專利名稱：基于mems技術(shù)的堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用。更確切的說，本發(fā)明涉及一 種基于MEMS技術(shù)的堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器及其構(gòu)成的微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)該微鏡陣列 驅(qū)動(dòng)器可應(yīng)用于波長選擇開關(guān)，屬于光電子通信器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
Internet和光通信技術(shù)的快速發(fā)展使光通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生根本的變化。網(wǎng)絡(luò)已迅速 擴(kuò)展為包括廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)和接入網(wǎng)的大規(guī)模光通信網(wǎng)絡(luò)。光傳送網(wǎng)從大容量寬帶傳送轉(zhuǎn) 變?yōu)樘峁┒说蕉说姆?wù)連接，并采用光交換技術(shù)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)、快速的波長指配，最終光聯(lián) 網(wǎng)的全光智能光網(wǎng)絡(luò)成為主要發(fā)展趨勢。透明的波長交換，無需光-電-光(OEO)轉(zhuǎn)換， 將突破“電子瓶頸”，極大地降低智能光網(wǎng)絡(luò)的成本?？芍貥?gòu)的光上/下路復(fù)用器(R0ADM， Reconfigured Optical Add-Drop Multiplexer)是智能光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最為核心的功能模 塊，其主要作用是對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的波長資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)的配置、調(diào)度和管理。迄今為止ROADM 經(jīng)歷了三個(gè)功能越來越復(fù)雜、強(qiáng)大的發(fā)展階段，形成了三代的R0ADM。第一代ROADM由分立的波分復(fù)用器、光開關(guān)和解復(fù)用器組成。其體積較大，僅適于 選擇波長較少的應(yīng)用場景，如圖1所示。第二代ROADM由分光器、可調(diào)濾波器、波長阻擋器和合波器組成。其結(jié)構(gòu)簡單、體 積小，能夠?qū)崿F(xiàn)單個(gè)波長的上下以及波長帶(多個(gè)波長)的上下，但是管理較為復(fù)雜，不適 用于環(huán)網(wǎng)，且每個(gè)光端口只能上下一個(gè)波長。如圖2所示。第三代ROADM 即波長選擇開關(guān)(WSS，Wavelength Selective Switch)。在原理上 由多個(gè)波分復(fù)用器、多個(gè)光開關(guān)和一個(gè)解復(fù)用器組成，可以實(shí)現(xiàn)任何一個(gè)波長(或多個(gè)波 長的任意組合)以任何順序從任何一個(gè)端口(或多個(gè)端口)路由到任何一個(gè)端口(或多個(gè) 端口)。如圖3所示。這使ROADM系統(tǒng)具有了極強(qiáng)的靈活組網(wǎng)能力，同時(shí)WSS本身也具有升 級(jí)擴(kuò)展能力，為組網(wǎng)帶來更大的靈活性。波長選擇開關(guān)現(xiàn)有的技術(shù)方案主要用衍射光柵+微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)微鏡陣 列、平面光波導(dǎo)器件(PLC)+MEMS微鏡陣列、衍射光柵+液晶陣列以及完全單片集成的PLC 技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)有的無論哪一種技術(shù)，都需要同時(shí)具備多個(gè)波分復(fù)用器、多個(gè)光開關(guān)和一個(gè) 解復(fù)用器。實(shí)際上，隨著MEMS工藝技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展應(yīng)用，基于衍射光柵+MEMS微鏡 陣列的WSS已逐漸在光網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用，并且快速發(fā)展成目前在市場上用量最多的WSS產(chǎn) 品。而基于衍射光柵+MEMS微鏡陣列的WSS也經(jīng)歷了從一軸MEMS微鏡陣列到二軸MEMS微 鏡陣列的發(fā)展過程?，F(xiàn)有的二軸MEMS微鏡陣列結(jié)構(gòu)主要可分為雙框架結(jié)構(gòu)和二軸梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。雙 框架結(jié)構(gòu)的二軸微鏡陣列，如文獻(xiàn)([l]Dennis S et al. ,"CrystallineSilicon Tilting Mirrors for Optical Cross-Connect Switches" Journal of Microelectromechanical system. Vol. 12, NO. 5,2003[2]Gokde. D etal. , "Design and fabrication of two-axis micromachined steelscanners，，J. Mi cromech. Mi croeng. VOL. 19, 2009)所不，其米用一個(gè)內(nèi)外旋轉(zhuǎn)軸方向垂直的雙框架結(jié)構(gòu)構(gòu)成二軸微鏡的驅(qū)動(dòng)器。其中文獻(xiàn)[1]中方案采用 靜電驅(qū)動(dòng)，其鏡面占空比由于其結(jié)構(gòu)而無法提高。而文獻(xiàn)[2]雖采用電磁驅(qū)動(dòng)，但器件體積 大，且陣列結(jié)構(gòu)鏡面的占空比低。而二軸梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)如文獻(xiàn)([3]KimM et al. ,"High fi 11-factormicromirror array using a self-aligned vertical comb drive actuatorwith two rotational axes" J. Micromech. Microeng. 19. 2009 ； [4]TsaiJ et al. , “ Two-axis MEMS scanners with radial vertical combdriveactuators-design, theoretical analysis, and fabrication " J. Opt. A :Pure Appl.Opt. 10. 