專利名稱：大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域中的一種大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器的制造方法，特別適用于高速大規(guī)模的全光光纖通信網(wǎng)絡(luò)中作可變光衰減器器件的制造。
背景技術(shù)：
光衰減器在光纖通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用，它是波分復(fù)用(WDM)光纖網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵的光無源器件。光衰減器的主要功能是用來減小或控制光訊號(hào)，廣泛應(yīng)用于波分復(fù)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)各信道的光功率電平進(jìn)行適時(shí)控制和模擬光信號(hào)傳輸中的衰減，并且在光纖傳感、光纖測量等科研和工程領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。光衰減器具有固定式光衰減器和可變光衰減器(VOA)兩種。固定式光衰減器主要裝設(shè)于通訊系統(tǒng)，用以平衡光能量，但是應(yīng)用彈性較低；而VOA在應(yīng)用發(fā)展上具優(yōu)勢，能主動(dòng)精確平衡光的訊號(hào)，并朝向結(jié)合各式模塊、次系統(tǒng)(如復(fù)用/解復(fù)用器、光上下路)發(fā)展，近年來其發(fā)展受到了廣泛的關(guān)注。
現(xiàn)代光纖通信正在向高速大容量的全光通信方向發(fā)展，特別是隨著波分復(fù)用(WDM)技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)可變光衰減器的需求越來越大、要求越來越高。理想的VOA能精確控制光訊號(hào)的損失，一般特性要求包括大動(dòng)態(tài)衰減范圍、低插入損耗、低波長相關(guān)損耗、低偏振模態(tài)色散、低偏振相關(guān)損耗、以及相應(yīng)時(shí)間快、功耗低、體積小、可陣列化集成等。傳統(tǒng)的機(jī)械式VOA，可以實(shí)現(xiàn)較小的插入損耗、和大動(dòng)態(tài)衰減范圍，但其響應(yīng)時(shí)間慢、體積大、成本高，限制了其在WDM和光上下路系統(tǒng)中的應(yīng)用，而基于波導(dǎo)式的電光、熱光、磁光型的VOA一般不能實(shí)現(xiàn)較大的動(dòng)態(tài)衰減范圍，且波長相關(guān)、偏振相關(guān)。
微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)加工技術(shù)和微電子工藝技術(shù)相兼容，其產(chǎn)品具有成本低、體積小、重量輕、易集成的特點(diǎn)。近年來，采用微電子機(jī)械加工技術(shù)制作可變光衰減器已成為目前國內(nèi)外研制高性能可變光衰減器的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題就是提供一種采用體硅微機(jī)械加工技術(shù)在硅基片上制作可動(dòng)硅擋板實(shí)現(xiàn)光纖中光傳輸能量衰減控制的大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器的制造方法。并且本發(fā)明工藝簡單成熟、制造成本低，本發(fā)明制造的可變光衰減器還具有大動(dòng)態(tài)衰減范圍、低插入損耗、低偏振相關(guān)損耗、低波長相關(guān)損耗、相應(yīng)時(shí)間快、功耗低以及體積小、成本低、易集成和批量化等特點(diǎn)。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明采用體硅微機(jī)械加工技術(shù)在硅基片上制作可動(dòng)硅擋板實(shí)現(xiàn)光纖中光傳輸能量衰減控制的微機(jī)械可變光衰減器。
