[發明專利]基于靜電梳驅動的硅基MEMS光開關及N×N陣列

有效

• 申請號: 202011009410.4
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112305676B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 戴道鋅;孫儀;李歡
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G02B6/35
• 分類號: G02B6/35;G02B26/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種基于靜電梳驅動的硅基MEMS光開關，其特征在于：包括硅基底(12)以及置于硅基底(12)上的靜電梳驅動器和兩個相分離的固定交叉波導鏡(1)、可動交叉波導鏡(2)，固定交叉波導鏡(1)底部通過二氧化硅下包層(13)固定置于硅基底(12)上，可動交叉波導鏡(2)和靜電梳驅動器連接，并由靜電梳驅動器帶動可動交叉波導鏡(2)向固定交叉波導鏡(1)靠近或者遠離方向移動；

所述靜電梳驅動器主要由一對靜電梳齒(6、7)、第一島簧結構、第二島簧結構和一個傳動桿(3)構成；傳動桿(3)沿可動交叉波導鏡(2)的移動方向布置，傳動桿(3)一端固定連接到可動交叉波導鏡(2)，從可動交叉波導鏡(2)到傳動桿(3)另一端依次設有第一島簧結構、一對靜電梳齒(6、7)和第二島簧結構；第一島簧結構和第二島簧結構的結構相同，均包括四個固定島(4)和兩個折疊式彈簧(5)，四個固定島(4)中以兩個為一組構成兩組固定島(4)，兩組固定島(4)對稱分布于傳動桿(3)的兩側側旁，且每組固定島(4)中的兩個固定島(4)沿傳動桿(3)方向間隔布置，固定島(4)底部通過二氧化硅下包層(13)固定置于硅基底(12)上；兩組固定島(4)各自側方均設有一個折疊式彈簧(5)，每個折疊式彈簧(5)主要由主桿以及分別固定連接在主桿兩端和中部的分支臂構成，主桿兩端的分支臂分別固定連接于一組固定島(4)中的兩個固定島(4)側面，主桿中部的分支臂固定連接于傳動桿(3)側面；一對靜電梳齒(6、7)分為固定梳齒(6)和可動梳齒(7)，固定梳齒(6)和可動梳齒(7)均分為對稱布置于傳動桿(3)兩側的兩個部分，固定梳齒(6)的兩個部分和傳動桿(3)之間具有間隙不接觸連接，可動梳齒(7)的兩個部分分別和傳動桿(3)兩側面固定連接，固定梳齒(6)和可動梳齒(7)的梳齒部相對布置且呈交錯分布；固定梳齒(6)底部通過二氧化硅下包層(13)固定置于硅基底(12)上。

2.根據權利要求1所述的一種基于靜電梳驅動的硅基MEMS光開關，其特征在于：所述的固定交叉波導鏡(1)和可動交叉波導鏡(2)結構相同，均主要由V形寬波導和連接在寬波導兩端的絕熱錐型波導構成。

3.根據權利要求1所述的基于靜電梳驅動的硅基MEMS光開關，其特征在于：所述的可動交叉波導鏡(2)和固定交叉波導鏡(1)中V形寬波導的兩個分支部分之間的相交角度滿足模式光在硅-空氣鏡面發生全反射的臨界條件。

4.根據權利要求1所述的基于靜電梳驅動的硅基MEMS光開關，其特征在于：固定交叉波導鏡(1)和可動交叉波導鏡(2)能夠對接成完整的交叉波導結構，且在固定交叉波導鏡(1)或者可動交叉波導鏡(2)的寬波導每一端依次連接上單模彎曲波導與單模直波導，使得相鄰光開關單元之間進行連接，單模波導作為輸入輸出波導。

5.根據權利要求1所述的一種基于靜電梳驅動的硅基MEMS光開關，其特征在于：所述的固定梳齒(6)的兩個部分均與外部電路相接，外部電路對固定梳齒(6)施加電壓，帶動可動梳齒(7)朝向固定梳齒(6)移動，進而帶動傳動桿(3)及其所連接的可動交叉波導鏡(2)向固定交叉波導鏡(1)靠近移動直到連接于固定交叉波導鏡(1)，以及帶動兩個島簧結構中的折疊式彈簧(5)柔性變形。