專利名稱：微機電系統(tǒng)(mems)可變光衰減器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用微機電系統(tǒng)(MEMS)設(shè)備的元件的光衰減器，更具體地說，涉及能放大光閘的移動距離以便該移動距離與光纖的光信號發(fā)射端或光信號接收端的大模場(1arge mode field)直徑(MFD)相適應(yīng)。
背景技術(shù)：
光衰減器是用在光通信網(wǎng)絡(luò)中的光學(xué)部件。光衰減器包括一對光波導(dǎo)，分別具有光信號發(fā)射端和光信號接收端，并通過使光束插入損耗，衰減通過光波導(dǎo)的發(fā)射端輸出并進入光波導(dǎo)的接收端的光束的光功率。
通常，基于光通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在很寬的范圍上調(diào)節(jié)光功率電平。例如，光功率電平是由通常隨光傳輸線的長度、光纖的接點的數(shù)量以及諸如耦合到光傳輸線的光耦合器的光學(xué)部件的數(shù)量和性能改變的光傳輸損耗來確定。在光通信網(wǎng)絡(luò)中需要光衰減器以便當(dāng)光信號接收器接收到具有大于容許的功率電平的過剩功率電平的光信號時，降低光功率。將光衰減器進一步用在評估、調(diào)節(jié)和較正通信裝置和光測量裝置中。
將這類光衰減器用為兩種類型，用于按固定衰減量降低光功率的固定光衰減器以及能基于用戶請求，按變化衰減量衰減入射光束的光功率的可變光衰減器。需要生產(chǎn)具有高可靠性和小尺寸的低成本光衰減器。
為滿足這些要求，已經(jīng)提出了使用MEMS設(shè)備的元件的光衰減器。通過使用薄膜加工技術(shù)，通過在襯底諸如硅上形成充當(dāng)激勵器的微觀結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)這種MEMS光衰減器。通常，通過由熱膨脹或靜電力產(chǎn)生的驅(qū)動力來驅(qū)動MEMS激勵器移動。當(dāng)MEMS激勵器移動時，移動耦合到MEMS激勵器的光閘以便插入兩個光波導(dǎo)之間的間隔中，從而部分擋住從光波導(dǎo)諸如光纖的光信號發(fā)射端(或出口端)傳播到光波導(dǎo)的光信號接收端(或入射端)的光束。
圖1A和1B分別示例說明使用由靜電力驅(qū)動的激勵器的傳統(tǒng)可變光衰減器的透視圖和平面圖。
參考圖1A和1B，MEMS可變光衰減器包括具有在其上提供的一對光波導(dǎo)19a，19b的襯底，其中一個光波導(dǎo)具有光信號發(fā)射端，而另一個則具有光信號接收端，靜電激勵器，由驅(qū)動電極12a，12b、接地電極14、彈簧15以及可移動主體16組成，以及連接到靜電激勵器的可移動主體16的光閘17。
由稱為“錨”的氧化層支撐驅(qū)動電極12a，12b和接地電極14并形成在襯底11上，從而固定到襯底11上。將可移動主體16經(jīng)彈簧15連接到接地電極14并具有梳齒狀。驅(qū)動電極12a，12b具有各自的延長部分13a，13b，每個延長部分具有梳齒狀。每個延長部分13a，13b的梳齒與可移動主體16的梳齒相互交叉。
當(dāng)將驅(qū)動信號提供給驅(qū)動電極12a，12b以便在驅(qū)動電極12a，12b和接地電極14間生成電位差時，在可移動主體16和延長部分13a，13b的相互交叉的梳齒間生成靜電力，從而使可移動主體16移動。當(dāng)可移動主體16移動時，將光閘17插入由光信號發(fā)射端19a和光信號接收端19b限定的間隔以便部分擋住入射到光閘17上的光束。
有利地，光波導(dǎo)是光纖。為提高光纖的光性能，能使用光準(zhǔn)直器。光準(zhǔn)直器使光纖的模場直徑變大，從而降低光束的準(zhǔn)直損耗(alignmentloss)、光束的波長相關(guān)損耗(WDL)和極化相關(guān)損耗(PDL)的變化量、光束的反射損耗和初始插入損耗。
然而，即使光準(zhǔn)直器具有如上所述的優(yōu)點，由于它的大模場直徑(MFD)，因此，它不能用在傳統(tǒng)的MEMS可變光衰減器中。傳統(tǒng)的MEMS可變光衰減器具有激勵器，該激勵器具有與典型的光纖的MFD相適應(yīng)的約10μm的工作沖程(driving stroke)。然而，在使用光準(zhǔn)直器的情況下，光纖的MFD增加到100μm，或在某些環(huán)境下，增加到200-300μm，以致通過使用傳統(tǒng)的具有短的工作沖程 的MEMS激勵器，很難獲得入射光束的足夠的衰減電平。
為解決上述問題，有必要延長激勵器的工作沖程以便增加光閘的移動距離，但因為在非常小型的芯片中實現(xiàn)MEMS可變光衰減器，對延長激勵器的工作沖程有限制。在傳統(tǒng)的MEMS可變光衰減器中，由通過兩個相向的梳齒，可移動主體16的梳齒以及驅(qū)動電極12a、12b的延長部分13a、13b的梳齒定義的間隔“d”限定激勵器的工作沖程。因此，如果通過間隔“d”延長激勵器的工作沖程，以便與光準(zhǔn)直器的MFD相適應(yīng)，它不能滿足小型MEMS光可變衰減器的需要。
