Mems陣列電可調(diào)諧光衰減器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明揭示了一種MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器及其制備方法，所述衰減器包括：MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片、輸入光纖陣列、輸出光纖陣列；所述輸入光纖陣列、輸出光纖陣列進(jìn)行直接光學(xué)對(duì)準(zhǔn)耦合，MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片中的MEMS光阻擋器陣列設(shè)置于輸入光纖陣列、輸出光纖陣列的間隙中，實(shí)現(xiàn)N路通道的光信號(hào)功率的獨(dú)立控制，其中，N≥2。本發(fā)明提出的陣列電可調(diào)諧光衰減器，具有小體積、低單通道成本、良好一致性、衰減范圍大、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子技術(shù)及光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種光衰減器，尤其涉及一種陣列電可調(diào)諧光衰減器；同時(shí)，本發(fā)明還涉及一種陣列電可調(diào)諧光衰減器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光通信業(yè)務(wù)的迅猛增長(zhǎng)，智能光網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入高速發(fā)展的實(shí)用化階段。智能光網(wǎng)絡(luò)具有波長(zhǎng)動(dòng)態(tài)可配置能力，解決了目前DWDM系統(tǒng)組網(wǎng)靈活性較差、動(dòng)態(tài)分配能力弱的問(wèn)題。智能光網(wǎng)絡(luò)由具有高度靈活性、可調(diào)諧的光通信設(shè)備構(gòu)成，需要大量的智能化、動(dòng)態(tài)可調(diào)諧的光器件與模塊。動(dòng)態(tài)可調(diào)諧的光器件與模塊是智能光網(wǎng)絡(luò)的核心與基礎(chǔ)，是構(gòu)建智能光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)與微光學(xué)、光通信技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)技術(shù)，被認(rèn)為是智能化、可調(diào)諧光通信器件制造最為可行的技術(shù)，同時(shí)兼具小型化、陣列化、低成本化等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，隨著MOEMS工藝技術(shù)的發(fā)展，基于MOEMS技術(shù)的相關(guān)智能光器件也獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已被廣泛的應(yīng)用于光通信網(wǎng)絡(luò)。其中MOEMS可變光衰減器(VOA)成為目前智能光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中大量使用的MOEMS光器件，業(yè)已成為電控可變光衰減器(EVOA)的主流制造技術(shù)。
[0003]光衰減器(OA)是光通信系統(tǒng)的需求量最大的器件之一，其輸入、輸出均為光纖，主要功能是用來(lái)平衡、控制光信號(hào)功率，保證光通信系統(tǒng)運(yùn)行在最佳的信噪比(S/N)狀態(tài)。光衰減器包括固定式和可調(diào)式光衰減器(Variable OpticalAttenuator)兩大類。對(duì)于WDM光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，多波長(zhǎng)通道(channel)之間光信號(hào)功率可能存在差別，特別是智能光網(wǎng)絡(luò)的波長(zhǎng)路由動(dòng)態(tài)變化導(dǎo)致多波長(zhǎng)通道間光信號(hào)功率快速、大幅度的變化，波長(zhǎng)通道間的光功率差別通過(guò)光纖放大器(EDFA)將被放大，同時(shí)EDFA的光增益譜存在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)不平坦特性，需要對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)通道配備可變光衰減器用來(lái)縮小波長(zhǎng)通道間的光功率差別和維持所有通道的信噪比(S/N)滿足DWDM光通信系統(tǒng)要求。
[0004]目前固定式光衰減器價(jià)格較低，大量裝設(shè)于光通信系統(tǒng)用以平衡、控制光信號(hào)功率，一旦安裝就不可調(diào)節(jié)，因此其市場(chǎng)份額逐漸減小，被可調(diào)光衰減器逐漸替代?？烧{(diào)光衰減器(VOA)能主動(dòng)精確、快速調(diào)節(jié)光信號(hào)功率，并朝向結(jié)合各種光模塊、子系統(tǒng)如光發(fā)射模塊、光接收模塊、光纖放大器、波分復(fù)用器/解復(fù)用器、可重構(gòu)光分插復(fù)用器(ROADM)的方向發(fā)展，構(gòu)成增益平坦化、光信號(hào)功率可調(diào)控的光模塊與子系統(tǒng)，滿足智能光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，具有廣闊的市場(chǎng)?？烧{(diào)光衰減器包括手動(dòng)式和電控式兩種控制方式。手動(dòng)式VOA速度慢、體積大，主要用于實(shí)驗(yàn)室。電控式VOA (EVOA)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要包括微步進(jìn)電機(jī)、MEMS、波導(dǎo)、液晶、磁光、聲光等技術(shù)。由于MEMS VOA具有優(yōu)良的光學(xué)性能、低成本、低電壓、低功耗、速度快、微型化，成為主要的EVOA制造技術(shù)。
[0005]MEMS VOA實(shí)現(xiàn)光衰減的機(jī)制有微擋光片、光束偏轉(zhuǎn)、光束衍射、光反射率和光反射面積調(diào)控等幾種:
[0006]I)微擋光片實(shí)現(xiàn)的MEMS V0A，采用MEMS微執(zhí)行器控制微擋光片的平移運(yùn)動(dòng)，當(dāng)微擋光片插入兩根光纖間的光纖間隙時(shí)，微擋光片的運(yùn)動(dòng)控制光信號(hào)的耦合程度實(shí)現(xiàn)光的可變衰減。其一對(duì)單根光纖通常放置在硅芯片上制作的V型或U型槽內(nèi)，僅適合進(jìn)行單個(gè)VOA器件的封裝。采用這種光學(xué)封裝存在較大的技術(shù)困難，這些困難包括:單根光纖光學(xué)磨拋，特別是為了降低光回波的斜端面拋光存在很大的技術(shù)難度；單根光纖蒸鍍光學(xué)增透薄膜加工；相互耦合的一對(duì)斜端面光纖的斜角不一致性，斜端面光纖的斜角差異將導(dǎo)致VOA器件插入損耗的增加；斜端面光纖的斜角對(duì)其相互光學(xué)耦合帶來(lái)的技術(shù)困難。Lucent公司研制的微擋光片式MEMS光衰減器，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)50dB，插入損耗ldB。歐洲Sercalo微技術(shù)公司的通過(guò)微執(zhí)行器調(diào)節(jié)擋光板的位置可在2ms內(nèi)實(shí)現(xiàn)0-40dB的衰減量、典型插入損耗僅