本發(fā)明大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器的制造方法，它包括下列步驟①在硅基片1硅襯底上涂一層光刻膠7；②用一塊驅(qū)動(dòng)器、硅擋板、光纖光路定位結(jié)構(gòu)的掩模版，采用光刻工藝對(duì)硅基片1襯底上的光刻膠7進(jìn)行對(duì)位曝光顯影，光刻膠上曝光顯影出驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)2-1、驅(qū)動(dòng)器固定結(jié)構(gòu)2-2、可動(dòng)硅擋板3、光纖光路定位結(jié)構(gòu)4的光刻膠7窗口形狀，露出硅基片1硅襯底；③用感應(yīng)耦合等離子刻蝕工藝對(duì)露出的硅基片1硅襯底刻蝕出驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)2-1、驅(qū)動(dòng)器固定結(jié)構(gòu)2-2、可動(dòng)硅擋板3、光纖光路定位結(jié)構(gòu)4；④用濃硫酸加熱去除硅基片1硅襯底上的光刻膠7；⑤把硅基片1放入濕法腐蝕液中進(jìn)行濕法腐蝕露出硅基片1襯底，腐蝕深度至硅基片1硅襯底上的驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)2-1、可動(dòng)硅擋板3與硅基片1沉底完全脫離為止；⑥用金屬化工藝在硅基片1硅襯底上覆蓋金屬層5；⑦手動(dòng)掰硅基片1，形成單個(gè)管芯，管芯用絕緣膠粘接在光電管殼上，光纖6置放在光纖光路定位結(jié)構(gòu)4內(nèi)；⑧用鍵合引線把驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)2-1、驅(qū)動(dòng)器固定結(jié)構(gòu)2-2上的金屬層5與光電管殼的管腳連接，封帽，制成大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器。
本發(fā)明可動(dòng)硅擋板3的厚度為3至40微米。
本發(fā)明相比背景技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明采用體硅微機(jī)械加工技術(shù)在硅基片1上制作可動(dòng)硅擋板3實(shí)現(xiàn)光纖6中光傳輸能量衰減控制，因此本發(fā)明具有工藝簡單成熟、制造成本低的特點(diǎn)。
2.本發(fā)明制造的可變光衰減器器件具有大動(dòng)態(tài)衰減范圍、低插入損耗、低波長相關(guān)損耗、低偏振模態(tài)色散、低偏振相關(guān)損耗、以及相應(yīng)時(shí)間快、功耗低、體積小、重量輕等特點(diǎn)，是光纖通信應(yīng)用的理想可變光衰減器裝置。
3.本發(fā)明采用體硅微機(jī)械加工技術(shù)具有大批量生產(chǎn)，成本低的優(yōu)點(diǎn)，并且能夠方便制作成陣列化集成的多路可變光衰減器陣列如兩路輸入輸出(2×2)、四路輸入輸出(4×4)……N×N等多種規(guī)格產(chǎn)品，滿足用戶需求。


圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明圖1沿A-A方向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1、圖2，本發(fā)明采用體硅微機(jī)械加工技術(shù)在硅基片上制作可動(dòng)硅擋板實(shí)現(xiàn)光纖中光傳輸能量衰減控制的微機(jī)械可變光衰減器，實(shí)施例硅基片可以采用絕緣體上硅(SOI)的硅基片或采用經(jīng)濃硼擴(kuò)散的N型單晶硅基片。
本發(fā)明大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器的制造方法，它包括下列步驟①在硅基片1硅襯底上涂一層光刻膠7，實(shí)施例硅基片1采用經(jīng)濃硼擴(kuò)散的N型單晶硅基片，光刻膠7采用AZ1450型光刻膠，厚度為12000，并用烘箱在溫度100℃烘烤10分鐘。
②用一塊驅(qū)動(dòng)器、硅擋板、光纖光路定位結(jié)構(gòu)的掩模版，采用光刻工藝對(duì)硅基片1襯底上的光刻膠7進(jìn)行對(duì)位曝光顯影，光刻膠7上曝光顯影出驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)2-1、驅(qū)動(dòng)器固定結(jié)構(gòu)2-2、可動(dòng)硅擋板3、光纖光路定位結(jié)構(gòu)4的光刻膠窗口形狀，露出硅基片1硅襯底，實(shí)施例用常規(guī)光刻曝光機(jī)對(duì)位曝光12秒鐘，再將N型單晶硅基片放入四甲基氫氧化銨水溶液中顯影10至20秒鐘，光刻膠7上曝光顯影出驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)2-1、驅(qū)動(dòng)器固定結(jié)構(gòu)2-2、可動(dòng)硅擋板3、光纖光路定位結(jié)構(gòu)4的光刻膠窗口形狀，露出N型單晶硅基片的濃硼層。