因此，為實現(xiàn)具有良好的光性能以及小尺寸的MEMS可變光衰減器，有必要修改MEMS的結(jié)構(gòu)以便能放大MEMS激勵器的工作沖程以便與光準(zhǔn)直器的大MFD相適應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，鑒于上述問題，提出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的在于提供具有激勵器的MEMS可變光衰減器，該激勵器能通過使用杠桿，提供具有大于激勵器的工作沖程的大的移動距離的光閘，以便光閘的移動距離可與準(zhǔn)直器的大模場直徑相適應(yīng)，從而實現(xiàn)所需的光功率的的衰減量。
根據(jù)本發(fā)明，通過提供MEMS可變光衰減器來實現(xiàn)上述和其它目的，該MEMS可變光衰減器包括具有平面的襯底，分別具有光信號發(fā)射端和光信號接收端，并在襯底上彼此同軸對齊的光軸，布置在襯底上的微電子激勵器，用于在垂直于光束的光軸的方向中提供工作沖程，在襯底上布置至少一個杠桿結(jié)構(gòu)，用于在其第一端接收微電子激勵器的工作沖程，并通過其第二端提供具有大于工作沖程的移動距離的光閘，布置在襯底上并連接到杠桿結(jié)構(gòu)的第二端的光閘以便移動放大的移動距離，從而移動到光信號的衰減位置。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種MEMS可變光衰減器，包括具有平面的襯底，分別具有光信號發(fā)射端和光信號接收，并同軸安置在襯底上的光纖，固定到襯底上并響應(yīng)電輸入信號，生成靜電力的靜電電極，安置在襯底上并通過靜電力在垂直于光軸的方向中移動的可移動主體，固定在襯底上并通過第一彈性結(jié)構(gòu)連接到可移動主體的接地電極區(qū)，杠桿結(jié)構(gòu)，安置在垂直于可移動主體的移動方向中并具有經(jīng)第二彈簧結(jié)構(gòu)連接到可移動主體的第一端以及與第一端相對的第二端，支撐結(jié)構(gòu)，相對于杠桿結(jié)構(gòu)，安置在可移動主體的相對面上并通過第三彈性結(jié)構(gòu)連接到杠桿結(jié)構(gòu)部分，該部分靠近杠桿結(jié)構(gòu)的第一端，以及光閘，安置在襯底上并連接到杠桿結(jié)構(gòu)的第二端。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種MEMS可變光衰減器，包括具有平面的襯底，分別具有光信號發(fā)射端和光信號接收端，在襯底上彼此同軸對齊的光纖，固定在襯底上并響應(yīng)電輸入信號，生成靜電力的靜電電極區(qū)，安置在襯底上并通過靜電力移動的可移動主體，在可移動主體的兩個側(cè)上安置的并通過各自的第一彈簧結(jié)構(gòu)連接到可移動主體的兩個接地電極，每個具有第一端和第二端的第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)，安置在垂直于可移動主體的移動方向中，由各自的第二彈性結(jié)構(gòu)連接到可移動主體的第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第一端，相對于第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)，安置在可移動主體的相對面上，并通過各自的第三彈性結(jié)構(gòu)，連接到各自的第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)部分的支撐結(jié)構(gòu)，該各自的部分靠近各自的第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第一端，以及安置在襯底上并連接到第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第二端的光閘。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種MEMS可變光衰減器，包括具有平面的襯底，分別具有光信號發(fā)射端和光信號接收端，并在襯底上彼此同軸對齊的光纖，固定在襯底上并響應(yīng)電輸入信號生成靜電力的靜電電極區(qū)，安置在襯底上并通過靜電力移動的可移動主體，固定在襯底上，安置在可移動主體的兩個側(cè)上并通過各自的第一彈性結(jié)構(gòu)連接到可移動主體的兩個接地電極，第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)，每個杠桿結(jié)構(gòu)具有第一端和第二端，安置在垂直于可移動主體的移動方向中，通過各自的第二端彈性結(jié)構(gòu)連接到可移動主體的第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第一端，安置在相對于第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的可移動主體的相對面上并通過各自的第三彈性結(jié)構(gòu)，連接到第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的各自部分的兩個支撐結(jié)構(gòu)，該各自部分靠近第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的各自的第一端，以及光閘，安置在襯底上并連接到第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第二端。
