引导光信号的路径的系统与方法技术方案

一种新颖光学开关装置及其操作方法，通过应用光信号限束通道克服了对准问题。所述光信号限束通道埋置后可将光信号限制于所需的传播通路，使光信号与输出端可靠地对准。利用小角镜把光信号导入预定的光信号限束通道，实现期望的光学切换。小角镜可以是锁定微镜或非锁定微镜，可由静电驱动、热驱动或电磁驱动或者任意其他技术控制。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】


技术实现思路
涉及电子与光学开关。具体而言，
技术实现思路
描述了低功耗锁式微磁性开关及其配制与操作方法，还描述了具有埋式限束通道以利用有关方法尽量减小光失准与光衰减的光学开关阵列。
技术介绍
开关通常是电控型双态器件，在电路或光路中使能打开与闭合而操纵器件。例如，一般可将继电器用作开关，用于激励或去激电学、光学或其他器件部分。继电器通常应用于众多场合，包括电信、射频(RF)通信、便携式电子装置、消费类与工业电子装置、航空和其他系统。近年来，光学开关(也称“光学继电器”或在本文中简称“继电器”)已用来切换光路间的光信号(如在光纤或其他光通信系统中传播的光脉冲)。虽然最早的继电器是机械或固态器件，但是近年来微机电系统(MEMS)技术与微电子制造的发展，已能制造出微静电与微磁性继电器了。此种微磁性继电器一般包括一块对衔铁赋能而形成或断开电接触的电磁铁，磁铁去能后，弹簧或其他机械力就使衔铁回复到静止位置。其他静电继电器用可动悬臂与固定电极片的电压差产生静电力而驱动衔铁或悬臂。其他继电器应用了其他驱动机理，如热驱动，形状记忆合金驱动等，但这列继电器一般有若干明显的缺点，它们通常只呈现单一稳定输出(即静态)且不是锁式(即继电器断电后不能保持恒定的输出)。再者，常规微磁性继电器所需要的弹簧会随时间劣化或断裂。1998年12月8日颁发给TAYLOR等人的美国专利NO.5,847,631描述了一例微磁性继电器，其内容通过引用包括在这里。该继电器包括一永磁铁和一电磁铁，电磁铁产生的磁场与永磁铁产生的磁场间歇地相反。尽管这种继电器号称是双稳态，但是为了保持至少一个输出态，电磁铁要耗电。而且，产生相对磁场所需的功率很大，所以该继电器不适用于航天便携式电子装置和其他要求低功耗的场合。关于光学开关，另一重要问题涉及对准输入激光。将激光对准光纤或其他元件常用的一般小镜分为两类之一，这里称为“倒装”镜或“垂直滑动镜”。驱动前，“倒装”镜一般平躺，入射光不受小镜影响。驱动后，小镜一般直立而将入射激光束偏转约90度。在继电器输出端，带微透镜的光纤通常留驻在基板上蚀刻的的沟槽中收集激光束。小镜用驱动臂支承，底部的微型铰链提供转轴，也可用弯曲弹簧支承。倒装镜通常用各种机构驱动(如划动驱动、梳理驱动、撞梳驱动、滑齿与梳理驱动、小镜与侧壁的纯静电力、磁力等)。与驱动时要转动的“倒装”镜不同，垂直滑动镜一般采用特殊的平移法来激励。通常，小镜垂直位于滑板顶部，驱动时滑到止动块预定的位置截断激光束路径使其偏转90度。垂直镜通常用LIGA(RoentgenLIthographieGalvanik Abformungχ射线光刻法、电沉淀与模塑法)工艺或者通过深度反应离子蚀刻(DRIE)再涂覆反射金属而制成。采用LIGA工艺，小镜倾斜量级约为1/1000。采用DRIE工艺，表面光滑度量级约位5nm。当开关阵列尺寸变大时(如512×512量级)，通常难以将垂直镜反射的激光束对准自由空间里的输出口。假定芯片大小为5cm，则开关尺寸需要为大约5/512，即大约100微米，于是要求对准精度为0.01°量级，所以普通微电子制造技术极难达到这一精度。有源镜细调法能减轻一些问题，但这种调谐会引起其他问题，如制造复杂、电路速度较慢等。除了对准问题，当阵列规模变大时(如传输距离超过1cm时)，激光束的发散变得不能接受。因此，需要创造一种甚至在大型开关结构中也能满足严格设计指标的光学开关。示例实施例的简要内容一种新颖光学开关器件及其操作方法，通过应用光信号限束通道克服了对准问题。这种光信号限束通道埋置后将光信号限制在期望的传播路径内，使光信号与输出端可靠地对准。可用小角镜将光信号导入预定的光信号限束通道而实现期望的光学切换。小镜可以是锁定微镜或非锁定微镜，可用静电驱动、热驱动或电磁驱动或者任一其他技术控制。 附图说明下面通过与附图一起参阅的示例实施例的详述来描述本专利技术的上述和其他特征与优点，其中用同样的标号表示同样或同类部件图1A与1B分别是示例开关实施例的侧视图与俯视图；图2A～H是开关示例制造技术的侧视图；图3A与3B分别是第二示例开关实施例的侧视图和俯视图；图3C是适用于第二示例开关实施例的示例悬臂的透视图；图3D是包括分段磁敏件的示例开关实施例的透视图；图3E是包括多磁敏件的示例开关实施例的透镜图；图3E是包括多磁敏层的示例悬臂的侧视图；图4A与4B是第三示例锁定继电器实施例的侧视图与俯视图；图4C与4D是适用于第三示例锁定继电器实施例的示例悬臂的透视图；图5是第四示例锁定继电器实施例的侧视图；图6A与6B分别是第五示例锁定继电器实施例的侧视图与俯视图；图7A与7B分别是示例“I型”镜的侧视图与俯视图；图8A与8B分别是水平定向示例“II型”镜的侧视图与俯视图；图8C与8D分别是垂直定向示例“II型”镜的侧视图与俯视图；图8E是第二示例反射镜实施例的侧视图；图8F与8G分别是第三示例反射器/镜实施例的俯视图与侧视图；图9A与9B是示例开关第一状态的侧视与俯视图；图10A与10B是示例开关第二状态的侧视与俯视图；图11是示例5×5光学开关的俯视图；图12A是示例光学十字开关阵列的透视图；图12B(a)与12B(b)是示例光信号限束通道的侧视图；图13是示例光信号路径进入并通过示例光学十字开关阵列的放大透视图；图14A与14B是光信号路径进入并通过居于示例光信号限束通道的示例光学十字开关阵列的方案图的俯视与侧视图，光信号限束通道仅在第一状态的外上方通道表面上有光学镜；图15A与15B是光信号路径进入并通过具有示例光信号限束通道的示例光学十字开关阵列的方案图的俯视与侧视图，光信号限束通道仅在第二状态的外上方通道表面上有光学镜； 图16A与16B是光信号路径进入并通过具有光信号限束通道的示例光学十字开关阵列的方案图的俯视与侧视图，光信号限束通道在第一状态的外上方与内下方通道表面上都有光学镜；图17A与17B是光信号路径进入并通过具有光信号限束通道的示例光学十字开关阵列的方案图的俯视与侧视图，光信号限束通道在第二状态的外上方与内下方通道表面上都有光学镜；图18是示例光学十字开关阵列的透视图，光信号限束通道用于以第一状态将光信号输入光学十字开关阵列；和图19是示例光学十字开关阵列的透视图，光信号限束通道用于以第二状态将光信号输入光学十字开关阵列。实施例的详细描述应该明白，本文图示和描述的特定实施方法是本专利技术的实例，不以任何方式限制本专利技术范围。为简便起见，这里并不详述系统(和系统各操作部分元件)的常规电子线路、制造、MEMS工艺和其他功能方面。同样地，为简便起见，诸附图不示出不同控制机构的各种控制或驱动元件。再者，为简便起见，本文频繁描述的本专利技术涉及在电气或电子系统中应用的微电子机械加工的继电器。应该明白，可用许多其他制造技术创制本文所述的继电器，而且本文描述的诸技术可以应用于机械继电器、光学继电器或任何其他切换装置。另外，这些技术还适用于电气系统、光学系统、消费类电子设备、工业电子设备、无线系统、空间应用或任何其他应用场合。还应理解，本文所作的空间描述(如“上面”、“下面”、“向上”、“向下”等)，仅用于示例，实际上锁定继电器可用任何方向或方式在空间安置。这些继电器阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发射光信号的装置，其特征在于，所述装置包括：　　　　接收所述光信号的光学输入端；　　　　在所述至少一个光学输入端与光学输出端之间引导所述光信号的控制装置；和　　　　设置在所述光学输入端与所述光学输出端之间把所述光信号限制到预定光路的通道。