③采用微機(jī)械加工專用得硅片深槽刻蝕設(shè)備，用感應(yīng)耦合等離子刻蝕工藝對(duì)露出的硅基片1硅襯底刻蝕出驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)2-1、驅(qū)動(dòng)器固定結(jié)構(gòu)2-2、可動(dòng)硅擋板3、光纖光路定位結(jié)構(gòu)4，其中可動(dòng)硅擋板3的厚度為3至40微米，實(shí)施例用感應(yīng)耦合等離子刻蝕工藝對(duì)露出的N型單晶硅基片的濃硼層，刻蝕出驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)2-1、驅(qū)動(dòng)器固定結(jié)構(gòu)2-2、可動(dòng)硅擋板3、光纖光路定位結(jié)構(gòu)4，刻蝕深度大于濃硼層厚度，露出N型單晶硅基片襯底，刻蝕后可動(dòng)硅擋板3的厚度為5微米。
④用濃硫酸加熱去除硅基片1硅襯底上的光刻膠7，實(shí)施例用濃硫酸加熱10至15分鐘去除N型單晶硅基片的濃硼層上的光刻膠7，用去離子水將N型單晶硅基片沖洗10分鐘，并用烘箱在溫度100℃烘烤20分鐘。
⑤把硅基片1放入濕法腐蝕液中進(jìn)行濕法腐蝕露出硅基片1襯底，腐蝕深度至硅基片1硅襯底上的驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)2-1、可動(dòng)硅擋板3與硅基片1硅襯底完全脫離為止，實(shí)施例把N型單晶硅基片放入硅各向異性腐蝕液中進(jìn)行濕法腐蝕露出低摻雜的N型單晶硅基片襯底，由于硅各向異性腐蝕液對(duì)摻雜濃度的選擇性而只腐蝕露出的低摻雜的N型單晶硅基片襯底，腐蝕深度至N型單晶硅基片襯底上的驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)2-1、可動(dòng)硅擋板3與硅基片1硅襯底完全脫離成懸浮結(jié)構(gòu)，濕法腐蝕時(shí)間為25至35分鐘。
⑥用金屬化工藝在硅基片1硅襯底上覆蓋金屬層5，實(shí)施例用濺射工藝采用市售通用的磁控濺射臺(tái)對(duì)N型單晶硅基片上的濃硼層濺射金屬層5，金屬層5一般采用多層復(fù)合金屬材料制作。
⑦手動(dòng)掰硅基片1，形成單個(gè)管芯，管芯用絕緣膠粘接在光電管殼上。實(shí)施例對(duì)N型單晶硅基片手動(dòng)掰片，制作成單個(gè)可變光衰減器管芯，管芯用絕緣膠粘接在光電管殼上。光纖6置放在光纖光路定位結(jié)構(gòu)4內(nèi)，實(shí)施例采用兩根市售通用的光纖6置放在光纖光路定位結(jié)構(gòu)4內(nèi)，其兩根光纖6各自端面由光纖光路定位結(jié)構(gòu)4定位，可動(dòng)硅擋板3在兩根光纖6端面之間的間隙中移動(dòng)。
⑧用鍵合引線把驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)2-1、驅(qū)動(dòng)器固定結(jié)構(gòu)2-2上的金屬層5與光電管殼的管腳連接，封帽，制成大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器，實(shí)施例采用市售通用超聲鍵合臺(tái)用金絲將驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)2-1、驅(qū)動(dòng)器固定結(jié)構(gòu)2-2的電極上的金屬層5與光電管殼的管腳連接，封帽，制成大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器的驅(qū)動(dòng)器。