優(yōu)選地，可移動主體包括平行于第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)安置的并具有幾乎等于第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的總長度的延長結(jié)構(gòu)，以及第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第一端通過第三彈性結(jié)構(gòu)連接到可移動主體。
優(yōu)選地，可移動主體和靜電電極區(qū)的每一個具有梳齒狀以及這些梳齒彼此相互交叉。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS可變光衰減器能按所需的衰減量衰減光束的光功率，即使在將光準(zhǔn)直器提供給光纖的光信號發(fā)射端或光信號接收端的情況下。


通過下述結(jié)構(gòu)附圖的詳細描述，將更容易理解本發(fā)明的上述和其他目的、特性和其他優(yōu)點，其中圖1A和1B分別示例說明傳統(tǒng)的MEMS可變光衰減器的透視圖和平面圖；圖2示例說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的MEMS可變光衰減器的平面圖；圖3示例說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的MEMS可變光衰減器的透視圖；圖4A和4B分別示例說明表示本發(fā)明的第一和第二實施例的MEMS可變光衰減器的平面圖；圖5示例說明具有根據(jù)本發(fā)明的改進的可移動主體以及驅(qū)動電極的MEMS可變光衰減器的平面圖；圖6示例說明根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的MEMS可變光衰減器的平面圖。
具體實施例方式
下面，將參考附圖來詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的MEMS可變光衰減器。
圖2示例說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的MEMS可變光衰減器的平面圖。
參考圖2，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的MEMS可變光衰減器包括具有一對光纖的襯底21，該對光纖分別具有光信號發(fā)射端20和光信號接收端30，由驅(qū)動電極22、接地電極24a，24b以及可移動主體12組成的靜電激勵器，杠桿結(jié)構(gòu)35，用于放大激勵器的工作沖程以便按大于激勵器的工作沖程的移動距離移動光閘，以及光閘27，耦合到杠桿結(jié)構(gòu)35。
驅(qū)動電極12a、12b以及接地電極是形成在襯底11上并由氧化層(未示出)支撐的結(jié)構(gòu)(陰影線部分)。將可移動主體26經(jīng)各自的第一彈性結(jié)構(gòu)31a、31b連接到位于其兩個側(cè)的接地電極24a、24b并掛在襯底21上?？梢苿又黧w26以及驅(qū)動電極22優(yōu)選地具有互相交叉梳齒結(jié)構(gòu)以便有效地生成靜電力。
第一彈性結(jié)構(gòu)31a、31b充當(dāng)線性彈簧并允許可移動主體26沿預(yù)定路徑移動一工作沖程。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明的該實施例，將第一彈性結(jié)構(gòu)31a、31b安置在可移動主體26的兩個側(cè)上的好處在于可移動主體26能執(zhí)行精確的直線運動。然而，第一彈性結(jié)構(gòu)和接地電極的位置和數(shù)量不限于圖2中所示的配置?？蓪⒌谝粡椥越Y(jié)構(gòu)放置在不同于圖2的位置中以便在移動后，可移動主體26返回到其初始位置。
杠桿結(jié)構(gòu)35幾乎垂直于可移動主體26的移動方向。杠桿結(jié)構(gòu)35具有經(jīng)第二彈性結(jié)構(gòu)32連接到可移動主體26的第一端以及垂直耦合到光閘27的第二端。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的MEMS可變光衰減器進一步包括固定在襯底21上并通過第三彈性結(jié)構(gòu)連接到杠桿結(jié)構(gòu)35部分的支撐結(jié)構(gòu)25，該杠桿結(jié)構(gòu)部分靠近杠桿結(jié)構(gòu)35的第一端并充當(dāng)杠桿的支點。將支撐結(jié)構(gòu)25涂以與接地電極24a、24b相同材料的金屬，以便支撐結(jié)構(gòu)25可用作另外的接地電極。第二和第三彈性結(jié)構(gòu)32、33起幫助杠桿結(jié)構(gòu)35平滑操作的作用。
在圖2所示的MEMS可變光衰減器中，如果將所需的電信號應(yīng)用到驅(qū)動電極22以及在驅(qū)動電極和接地電極間生成彈力，將可移動主體移向驅(qū)動電極22。在去除和減小彈力后，由于第一彈性結(jié)構(gòu)31a、31b的恢復(fù)力，可移動主體26恢復(fù)到初始位置。由間隔D1確定可移動主體的移動距離，該間隔D1由可移動主體26的端部和驅(qū)動電極22的本體來確定。
通過第二彈性結(jié)構(gòu)32，將與間隔D1的大小對應(yīng)的工作沖程傳送到杠桿結(jié)構(gòu)35的第一端，從而將杠桿結(jié)構(gòu)35的第一端移動與間隔D1相同的距離。當(dāng)杠桿結(jié)構(gòu)35的第一端移動間隔D1時，連接到光閘的第二端移動大于間隔D1的移動距離，因為通過杠桿結(jié)構(gòu)35和支點將間隔放大到移動距離。