0.5dB 的 MEMS VOA。
[0007]2)光束偏轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的MEMS VOA通過(guò)MEMS扭轉(zhuǎn)微反射鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)改變雙光纖準(zhǔn)直器光路的耦合效率，只需要很小的角度變化(約0.3度)就可以實(shí)現(xiàn)30dB的光衰減。Dicon、Santee、JDSU、Neophotonics等公司采用該技術(shù)推出MEMSV0A產(chǎn)品，其中Dicon還推出了 8、10通道MEMS VOA產(chǎn)品，但該多通道MEMSV0A主要采用將單只MEMS VOA進(jìn)行簡(jiǎn)單的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一種方式是采用雙光纖準(zhǔn)直器陣列實(shí)現(xiàn)與MEMS扭轉(zhuǎn)微反射鏡陣列的光纖耦合，而雙光纖準(zhǔn)直器陣列技術(shù)難度大、成本高。因此，采用MEMS扭轉(zhuǎn)微反射鏡實(shí)現(xiàn)多通道MEMSV0A產(chǎn)品成本高，不具技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
[0008]3)光束衍射實(shí)現(xiàn)的MEMS VOA通過(guò)MEMS光柵調(diào)制器調(diào)控光的衍射效率，控制光信號(hào)功率的大小，但其光衰減是波長(zhǎng)相關(guān)的，即DWDM多波長(zhǎng)信號(hào)的衰減量隨波長(zhǎng)變化，實(shí)用受到限制，同樣也存在陣列化的技術(shù)困難。
[0009]4)光反射率調(diào)控實(shí)現(xiàn)的MEMS VOA采用MEMS減反射結(jié)構(gòu)(MARS)調(diào)制光反射率，MARS結(jié)構(gòu)包含硅晶片、沉積在犧牲層上的氮化硅薄膜，以多層電介質(zhì)反射膜的方式工作，通過(guò)施加靜電壓吸引氮化硅薄膜向襯底移動(dòng)，使氣隙減小，改變MARS的光反射率。Bell實(shí)驗(yàn)室基于MARS-MEMS技術(shù)的MARS VCVAV0A可在3 μ s內(nèi)實(shí)現(xiàn)20dB的衰減。Lightconnect公司基于MARS-MEMS技術(shù)研制出FV0A2000及FV0A4000兩款單通道快速V0A，并推出了以FV0A4000為基本單元構(gòu)成的4、8、10通道陣列V0A。該多通道陣列VOA僅是單個(gè)FV0A4000MEMS VOA的簡(jiǎn)單組合?；贛ARS-MEMS技術(shù)的VOA的光衰減同樣波長(zhǎng)相關(guān)的，實(shí)用也受到限制。
[0010]5)光反射面積調(diào)控實(shí)現(xiàn)的MEMS VOA采用熱驅(qū)動(dòng)方式驅(qū)動(dòng)MEMS微反射鏡，平移運(yùn)動(dòng)行程可達(dá)60微米，與小光斑雙光纖準(zhǔn)直器耦合，通過(guò)光反射面積的變化改變反射光信號(hào)功率。該熱驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電壓低，但功耗高。MEMSCAP提供這種MEMS VOA芯片，國(guó)內(nèi)有多家公司采購(gòu)該芯片進(jìn)行器件封裝。
[0011]由于DWDM通信系統(tǒng)的波長(zhǎng)通道數(shù)N為4、8、16、32、40或96,每個(gè)波長(zhǎng)通道配置一只MEMS V0A，雖然單只MEMS VOA的體積不大、成本也不高，但由單只MEMS VOA組合而成的N通道MEMS VOA的體積大、成本高、一致性差，因此利用MEMS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展體積小、單通道成本低，一致性好的多通道的陣列VOA器件滿足DWDM通信系統(tǒng)的多通道VOA具有重要的實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。
[0012]目前光通信器件領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)陣列VOA的技術(shù)主要采用SOI硅平面光波導(dǎo)電路(PLC)方案，利用Si電流注入效應(yīng)或Si熱光效應(yīng)制造陣列波導(dǎo)VOAds SOI波導(dǎo)器件插入損耗大(約2dB)、驅(qū)動(dòng)功耗高、價(jià)格昂貴，主要有Kutora公司提供該產(chǎn)品。另一種實(shí)現(xiàn)陣列VOA的技術(shù)是采用聚合物波導(dǎo)，利用聚合物材料的高的熱光系數(shù)，可以制作熱光效應(yīng)的陣列波導(dǎo)VOA，但聚合物波導(dǎo)器件驅(qū)動(dòng)功耗高、調(diào)節(jié)速度慢，特別是聚合物材料存在嚴(yán)重的可靠性問(wèn)題，沒(méi)有得到市場(chǎng)的廣泛認(rèn)可。
[0013]目前的MEMS VOA技術(shù)實(shí)現(xiàn)單通道VOA具有光學(xué)性能、低成本等優(yōu)勢(shì)，但實(shí)現(xiàn)陣列化存在技術(shù)困難，而MEMS多通道產(chǎn)品也是通過(guò)單只MEMS VOA簡(jiǎn)單組合而成，存在體積大、成本高，一致性差等問(wèn)題，難以滿足光通信設(shè)備減小體積、減低成本、降低控制復(fù)雜度的要求。針對(duì)這樣的現(xiàn)狀，本發(fā)明提供了一種基于MEMS技術(shù)的陣列電可調(diào)諧光衰減器(V0A)，由單一 MEMS驅(qū)動(dòng)器芯片和一對(duì)光纖陣列直接制造出緊湊的N (如4、8、16、32、40或96)通道陣列V0A，滿足DWDM通信系統(tǒng)的多通道VOA需求。
[0014]針對(duì)目前MEMS VOA技術(shù)實(shí)現(xiàn)陣列化存在技術(shù)困難，難以滿足光通信設(shè)備小體積、低成本、低控制復(fù)雜度要求的現(xiàn)狀，而波導(dǎo)陣列VOA成本高、插入損耗大、驅(qū)動(dòng)功耗高的不足，如今迫切需要設(shè)計(jì)一種新的可調(diào)諧光衰減器(V0A)，以便解決上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種陣列電可調(diào)諧光衰減器，具有小體積、低單通道成本、良好一致性、衰減范圍大、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)。[0016]此外，本發(fā)明還提供一種陣列電可調(diào)諧光衰減器的制備方法，可制作體積小、單通道成本低、一致性良好、衰減范圍大、驅(qū)動(dòng)電壓低的陣列電可調(diào)諧光衰減器。
