一种挡光式微机电可变光衰减器制造技术

本发明专利技术公开了一种挡光式微机电可变光衰减器，其包括：输入输出光纤、固定遮光板、可动MEMS器件、磁场产生装置和驱动电路；固定遮光板中心具有通光孔，驱动电路和固定遮光板的下表面与可动MEMS器件的上表面对准键合，可动MEMS器件中心具有运动遮光板，磁场产生装置为中心漏空结构，且可动MEMS器件和磁场产生装置的中心与通光孔的中心位于同一轴线；其中，光从输入光纤输入，通过固定遮光板的通光孔后，再经可动MEMS器件产生可控的光衰减后，由输出光纤输出；所述磁场产生装置提供与通过可动MEMS器件的电流相互作用产生洛伦兹力，驱动所述运动遮光板产生运动。本发明专利技术公开的可变光衰减器的光衰减量连续可调。

【技术实现步骤摘要】
—种挡光式微机电可变光衰减器
本专利技术涉及光电
，尤其涉及一种可变光衰减器，该可变光衰减器可用于使输入到其中的光强度产生可控的衰减。
技术介绍
随着通信业务量的飞速增长，业务形式的多样化，全光网络已成为现在通信网络的发展趋势。光网络实用化需要解决的关键问题之一是各波长通道间的功率不均衡，许多场合需要减少光信号的功率。光衰减器(Optical Attenuator, 0A)是一种可以在外部激励(机械、电力、磁力等)作用下，实现光学元件运动或光学状态的改变，从而改变光的传输效率，达到输出光功率相对于输入光功率衰减的器件。光衰减器作为一种重要的无源光功率调整器件，可以在光网络中产生可控的衰减，与其他器件匹配很好地实现光增益平坦、动态增益平衡以及传输功率均衡。光衰减器可分为固定式光衰减器和可变光衰减器(Variable OpticalAttenuator, V0A)两种形式。目前固定式光衰减器价格较低，用以平衡光能量，但是由于衰减量不能调节，不能实现对信号的动态控制；相对地，可变光衰减器在发展上较具优势，衰减量可以改变，能主动精确平衡光功率，对信号实现实时处理，是目前研究的重点，未来的发展较受瞩目。VOA可用于光通信线路、系统的评估、研究、调整及校正等方面，在光通信网络中，尤其是波分复用(WDM)系统中VOA具有广泛的应用。为更好地满足光通信的需求，VOA正朝着高集成、小型化、低成本的方向发展。目前，VOA有多种不同类型的制造技术，主要有可调机械式技术、磁光技术、液晶技术、声光技术、热光技术、平面波导技术、MEMS技术等形式。基于MEMS的器件体积小、性能好、易于实现阵列、功耗低，完全适应市场发展的需要。采用MEMS技术制作的V0A，除保持传统技术VOA全面的光学性能外，还具有衰减范围大、体积小、易于多通道集成、响应速度快、性价比高等优点，被认为是满足未来全光通信网络的理想的器件之一。但现有的MEMS VOA还存在一些技术问题:如驱动电压大、线性度差、可靠性等，离实际应用还有一定距离。
技术实现思路
为解决现有技术中的上述问题，本专利技术提供了一种基于电磁驱动的MEMS可变光衰减器(VOA)，以实现结构简单、成本低、可靠性高、具有实际应用价值的可变光衰减器。为达到上述目的，本专利技术提供了一种挡光式微机电可变光衰减器，其包括:输入输出光纤、固定遮光板、可动MEMS器件、磁场产生装置和驱动电路；固定遮光板中心具有通光孔，驱动电路和固定遮光板的下表面与可动MEMS器件的上表面对准键合，可动MEMS器件中心具有运动遮光板，磁场产生装置为中心漏空结构，且可动MEMS器件6和磁场产生装置8的中心与通光孔2的中心位于同一轴线；其中，光从输入光纤输入，通过固定遮光板的通光孔后，再经可动MEMS器件产生可控的光衰减后，由输出光纤输出；所述磁场产生装置提供与光束平行的轴向磁场，与通过可动MEMS器件的电流相互作用产生洛伦兹力，驱动所述运动遮光板产生运动。从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果:本专利技术提供的挡光式微机电可变光衰减器，在自由空间中衰减光信号，相应的波长相关损耗、极化相关损耗和插入损耗等都要低于其它方法，光学性能好。同时避免了反射式结构需要复杂的光纤对准等问题，衰减范围大，动态特性好，可以广泛应用于光通信网络。本专利技术提供的挡光式微机电可变光衰减器，用基于洛伦兹力的电磁驱动方式，既可以提供较大的驱动力，又不会有磁滞效应，实现了低压驱动和快速响应，很好地满足了光通信网络快速、低功耗的发展的要求。本专利技术提供的挡光式微机电可变光衰减器，利用微电子工艺加工制作，结构简单，通过采用固定遮光板与可动MEMS器件相结合的方式，有效控制了光束的面积，减小了器件尺寸，能够与CMOS器件实现集成，为光电集成提供基础。【附图说明】图1是本专利技术中挡光式微机电可变光衰减器的结构示意图；图2(a)?图2(c)是本专利技术中挡光式微机电可变光衰减器的衰减效果图；图3(a)?图3(b)是本专利技术中可动MEMS器件的结构示意图；图4是本专利技术中可动遮光板在洛伦兹力驱动下运动原理图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。图1示出了本专利技术公开的挡光式微机电可变光衰减器的结构示意图。如图1所示，所述可变光衰减器包括输入光纤1、输出光纤10、固定遮光板3、驱动电路4、可动MEMS器件6、磁场产生装置8、可动遮光板9。其中，固定遮光板3与可动MEMS器件6分别为不同基片采用微机电工艺加工制作而成。固定遮光板3可以使用硅片、玻璃片或其它材料制作，表面镀有反光膜，表面的反光膜可以是金、铝等具有反光性能的薄膜材料，固定遮光板3中心具有通光孔2，所开通光孔2的大小与光束的大小有关，用于限制光斑大小和衍射等现象。驱动电路4为器件提供可控的驱动电源。所述驱动电路4和固定遮光板3的下表面通过第一键合层5与可动MEMS器件6的上表面对准键合；磁场产生装置8的上表面与可动MEMS器件6的下表面通过第二键合层7相互粘合。所述可动MEMS器件6的中心为运动遮光板9，磁场产生装置8为中心露空的环形结构，且可动MEMS器件6和磁场产生装置8的中心与通光孔2的中心位于同一轴线上。输出光纤端口 10与输入光纤端口 I相对,固定遮光板3和可动MEMS器件6位于输入、输出光纤之间,光由输入光纤输入,先通过固定遮光板3的通光孔2，再经可动MEMS器件6产生可控的光衰减后，由输出光纤输出。磁场产生装置8可以提供与光束平行的轴向磁场，与通过可动MEMS器件6结构的电流相互作用，产生洛伦兹力，提供驱动，使运动遮光板9运动，如图4所示。若可动MEMS器件6的运动遮光板9没有将固定遮光板3的通光孔2挡住，光束从输入光纤发射出来后，经过自由传播可以进入输出光纤，实现光信号输出，形成完整的光通路；若运动遮光板9将通光孔2完全挡住，则光束不能进入输出光纤，光信号被完全衰减；若运动遮光板9将通光孔2部分挡住，则光束部分进入输出光纤，通过洛伦兹力控制运动遮光板9的运动位置，可以控制通光孔2被运动遮光板9挡住的面积大小，可以控制进入输出光纤的光信号的强度，从而可以产生可控的光衰减。光信号的强度与通光面积成正比；通光面积与运动遮光板9的位移大小成正比；对于弹性结构，运动遮光板9的位移大小与洛伦兹力的大小成正比；而洛伦兹力的大小与驱动电流成正比。因此，基于洛伦兹力驱动的可变光衰减器的光衰减量与驱动电流成线性关系，可实现线性连续控制。图2(a)-图2(c)示出了本专利技术中挡光式微机电可变光衰减器的三种可选实施例的结构示意图。如图2(a)-图2(c)所示，固定遮光板3的表面镀有反光膜，并开有通光孔2，表面的反光膜可以是金、铝等具有反光性能的薄膜材料，光只能从通光孔通过；若可动MEMS器件6的运动遮光板9没有将固定遮光板3的通光孔2挡住(如图2 (c)所示)，光束从输入光纤发射出来后，经过自由传播可以进入输出光纤，实现光信号输出，形成完整的光通路；若运动遮光板9将通光孔2完全挡住(如图2 (a)所示)，则光束不能进入输出光纤，光信号被完全衰减；若运动遮光板9将通光孔2部分挡住(如图2(b)所示)，则光束部分进入输出光纤，通过控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种挡光式微机电可变光衰减器，其包括：输入输出光纤、固定遮光板、可动MEMS器件、磁场产生装置和驱动电路；固定遮光板中心具有通光孔，驱动电路和固定遮光板的下表面与可动MEMS器件的上表面对准键合，可动MEMS器件中心具有运动遮光板，磁场产生装置为中心漏空结构，且可动MEMS器件6和磁场产生装置8的中心与通光孔2的中心位于同一轴线；其中，光从输入光纤输入，通过固定遮光板的通光孔后，再经可动MEMS器件产生可控的光衰减后，由输出光纤输出；所述磁场产生装置提供与光束平行的轴向磁场，与通过可动MEMS器件的电流相互作用产生洛伦兹力，驱动所述运动遮光板产生运动。

