一種混合驅(qū)動的mems可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種MEMS可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動器，特別涉及一種小型化、高可靠性的混合驅(qū)動方式的MEMS可調(diào)諧光學(xué)衰減驅(qū)動器。
【背景技術(shù)】
[0002]在全球信息化及大數(shù)據(jù)時代的背景下，高速光通信網(wǎng)絡(luò)也越來越受到重視并對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用。新型的高速光通信網(wǎng)絡(luò)為了處理日益復(fù)雜及海量的數(shù)據(jù)，開發(fā)并啟用了一大批智能化、動態(tài)可調(diào)諧的光電子功能器件及模塊來實(shí)現(xiàn)對高速光通信網(wǎng)絡(luò)中的光信號進(jìn)行動態(tài)控制及切換等功能。小型化、動態(tài)可調(diào)諧以及高可靠性的光學(xué)驅(qū)動器件成為新型光通信網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的關(guān)鍵器件。
[0003]可調(diào)諧光學(xué)衰減器(Variable Optical Attenuator，V0A)是一種光路信號驅(qū)動控制器件，在光通信網(wǎng)絡(luò)中主要功能用于光信號強(qiáng)度的調(diào)節(jié)以及光路信號的過載保護(hù)等。隨著現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心大量的光網(wǎng)絡(luò)信息及處理要求，可調(diào)光衰減器應(yīng)用也越來越廣泛。
[0004]現(xiàn)有的可調(diào)諧光學(xué)衰減器有多種技術(shù)方案，如有傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)式光衰減器，高分子可調(diào)衍射光柵型，磁光技術(shù)，液晶技術(shù)，平面波導(dǎo)技術(shù)以及MEMS技術(shù)。
[0005]傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)式光衰減器采用一個帶反饋控制的步進(jìn)電機(jī)調(diào)節(jié)衰減值；同時采用一個精密電位器反饋衰減片的位置。外部驅(qū)動信號驅(qū)使步進(jìn)電機(jī)以統(tǒng)一的步進(jìn)幅度向左或向右轉(zhuǎn)動，這樣就提供了精確的衰減精度。該方案光學(xué)指標(biāo)優(yōu)良，可以抵抗較高的光功率，但體積巨大，響應(yīng)速度慢。
[0006]高分子可調(diào)衍射光柵型VOA是基于一種薄膜表面調(diào)制技術(shù)。起初，這種技術(shù)的開發(fā)是為了替代放映機(jī)和投影儀中的液晶顯示屏(IXD)和數(shù)字光處理器(DLP)。這種可調(diào)衍射光柵的頂層是玻璃，下面一層是銦錫氧化物(ΙΤ0)，中間是空氣、高分子聚合物和ITO陣列，底層是玻璃基底。該種技術(shù)速度快，但高分子材料在高功率光信號作用下存在器件可靠性問題。
[0007]磁光VOA是利用一些物質(zhì)在磁場作用下所表現(xiàn)出的光學(xué)性質(zhì)的變化，例如利用磁致旋光效應(yīng)(法拉第效應(yīng))實(shí)現(xiàn)光能量的衰減，從而達(dá)到調(diào)節(jié)光信號的目的。其響應(yīng)速度快，但是其偏振相關(guān)損耗及溫度特性指標(biāo)差。
[0008]液晶VOA利用了液晶折射率各向異性而顯示出的雙折射效應(yīng)。當(dāng)施加外電場時，液晶分子取向重新排列，將會導(dǎo)致其透光特性發(fā)生變化。因此，通過在液晶的兩個電極上施加不同的電壓控制光強(qiáng)的變化，可以實(shí)現(xiàn)不同的衰減。該種技術(shù)體積小，但功耗高，偏振及溫度特性指標(biāo)差。
[0009]平面光波導(dǎo)VOA有三種。一種是基于Mach-Zehnder干涉儀(MZI)原理，并利用熱光效應(yīng)，使材料的折射率發(fā)生變化，從而改變MZI的干涉臂的長度，使兩臂產(chǎn)生不同的光程差，實(shí)現(xiàn)對光衰減量的控制。這種方法必須對光束進(jìn)行分束和耦合，這就會引入較大的插入損耗。另一種基于熱光效應(yīng)的是波導(dǎo)受熱后，波導(dǎo)中產(chǎn)生了更多模式光，而一部分模式的光從波導(dǎo)中泄露出來，這樣實(shí)現(xiàn)了光的衰減。第三種是直接基于電吸收(EA)調(diào)制，利用載流子注入改變吸收系數(shù)來實(shí)現(xiàn)光功率的衰減。波導(dǎo)型VOA具有體積小，集成度高等優(yōu)點(diǎn)，但是其功耗較大，且偏振特性較差并有預(yù)熱時間等缺點(diǎn)。
