本发明专利技术公开了一种静电梳驱动的基于绝热耦合器的集成波导MEMS光开关。包括开关单元，开关单元包括基底、机械驱动结构和绝热耦合器，绝热耦合器包括平行布置的固定锥形波导和可移动锥形波导，可移动锥形波导与机械驱动结构相连，两种波导结构相同，长度相同但宽度渐变方向相反，呈中心对称排列。本发明专利技术通过静电梳驱动分开的绝热耦合器实现了光路切换的效果，具有带宽范围大、插入损耗低、串扰低、消光比高、制作工艺简单、加工成本低、功耗低、可扩展性强等显著优势。展性强等显著优势。展性强等显著优势。
【技术实现步骤摘要】
静电梳驱动的基于绝热耦合器的集成波导MEMS光开关
[0001]本专利技术属于集成光电子器件领域的一种光开关，具体涉及一种通过静电梳驱动调节绝热耦合器中两根锥形波导的间距，从而实现光路调节的集成波导MEMS光开关以及其阵列。
技术介绍
[0002]近年来，数据中心网络规模急剧扩大，随着5G、物联网、云计算、人工智能等新技术的成熟应用，网络数据流量急剧增加，这对数据中心网络提出了新的要求，亟需更高性能的数据中心来支持以上述技术为关键内容的数字经济的飞速发展。在此背景下，光互联技术凭借大带宽、低功耗等传统电互联难以抗衡的优势迅速崛起，为提升数据中心的性能提供了解决方案，光互联目前已成为大规模数据中心的关键技术。
[0003]随着光互联网络的发展，其规模不断扩大，复杂程度也随之增加，因此如何实现光互联网络的灵活重构成为新的问题。大规模N
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N光开关阵列是实现光互联网络灵活重构的关键器件，其已成为研究焦点之一，基于不同平台的多种多样的光开关结构被陆续提出，例如基于微机械系统(MEMS)的光开关、基于马赫曾德干涉仪(MZI)的集成波导光开关等。
[0004]在众多的光开关结构中，基于MEMS的光开关凭借低损耗、速度快、可靠性好、可扩展性强等特点而备受关注，基于MEMS的大规模光开关阵列已应用于数据中心网络中。基于MEMS的光开关又分为自由空间开关和集成波导光开关。对于自由空间光开关而言，光信号从光纤输入开关以后在自由空间中完成传播和切换再被输出光纤接收，目前数据中心网络中的光开关多为自由空间光开关。基于MEMS的自由空间开关可扩展性好，目前已经能在保证低插入损耗和低串扰的前提下实现数百的端口数目，但是此种开关的开关时间较长，一般在几毫秒和几十毫秒的水平，限制了大规模数据中心的重构速度。在集成波导光开关中，光信号从输入光纤输入芯片以后束缚在集成波导中传播，通过集成在一起的波导结构和机械结构实现光路的切换。近年来，基于MEMS的集成波导光开关取得了很大的进展，其能够实现亚微秒级的快切换时间、低插入损耗、低串扰和大端口数目。基于MEMS的集成波导光开关有望突破目前光开关阵列的限制性因素，应用到大规模光互联网络中去。
技术实现思路
[0005]针对上述
技术介绍
，本专利技术的目的在于提供一种静电梳驱动的基于绝热耦合器的集成波导MEMS光开关及N
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N阵列，此开关通过给固定静电梳施加驱动电压，使其与接地的移动静电梳之间产生吸引力，带动移动静电梳产生运动，进一步通过传动杆带动绝热耦合器中的移动锥形波导运动，改变其与固定锥形波导之间的距离，达到光路切换的效果。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：
