一種混合驅(qū)動的可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種可調(diào)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)動方式的微機電系統(tǒng)(MEMS -Micro-Electro-Mechanical System)可調(diào)諧光學(xué)衰減驅(qū)動器。
【背景技術(shù)】
[0002]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，VOA)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度的調(diào)節(jié)以及光路信號的過載保護等。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)的步進電機式光衰減器，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]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)點逐漸成為可調(diào)光衰減器的主流。
[0006]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，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。
[0007]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機械臂時，機械臂發(fā)熱膨脹推動擋光板運動，擋住一部分光，從而實現(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】

[0008]針對上述問題，本實用新型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)動的緊湊型光學(xué)驅(qū)動器件。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種混合驅(qū)動的MEMS可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動器，其特征在于:
[0010]所述MEMS可調(diào)諧光學(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。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。
[0011]本實用新型采用了可以磁驅(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。本實用新型所提出的混合驅(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】
[0012]圖1是傳統(tǒng)熱驅(qū)動彎曲梁的基本結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本實用新型MEMS混合驅(qū)動可調(diào)光驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本實用新型MEMS混合驅(qū)動可調(diào)光驅(qū)動器的應(yīng)用立體示意圖。
[0015]圖4是本實用新型MEMS混合驅(qū)動時器件中的電流方向示意圖A。
[0016]圖5是本實用新型MEMS混合驅(qū)動時器件中的電流方向示意圖B。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案作詳細說明。
[0018]傳統(tǒng)的熱驅(qū)動彎曲梁結(jié)構(gòu)包括驅(qū)動電極I和驅(qū)動電極2，彎曲梁，如圖1所示。當(dāng)在驅(qū)動電極I和驅(qū)動電極2中施加電壓后，由于電流加熱彎曲梁后，其彎曲梁的熱膨脹導(dǎo)致彎曲梁進行位移變形。其結(jié)構(gòu)簡單，驅(qū)動力大，但是在使用過程中彎曲梁功耗大，同時驅(qū)動梁上的熱變化影響其相連的微鏡面結(jié)構(gòu)，最終影響器件的光學(xué)性能及可靠性。
[0019]圖2是本實用新型MEMS可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動器芯片結(jié)構(gòu)，它包括: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。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。
[0020]熱驅(qū)動梁通過施加在驅(qū)動電極3和驅(qū)動電極4之間的電壓進行熱驅(qū)動梁的熱膨脹變形，利用隔離槽9進行隔離驅(qū)動電極3和驅(qū)動電極4，利用隔離槽7、隔離槽8和隔離槽11進行與磁驅(qū)動的隔離，同時也利用隔離槽11進行熱傳導(dǎo)的隔離，減少了對鏡面結(jié)構(gòu)的熱變化影響。
[0021]新穎的磁驅(qū)動梁在磁場作用了提供了額外的變形力，通過施加在驅(qū)動電極5和驅(qū)動電極6之間的電流，通過隔離槽10進行兩個電極的隔離，同時利用隔離槽7、隔離槽8和隔離槽11進行與熱驅(qū)動的隔離，同時也利用隔離槽11進行熱傳導(dǎo)的隔離，減少了對鏡面結(jié)構(gòu)的熱變化影響。