[0010]相對于以上技術(shù)的可調(diào)光衰減器，新型的基于MEMS技術(shù)的光學(xué)衰減器具有響應(yīng)速度快，小型化以及光學(xué)指標(biāo)好等優(yōu)點(diǎn)逐漸成為可調(diào)光衰減器的主流。
[0011]基于MEMS技術(shù)的可調(diào)光衰減器主要有兩種技術(shù)方案。一種是基于微鏡面的光反射式封裝的VOA器件，其利用微鏡面的反射角度反射光信號形成光信號的耦合變化實(shí)現(xiàn)光信號的衰減。CN200410053563.3公開了一種采用靜電驅(qū)動的MEMS光衰減器芯片設(shè)計及制作方法。反射式封裝的光衰減器技術(shù)方案具有低功耗，衰減量大等優(yōu)點(diǎn)，但其光學(xué)偏振特性及波長相關(guān)特性較差，同時器件的抗振動能力也較弱。
[0012]另一種是基于熱膨脹擋光式MEMS V0A，其原理是當(dāng)施加電壓時，在電流通過MEMS機(jī)械臂時，機(jī)械臂發(fā)熱膨脹推動擋光板運(yùn)動，擋住一部分光，從而實(shí)現(xiàn)衰減。但熱膨脹擋光式VOA的功耗相對于MEMS靜電反射式VOA稍高，同時也存在大移動量需要高功耗的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對上述問題，本發(fā)明的目的是為了滿足現(xiàn)在對光器件小型化、低功耗及器件可靠性越來越高的要求，提出一種可以熱膨脹及電磁混合驅(qū)動的緊湊型MEMS光學(xué)驅(qū)動器件。
[0014]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種混合驅(qū)動的MEMS可調(diào)光驅(qū)動器，其特征在于: 所述MEMS可調(diào)光學(xué)驅(qū)動器芯片結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括熱驅(qū)動變形梁1、磁驅(qū)動變形梁
2、驅(qū)動電極3、驅(qū)動電極4、驅(qū)動電極5、驅(qū)動電極6、電隔離槽7、電隔離槽8、電隔離槽9、電隔離槽10、電隔離槽11、梁及微鏡面結(jié)構(gòu)12。
[0015]所述磁驅(qū)動梁2和熱驅(qū)動梁I通過驅(qū)動連接結(jié)構(gòu)與微鏡面12連接，根據(jù)不同磁場方向和施加的電壓，所述磁驅(qū)動梁和熱驅(qū)動梁會產(chǎn)生不同的電磁驅(qū)動力和熱驅(qū)動力從而改變動微鏡面的運(yùn)動方向，所述磁驅(qū)動梁2和熱驅(qū)動梁I之間用隔離槽11進(jìn)行電隔離和熱隔離；所述熱驅(qū)動梁通過施加在驅(qū)動電極3和驅(qū)動電極4之間的電壓進(jìn)行熱膨脹變形，所述磁驅(qū)動梁通過施加在驅(qū)動電極5和驅(qū)動電極6之間的電流在磁場作用下變形，所述驅(qū)動電極3通過電隔離槽7與驅(qū)動電極5隔離，所述驅(qū)動電極4通過電隔離槽8與驅(qū)動電極6隔離；驅(qū)動電極3和驅(qū)動電極4之間通過電隔離槽9隔離，驅(qū)動電極5和驅(qū)動電極6之間通過電隔離槽10隔離。
[0016]其與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用了可以磁驅(qū)動及兼容熱驅(qū)動結(jié)構(gòu)的設(shè)計，同時采用不同的隔離結(jié)構(gòu)對其電學(xué)驅(qū)動進(jìn)行隔離。在混合驅(qū)動時，減少了熱驅(qū)動梁的功耗，其有益效果是可以利用電磁驅(qū)動可以降低單一采用熱驅(qū)動技術(shù)時所需的功耗，在不增加熱驅(qū)動功耗時利用電磁驅(qū)動增加其光衰減量。同時由于采用隔離槽對熱驅(qū)動梁和磁驅(qū)動梁進(jìn)行了電學(xué)隔離和熱學(xué)隔離，避免了熱驅(qū)動梁上的熱變化對微鏡面結(jié)構(gòu)的影響，提高了器件的整體性能及可靠性。本發(fā)明所提出的混合驅(qū)動MEMS光學(xué)驅(qū)動器，可應(yīng)用但不限于光學(xué)衰減器、光開關(guān)等。
【附圖說明】
[0017]圖1是傳統(tǒng)熱驅(qū)動彎曲梁的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明MEMS混合驅(qū)動可調(diào)光驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明MEMS混合驅(qū)動可調(diào)光驅(qū)動器的應(yīng)用立體示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明MEMS混合驅(qū)動時器件中的電流方向示意圖A。
[0021]圖5是本發(fā)明MEMS混合驅(qū)動時器件中的電流方向示意圖B。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本