2008 ； [5]Tsai J et al. , " Design, Fabrication, and Characterization of a High Fill-Factor, Large Scan-Angle, Two-AxisScanner Array Driven by a Leverage Mechanism " Journal ofMicroelectromechanical system, Vol. 15，NO. 5,2006)其中，文獻(xiàn)[3]采用下梳齒結(jié)構(gòu) 靜電驅(qū)動(dòng)方式，雖然可以較大的提高其鏡面占空比，但是下梳齒之間的電隔離及引線非常 復(fù)雜，同時(shí)又導(dǎo)致了鏡面占空比的降低。而對(duì)于二軸梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，一般采用表面微機(jī)械加 工技術(shù)制作下梳齒驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，帶動(dòng)上鏡面進(jìn)行兩軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)如文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[5]所 示。該種結(jié)構(gòu)雖然也可以實(shí)現(xiàn)很高鏡面占空比，但是由于采用表面微機(jī)械加工技術(shù)制作，其 鏡面質(zhì)量不高，且鏡面大小受到限制，同時(shí)制作工藝復(fù)雜，對(duì)制作工藝的要求很高，且也存 在一定的局限性。因此為了實(shí)現(xiàn)高占空比的二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)減低器件的設(shè)計(jì)及 其制造難度。依上所 述，本發(fā)明擬提出一種新穎的基于MEMS技術(shù)的堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng) 器以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷并列舉其在波長選擇開關(guān)中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于MEMS技術(shù)的堆疊式二軸微鏡陣列的驅(qū)動(dòng)器，同 時(shí)利用該堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器，制作波長選擇開關(guān)器件。本發(fā)明提出一種基于MEMS技術(shù)的堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器是由單個(gè)堆疊式二 軸微鏡驅(qū)動(dòng)器陣列化排布而成。單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器是由3個(gè)獨(dú)立功能的部件組 成，即下電極，中間電極和上電極三部分構(gòu)成。在單個(gè)堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器中的下電極機(jī)構(gòu)是由臺(tái)階下電極、X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方 向基底鏡面的限位平面和臺(tái)階下電極的引線錨點(diǎn)構(gòu)成，所述的單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器 的臺(tái)階下電極結(jié)構(gòu)，其整體作為施加電壓驅(qū)動(dòng)的下電極結(jié)構(gòu)，也即構(gòu)成堆疊式二軸微鏡驅(qū) 動(dòng)器的第一個(gè)獨(dú)立部分，限位平面分別與所述的臺(tái)階下電極和下電極引線錨點(diǎn)相連接。在單個(gè)堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器中的中間電極結(jié)構(gòu)是由所述的彎曲懸臂梁、X 軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面和X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面的限位凸點(diǎn)構(gòu)成，所述的單個(gè)堆疊式二軸微 鏡驅(qū)動(dòng)器的χ軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的微鏡結(jié)構(gòu)，其整體作為施加中間電壓驅(qū)動(dòng)的中間電極結(jié)構(gòu)，也 即構(gòu)成堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器的第二個(gè)獨(dú)立部分。在單個(gè)堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器中的上電極結(jié)構(gòu)是由左扭轉(zhuǎn)懸臂梁、右扭轉(zhuǎn)懸 臂梁、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的上鏡面、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面支撐錨點(diǎn)，Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的限位凸 點(diǎn)、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的電極引線錨點(diǎn)構(gòu)成，所述的單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器的Y軸轉(zhuǎn) 動(dòng)方向的微鏡結(jié)構(gòu)，其整體作為施加電壓驅(qū)動(dòng)的上電極結(jié)構(gòu)，也即構(gòu)成堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器的第三個(gè)獨(dú)立部分。其中在第二個(gè)獨(dú)立部分中，X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的微鏡結(jié)構(gòu)也可以采用其它能夠產(chǎn)生微 鏡面X方向扭轉(zhuǎn)的非單懸臂梁結(jié)構(gòu)。