成一个空间。当上外框架叠在其上并施加电压时，上、下电极间产生电压差，使上电极受到向下运动的力带动扭转梁产生扭力使镜子向下移动，处于“开”状态。因而具有驱动电压低、镜子位移大、结构的谐振频率高特点，使开关速度达十分之一毫秒量级。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种微机械光开关，更确切地说，涉及一种通过扭转梁扭转产生大位移的微机械光开关。属于微机械领域。据有关报道，日本人近年来用电磁力驱动，尽管可使镜子位移达几百个微米，但是不利于集成化生产。对于静电驱动的光开关，工程上要求驱动电压不能太高，所以驱动力有限。常用的方法是减小悬臂梁的弹性常数，例如增加悬臂梁的长度，从而导致结构所占面积增大，且使开关速度减慢。由此可见，设计出一种驱动电压较低而镜子位移又足够大，能有效的切换光路而又有利于集成化生产、开关速度又快的微机械光开关，已成为人们的一种期望。本技术的目的是通过设计出一种新型结构的微机械光开关实施的。其特征在于(1)微机械光开关的上、下两电极分别位于二个形状相似的上、下二个外框架内，两个外框架之间由绝缘氧化物层彼此绝缘，而含上电极的外框架放在另一外框架上面。(2)自对准方案设计的四个V型槽位于上电极所在的外框架的上表面，它们与镜子均呈45度角；扭转梁是通过扭转梁固定点固定于外框架底部，扭转梁和可动上电极相连。镜子竖直尽可能位于可动上电极的前端，4根光纤分别固定于V型槽内，每根光纤的轴线和镜子的夹角也是45度。(3)下电极固定在低于外框架的表面的平面上，形成一个空间，从而当上外框架叠在其上，并施加直流电压时，上、下电极间产生电压差，使可动上电极有一个活动空间可以向下运动，带动镜子一起向下，从而光开关处于“开”状态，设定未加电压时，镜子能完全遮住光斑；光开关处于“关”状态，使左上光纤出射的光被反射只能进入右上光纤，同样右下光纤出射的光被反射只能进入左下光纤。而当施加电压时，上下电极间产生电压差，从而使可动上电极受到向下的力。本技术设计的扭转梁通过二支点固定，而上电极与扭转梁相连，扭转梁受到扭矩而扭转，使镜子随电极向下位移，可产生的扭转角最大亦即电极间位移最大，使开关处于“开”状态，从而使左上光纤出射的光能入射进右下光纤，同样，左下光纤出射的光能入射进右上光纤，起一个光开关作用。本技术的结构特征是扭转梁扭转角度和开关速度之间有一个最佳平衡点，完全取决于各参数设计。上下外框架均由体硅制造的，且上电极有二种类型一是无缩颈的，一是有缩颈的。有缩颈的电极可产生较大的扭转角度，在同样扭转角度条件下所需的电压差较低。综上所述，本技术提供的微机械光开关结构利用自对准技术，不仅减少光纤装备费用而且具有驱动电压低，镜子位移大，结构的谐振频率高，可使开关的速度达十分之一毫秒量级。图2是本技术设计的2×2微机械光开关的结构图。(a)是上电极所在的上外框架内的具体结构；(b)是下电极所在的下外框架内的结构。图中1-扭转梁 2-扭转梁固定点3-光纤 4-可动上电极5-镜子 6-V型槽7-上外框架 8-下外框架9-下电极如附图说明图1(a)所示，扭转梁1是通过扭转梁固定点2固定于图2所示的外框架7的底部。扭转梁1和可动上电极4相连。镜子5竖直位于可动上电极4的前端。为了产生大的位移，镜子5应尽可能位于可动上电极4与扭转梁相连的另一边，理论上的镜子应垂直，且和可动上电极的边缘相切，但由于制作上的困难，总会发生偏离。在上外框架7(图2(a))的表面利用自对准方案设计出4个V型槽6，光纤3固定在V型槽6内。四根光纤和镜子5的夹角呈45度。当上外框架7放在下外框架8上，且彼此用氧化物层予以绝缘。由于下电极9是位于低于下外框架表面处，所以下电极9和下外框架8围成一个空间，此空间可供施加外电压于上、下外框架时，上、下电极间产生电压差，上电极4向下运动，带动镜子向下一起运动，从而使微机械光开关处于“开”状态。当卸去电压时，上电极带动镜子回到原位，处于“关”状态。实施例2如图1(b)所示，上电极4无缩颈。镜子5尽可能位于上电极4的未和扭转梁相连的一边，其余均同实施例1。但此类型上电极4在同样扭转角度下需要的电压差比实施例1中有缩颈的电极大。权利要求1.一种扭转梁大位移的微机械光开关，包括自对准方案设计出4个V型槽，其特征在于(1)上、下两电极分别位于二个形状相似的二个外框架内，含上电极的上外框架放在另一外框架上面，彼此由绝缘氧化物层绝缘；(2)4个V型槽位于上电极所在的外框架的上表面，它们与镜子均呈45度角；扭转梁通过扭转梁固定点固定于外框架底部，扭转梁和可动上电极相连；镜子竖直位于可动上电极的前端；(3)下电极固定在低于外框架的表面的平面面上，形成一个空间。2.按权利要求1所述的微机械光开关，其特征在于4根光纤分别固定于4个V型槽内；施加电压时上电极向下运动，带动镜子向下，光开关处于“开”状态从左上光纤出射的光入射进右下光纤，左下光纤出射的光入射进右上光纤。。3.按权利要求1所述的微机械光开关，其特征在于4根光纤分别固定在4个V型槽内，未施加电压时，镜子完全遮住光斑，光开关处于“关”状态从左上光纤出射的光被反射进入右上光纤，左下光纤出射的光被反射入右下光纤。4.按权利要求1所述的微机械光开关，其特征在于所述的上电极或是无缩颈或是有缩颈。5.按权利要求1所述的微机械光开关，其特征在于所述的扭转梁受到扭矩而扭转，使镜子随上电极向下位移。专利摘要本技术涉及一种微机械光开关，属于微机械领域。其特征在于(1)上、下两电极分别位于二个形状相似的二个外框架内，含上电极的上外框架放在另一外框架上面，彼此由绝缘氧化物层绝缘；(2)4个V型槽位于上电极所在的外框架的上表面，它们与镜子均呈45度角；扭转梁通过扭转梁固定点固定于外框架底部，扭转梁和可动上电极相连；镜子竖直位于可动上电极的前端；(3)下电极固定在低于外框架的表面的平面面上，形成一个空间。当上外框架叠在其上并施加电压时，上、下电极间产生电压差，使上电极受到向下运动的力带动扭转梁产生扭力使镜子向下移动，处于“开”状态。因而具有驱动电压低、镜子位移大、结构的谐振频率高特点，使开关速度达十分之一毫秒量级。文档编号G02B6/35GK2569170SQ0221698公开日2003年8月27日 申请日期2002年4月22日 优先权日2002年4月22日专利技术者王浙辉, 李铁, 王跃林 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扭转梁大位移的微机械光开关，包括自对准方案设计出４个Ｖ型槽，其特征在于：（１）上、下两电极分别位于二个形状相似的二个外框架内，含上电极的上外框架放在另一外框架上面，彼此由绝缘氧化物层绝缘；（２）４个Ｖ型槽位于上电极所在的外框架的 上表面，它们与镜子均呈４５度角；扭转梁通过扭转梁固定点固定于外框架底部，扭转梁和可动上电极相连；镜子竖直位于可动上电极的前端；（３）下电极固定在低于外框架的表面的平面面上，形成一个空间。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王浙辉，李铁，王跃林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]