微机电系统双稳态光学开关及其使用方法技术方案

一种光学开关，其包含：双稳态组件；反射组件，其以操作方式连接到双稳态组件；第一电热弯曲梁激励器；第一接触组件，其以操作方式连接到第一电热弯曲梁激励器组件，第一电热弯曲梁激励器组件和第一接触组件安置成使双稳态组件和反射组件能够从第一稳定配置推进到第二稳定配置；第二电热弯曲梁激励器组件；以及第二接触组件，其以操作方式连接到第二电热弯曲梁激励器组件，第二电热弯曲梁激励器组件和第二接触组件安置成使双稳态组件和反射组件能够从第二稳定配置推进到第一稳定配置。

【技术实现步骤摘要】

这些技术教导大体上涉及MEMS光学开关。
技术介绍
光学开关是沿着光学网络的选定光纤传送光学信号的装置。这些开关构成现代光学网络的基础构建基块。现有技术光学开关主要是基于执行机械运动、改变波导耦合比且执行偏振旋转的机构。基于机械继电器的光学开关具有大尺寸。在MEMS技术中已重在关注小尺寸的光学开关。其中，基于MEMS静电旋转镜的装置是最常见的一种方法。然而，这些装置需要高电场来产生足够的激励力，这导致需要成本高的气密封装。此外，这些装置是非闩锁的，且在失去外部电力时开关状态会丢失。使用电热激励的双稳态机构也用于光学开关。然而，那些装置针对垂直蚀刻镜使用平面内激励，从而导致制造成本较高且镜尺寸深度较小。因此，需要一种改进的MEMS开关设计，其尺寸小、超稳定、闩锁、成本低且容易制造、尺度可适于多个输出口。
技术实现思路
这些教示的光学开关的一个实施例包含双稳态组件，其包括一个或一个以上第一梁和一个或一个以上第二梁；反射组件，一个或一个以上第一梁从第一支撑件延伸到反射组件上的位置，一个或一个以上第二梁从第二支撑件延伸到反射组件上的所述位置，反射组件以操作方式连接到双稳态组件；第一电热弯曲梁激励器组件，其从第一电极延伸到第二电极；第一接触组件，其以操作方式连接到第一电热弯曲梁激励器组件，第一电热弯曲梁激励器组件和第一接触组件安置成使双稳态组件和反射组件能够从第一稳定配置推进到第二稳定配置;第二电热弯曲梁激励器组件，其从第三电极延伸到第四电极；以及第二接触组件，其以操作方式连接到第二电热弯曲梁激励器组件，第二电热弯曲梁激励器组件和第二接触组件安置成使双稳态组件和反射组件能够从第二稳定配置推进到第一稳定配置。本专利技术也揭示这些教示的光学开关的各种其它实施例。本专利技术也揭示这些教示的光学开关的操作方法的实施例和用于制造这些教示的光学开关的方法的实施例。为了更好地理解本专利技术教示以及本专利技术教示的其它和另外目标，参看附图和具体实施方式，且本专利技术教示的范围将在所附权利要求书中指出。附图说明图1是这些教不的光学开关的一个实施例的不意表不；图1a和图1b是这些教不的光学开关的另一实施例的不意表不。图2是这些教示的光学开关的一个实施例中的双稳态组件中的位移一力关系的图解表示；图2a和图2b展示利用这些教示的光学开关的实施例的光学系统；图3是这些教示的光学开关的又一实施例的示意表示；图4a和图4b是这些教示的光学开关的一个组件的实施例的示意表示；以及图5a到图5e是用于制造这些教示的装置的过程的实施例的图解说明。具体实施例方式以下具体实施方式描述进行这些教示的当前最佳预期模式。不应在限制性意义上理解所述描述，而是仅为了说明这些教示的一般原理而进行所述描述，这是因为这些教示的范围最佳是由所附权利要求书界定。在一个实施例中，本专利技术教示通过提供一种光学开关来克服上述问题，所述光学开关使用微机电系统(MEMS)装置的与一个或一个以上光纤准直器对准的一个或一个以上元件以将光束从一个或一个以上输入口导引到一个或一个以上输出口。在那个实施例中，MEMS芯片具有悬挂在自闩锁双稳态机构上的平面内光学反射组件(例如但不限于镜)和两个电热激励器组件。激励器将双稳态机构从其第一稳定位置驱动到其第二稳定位置和从其第二稳定位置驱动到其第一位置。因此，通过光束的透射或反射，悬挂镜在不同稳定位置处将垂直于MEMS装置平面的平面中的光束引导到不同输出口。在本专利技术教不的一个实施例中，上述光学开关包含MEMS双稳态镜配置,其包括具有平面表面的框架；两个MEMS激励器，其将平面表面中的反射镜驱动到其稳定位置，以导引从电磁福射源(例如但不限于光纤)传输的光束。在一个实施例中，反射镜表面是由多个相同的并联双稳态机构悬挂，这些机构约束镜在镜面平面中的运动。在一个实施例中，由弯曲梁段形成的双稳态机构布置成相对于悬挂镜对称且锚定在外框架处。在一个实施例中，每一激励器组件是由具有最佳位移输出的多个平行的电热V形梁形成。