在第三個(gè)獨(dú)立部分中，Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的微鏡結(jié)構(gòu)也可 以采用其它能夠產(chǎn)生Y軸旋轉(zhuǎn)的鏡面結(jié)構(gòu)，如兩側(cè)為支撐錨點(diǎn)，中間為懸臂梁結(jié)構(gòu)。 利用下電極結(jié)構(gòu)和中間電極結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)成在X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的一軸微鏡驅(qū)動(dòng)器結(jié) 構(gòu)。同時(shí)利用X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面的限位凸點(diǎn)和X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面的限位平面來防 止X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的一軸微鏡結(jié)構(gòu)由于吸合效應(yīng)導(dǎo)致的器件結(jié)構(gòu)破壞。上電極結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成在Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的一軸微鏡驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)。其中左扭轉(zhuǎn)懸臂 梁、右扭轉(zhuǎn)懸臂梁排列于Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面支撐錨點(diǎn)兩側(cè)，起到支撐Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的上鏡 面，并產(chǎn)生彈性回復(fù)扭轉(zhuǎn)力矩的作用。同時(shí)利用Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的限位凸點(diǎn)來防止Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的一軸微鏡結(jié)構(gòu)由于吸合效應(yīng)導(dǎo)致的器件結(jié)構(gòu)破壞。Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面電極 引線錨點(diǎn)作為整個(gè)上電極結(jié)構(gòu)的固定引線連接，而不影響可動(dòng)的Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面。在利用MEMS中的鍵合技術(shù)將下電極結(jié)構(gòu)、中間電極結(jié)構(gòu)和上電極結(jié)構(gòu)按順序鍵 合在一起時(shí)，其中上電極結(jié)構(gòu)是堆疊在中間電極結(jié)構(gòu)上面，三個(gè)結(jié)構(gòu)一起共同構(gòu)成了單個(gè) 堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器，并可以在陣列化排布后形成堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器。通過控 制下電極結(jié)構(gòu)與中間電極結(jié)構(gòu)之間的驅(qū)動(dòng)關(guān)系可以使得X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面實(shí)現(xiàn)X軸方 向轉(zhuǎn)動(dòng)。而通過控制上電極結(jié)構(gòu)與中間電極結(jié)構(gòu)之間的驅(qū)動(dòng)關(guān)系，可以使得Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向 上鏡面實(shí)現(xiàn)Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)。兩者共同控制就可以實(shí)現(xiàn)X軸方面鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)和Y軸方向鏡面轉(zhuǎn) 動(dòng)的堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器。本發(fā)明提出的一種基于MEMS技術(shù)的堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器在波長選擇開關(guān) 中的應(yīng)用，是由堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器、波分復(fù)用/解復(fù)用器以及相應(yīng)的光路設(shè)計(jì)構(gòu) 成。輸入的DWDM光信號(hào)通過波分復(fù)用/解復(fù)用器后進(jìn)行信號(hào)分解，同時(shí)通過光路將不同通 道的光信號(hào)投射到不同的微鏡面上，通過堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器的選擇控制不同的波 長輸出而構(gòu)成波長選擇開關(guān)器件。本發(fā)明提供了一種新穎的堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)，其利用兩個(gè)不同軸 向的微鏡驅(qū)動(dòng)器利用MEMS鍵合技術(shù)堆疊在一起共同構(gòu)成二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器。相對(duì)于現(xiàn) 有的二軸微鏡陣列技術(shù)方案有結(jié)構(gòu)簡單，可以實(shí)現(xiàn)鏡面的高占空比要求。同時(shí)本方案利用 靜電精密驅(qū)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)微鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)角度的精密可控，實(shí)現(xiàn)二軸方向的微鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)要求。同 時(shí)利用本發(fā)明提出的堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)制作波長選擇開關(guān)。