如上所述，當(dāng)杠桿結(jié)構(gòu)35的第二端移動放大的移動距離時，驅(qū)動垂直耦合到杠桿結(jié)構(gòu)35的第二端的光閘27，以便插入光纖的光信號發(fā)射端和光信號接收端間的間隔內(nèi)。
由支點的位置確定移動距離的放大量。即，放大量由杠桿比率確定。杠桿比率由杠桿結(jié)構(gòu)35的第一長度l1(從第一端到支點)與杠桿結(jié)構(gòu)35的第二長度L1(從第二端到支點)的比率來定義。
例如，在第二長度L1大于第一長度l1十倍的情況下，將耦合到杠桿結(jié)構(gòu)35的第二端的光閘的移動距離放大到10倍于可移動結(jié)構(gòu)26的工作沖程。即，假定激勵器具有10-30μm的工作沖程，則光閘的移動距離能放大到100-300μm。因此，光閘的移動距離能與用在MEMS可變光衰減器中的光準(zhǔn)直器的MFD相適應(yīng)。
如上所述，為實現(xiàn)大大地放大光閘的移動距離，需要將杠桿的支點形成到靠近杠桿結(jié)構(gòu)的第一端。
圖3示例說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的MEMS可變光衰減器的透視圖。根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的MEMS可變光衰減器包括兩個雙側(cè)對稱排列的杠桿結(jié)構(gòu)。
參考圖3，本發(fā)明的第二實施例的MEMS可變光衰減器包括具有光纖的襯底，在光纖上分別具有發(fā)射端129a和接收端129b，靜電激勵器由驅(qū)動電極122、接地電極124a、124b以及可移動主體構(gòu)成，雙側(cè)對稱排列的兩個杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b，以及耦合到杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的光閘127。
以與圖2所示的MEMS可變光衰減器相似的方式，由氧化層128支撐驅(qū)動電極122和接地電極124a、124b并固定在襯底121上。通過第一彈性結(jié)構(gòu)131a、131b，將可移動主體126分別連接到在其兩側(cè)安置的接地電極124a、124b并吊在襯底121上。第一彈性結(jié)構(gòu)131a、131b充當(dāng)線性彈簧，從而使可移動主體126沿預(yù)定路徑移動工作沖程。
垂直于可移動主體126的移動方向安置第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b，以及將它們的第一端排列在相同的直線上并彼此相鄰。通過第二彈性132a、132b，將第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的第一端分別連接到可移動主體126。
第一杠桿結(jié)構(gòu)135a在靠近其第一端的部分具有支點。第二杠桿結(jié)構(gòu)在其靠近第一端的部分具有支點。通過第三彈性結(jié)構(gòu)133a、133b，將靠近第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的部分分別連接到固定在襯底121上的支撐結(jié)構(gòu)125。將支撐結(jié)構(gòu)125涂以與接地電極124a、125b相同材料的金屬，從而充當(dāng)接地電極。
通過第三彈性結(jié)構(gòu)133a、133b，將第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的第二端分別連接到光閘127。另外，將杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b雙側(cè)對稱排列在連接光閘127和可移動主體126的中心的虛擬X-X′的兩側(cè)。
圖4A和4B是表示圖3所示的MEMS可變光衰減器的操作的平面圖。
圖4A示例說明MEMS可變光衰減器，其中與光束的衰減量一致的電信號不應(yīng)用于驅(qū)動電極122。如參考圖3所解釋的，通過各自的第一彈性結(jié)構(gòu)，將可移動主體126連接到接地電極124a、124b并沿垂直于光纖的光軸的直線路徑移動。通過第二彈性結(jié)構(gòu)，將第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的第一端分別連接到可移動主體126，以及通過第四彈性結(jié)構(gòu)134a、134b，將第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的第二端分別連接到光閘125。通過第三彈性結(jié)構(gòu)133a、133b，將靠近第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第一端的第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b部分分別連接到支撐結(jié)構(gòu)125，從而充當(dāng)支點。當(dāng)將與光束的衰減量一致的電信號提供給驅(qū)動電極時，在驅(qū)動電極和接地電極間產(chǎn)生彈力，以致可移動主體126移向驅(qū)動電極122，如圖4B所示。沿可移動主體126的移動方向，第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的第一端移動與可移動主體126的工作沖程相同的距離。