本發(fā)明簡要工作原理如下在硅基片1上采用體硅微機(jī)械加工技術(shù)制造大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器的驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)2-1、驅(qū)動(dòng)器固定結(jié)構(gòu)2-2、可動(dòng)硅擋板3、光耦合光纖定位結(jié)構(gòu)4等部件。在外加驅(qū)動(dòng)力(如靜電力、電熱變形驅(qū)動(dòng)力、電磁力等)作用下，使可動(dòng)硅擋板3在輸入光纖6和輸出光纖6端面間的間隙中移動(dòng)，達(dá)到可動(dòng)硅擋板3部分阻斷光纖6傳輸光信號(hào)的通過，從而起到對(duì)傳輸光的能量衰減控制作用。
權(quán)利要求
1.一種大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器的制造方法，其特征在于該方法中采用體硅微機(jī)械加工技術(shù)在硅基片上制作可動(dòng)硅擋板實(shí)現(xiàn)光纖中光傳輸能量衰減控制的微機(jī)械可變光衰減器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器的制造方法，其特征在于它包括下列步驟①在硅基片(1)硅襯底上涂一層光刻膠(7)；②用一塊驅(qū)動(dòng)器、硅擋板、光纖光路定位結(jié)構(gòu)的掩模版，采用光刻工藝對(duì)硅基片(1)襯底上的光刻膠(7)進(jìn)行對(duì)位曝光顯影，光刻膠上曝光顯影出驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)(2-1)、驅(qū)動(dòng)器固定結(jié)構(gòu)(2-2)、可動(dòng)硅擋板(3)、光纖光路定位結(jié)構(gòu)(4)的光刻膠(7)窗口形狀，露出硅基片(1)硅襯底；③用感應(yīng)耦合等離子刻蝕工藝對(duì)露出的硅基片(1)硅襯底刻蝕出驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)(2-1)、驅(qū)動(dòng)器固定結(jié)構(gòu)(2-2)、可動(dòng)硅擋板(3)、光纖光路定位結(jié)構(gòu)(4)；④用濃硫酸加熱去除硅基片(1)硅襯底上的光刻膠(7)；⑤把硅基片(1)放入濕法腐蝕液中進(jìn)行濕法腐蝕露出硅基片(1)襯底，腐蝕深度至硅基片(1)硅襯底上的驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)(2-1)、可動(dòng)硅擋板(3)與硅基片(1)硅襯底完全脫離為止；⑥用金屬化工藝在硅基片(1)硅襯底上覆蓋金屬層(5)；⑦手動(dòng)掰硅基片(1)，形成單個(gè)管芯，管芯用絕緣膠粘接在光電管殼上，光纖(6)置放在光纖光路定位結(jié)構(gòu)(4)內(nèi)；⑧用鍵合引線把驅(qū)動(dòng)器可動(dòng)結(jié)構(gòu)(2-1)、驅(qū)動(dòng)器固定結(jié)構(gòu)(2-2)上的金屬層(5)與光電管殼的管腳連接，封帽，制成大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器的制造方法，其特征在于所述的第②步中可動(dòng)硅擋板(3)的厚度為3至40微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器的制造方法，它涉及光電子領(lǐng)域中的可變光衰減器器件的制造。本發(fā)明在硅基片上采用體硅微機(jī)械加工技術(shù)制造大動(dòng)態(tài)微機(jī)械可變光衰減器的驅(qū)動(dòng)器、可動(dòng)硅擋板、光纖光路定位結(jié)構(gòu)等部件。它利用在外加驅(qū)動(dòng)力作用下，使可動(dòng)硅擋板在輸入光纖和輸出光纖端面間的間隙中移動(dòng)，達(dá)到可動(dòng)硅擋板部分阻斷光纖傳輸光信號(hào)的通過，從而起到對(duì)傳輸光的能量衰減控制作用。本發(fā)明制造的可變光衰減器器件具有大動(dòng)態(tài)衰減范圍、低插入損耗、功耗低、體積小、成本低、易集成和批量化等特點(diǎn)，可以制成系列的可變光衰減器，特別適用于高速大規(guī)模的全光光纖通信網(wǎng)絡(luò)中作可變光衰減器器件裝置。
文檔編號(hào)G03F7/20GK1794024SQ200510048239
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月28日
發(fā)明者李海軍, 楊擁軍, 徐永青, 鄭七龍 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所