圖1為第一代ROADM技術(shù)方案示意圖；圖2為第二代ROADM技術(shù)方案示意圖；圖3為第三代ROADM技術(shù)方案示意圖；圖4(a)為本發(fā)明提出的利用單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成堆疊式二軸微鏡陣 列驅(qū)動(dòng)器示意圖；(b)為本發(fā)明提出的單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)裝配示意圖；圖5為單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器中χ軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的一軸微鏡面驅(qū)動(dòng)器示意圖；圖6為單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器中Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的一軸微鏡面驅(qū)動(dòng)器示意圖；圖7為本發(fā)明提出的單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖8為本發(fā)明提出的單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)圖1 ；圖9為本發(fā)明提出的單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)圖2 ；圖10為本發(fā)明提出的單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)圖3 ；圖11為本發(fā)明提出的利用堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成波長選擇開關(guān)的原理 圖；圖12為本發(fā)明提出的利用堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成波長選擇開關(guān)的構(gòu)成 示意圖。圖中彎曲懸臂梁1、左扭轉(zhuǎn)懸臂梁2、右扭轉(zhuǎn)懸臂梁3、臺(tái)階下電極4、X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方 向基底鏡面的限位平面5、臺(tái)階下電極的引線錨點(diǎn)6、X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面7、X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方 向基底鏡面的限位凸點(diǎn)8、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面支撐錨點(diǎn)9、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面10，Y軸轉(zhuǎn) 動(dòng)方向上鏡面的限位凸點(diǎn)11、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的電極引線錨點(diǎn)12、下電極結(jié)構(gòu)13，上電 極結(jié)構(gòu)14，上電極結(jié)構(gòu)15，單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器16，堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器17， 波分復(fù)用/解復(fù)用器18，光路19。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步。本發(fā)明提出的基于MEMS技術(shù)的堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器由單個(gè)堆疊式二軸微 鏡驅(qū)動(dòng)器16進(jìn)行陣列化排布獲得堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器17，如圖4(a)所示。單個(gè)堆 疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器是由下電極結(jié)構(gòu)13，中間電極結(jié)構(gòu)14和上電極結(jié)構(gòu)15三者鍵合構(gòu)成， 如圖4(b)所示。在單個(gè)二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器是由臺(tái)階下電極4、X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面的限位平 面5和臺(tái)階下電極的引線錨點(diǎn)6構(gòu)成了單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器的臺(tái)階下電極結(jié)構(gòu)，其 整體作為施加電壓驅(qū)動(dòng)的下電極結(jié)構(gòu)13。由彎曲懸臂梁1、Χ軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面7和X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面的限位凸點(diǎn)8 構(gòu)成了單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器的X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的微鏡結(jié)構(gòu)，其整體作為施加電壓驅(qū)動(dòng) 的中間電極結(jié)構(gòu)14。利用下電極結(jié)構(gòu)13和中間電極結(jié)構(gòu)14鍵合，可以構(gòu)成在X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的一軸微 鏡驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)。如圖5所示.由扭轉(zhuǎn)懸臂梁2、扭轉(zhuǎn)懸臂梁3、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面9、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面支撐 錨點(diǎn)10，Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的限位凸點(diǎn)11、Υ軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的電極引線錨點(diǎn)12構(gòu)成 了單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器的Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的微鏡結(jié)構(gòu)，其整體作為施加電壓驅(qū)動(dòng)的上 電極結(jié)構(gòu)15，如圖6所示。