第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的第一端一移動，第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的第二端在與第一端的移動方向相反的方向中移動。即，第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第二端移向光束的光軸。通過由杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b和支點施加的杠桿作用力，使第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的第二端的移動距離增加通過將可移動主體的工作沖程乘以杠桿比率獲得的結(jié)果，其中杠桿比率定義為從杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的第一端到支點的第一長度12與從杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的第二端到支點的第二長度L2的比率。
因此，光閘127移動大于可移動主體126的移動距離，其中可移動主體126的移動距離由可移動主體與驅(qū)動電極122間的間隔來確定。
特別地，通過將光閘127連接到兩個杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的第二端，光閘127在垂直于光信號發(fā)射端129a和光信號接收端129b的光軸的方向中移動。
根據(jù)本發(fā)明的第一和第二實施例，可移動主體和驅(qū)動電極具有梳齒狀以便增加彈力生成區(qū)。在可移動主體和驅(qū)動電極具有梳齒狀的情況下，彈力生成區(qū)大于當(dāng)驅(qū)動電極和可移動主體具有平板形狀時的彈力生成區(qū)。然而，根據(jù)本發(fā)明的MEMS可變光衰減器可修改成各種形狀。即，可移動主體和驅(qū)動電極可形成為具有不同于梳齒狀的形狀。
在圖5中公開了可移動主體和驅(qū)動電極的另一實施形狀。
參考圖5，除可移動主體和驅(qū)動電極外，其他元件與圖3中所示的MEMS可變光衰減器相同。通過第一彈性結(jié)構(gòu)151a、151b，將可移動主體146分別連接到接地電極144a、144b。通過第二彈性結(jié)構(gòu)152a、152b，將第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)155a、155b的第一端分別連接到可移動主體146，以及通過第四彈性結(jié)構(gòu)154a、154b，將第一和第二杠桿結(jié)155a、155b的第二端分別連接到光閘147。
另外，通過第三彈性結(jié)構(gòu)153a，將部分第一杠桿結(jié)構(gòu)155a連接到支撐結(jié)構(gòu)145，以及通過第三彈性結(jié)構(gòu)153b，將部分第二杠桿結(jié)構(gòu)155b連接到支撐結(jié)構(gòu)145。連接到支撐結(jié)構(gòu)145的這些部分充當(dāng)杠桿的支點，其中這些部分靠近杠桿結(jié)構(gòu)135a、135b的第一端。
在該實施例中，可移動主體146具有兩個與可移動主體146的本體平行排列的延長部分146′、146″，這兩個延長部分延向驅(qū)動電極142。驅(qū)動電極142具有與驅(qū)動電極的主體平行排列的延長部分142′、142″，這些延長部分延向可移動主體146。驅(qū)動電極142的延長部分142′、142″不與可移動主體146的延長部分146′、146″重疊，但位于可移動主體146的本體與可移動主體146的延長部分146′、146″之間。
可移動主體146和驅(qū)動電極142的這些形狀提供增加的彈力生成區(qū)，從而提高靜電力驅(qū)動來移動的可移動主體的運動效率。
圖6示例說明根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的MEMS可變光衰減器的平面圖。該實施例提供不同于根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的MEMS可變光衰減器的MEMS可變光衰減器和杠桿結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的MEMS可變光衰減器包括具有一對光纖的襯底161，該對光纖分別具有光信號發(fā)射端169a和光信號接收端169b，彈性激勵器，由驅(qū)動電極162、接地電極164a、164b以及可移動主體166組成，雙側(cè)對稱排列的兩個杠桿結(jié)構(gòu)175a、175b，以及連接到杠桿結(jié)構(gòu)175a、175b的光閘。將驅(qū)動電極162固定在襯底161上并由形成在襯底161上的氧化層168支撐。通過第一彈性結(jié)構(gòu)171a、171b，將可移動主體166連接到安置在其兩側(cè)的接地電極164a、164b并吊在襯底161上。在這里，第一彈性結(jié)構(gòu)171a、171b充當(dāng)定義可移動主體的工作沖程的線性彈簧，從而使可移動主體166線性地移動該工作沖程。