[0022]本實用新型提出的一種混合驅(qū)動的光驅(qū)動衰減器的應(yīng)用如圖3所示，當(dāng)混合驅(qū)動光衰減器芯片放置在磁場內(nèi)時，通過分別施加在熱驅(qū)動結(jié)構(gòu)和磁驅(qū)動結(jié)構(gòu)上的驅(qū)動進行帶動微鏡面結(jié)構(gòu)實現(xiàn)光信號的強弱調(diào)節(jié)。磁驅(qū)動梁結(jié)構(gòu)可以增加器件的整體衰減量，并在應(yīng)用中減少熱驅(qū)動所需功耗，最終實現(xiàn)整體器件的功耗的減少。同時熱驅(qū)動和磁驅(qū)動中的隔離結(jié)構(gòu)也可以減少熱變化對微鏡面結(jié)構(gòu)的影響。
[0023]基于本實用新型提出的混合驅(qū)動結(jié)構(gòu)，當(dāng)磁場方向是垂直紙面向里時，其在應(yīng)用時芯片內(nèi)部的電流走向如圖4所示，其電流均為從左往右，同時其熱驅(qū)動力和電磁驅(qū)動力也一致，均為向上的微鏡面運動方向。
[0024]基于本實用新型提出的混合驅(qū)動結(jié)構(gòu)，當(dāng)磁場方向是垂直紙面向外時，其在應(yīng)用時芯片內(nèi)部的電流走向如圖5所示，其電流均為從右往左，同時其熱驅(qū)動力和電磁驅(qū)動力也一致，均為向上的微鏡面運動方向。如需改變微鏡面的運動方向，可以設(shè)計不同的電流及磁場方向走向。
[0025]本實用新型所提出的混合驅(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。
[0026]綜上所述，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0027]1.混合驅(qū)動設(shè)計結(jié)構(gòu)新穎。該芯片采用了可以磁驅(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)動進行隔離。在混合驅(qū)動時，減少了熱驅(qū)動梁的功耗，實現(xiàn)了整體器件的功耗降低。
[0028]2.增加了微鏡面結(jié)構(gòu)的熱可靠性。由于采用隔離槽對熱驅(qū)動梁和磁驅(qū)動梁進行了電學(xué)隔離，同時該隔離槽也可以實現(xiàn)對熱驅(qū)動梁和磁驅(qū)動梁之間的熱學(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。
[0029]3.體積小。由于采用了 MEMS設(shè)計及緊湊的磁驅(qū)動及熱驅(qū)動的混合驅(qū)動原理，與匹配的磁鐵封裝及應(yīng)用，可以實現(xiàn)非常緊湊的混合驅(qū)動型MEMS可調(diào)光驅(qū)動器。
【主權(quán)項】
1.一種混合驅(qū)動的可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動器，其特征在于所述混合驅(qū)動可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動器包括磁驅(qū)動梁和熱驅(qū)動梁，所述磁驅(qū)動梁和熱驅(qū)動梁通過驅(qū)動連接結(jié)構(gòu)與微鏡面連接，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動方向，所述磁驅(qū)動梁和熱驅(qū)動梁之間用隔離槽(11)進行電隔離和熱隔離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動器，其中所述熱驅(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。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動器，其中驅(qū)動電極(3)和驅(qū)動電極(4)之間通過電隔離槽(9)隔離。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動器，其中驅(qū)動電極(5)和驅(qū)動電極(6)之間通過電隔離槽(10)隔離。
【專利摘要】本實用新型涉及一種混合驅(qū)動方式的可調(diào)諧光學(xué)驅(qū)動器，包括熱驅(qū)動變形梁1、磁驅(qū)動變形梁2、驅(qū)動電極3-6、電隔離槽7-11、微鏡面12，其特征在于所述磁驅(qū)動梁2和熱驅(qū)動梁1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，所述驅(qū)動梁會產(chǎn)生不同的驅(qū)動力改變微鏡面的運動方向。所述梁1和梁2之間用隔離槽進行電隔離和熱隔離。本實用新型采用了可以磁熱兼容的混合驅(qū)動結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時采用不同的隔離結(jié)構(gòu)對其電學(xué)驅(qū)動進行隔離，減少了熱驅(qū)動梁的功耗，可以在不增加熱驅(qū)動功耗時增加其光衰減量。同時由于采用電學(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。
【IPC分類】B81B7/02, G02B6/26, G02B26/08, B81C1/00, B81B3/00
【公開號】CN204719329
【申請?zhí)枴緾N201520025671
【發(fā)明人】李四華, 王文輝, 鐘桂雄, 李維, 施林偉
【申請人】深圳市盛喜路科技有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年1月15日