[0017]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0018]一種陣列電可調(diào)諧光衰減器，所述衰減器包括:MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片、輸入光纖陣列、輸出光纖陣列；
[0019]所述輸入光纖陣列、輸出光纖陣列進(jìn)行直接光學(xué)對(duì)準(zhǔn)耦合，MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片中的MEMS光阻擋器陣列設(shè)置于輸入光纖陣列、輸出光纖陣列的間隙中，實(shí)現(xiàn)N路通道的光信號(hào)功率控制，其中，N > 2。
[0020]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片包含M路獨(dú)立的MEMS平動(dòng)微位移驅(qū)動(dòng)器，用以驅(qū)動(dòng)MEMS光阻擋器陣列實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)功率的獨(dú)立控制；其中，M≥N。
[0021]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片為靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器，采用靜電梳齒驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)MEMS光阻擋器陣列幾至幾十微米的平移運(yùn)動(dòng)；
[0022]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片每路通道設(shè)計(jì)單一運(yùn)動(dòng)方向的靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)單個(gè)光阻擋器；也可以每路通道設(shè)計(jì)兩個(gè)相向運(yùn)動(dòng)的靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)光阻擋器相對(duì)運(yùn)動(dòng)，用以降低MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器芯片的驅(qū)動(dòng)電壓，或提高光信號(hào)功率控制精度。
[0023]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片為差分梳齒驅(qū)動(dòng)器，用以改善MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器的電壓-衰減特性曲線。
[0024]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述MEMS光阻擋器陣列采用遮擋光路或偏折光路或光波前相位調(diào)制的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的衰減，對(duì)應(yīng)地，MEMS光阻擋器的結(jié)構(gòu)為擋光片或楔形光阻擋器或相位調(diào)制光阻擋器；
[0025]擋光片的光衰減通過(guò)光反射或吸收或光散射等方法將照射到擋光片上的光信號(hào)損耗掉，控制輸出光纖的光功率；擋光片的刀口結(jié)為直線形或外弧形或內(nèi)弧形或波浪形；[0026]楔形光阻擋器通過(guò)將照射到楔形光阻擋器上的光信號(hào)偏折出光路，實(shí)現(xiàn)輸出光信號(hào)的光功率調(diào)節(jié)；
[0027]相位調(diào)制光阻擋器包括相差π相位的兩個(gè)區(qū)域，從這兩個(gè)區(qū)域通過(guò)的光束在輸出光纖中發(fā)生相消干涉實(shí)現(xiàn)輸出光信號(hào)的光功率調(diào)節(jié)。
[0028]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，在所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片上設(shè)計(jì)封裝限位結(jié)構(gòu)，保護(hù)MEMS芯片在輸入光纖陣列、輸出光纖陣列對(duì)之間幾至數(shù)十微米間隙的光纖直接耦合過(guò)程中不被損壞。
[0029]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述輸入光纖陣列、輸出光纖陣列之間進(jìn)行直接光纖耦合，輸入光纖陣列、輸出光纖陣列的光纖根數(shù)不少于MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片中獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器數(shù)，無(wú)需光學(xué)微透鏡陣列，輸入光纖陣列、輸出光纖陣列的間隙為幾至數(shù)十微米;
[0030]MEMS陣列光阻擋器陣列位于輸入光纖陣列、輸出光纖陣列的間隙之間，通過(guò)電壓控制MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)功率的衰減。
[0031]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述衰減器還包括封裝外殼；
[0032]所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片、輸入光纖陣列、輸出光纖陣列置于封裝外殼中進(jìn)行氣密封裝，封裝外殼采用氣密性材料，輸入光纖陣列、輸出光纖陣列的帶狀光纖為氣密帶狀光纖，氣密帶狀光纖與封裝外殼進(jìn)行氣密性封裝，氣密封裝腔體內(nèi)充入惰性氣體或干燥空氣，并放入干燥劑。
[0033]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片的結(jié)構(gòu)可以為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)或?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)時(shí)，MEMS光阻擋器包含一個(gè)數(shù)十微米的通光孔；所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片采用靜電梳齒驅(qū)動(dòng)方式，控制驅(qū)動(dòng)電壓的大小來(lái)驅(qū)動(dòng)MEMS光阻擋器平移運(yùn)動(dòng)幾至幾十微米的，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖光斑從臨界不阻擋到完全阻擋的連續(xù)控制。
[0034]一種上述陣列電可調(diào)諧光衰減器的制備方法，所述方法包括如下步驟:
[0035]Ca)清洗SOI硅片，SOI硅片包括頂硅層、中間氧化層、襯底硅；
[0036](b)在SOI硅片上涂膠、光刻，而后進(jìn)行ICP刻蝕，并清除掩膜材料；
[0037](C)以雙拋單晶硅片為基片，將SOI硅片頂硅層與雙拋單晶硅片I面進(jìn)行硅-硅鍵合，得到娃-娃鍵合片；
[0038](d)硅-硅鍵合片進(jìn)行高溫氧化，形成二氧化硅掩膜，單晶硅片II面涂膠、光刻，去除硅-硅鍵合片上外露的二氧化硅掩膜層，然后進(jìn)行KOH濕法腐蝕去除SOI的襯底硅，同時(shí)單晶硅片完成穿透腐蝕；
[0039](e)去除SOI硅片的中間氧化層，涂膠、光刻，ICP刻蝕制作凸臺(tái)；
[0040](f)涂膠、光刻，ICP刻蝕釋放梳齒結(jié)構(gòu)，制作MEMS陣列平面梳齒驅(qū)動(dòng)器及微光阻擋器陣列，并在微光阻擋陣列的硅膜上采用硬掩膜技術(shù)蒸鍍光反射膜或光吸收膜，降低光阻擋器的透射光；
[0041](g)進(jìn)行MEMS圓片的劃片，得到物理上分離的MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片；
[0042](h) MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器的光學(xué)封裝步驟。
[0043]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟h包括如下步驟:
[0044](hi)采用光纖間距250 μ m或其它間距的光纖陣列作為輸入光纖陣列、輸出光纖陣列，光纖陣列FA的帶狀光纖為氣密封裝的帶狀光纖；[0045](h2)將輸入FA與MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片對(duì)準(zhǔn)，使每根輸入光纖與MEMS陣列驅(qū)動(dòng)器芯片中微擋光器的刀口的位置一致，并且光阻擋器的刀口與輸入的光纖光斑處于臨界的交疊位置，調(diào)節(jié)MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片與輸入FA接觸，并點(diǎn)膠固定。
[0046](h3)將輸出FA插入MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片背面腐蝕孔中，與輸入FA進(jìn)行直接光纖耦合，調(diào)節(jié)輸出FA與輸入FA的間距大于但接近于設(shè)計(jì)間隙，然后調(diào)節(jié)FA的上、下位置及角度，直至FA陣列光纖中兩端的兩根光纖耦合損耗同時(shí)最小，再通過(guò)光學(xué)調(diào)節(jié)架將輸出FA平移至與MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片的背后凸臺(tái)接觸，輸入與輸出FA的間距即為設(shè)計(jì)的間隙；
[0047](h4)將輸出FA從MEMS芯片的腐蝕通孔中點(diǎn)膠，將輸出FA與芯片固定，構(gòu)成耦合對(duì)準(zhǔn)的FA-芯片-FA組合體，作為第一組合體；
[0048](h5)將第一組合體用膠固定到PCB基板上，并采用引線鍵合技術(shù)將MEMS芯片的電極引出到PCB或其它封裝基板上，形成第二組合體；
[0049](h6)將第二組合體用膠固定到密封盒的底板上，該底板上已制作密封引線管腳，將PCB或其它封裝基板的引線與密封盒底板上引線管腳進(jìn)行引線鍵合；
[0050](h7)將輸入FA和輸出FA的氣密封裝帶狀光纖從密封盒的兩側(cè)的預(yù)留開(kāi)口中穿出，在密封盒內(nèi)放入干燥的吸潮材料，將密封盒與底板進(jìn)行氣密焊接或封接；
[0051](h8)將封裝盒進(jìn)行加熱去除濕氣，在干燥的氮?dú)猸h(huán)境中將輸入FA、輸出FA的密封帶狀光纖與封裝盒側(cè)壁進(jìn)行金屬氣密焊接，再進(jìn)一步利用密封膠進(jìn)行密封，確保MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片工作在氣密環(huán)境中，免受外界空氣濕度的影響。
[0052]本發(fā)明提出的陣列電可調(diào)諧光衰減器及其制備方法，其有益效果在于:
[0053]I)單一 MEMS陣列驅(qū)動(dòng)器芯片實(shí)現(xiàn)N通道(N=2至96或更大)的DWDM光信號(hào)功率控制，體積小，單通道平均成本低；
[0054]2)采用一對(duì)光纖陣列直接進(jìn)行光學(xué)耦合，無(wú)需光學(xué)微透鏡陣列，不僅降低了技術(shù)難度，而且大幅度降低了封裝成本；
[0055]3)采用光纖陣列直接進(jìn)行光學(xué)耦合，實(shí)現(xiàn)一次耦合對(duì)準(zhǔn)可以完成多通道VOA的光學(xué)率禹合；
[0056]4)MEMS陣列驅(qū)動(dòng)器芯片采用靜電平面梳齒驅(qū)動(dòng)器，制造工藝簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功耗很低、一致性好，驅(qū)動(dòng)電壓可以降低至5V以內(nèi)；
[0057]5)與SOI波導(dǎo)和聚合物波導(dǎo)陣列VOA相比,本發(fā)明的器件光插入損耗低(小于IdB,最小0.5dB)、光衰減范圍大(可達(dá)60dB)、偏振相關(guān)性小、功耗低(微瓦量級(jí))、可靠性高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0058]圖1為MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0059]圖2為MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器的光路示意圖。
[0060]圖3為MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器的光功率控制原理圖。
[0061]圖4a為擋光片光阻擋器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0062]圖4b為楔形光阻擋器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0063]圖4c為相位調(diào)制光阻擋器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0064]圖5a為外弧形擋光片的刀口結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。[0065]圖5b為內(nèi)弧形擋光片的刀口結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0066]圖5c為波浪形擋光片的刀口結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0067]圖6a為對(duì)稱結(jié)構(gòu)的MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0068]圖6b為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片的結(jié)構(gòu)示意圖(擋光器處于臨界不阻擋位置)。