其單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器是由彎曲懸臂梁1、左扭轉(zhuǎn)懸臂梁2、右扭轉(zhuǎn)懸臂 梁3、臺(tái)階下電極4、Χ軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面的限位平面5、臺(tái)階下電極的引線錨點(diǎn)6、Χ軸轉(zhuǎn) 動(dòng)方向基底鏡面7、X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面的限位凸點(diǎn)8、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面支撐錨點(diǎn)9， Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面10，Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的限位凸點(diǎn)11、Υ軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的電極引 線錨點(diǎn)12構(gòu)成，如圖7所示。利用MEMS中的鍵合技術(shù)將整體下電極結(jié)構(gòu)13、整體中間電極結(jié)構(gòu)14和整體上電 極結(jié)構(gòu)15按順序健合在一起，其中整體上電極結(jié)構(gòu)15堆疊在整體中間電極結(jié)構(gòu)14上。利用整體的下電極結(jié)構(gòu)13和整體的上電極結(jié)構(gòu)14，可以構(gòu)成在X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的一軸微鏡驅(qū)動(dòng) 器結(jié)構(gòu)。整體的上電極結(jié)構(gòu)15可以構(gòu)成在Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的一軸微鏡驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)。三個(gè)結(jié) 構(gòu)一起共同構(gòu)成了單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器，并進(jìn)行陣列化排布后形成堆疊式二軸微鏡 陣列驅(qū)動(dòng)器，其局部放大圖如圖8，圖9，圖10所示。 本發(fā)明 提出一種基于MEMS技術(shù)的堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器及其在波長選擇開 關(guān)中的應(yīng)用由堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器16、波分復(fù)用/解復(fù)用器18和光路19構(gòu)成。其 構(gòu)成原理圖如圖11所示。其具體實(shí)施例可以如圖12所示光信號(hào)輸入經(jīng)過其作為波分復(fù) 用/解復(fù)用器18的光柵后，再經(jīng)過光學(xué)透鏡元件構(gòu)成的光路19聚焦后透射到微鏡陣列驅(qū) 動(dòng)器17上，通過控制微鏡的扭轉(zhuǎn)角度，反射入射的光信號(hào)經(jīng)過光路19和光柵18后輸出預(yù) 計(jì)的輸出通道完成波長選擇開關(guān)功能。
權(quán)利要求
1.一種基于MEMS技術(shù)的堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的堆疊式二軸 微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器是由單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)陣列化排布而成，單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng) 器是由下電極結(jié)構(gòu)、中間電極結(jié)構(gòu)和上電極結(jié)構(gòu)三個(gè)獨(dú)立功能的部件依次鍵合構(gòu)成。
2.按權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的獨(dú)立的下電極結(jié)構(gòu)包括臺(tái)階下電 極、X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面的限位平面和臺(tái)階下電極的引線錨點(diǎn)，其整體作為施加電壓驅(qū)動(dòng) 的下電極結(jié)構(gòu)；其中，限位平面分別與臺(tái)階下電極和下電極的引線錨點(diǎn)相連接。
3.按權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的獨(dú)立的中間電極結(jié)構(gòu)包括彎曲懸臂 梁、X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面和χ軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面的限位凸點(diǎn)，其整體作為施加電壓驅(qū)動(dòng) 的中間電極結(jié)構(gòu)。
4.按權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征在于所述的獨(dú)立的上電極結(jié)構(gòu)包括左扭轉(zhuǎn)懸臂 梁、右扭轉(zhuǎn)懸臂梁、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的上鏡面、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的支撐錨點(diǎn)、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向 上鏡面的限位凸點(diǎn)和Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的電極引線錨點(diǎn)，其整體作為施加電壓驅(qū)動(dòng)的上 電極；其中左扭轉(zhuǎn)懸臂梁和右扭轉(zhuǎn)懸臂梁排列在Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面支撐錨點(diǎn)的兩側(cè)，支 撐Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的上鏡面，同時(shí)Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的限位凸點(diǎn)防止器件結(jié)構(gòu)的破壞，Y軸 轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的電極引線錨點(diǎn)作為整個(gè)上電極結(jié)構(gòu)的固定引線連接。