[0007]本专利技术包括至少一个开关单元，每个开关单元包括基底以及置于基底上的机械驱动结构和绝热耦合器，所述的绝热耦合器主要包括固定锥形波导和可移动锥形波导，固定锥形波导保持固定，固定锥形波导和可移动锥形波导均沿垂直于机械驱动结构的移动方向
平行布置，固定锥形波导两端均连接有弯曲波导，可移动锥形波导的两端通过一对多模干涉交叉波导结构与机械驱动结构相连，由机械驱动结构带动可移动锥形波导靠近或远离固定锥形波导移动。
[0008]所述的可移动锥形波导两端的每端均依次连接有回形的第一根弯曲波导、十字形的多模干涉交叉波导和回形的第二根弯曲波导，十字形的多模干涉交叉波导由较长的一条和较短的一条构成，较长的一条由一对对称的模式演化锥形波导和一根长多模宽波导组成，一对模式演化锥形波导的宽端分别与长多模宽波导的两端相连，窄端分别与两根回形的弯曲波导相连；较短的一条是一根短多模宽波导，短多模宽波的一端与机械驱动结构相连，另一端无连接；十字形的多模干涉交叉波导中较长的一条用于光信号的传输，较短的一条用于机械固定。
[0009]固定锥形波导和可移动锥形波导结构相同，均为一根宽度渐变的锥形波导，固定锥形波导和可移动锥形波导长度相同但宽度渐变方向相反，固定锥形波导的输入端宽度和可移动锥形波导的输出端宽度相同，固定锥形波导的输出端宽度和可移动锥形波导的输入端宽度相同，且固定锥形波导和可移动锥形波导之间的间隙大小始终保持不变。
[0010]所述的机械驱动结构包括由固定静电梳和移动静电梳组成的静电梳驱动器、T形传动结构以及三组固定岛和弹簧结构；
[0011]T形传动结构悬空于基底布置，T形传动结构的顶杆部与可移动锥形波导平行，底杆部与可移动锥形波导垂直，T形传动结构的底杆部从靠近可移动锥形波导的一端开始沿着长度方向依次布置第一组固定岛和弹簧结构、第二组固定岛和弹簧结构、第三组固定岛和弹簧结构，第一组固定岛和弹簧结构、第二组固定岛和弹簧结构、第三组固定岛和弹簧结构均和T形传动结构连接；
[0012]第二组固定岛和弹簧结构、第三组固定岛和弹簧结构之间的T形传动结构两侧布置静电梳驱动器，静电梳驱动器包括一对固定静电梳和一对移动静电梳，固定静电梳固定于基底，一对固定静电梳对称分布在T形传动结构底杆部长度方向的两侧并且与T形传动结构的底杆部之间无连接；移动静电梳悬空于基底布置，一对移动静电梳对称分布在T形传动结构底杆部长度方向的两侧，一对移动静电梳靠近T形传动结构底杆部的一端与底杆部的侧边固定相连；固定静电梳和移动静电梳的梳齿呈对向、交错穿插分布。
[0013]所述的第一组固定岛和弹簧结构主要由一个固定岛和一对半折叠弹簧组成，固定岛固定于基底，固定岛的两端均通过一半折叠弹簧和T形传动结构底杆部靠近可移动锥形波导的一端连接，半折叠弹簧悬空于基底布置。
[0014]所述的半折叠弹簧为悬空结构，包括弹簧柄以及连接在弹簧柄两端且与弹簧柄长度方向垂直的两根梁组成，两根梁均朝向远离弹簧柄的同一侧延伸且分别与固定岛和T形传动结构相连。
[0015]所述的第二组固定岛和弹簧结构与第三组固定岛和弹簧结构的结构相同，均由四个固定岛和一对折叠弹簧组成；固定岛固定于基底，四个固定岛中以两个固定岛为一组，一组固定岛布置在T形传动结构底杆部的同一侧，两组固定岛分别布置在T形传动结构底杆部的两侧，同一侧的两个固定岛通过一折叠弹簧和T形传动结构底杆部侧部连接，折叠弹簧悬空于基底布置。
[0016]所述的折叠弹簧为悬空结构，包括弹簧柄、连接在弹簧柄两端且和弹簧柄长度方