[0069]圖6c為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片的結(jié)構(gòu)不意圖(擋光器處于光纖光斑阻擋位置)。
[0070]圖7a至圖7f分別為本發(fā)明方法步驟a至步驟f的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0071]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0072]本發(fā)明提供了一種基于MEMS技術(shù)的陣列電可調(diào)諧光衰減器(VOA)，由單一 MEMS驅(qū)動(dòng)器芯片和一對(duì)光纖陣列直接制造出緊湊的N(如4、8、16、32、40、96或更大)通道陣列V0A，具有小體積、低單通道成本、良好一致性、衰減范圍大、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足DWDM通信系統(tǒng)的多通道VOA需求。 [0073]本發(fā)明提供的MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器包含PCB板14、一塊MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片11、一只輸入FA (即輸入光纖陣列)12、一只輸出FA (即輸出光纖陣列)13、氣密封裝結(jié)構(gòu)(如固定膠水15)、管腳16，如圖1所示。輸入FA12、輸出FA13直接光學(xué)對(duì)準(zhǔn)耦合，MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片置于輸入FA12、輸出FA13的間隙中，并進(jìn)行氣密封裝，實(shí)現(xiàn)N通道(N=2至96或更大)的光信號(hào)功率控制，可應(yīng)用于DWDM光纖通信系統(tǒng)的多通道的光信號(hào)功率控制，其光路示意圖如圖2所示。
[0074]本發(fā)明中，MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器的光功率控制原理是基于MEMS光阻擋器18對(duì)輸入、輸出光纖的光斑的阻擋量控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖耦合效率的連續(xù)調(diào)節(jié)，如圖3所示。MEMS光阻擋器18可以采用多種方式實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的衰減，包括遮擋光路、偏折光路、光波前相位調(diào)制，其光阻擋器的結(jié)構(gòu)分別為擋光片、楔形光阻擋器和相位調(diào)制光阻擋器幾種結(jié)構(gòu)，如圖4a至圖4c所示。擋光片的光衰減通過(guò)光反射或吸收或光散射等方法將照射到擋光片上的光信號(hào)損耗掉，控制輸出光纖的光功率。擋光片的刀口結(jié)構(gòu)可以米取多種結(jié)構(gòu)，如直線形、外弧形、內(nèi)弧形、波浪形等，后三種刀口結(jié)構(gòu)如圖5a至圖5c所示，可以改善在大衰減量時(shí)的VOA光學(xué)特性。楔形光阻擋器通過(guò)將照射到楔形光阻擋器上的光信號(hào)偏折出光路，實(shí)現(xiàn)輸出光信號(hào)的光功率調(diào)節(jié)。相位調(diào)制光阻擋器包括相差η相位的兩個(gè)區(qū)域，從這兩個(gè)區(qū)域通過(guò)的光束在輸出光纖中發(fā)生相消干涉實(shí)現(xiàn)輸出光信號(hào)的光功率調(diào)節(jié)。
[0075]所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片包含M路(M≥N)獨(dú)立的MEMS靜電平動(dòng)微位移驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)MEMS光阻擋器實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)功率的獨(dú)立控制；MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片的結(jié)構(gòu)包括多種形式，如對(duì)稱結(jié)構(gòu)、非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，如圖6a至圖6c所示，其中對(duì)稱結(jié)構(gòu)MEMS陣列驅(qū)動(dòng)器芯片的光阻擋器18包含一個(gè)數(shù)十微米的通光孔63，光阻擋器18由對(duì)稱分布的折疊彈性梁懸掛在支撐硅梁19，平面梳齒驅(qū)動(dòng)器64位于光阻擋器18的兩端，驅(qū)動(dòng)光阻擋器18在平面內(nèi)的平移運(yùn)動(dòng)，如圖6a所示。通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電壓的大小來(lái)驅(qū)動(dòng)MEMS光阻擋器18平移運(yùn)動(dòng)幾至幾十微米的，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖光斑17從臨界不阻擋到完全阻擋的連續(xù)控制；如圖6b和圖6c分別表不非對(duì)稱結(jié)構(gòu)MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片的光阻擋器與光纖光斑17的相當(dāng)位置及其變化，圖6b表示初始位置，光纖光斑17不被阻擋但非常接近被阻擋，即臨界不阻擋，光信號(hào)直通耦合入輸出光纖，此時(shí)對(duì)光信號(hào)衰減最小，即為VOA的插入損耗。圖6c表示光纖光斑17部分被阻擋，此時(shí)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行衰減。
[0076]所述的MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片，其靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器還可以采用差分梳齒驅(qū)動(dòng)器，以改善器件的電壓-衰減特性；其每個(gè)通道還可以設(shè)計(jì)為兩個(gè)相向運(yùn)動(dòng)的靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)光阻擋器相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以降低MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器的驅(qū)動(dòng)電壓，或提高光信號(hào)功率控制精度。