以垂直于可移動主體176的移動方向的直線安置第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)175a、175b。第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)175a、175b的第二端彼此相鄰。在該實施例中，通過第二彈性結(jié)構(gòu)172a、172b，將從襯底161向外延伸的第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)175a、175b的第一端分別連接到可移動主體166。第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)165a、165b具有通過第三彈性結(jié)構(gòu)173a、173b，分別連接到固定在襯底161上的支撐結(jié)構(gòu)165a、165b的各自的支點。這些支點形成到靠近杠桿結(jié)構(gòu)的第一端。因為在兩個杠桿結(jié)構(gòu)175a、175b上的支點彼此分隔，需要兩個支撐結(jié)構(gòu)165a和165b。將支撐結(jié)構(gòu)165a、165b涂以與接地電極164a、164b相同材料的金屬，從而能用作接地電極。
作為第一端的相對端的第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)175a、175b的第二端通過第三彈性結(jié)構(gòu)173a、173b分別連接到光閘167。
在這里，具有由安置在可移動主體166的兩側(cè)的接地電極164a、164b限定的寬度的可移動主體166應(yīng)當(dāng)連接到第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)175a、175b的第二端。然而，通過第二彈性結(jié)構(gòu)172a、172b，將第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)175a、175b的第二端連接到可移動主體166很困難，因為可移動主體166具有有限的寬度。
為解決該問題，參考圖6，提供與第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)175a、175b平行排列的延長結(jié)構(gòu)166a，該延長結(jié)構(gòu)166a具有與第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)175a、175b的長度總和相同的長度。將延長結(jié)構(gòu)166a的兩個向外端分別連接到第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)175a、175b的第一端。
優(yōu)選地，在連接光閘167和可移動主體166的中心的虛線上，兩側(cè)對稱排列第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)175a、175b。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的MEMS可變光衰減器滿足小型需要和光閘的大移動距離需要，大移動距離與安裝在光纖的光信號發(fā)射端或光信號接收端的光準(zhǔn)直器的大MFD相適應(yīng)。因此，本發(fā)明的MEMS可變光衰減器可按所需量精確地衰減光束的光功率，即使在光纖的光信號發(fā)射端或光信號接收端具有光準(zhǔn)直器的情況下。
盡管為示例目的，已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以理解，在不脫離由所附的權(quán)利要求書公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可做出各種改變、添加和取代。
權(quán)利要求
1.一種微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，用于基于電輸入信號，使光束的光功率衰減可變衰減量，包括具有平面的襯底；一對光波導(dǎo)，分別具有光信號發(fā)射端和光信號接收端，同軸安置在所述襯底上；安置在所述襯底上的微電子激勵器，用于沿垂直于所述光束的光軸的方向提供工作沖程；安置在所述襯底上的至少一個杠桿結(jié)構(gòu)，用于在其第一端接收微電子激勵器的所述工作沖程，以及通過其第二端，將放大的移動距離傳送到光閘；光閘，安置在所述襯底上并連接到所述杠桿結(jié)構(gòu)的第二端，以便移動所述放大的移動距離，從而移動到所述光束的衰減位置。
2.如權(quán)利要求1所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，其中，所述微電子激勵器包括靜電電極區(qū)，用于響應(yīng)所述電輸入信號，生成靜電力；可移動主體，連接到所述杠桿結(jié)構(gòu)的第一端，并通過所述靜電力，沿垂直于所述光軸的方向移動；接地電極區(qū)，通過第一彈性結(jié)構(gòu)，連接到所述可移動主體。
3.如權(quán)利要求2所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，進一步包括，連接在所述可移動主體和所述杠桿結(jié)構(gòu)間的第二彈性結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求2所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，其中，所述接地電極區(qū)包括分別安置在所述可移動主體的兩側(cè)的兩個接地電極。
