[發明專利]直梁屈曲靜電式微機械光開關

有效

• 申請號: 201310013372.3
• 申請日: 2013-01-14
• 公開（公告）號: CN103033885A
• 公開（公告）日: 2013-04-10
• 發明（設計）人: 田文超;山磊
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G02B6/35
• 分類號: G02B6/35;G02B26/08
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于光電子器件技術領域，特別涉及一種靜電式微機械光開關，可用于實現光通信中的光路選擇、多條光纖線路的交叉互連、上下光路及對故障光纖線路進行旁路。

技術背景

直梁屈曲靜電式微機械光開關，是由MEMS技術加工而成。基于微梁縱橫彎曲理論，突破微機械光開關單向加載的傳統觀念，利用微梁在屈曲變形中的彈性能量釋放和剛度變化而表現出的突跳特性，將彈性力轉變為驅動力，實現微機械光開關驅動電壓低、開關時間短、能耗小的目的。它具有結構簡單、體積小、重量輕、易集成、抗干擾能力強、能耗低、無偏振、開關陣列可擴展等特點，因此在光通信網絡設備等領域中，具有強烈需求。

2003年信息產業部電子第十三研究所在[靜電式微機械全光開關，徐永青，楊擁軍，趙彥軍，梁春廣，信息產業部電子第十三研究所，中華人民共和國國家知識產權局，ZL?專利號：02268460.3,2003年6月，G02B6/35，H04J?14/02-H04?B?10/12]中提出了一種靜電式微機械全光開關，如圖1所示，其中圖1(a)為該微機械光開關的結構示意圖，圖1(b)為該微機械光開關A-A方向剖視結構示意圖。定齒103各齒一端與定齒驅動電極102連接，動齒104各齒一端與折疊懸梁106連接，折疊懸梁106一端與動齒驅動電極105連接，定齒驅動電極102和動齒驅動電極105上各鍍有一層金屬109，三角平衡梁107與折疊懸梁106連接，中間梁108穿接在三角平衡梁107中后一端與折疊懸梁106連接，另一端與硅微鏡110連接。N型單晶硅襯底101四周面的濃硼層114上的垂直槽112加工成相互垂直相交結構，光纖111置放在垂直槽112、V型槽113內，使光纖111成相互垂直相交結構，在垂直相交點光纖111內置放硅微鏡110。利用濃硼層114上涂的光刻膠層115光刻出各部件模型。在定齒驅動電極102和動齒驅動電極105之間加載直流電壓，此時分別與定齒驅動電極102和動齒驅動電極105相連接的定齒103、動齒104之間產生靜電力，在靜電力的作用下使折疊懸梁106發生彎曲，從而帶動硅微鏡110在平行于N型單晶硅襯底101的方向上運動，硅微鏡110起到一個光擋板作用，當硅微鏡110被拉開時，光纖光直射通過，對應的光開關為開狀態，硅微鏡110復位時，光纖光被反射，對應的光開關為關狀態，從而實現光的開關作用。

這種光開關存在以下問題：

1)采用單向加載驅動微梁，需要的驅動電壓過高，能耗過大。

2)結構相對復雜，不易控制。

2008年中國科學院長春光學精密儀器機械與物理研究所在[柔性懸臂微機械光開關,梁靜秋,李偉,梁中翥,馬文生,孫德貴,中國科學院長春光學精密機械與物理研究所，中華人民共和國國家知識產權局，專利申請號:200710056340.6,2008年4月，G02B26/08,H01F?5/00-H01F?41/04]中提出了一種柔性懸臂微機械光開關，如圖2所示，其中圖2(a)為該微機械光開關在自然狀態下的結構示意圖，圖2(b)為該微機械光開關的分解圖，圖2(c)為該微機械光開關的光束折轉狀態圖，圖2(d)為該微機械光開關的光束直通狀態圖。開關固定端202與懸臂203為同種材料，二者連為一體，位于基片201上表面。開關固定端202的下表面與基片201上表面相接觸并粘合，線圈204位于懸臂203的上表面、線圈第一引線205和線圈第二引線210位于懸臂203、開關固定端202的上表面，并與之粘合，第一個引線壓點206、第二個引線壓點211位于開關固定端202上表面，與之接觸并粘合。永磁體207位于線圈204的正下方，基片201下表面的凹坑中，并與基片201接觸固定。棱柱形微反射鏡208固定于線圈204的上方。光開關在自然狀態時，懸臂203下表面與基片201上表面接觸。當線圈204加某一方向電流時，電磁引力將懸臂203保持在圖2(c)的位置，即自然狀態，入射光束R經過棱柱形微反射鏡208的一面反射后到達光學元件209,而從光學元件209返回的光束經棱柱形微反射鏡208的另一面反射后出射,為反射光束F,此時光開關處于斷開狀態；當線圈204加相反方向電流時，電磁斥力將懸臂203遠離開關固定端202的一端推離基底201，懸臂203向上翹起，帶動棱柱形微反射鏡208離開基片201上表面一段距離，呈圖2(d)狀態，此時入射光束R直接通過,不發生偏轉,即不經過光學元件209,未產生反射光束F，此時光開關處于導通狀態。雖然這種結構可以滿足光路的兩次折轉要求，但它本身又存在如下問題：