[0077]所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片上設(shè)計(jì)封裝保護(hù)結(jié)構(gòu)，該封裝保護(hù)結(jié)構(gòu)是在MEMS驅(qū)動(dòng)器的支撐邊框上制作保護(hù)凸臺(tái)，凸臺(tái)高出可動(dòng)結(jié)構(gòu)平面數(shù)微米，輸入FA可與芯片支撐邊框直接接觸，但不會(huì)碰觸MEMS可動(dòng)結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)幾至數(shù)十微米間隙的光纖直接耦合過(guò)程中MEMS芯片不被損壞。在MEMS芯片背面的可動(dòng)結(jié)構(gòu)下面同樣制作了作保護(hù)凸臺(tái)，保證輸出FA與輸出FA靠近耦合時(shí)可與MEMS芯片背面直接接觸，但不會(huì)碰觸MEMS可動(dòng)結(jié)構(gòu)，從而保護(hù)MEMS芯片。
[0078]所述的MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器，其輸入、輸出FA直接光纖耦合，F(xiàn)A對(duì)之間的間隙為幾至數(shù)十微米，F(xiàn)A帶狀光纖的光纖數(shù)為P (不少于MEMS陣列驅(qū)動(dòng)器芯片中獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器數(shù)M),無(wú)需光學(xué)微透鏡陣列，F(xiàn)A對(duì)的光纖稱合插入損耗可以小于IdB,陣列MEMS光阻擋器位于FA對(duì)的間隙中，通過(guò)電壓控制MEMS光阻擋器平移運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)功率的衰減。
[0079]所述的FA的光纖間距d可采用標(biāo)準(zhǔn)的127 μ m或250 μ m,也可以定制的光纖間距d (125 μ m≤d≤2000 μ m)，d與MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器的間距保持一致。FA的材料采用硅，也可以采用石英，其斜端面拋光角度為3-10°，優(yōu)選8°，并蒸鍍光通信波段的光學(xué)增透薄膜。
[0080]所述的MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器的輸入、輸出FA與MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器平面接近垂直，F(xiàn)A斜拋光端面 與MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器平面平行，F(xiàn)A光纖排布方向與陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器的排列方向一致，保證陣列VOA特性的一致性。輸入、輸出FA拋光端面的間隙為幾至數(shù)十微米，該間隙必須大于MEMS光阻擋器的厚度約數(shù)微米。輸入、輸出FA拋光端面不能與MEMS微擋光片接觸，其距離在亞微米至幾微米之間，MEMS光阻擋器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中也要保證不碰觸FA，這可以通過(guò)MEMS芯片的保護(hù)凸臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0081]所述的MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器，整個(gè)器件封裝在金屬或玻璃或陶瓷密封腔體中，實(shí)現(xiàn)氣密封裝，保證器件壽命期間的可靠性。
[0082]本發(fā)明的實(shí)施包括MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片制造和MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器(VOA)的光學(xué)封裝兩個(gè)部分，這里給出的實(shí)施例僅是一個(gè)可能的具體實(shí)施方案，不影響本發(fā)明的權(quán)力要求。
[0083]I) MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片制造實(shí)施例
[0084]本實(shí)施例以MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片的制造工藝流程來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，其工藝參數(shù)可以有多種取值，這里僅以通常的取值為例進(jìn)行說(shuō)明。MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片MEMS結(jié)構(gòu)如圖6a至圖6c所示，主要工藝流程如圖7所示。
[0085]MEMS陣列驅(qū)動(dòng)器芯片的主要工藝為硅-硅鍵合和平動(dòng)梳齒制造工藝，是MEMS體硅工藝中成熟的工藝技術(shù)。主要工藝流程如下:
[0086]Ca)米用商用SOI娃片,頂娃層為重?fù)诫s的低阻娃、厚度20 μ m,中間氧化層2 μ m,襯底硅450 μ m,完成SOI硅片清洗；
[0087](b) SOI硅片的涂膠、光刻，ICP刻蝕，刻蝕深度約3 μ m,并清除掩膜材料；
[0088](c)雙拋單晶硅片為基片，厚度約450 μ m，將SOI硅片的頂硅層與雙拋單晶硅片I面進(jìn)行娃_娃鍵合，得到娃_娃鍵合片；
[0089](d)硅-硅鍵合片進(jìn)行高溫氧化，形成二氧化硅掩膜，單晶硅片II面涂膠、光刻，去除硅-硅鍵合片上外露的二氧化硅掩膜層，然后進(jìn)行KOH濕法腐蝕去除SOI的襯底硅，同時(shí)單晶硅片完成穿透腐蝕；
[0090](e)去除SOI娃片的中間氧化層,涂膠、光刻，ICP刻蝕3 μ m制作凸臺(tái)；
[0091](f)涂膠、光刻，ICP刻蝕釋放梳齒結(jié)構(gòu)，制作MEMS陣列平面梳齒驅(qū)動(dòng)器及微光阻擋器陣列，梳齒間隙2.5 μ m、梳齒寬度4 μ m、梳齒厚度14 μ m,并在微光阻擋陣列的硅膜上采用硬掩膜技術(shù)蒸鍍Au或Ti反射膜，降低光阻擋器的透射光。
[0092](g)最后進(jìn)行MEMS圓片的劃片，得到物理上分離的MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片。MEMS微光阻擋器陣列的通道間距為250 μ m。
[0093](h) MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器(VOA)進(jìn)行光學(xué)封裝。在本實(shí)施例中，MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器(VOA)的光學(xué)封裝采用氣密封裝結(jié)構(gòu)，如圖1所示，封裝步驟包括:
[0094](hi)采用光纖間距250 μ m的FA作為輸入/輸出光纖陣列，F(xiàn)A的帶狀光纖為氣密封裝的帶狀光纖；