5.如權(quán)利要求2所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，進一步包括支撐結(jié)構(gòu)，相對于所述杠桿結(jié)構(gòu)，固定在所述可移動主體的相對面上的襯底上，其中，所述杠桿結(jié)構(gòu)安置在垂直于所述可移動主體的移動方向中，并且以將靠近所述杠桿結(jié)構(gòu)的第一端的杠桿結(jié)構(gòu)部分連接到所述支撐結(jié)構(gòu)的方式安置。
6.如權(quán)利要求5所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，進一步包括連接在所述杠桿結(jié)構(gòu)部分和所述支撐結(jié)構(gòu)間的第三彈性結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求5所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，其中，所述支撐結(jié)構(gòu)涂以金屬，并用作接地電極。
8.如權(quán)利要求2所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，進一步包括支撐結(jié)構(gòu)，固定在所述襯底上并相對于所述杠桿結(jié)構(gòu)，安置在所述可移動主體的相對面上，其中，至少一個杠桿結(jié)構(gòu)包括第一杠桿結(jié)構(gòu)和第二杠桿結(jié)構(gòu)，所述這兩個杠桿結(jié)構(gòu)均安置成幾乎垂直于所述可移動主體的所述移動方向，并且接近所述各個杠桿結(jié)構(gòu)的各自的第一端的所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)部分連接到各自的支撐結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，其中，相對于連接所述光閘和所述可移動主體的中心的虛線，雙側(cè)對稱地安置所述第一杠桿結(jié)構(gòu)和所述第二杠桿結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求8所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，其中，所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第一端彼此相鄰。
11.如權(quán)利要求10所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，其中，所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)連接到相同的支撐結(jié)構(gòu)上。
12.如權(quán)利要求8所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，其中，所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第二端彼此相鄰。
13.如權(quán)利要求8所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，進一步包括連接在所述杠桿結(jié)構(gòu)的第一端和所述可移動主體間的第二彈性結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求8所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，進一步包括連接在所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)部分和所述支撐結(jié)構(gòu)間的第三彈性結(jié)構(gòu)，所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)部分靠近所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第一端。
15.如權(quán)利要求8所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，進一步包括連接到所述光閘和所述杠桿結(jié)構(gòu)的第二端的第四彈性結(jié)構(gòu)。
16.如權(quán)利要求1所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，其中，所述光波導(dǎo)具有光準(zhǔn)直器。
17.一種微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，用于響應(yīng)電輸入信號，衰減光束的光功率，包括具有平面的襯底；一對光波導(dǎo)，分別具有光信號發(fā)射端和光信號接收端，在所述襯底上彼此同軸對齊；靜電電極區(qū)，固定在所述襯底上，并響應(yīng)所述電輸入信號生成靜電力；以及可移動主體，安置在所述襯底上，并通過所述靜電力移動；接地電極區(qū)，固定在所述襯底上，并通過第一彈性結(jié)構(gòu)連接到所述可移動主體；杠桿結(jié)構(gòu)，安置在垂直于所述可移動主體的移動方向中，并具有經(jīng)第二彈性結(jié)構(gòu)連接到所述可移動主體的第一端以及與所述第一端相對的第二端；支撐結(jié)構(gòu)，相對于所述杠桿結(jié)構(gòu)，安置在所述可移動主體的相對面上，并通過第三彈性結(jié)構(gòu)，連接到所述杠桿結(jié)構(gòu)部分，所述部分與所述杠桿結(jié)構(gòu)的第一端相鄰；以及光閘，安置在所述襯底上，并連接到所述杠桿結(jié)構(gòu)的第二端。