向垂直的两根短梁以及连接在弹簧柄中部且和弹簧柄长度方向垂直的两根长梁组成，两根短梁的一端分别连接到弹簧柄的两端，两根短梁远离弹簧柄的另一端分别与位于T形传动结构底杆部同侧的两个固定岛相连，两根长梁的一端分别连接到弹簧柄中部的两处，两根长梁远离弹簧柄的另一端分别与位于T形传动结构底杆部同侧的两处相连。
[0017]所述一对固定静电梳与外部电路连接，通过给一对固定静电梳施加或撤去电压实现对光开关的调控。
[0018]所述的固定静电梳与外部电路相连，通过外部电路施加电压与移动静电梳之间产生电势差，因此在固定静电梳和移动静电梳之间产生吸引力，移动静电梳产生靠近固定静电梳的运动，通过移动静电梳与T形传动结构底杆部之间的连接带动本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种静电梳驱动的基于绝热耦合器的集成波导MEMS光开关，其特征在于：包括至少一个开关单元，每个开关单元包括基底(10)以及置于基底上的机械驱动结构和绝热耦合器，所述的绝热耦合器主要包括固定锥形波导(2)和可移动锥形波导(3)，固定锥形波导(2)保持固定，固定锥形波导(2)和可移动锥形波导(3)均沿垂直于机械驱动结构的移动方向平行布置，固定锥形波导(2)两端均连接有弯曲波导，可移动锥形波导(3)的两端通过一对多模干涉交叉波导结构与机械驱动结构相连，由机械驱动结构带动可移动锥形波导(3)靠近或远离固定锥形波导(2)移动。2.根据权利要求1所述的一种静电梳驱动的基于绝热耦合器的集成波导MEMS光开关，其特征在于：所述的可移动锥形波导(3)两端的每端均依次连接有回形的第一根弯曲波导、十字形的多模干涉交叉波导和回形的第二根弯曲波导，十字形的多模干涉交叉波导由较长的一条和较短的一条构成，较长的一条由一对对称的模式演化锥形波导和一根长多模宽波导组成，一对模式演化锥形波导的宽端分别与长多模宽波导的两端相连，窄端分别与两根回形的弯曲波导相连；较短的一条是一根短多模宽波导，短多模宽波的一端与机械驱动结构相连。3.根据权利要求1所述的一种静电梳驱动的基于绝热耦合器的集成波导MEMS光开关，其特征在于：固定锥形波导(2)和可移动锥形波导(3)结构相同，均为一根宽度渐变的锥形波导，固定锥形波导(2)和可移动锥形波导(3)长度相同但宽度渐变方向相反，固定锥形波导(2)的输入端宽度和可移动锥形波导(3)的输出端宽度相同，固定锥形波导(2)的输出端宽度和可移动锥形波导(3)的输入端宽度相同，且固定锥形波导(2)和可移动锥形波导(3)之间的间隙大小始终保持不变。4.根据权利要求1所述的一种静电梳驱动的基于绝热耦合器的集成波导MEMS光开关，其特征在于：所述的机械驱动结构包括由固定静电梳(6)和移动静电梳(7)组成的静电梳驱动器、T形传动结构(4)以及三组固定岛和弹簧结构(1、5、8)；T形传动结构(4)悬空于基底(10)布置，T形传动结构(4)的顶杆部与可移动锥形波导(3)平行，底杆部与可移动锥形波导(3)垂直，T形传动结构(4)的底杆部从靠近可移动锥形波导(3)的一端开始沿着长度方向依次布置第一组固定岛和弹簧结构(1)、第二组固定岛和弹簧结构(5)、第三组固定岛和弹簧结构(8)，第一组固定岛和弹簧结构(1)、第二组固定岛和弹簧结构(5)、第三组固定岛和弹簧结构(8)均和T形传动结构(4)连接；第二组固定岛和弹簧结构(5)、第三组固定岛和弹簧结构(8)之间的T形传动结构(4)两侧布置静电梳...
【专利技术属性】
技术研发人员：李欢，胡寅鹏，戴道锌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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