[0095](h2)將輸入FA與MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片對(duì)準(zhǔn)，使每根輸入光纖與MEMS陣列驅(qū)動(dòng)器芯片中微擋光器的刀口的位置一致，并且光阻擋器的刀口與輸入的光纖光斑處于臨界的交疊位置，調(diào)節(jié)MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片與輸入FA接觸，并點(diǎn)膠固定；
[0096](h3)將輸出FA插入MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片背面腐蝕孔中，與輸入FA進(jìn)行直接光纖耦合，調(diào)節(jié)輸出FA與輸入FA的間距約為25-30 μ m，然后調(diào)節(jié)FA的上、下位置及角度，直至FA陣列光纖中兩端的兩根光纖耦合損耗同時(shí)最小，再通過(guò)光學(xué)調(diào)節(jié)架將輸出FA平移至與MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片的背后凸臺(tái)接觸，輸入與輸出FA的間距即為設(shè)計(jì)的20 μ m間隙，與SOI材料的頂層硅厚度相同；
[0097](h4)將輸出FA從MEMS芯片的腐蝕通孔中點(diǎn)膠，將輸出FA與芯片固定，構(gòu)成耦合對(duì)準(zhǔn)的FA-芯片-FA組合體，作為第一組合體；
[0098](h5)將第一組合體用膠固定到PCB基板上，并采用引線鍵合技術(shù)將MEMS芯片的電極引出到PCB基板上，形成第二組合體；
[0099](h6)將第二組合體用膠固定到密封金屬盒的底板上，該底板上已制作密封引線管腳，將PCB基板的引線與密封金屬盒底板上引線管腳進(jìn)行引線鍵合；
[0100](h7)將輸入FA和輸出FA的氣密封裝帶狀光纖從密封金屬盒的兩側(cè)的預(yù)留開(kāi)口中穿出，在金屬盒內(nèi)放入干燥的吸潮材料，將密封金屬盒與底板進(jìn)行平行封焊，實(shí)現(xiàn)氣密焊接；
[0101](h8)將封裝金屬盒進(jìn)行加熱去除濕氣，在干燥的氮?dú)猸h(huán)境中將輸入/輸出FA的密封帶狀光纖與封裝金屬盒側(cè)壁進(jìn)行金屬氣密焊接(如錫焊或激光焊接)，再進(jìn)一步利用密封膠進(jìn)行密封，確保MEMS芯片工作在氣密環(huán)境中，免受外界空氣濕度的影響。
[0102]以上的封裝推薦在潔凈的封裝環(huán)境中進(jìn)行，以提高器件封裝成品率。
[0103]綜上所述，本發(fā)明提出的陣列電可調(diào)諧光衰減器，具有小體積、低單通道成本、良好一致性、衰減范圍大、驅(qū)動(dòng)電壓低等優(yōu)點(diǎn)。
[0104]這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。
【權(quán)利要求】
1.一種MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器，其特征在于，所述衰減器包括:MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片、輸入光纖陣列、輸出光纖陣列； 所述輸入光纖陣列、輸出光纖陣列進(jìn)行直接光學(xué)對(duì)準(zhǔn)耦合，MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片中的MEMS光阻擋器陣列設(shè)置于輸入光纖陣列、輸出光纖陣列的間隙中，實(shí)現(xiàn)N路通道的光信號(hào)功率控制，其中，N >2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器，其特征在于: 所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片包含M路獨(dú)立的MEMS平動(dòng)微位移驅(qū)動(dòng)器，用以驅(qū)動(dòng)MEMS光阻擋器陣列實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)功率的獨(dú)立控制；其中，M ^ N。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器，其特征在于: 所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片為靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器，采用靜電梳齒驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)MEMS光阻擋器陣列幾至幾十微米的平移運(yùn)動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器，其特征在于: 所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片每路通道設(shè)計(jì)單一運(yùn)動(dòng)方向的靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)單個(gè)光阻擋器；或者每路通道設(shè)計(jì)兩個(gè)相向運(yùn)動(dòng)的靜電梳齒驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)兩個(gè)光阻擋器相對(duì)運(yùn)動(dòng)，用以降低MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器芯片的驅(qū)動(dòng)電壓，或提高光信號(hào)功率控制精度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器，其特征在于: 所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片采用差分梳齒驅(qū)動(dòng)器，用以改善MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器的電壓-衰減特性曲線。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS 陣列電可調(diào)諧光衰減器，其特征在于: 所述MEMS光阻擋器陣列采用遮擋光路或偏折光路或光波前相位調(diào)制的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)的衰減，對(duì)應(yīng)地，MEMS光阻擋器的結(jié)構(gòu)為擋光片或楔形光阻擋器或相位調(diào)制光阻擋器； 擋光片的光衰減通過(guò)光反射或吸收或光散射等方法將照射到擋光片上的光信號(hào)損耗掉，控制輸出光纖的光功率；擋光片的刀口結(jié)為直線形或外弧形或內(nèi)弧形或波浪形； 楔形光阻擋器通過(guò)將照射到楔形光阻擋器上的光信號(hào)偏折出光路，實(shí)現(xiàn)輸出光信號(hào)的光功率調(diào)節(jié)； 相位調(diào)制光阻擋器包括相差η相位的兩個(gè)區(qū)域，從這兩個(gè)區(qū)域通過(guò)的光束在輸出光纖中發(fā)生相消干涉實(shí)現(xiàn)輸出光信號(hào)的光功率調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器，其特征在于: 在所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片上設(shè)計(jì)封裝限位結(jié)構(gòu)，保護(hù)MEMS芯片在輸入光纖陣列、輸出光纖陣列對(duì)之間幾至數(shù)十微米間隙的光纖直接耦合過(guò)程中不被損壞。