5.按權(quán)利要求2或3所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征在于利用下電極結(jié)構(gòu)和中間電極結(jié)構(gòu)鍵合 構(gòu)成在X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的一軸微鏡驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；上電極結(jié)構(gòu)作為Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的一軸微鏡驅(qū)動(dòng) 結(jié)構(gòu)。
6.按權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征在于在利用MEMS中的鍵合技術(shù)將下電極結(jié)構(gòu)、 中間電極結(jié)構(gòu)和上電極結(jié)構(gòu)按順序鍵合在一起時(shí)，上電極結(jié)構(gòu)是堆疊在中間電極結(jié)構(gòu)上 面，三個(gè)結(jié)構(gòu)一起共同構(gòu)成了單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器，并在陣列化排布后形成堆疊式 二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器；通過控制下電極結(jié)構(gòu)與中間電極結(jié)構(gòu)之間的驅(qū)動(dòng)關(guān)系可以使得X軸 轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面實(shí)現(xiàn)X軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)；而通過控制上電極結(jié)構(gòu)與中間電極結(jié)構(gòu)之間的驅(qū)動(dòng) 關(guān)系，使得Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面實(shí)現(xiàn)Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)；兩者共同控制就可以實(shí)現(xiàn)χ軸方面鏡面 轉(zhuǎn)動(dòng)和Y軸方向鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)的堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器。
7.按權(quán)利要求3所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征在于獨(dú)立的中間電極結(jié)構(gòu)中彎曲懸臂梁或用扭 轉(zhuǎn)的非單懸臂梁。
8.按權(quán)利要求4所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征在于獨(dú)立的上電極結(jié)構(gòu)中Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向的微結(jié) 構(gòu)或采用兩側(cè)為支撐錨點(diǎn)，中間為懸臂梁的結(jié)構(gòu)。
9.按權(quán)利要求1-4或6-8中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用，其特征在于在波長選擇開關(guān)中 由堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器、波分復(fù)用/解復(fù)用器以及相應(yīng)的光路設(shè)計(jì)構(gòu)成。
10.按權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于光信號(hào)輸入經(jīng)過作為波分復(fù)用/解復(fù)用器的 光柵后，再經(jīng)過光學(xué)頭頸元件構(gòu)成的光路聚焦后投射到微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器上，通過控制微鏡 的扭轉(zhuǎn)角度，反射入射的光信號(hào)經(jīng)過光路和光柵后輸出預(yù)計(jì)的輸出通道完成波長選擇開關(guān) 功能。
全文摘要
一種基于MEMS技術(shù)的堆疊式二軸微鏡陣列驅(qū)動(dòng)器17由單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器16陣列化排布而成。單個(gè)堆疊式二軸微鏡驅(qū)動(dòng)器16由下電極結(jié)構(gòu)13，中間電極結(jié)構(gòu)14和上電極結(jié)構(gòu)15共三個(gè)獨(dú)立部件構(gòu)成。其中三個(gè)獨(dú)立部件由以下結(jié)構(gòu)構(gòu)成彎曲懸臂梁1、扭轉(zhuǎn)懸臂梁2、扭轉(zhuǎn)懸臂梁3、臺(tái)階下電極4、X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面的限位平面5、臺(tái)階下電極的引線錨點(diǎn)6、X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面7、X軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向基底鏡面的限位凸點(diǎn)8、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面支撐錨點(diǎn)9Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面10，Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的限位凸點(diǎn)11、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向上鏡面的電極引線錨點(diǎn)12。
文檔編號(hào)G02B26/08GK102129125SQ20111000399
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2011年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月10日
發(fā)明者吳亞明, 李四華 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所