【技术特征摘要】
US 2000-7-11 60/217,2651.一种发射光信号的装置，其特征在于，所述装置包括接收所述光信号的光学输入端；在所述至少一个光学输入端与光学输出端之间引导所述光信号的控制装置；和设置在所述光学输入端与所述光学输出端之间把所述光信号限制到预定光路的通道。2.如权利要求1装置，其特征在于，所述控制装置包括至少一个配置成反射所述装置内所述光信号的镜元件。3.如权利要求2的装置，其特征在于，每个所述至少一个镜元件包括具有磁敏部与反射部的悬臂。4.如权利要求3的装置，其特征在于，所述悬臂配置成利用多个电磁信号中的一个在第一状态与第二状态之间切换。5.如权利要求4的装置，其特征在于，每个所述电磁信号配置成在对应于一个所述镜元件的一根所述悬臂中形成力矩，使所述悬臂在所述第一与第二状态之间切换。6.如权利要求5的装置，其特征在于，所述多个电磁信号包括多个导体产生的磁信号。7.如权利要求5的装置，其特征在于，所述多个电磁信号包括多根电极产生的静电信号。8.如权利要求1的装置，其特征在于，所述通道包括至少一个反射壁。9.如权利要求8的装置，其特征在于，所述反射材料包括铝、金、银和铬之一。10.如权利要求5的装置，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮梅春，申军，C惠尔勒，
申请(专利权)人：亚利桑那州立大学，
类型：发明
国别省市：US[美国]