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器，其特征在于: 所述輸入光纖陣列、輸出光纖陣列之間進(jìn)行直接光纖耦合，輸入光纖陣列、輸出光纖陣列的光纖根數(shù)P不少于MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片中獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器數(shù)M，無(wú)需光學(xué)微透鏡陣列，輸入光纖陣列、輸出光纖陣列之間的間隙為幾至數(shù)十微米； MEMS陣列光阻擋器陣列位于輸入光纖陣列、輸出光纖陣列的間隙之間，通過(guò)電壓控制MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)功率的衰減。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器，其特征在于:所述衰減器還包括封裝外殼； 所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片、輸入光纖陣列、輸出光纖陣列置于封裝外殼中進(jìn)行氣密封裝，封裝外殼采用氣密性材料，輸入光纖陣列、輸出光纖陣列的帶狀光纖為氣密帶狀光纖，氣密帶狀光纖與封裝外殼進(jìn)行氣密性封裝，氣密封裝腔體內(nèi)充入惰性氣體或干燥空氣，并放入干燥劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器，其特征在于: MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片的結(jié)構(gòu)可以為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)或?qū)ΨQ結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)時(shí)，MEMS光阻擋器包含一個(gè)數(shù)十微米的通光孔；所述MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片采用靜電梳齒驅(qū)動(dòng)方式，控制驅(qū)動(dòng)電壓的大小來(lái)驅(qū)動(dòng)MEMS光阻擋器平移運(yùn)動(dòng)幾至幾十微米的，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖光斑從臨界不阻擋到完全阻擋的連續(xù)控制。
11.一種權(quán)利要求1至10之一所述MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟: (a)清洗SOI硅片，SOI硅片包括頂硅層、中間氧化層、襯底硅； (b)在SOI硅片上涂膠、光刻，而后進(jìn)行ICP刻蝕，并清除掩膜材料； (c)以雙拋單晶硅片為基片，將SOI硅片頂硅層與雙拋單晶硅片I面進(jìn)行硅-硅鍵合，得到娃-娃鍵合片； (d)硅-硅鍵合片進(jìn)行高溫氧化，形成二氧化硅掩膜，單晶硅片II面涂膠、光刻，去除硅-硅鍵合片上外露的二氧化硅掩膜層，然后進(jìn)行KOH濕法腐蝕去除SOI的襯底硅，同時(shí)單晶硅片完成穿透腐蝕； Ce)去除SOI硅片的中間氧化層，涂膠、光刻，ICP刻蝕制作凸臺(tái)； Cf)涂膠、光刻，ICP刻蝕釋放梳齒結(jié)構(gòu)，制作MEMS陣列平面梳齒驅(qū)動(dòng)器及微光阻擋器陣列，并在微光阻擋陣列的硅膜上采用硬掩膜技術(shù)蒸鍍光反射膜或光吸收膜，降低光阻擋器的透射光； (g)進(jìn)行MEMS圓片的劃片，得到物理上分離的MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片； (h)MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器的光學(xué)封裝步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的MEMS陣列電可調(diào)諧光衰減器，其特征在于: 所述步驟h包括如下步驟: (hi)采用光纖陣列FA作為輸入光纖陣列、輸出光纖陣列，光纖陣列FA的帶狀光纖為氣密封裝的帶狀光纖； (h2)將輸入FA與MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片對(duì)準(zhǔn)，使每根輸入光纖與MEMS陣列驅(qū)動(dòng)器芯片中微擋光器的刀口的位置一致，并且光阻擋器的刀口與輸入的光纖光斑處于臨界的交疊位置，調(diào)節(jié)MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片與輸入FA接觸，并點(diǎn)膠固定； (h3)將輸出FA插入MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片背面腐蝕孔中，與輸入FA進(jìn)行直接光纖耦合，調(diào)節(jié)輸出FA與輸入FA的間距大于但接近于設(shè)計(jì)間隙，然后調(diào)節(jié)FA的上、下位置及角度，直至FA陣列光纖中兩端的兩根光纖耦合損耗同時(shí)最小，再通過(guò)光學(xué)調(diào)節(jié)架將輸出FA平移至與MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片的背后凸臺(tái)接觸，輸入與輸出FA的間距即為設(shè)計(jì)的間隙； (h4)將輸出FA從MEMS芯片的腐蝕通孔中點(diǎn)膠，將輸出FA與芯片固定，構(gòu)成耦合對(duì)準(zhǔn)的FA-芯片-FA組合體，作為第一組合體；(h5)將第一組合體用膠固定到PCB基板上，并采用引線鍵合技術(shù)將MEMS芯片的電極引出到PCB或其它封裝基板上，形成第二組合體； (h6)將第二組合體用膠固定到密封盒的底板上，該底板上已制作密封引線管腳，將PCB或其它封裝基板的引線與密封盒底板上引線管腳進(jìn)行引線鍵合； (h7)將輸入FA和輸出FA的氣密封裝帶狀光纖從密封盒的兩側(cè)的預(yù)留開(kāi)口中穿出，在密封盒內(nèi)放入干燥的吸潮材料，將密封盒與底板進(jìn)行氣密焊接； (h8)將封裝盒進(jìn)行加熱去除濕氣，在干燥的氮?dú)猸h(huán)境中將輸入FA、輸出FA的密封帶狀光纖與封裝盒側(cè)壁進(jìn)行氣密焊接或封接，再進(jìn)一步利用密封膠進(jìn)行密封，確保MEMS陣列光阻擋驅(qū)動(dòng)器芯片工作在氣密 環(huán)境中，免受外界空氣濕度的影響。
【文檔編號(hào)】B81C1/00GK103885122SQ201210563668
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月21日
【發(fā)明者】不公告發(fā)明人 申請(qǐng)人:微機(jī)電科技香港有限公司