【技术特征摘要】
1.一种挡光式微机电可变光衰减器，其包括:输入输出光纤、固定遮光板、可动MEMS器件、磁场产生装置和驱动电路；固定遮光板中心具有通光孔，驱动电路和固定遮光板的下表面与可动MEMS器件的上表面对准键合，可动MEMS器件中心具有运动遮光板，磁场产生装置为中心漏空结构，且可动MEMS器件6和磁场产生装置8的中心与通光孔2的中心位于同一轴线； 其中，光从输入光纤输入，通过固定遮光板的通光孔后，再经可动MEMS器件产生可控的光衰减后，由输出光纤输出；所述磁场产生装置提供与光束平行的轴向磁场，与通过可动MEMS器件的电流相互作用产生洛伦兹力，驱动所述运动遮光板产生运动。2.如权利要求1所述的一种挡光式微机电可变光衰减器，其特征在于:所述固定遮光板和可动MEMS器件位于输入光纤和输出光纤之间,所述输出光纤端口与输入光纤I端口相对，且它们的中心位于同一轴线上；光束从输入光纤发射后，经过自由传播可以进入输出光纤，实现光信号输出，形成完整的光通路；通过控制可动MEMS器件的运动遮光板和固定遮光板的通光孔之间的关系，可以对进入输出光纤的光信号强弱进行控制，实现可控光衰减。3.如权利要求1所述的一种挡光式微机电可变光衰减器，其特征在于:所述固定遮光板3为硅片、玻璃片或其它材料，表面镀有反光膜；表面的反光膜为具有反光性能的薄膜材料；所述开通光孔的...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛旭，吕兴东，魏伟伟，杨晋玲，杨富华，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：