18.一種微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，用于響應(yīng)電輸入信號，衰減光束的光功率，包括具有平面的襯底；光纖，分別具有光信號發(fā)射端和光信號接收端，在所述襯底上彼此同軸對齊；靜電電極區(qū)，固定在所述襯底上，并響應(yīng)所述電輸入信號，生成靜電力；以及可移動主體，安置在所述襯底上，并由所述靜電力移動；兩個接地電極，固定在所述襯底上，分別安置在所述可移動主體的兩側(cè)，并通過各自的第一彈性結(jié)構(gòu)，連接到所述可移動主體；第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)，每個具有第一端和第二端，安置在垂直于所述可移動主體的移動方向中，所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第一端通過各自的第二杠桿結(jié)構(gòu)連接到所述可移動主體；支撐結(jié)構(gòu)，相對于所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)，安置在所述可移動主體的相對面上，并通過各自的第三彈性結(jié)構(gòu)，連接到所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的各自部分，所述各自部分靠近所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的各自的第一端；以及光閘，排列在所述襯底上，并連接到所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第二端。
19.一種微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，用于響應(yīng)電輸入信號，衰減光束的光功率，包括具有平面的襯底；光纖，分別具有光信號發(fā)射端和光信號接收端，在所述襯底上彼此同軸對齊；靜電電極區(qū)，固定在所述襯底上，并響應(yīng)所述電輸入信號生成靜電力；可移動主體，安置在所述襯底上并由所述靜電力移動；兩個接地電極，固定在所述襯底上，安置在所述可移動主體的兩側(cè)，并通過各自的第一彈性結(jié)構(gòu)連接到所述可移動主體；第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)，每個具有第一端和第二端，安置在垂直于所述可移動主體的移動方向中，所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第一端通過各自的第二彈性結(jié)構(gòu)連接到所述可移動主體；兩個支撐結(jié)構(gòu)，相對于所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)，安置在所述可移動主體的相對面上，并通過各自的第三彈性結(jié)構(gòu)，連接到所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的各自部分，所述各自部分靠近所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的各自的第一端；以及光閘，安置在所述襯底上并連接到所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第二端。
20.如權(quán)利要求19所述的微型機電系統(tǒng)可變光衰減器，其中，可移動主體包括延長結(jié)構(gòu)，所述延長結(jié)構(gòu)與所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)平行安置，并具有幾乎等于所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的總長度的長度，并且通過第三彈性結(jié)構(gòu)，將所述第一和第二杠桿結(jié)構(gòu)的第一端連接到所述可移動主體。
全文摘要
公開了一種MEMS可變光衰減器，包括具有平面的襯底；光纖，分別具有光信號發(fā)射端和光信號接收端，同軸安置在所述襯底上；安置在所述襯底上的微電子激勵器，用于沿垂直于所述光束的光軸的方向提供工作沖程；安置在所述襯底上的至少一個杠桿結(jié)構(gòu)，用于在其第一端接收微電子激勵器的所述工作沖程，以及通過其第二端，將放大的移動距離傳送到光閘；光閘，安置在所述襯底上并連接到所述杠桿結(jié)構(gòu)的第二端以便移動所述放大的移動距離，從而移動到所述光束的衰減位置。
文檔編號G02B6/35GK1512254SQ03146519
公開日2004年7月14日 申請日期2003年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月26日
發(fā)明者洪允植, 尹湘基, 洪碩基, 李玲揆, 鄭成天, 李湞鉉 申請人:三星電機株式會社