在一个实施例中，每一组激励器具有沿着双稳态机构的一个中心或多个接触表面以将镜推到不同稳定位置。当使用多个接触表面时，不同的接触表面可能具有不同的接触时序。这可减低每一接触表面上的机械磨损以增加接触循环寿命。偏心激励也可增加镜的行进距离。在一个实施例中，一个或一个以上接触表面具有柔性表面和刚性表面，以在施加接触力时形成自接触。这可减低每一表面上的接触力，因此增加了接触使用寿命。当不同的接触表面具有不同的时序时，可进一步提闻接触持续时间。在一个实施例中，可通过双稳态机构的组件(在一个实施例中是硅导线)的电阻改变来检测镜位置，所述电阻改变是由双稳态机构的应变引起。在此第一稳定位置处，双稳态机构实质上无应变，而在第二稳定位置处，产生应变。在一个实施例中，可通过电容改变来检测镜位置，所述电容改变是由在每一稳定位置处接触表面之间的间隙改变弓I起。在一个实施例中，通过仅使用几个步骤来简化MEMS制造步骤，其中最少量的遮罩使用绝缘体上硅(SOI)晶片。图1说明MEMS双稳态光学开关芯片的实施例的不意图。MEMS双稳态光学开关芯片I包含衬底49 (双稳态光学开关芯片从衬底被提起的实施例也在这些教不的范围内)，其具有平面表面框架16 ;反射镜2，其布置在平面表面16上；双稳态机构3，其是由两个弯曲梁4和5形成且相对于镜2的中心对称；两个电热激励器6和11。双稳态机构3将镜2悬挂在框架16上。多个相同的并联双稳态机构3用来限制镜在平面16中沿着双稳态机构的对称轴或Y轴的运动。图2中展示双稳态机构的典型的位移一力关系。两个稳定位置是如在标绘图中所标记。如图2所标记，每一稳定位置具有最大断开力。双稳态机构的数个可能实施例在这些教示的范围内。例如但不限于在颁予Qui等人的美国专利第6，911，891号(其全文出于所有目的而以引用的方式并入本文中)中所揭示的实施例和在以下文献中所揭示的实施例的实施例在这些教示的范围内.Tin Qiu、Lang,1. H.、Slocum, A. H.的 A curved-beam bistable mechanism (弯曲梁双稳态机构)，Journal ofMicro-electromechanical Systems(微机电系统学报)，2004 年 4 月，第 13 卷第2 期第 137 到 146 页；Casals-Terre, J.、Shkel, A.的 Dynamic Analysis Of A Snap-ActionMicromechanism(快动微机构的动态分析)，2005IEEE SensorsC2005IEEE 传感器)，2005 年；以及 Youngseok Oh 的 Synthesis of Multistable Equilibrium Compliant Mechanisms(多稳态平衡柔顺机构的合成)，博士论文，密歇根大学，2008年，所有这些文献的全文出于所有目的而以引用的方式并入本文中。电热激励器6用来将双稳态机构从第一稳定位置切换到第二稳定位置，或将镜2从第一稳定位置切换到第二稳定位置。电热激励器11用来将双稳态机构从第二稳定位置切换到第一稳定位置，或将镜2从第二稳定位置切换到第一稳定位置。激励器6具有多个相同的并联V形梁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学开关，其包括：双稳态组件，其包括一个或一个以上第一梁和一个或一个以上第二梁；反射组件；所述一个或一个以上第一梁从第一支撑件延伸到所述反射组件上的位置；所述一个或一个以上第二梁从第二支撑件延伸到所述反射组件上的所述位置；所述反射组件以操作方式连接到所述双稳态组件；第一电热弯曲梁激励器组件，其从第一电极延伸到第二电极；第一接触组件，其以操作方式连接到所述第一电热弯曲梁激励器组件；所述第一电热弯曲梁激励器组件和所述第一接触组件安置成使所述双稳态组件和所述反射组件能够从第一稳定配置推进到第二稳定配置；第二电热弯曲梁激励器组件，其从第三电极延伸到第四电极；以及第二接触组件，其以操作方式连接到所述第二电热弯曲梁激励器组件；所述第二电热弯曲梁激励器组件和所述第二接触组件安置成使所述双稳态组件和所述反射组件能够从所述第二稳定配置推进到所述第一稳定配置。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：尹露中，钟桂雄，寿援新，艾米特·戈萨，颜军，赵京，
申请(专利权)人：安捷讯公司，
类型：发明
国别省市：