[发明专利]一种微型光学器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学器件及其制备方法，特别是关于一种具有光开关和可变光衰减器混合功能的微型光学器件及其制备方法。

背景技术

采用微电子机械系统(MEMS)技术实现的光开关和可变光衰减器具有体积小、重量轻、能耗低、性能稳定等优点。随着光纤通讯技术和密集波分复用系统的飞速发展，MEMS光开关和可变光衰减器作为重要的光波导器件，得到了越来越广泛的应用。目前有关MEMS光开关和可变光衰减器的研究已有很多报道。这些器件都是以分立器件的形式设计，制造和封装，并能很好地实现光开关或光衰减功能。

集成化是当前MEMS技术发展的主流。集成化MEMS器件具有体积更小、重量更轻、功耗更低、成本更低、可靠性更高、性能更优异及功能更强大等优点。通过集成MEMS光开关和可变光衰减器，研制出高性能的具有光开关和可变光衰减器混合功能的微型光学器件，将极大的提高MEMS通讯类光学器件的性能、集成度和在应用方面的柔性度。然而，光开关同可变光衰减器在工艺和结构设计上存在较大的差异，因此实现该类集成技术存在着巨大的困难。就目前来看，在世界范围内，仍然通过将分立的MEMS光开关和可变光衰减器通过外部电学和光学连接构成微光系统来实现集成化的高性能微型光学器件的光开关和可变光衰减器混合功能。这将提高设备成本、降低系统可靠性、增加系统维护难度和不利于设备的微型化。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可实现光开关和可变光衰减器混合功能的微型光学器件及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种微型光学器件，其特征在于：它包括固定电极、可动电极、支撑梁、玻璃衬底、光反射模块和光纤固定模块；所述固定电极包括连接在所述玻璃衬底顶面两侧的梳齿式固定电极和固定在所述玻璃衬底顶面中部的平板式固定电极；所述可动电极为插设在所述梳齿式固定电极间的两梳齿式可动电极和分别位于所述平板式固定电极上方的两平板式可动电极；所述支撑梁包括折叠横梁和组合扭转梁，所述折叠横梁包括通过短梁连接所述两可动电极的通梁，通过锚点悬浮固定在所述玻璃衬底上的折叠梁；所述组合扭转梁包括多个支梁，其中两所述支梁一端连接所述折叠横梁，另一端连接两可动电极的外侧；另两所述支梁的一端连接所述两可动电极的内侧，另一端连接光反射模块的尾部两侧，再两所述支梁一端连接所述折叠横梁，另一端连接所述光反射模块的尾部；所述光纤固定模块上以所述光反射模块为中心，呈放射状设置有若干光纤槽，且每一所述光纤槽分别对准所述光反射模块上多个光反射面中的一个。

所述组合扭转梁与所述折叠横梁可以是单端不等高梁。所述单端不等高的组合扭转梁可以与所述折叠横梁的顶部平齐，底部高于所述折叠横梁。所述单端不等高的组合扭转梁也可以与所述折叠横梁的底部平齐，顶部低于所述折叠横梁。

所述组合扭转梁与所述折叠横梁也可以是双端不等高梁。

所述组合扭转梁与所述折叠横梁为单端不等高梁时，采用以下主要制备工艺：

(1)采用双抛N型(100)硅片；

(2)在硅片上形成氧化硅掩膜，然后刻蚀深槽，所述深槽的深度定出玻璃衬底上的固定电极和可动电极之间的间隙；

(3)去除氧化硅掩膜，对所述硅片表面进行掺杂，以形成欧姆接触；

(4)在玻璃衬底上制作金属电极，作为微驱动结构的引线电极；

(5)将玻璃衬底和硅片进行阳极键合，并将硅片减薄到固定电极的厚度；

(6)在硅片上形成氧化硅掩膜，再在氧化硅掩膜表面形成光刻胶掩膜，进而形成氧化硅和光刻胶的复合掩模；然后以光刻胶掩膜为掩模刻蚀深槽，定出折叠横梁上端与组合扭转梁上端的高度差；

(7)去除光刻胶掩模，以氧化硅掩膜为掩模刻蚀释放结构，完成微型光学器件制备。

所述组合扭转梁与所述折叠横梁为双端不等高梁时，采用以下主要制备工艺：

(1)采用双抛N型(100)硅片；

(2)在硅片上形成氧化硅掩膜，再在氧化硅掩模表面形成光刻胶掩膜，进而形成氧化硅和光刻胶的复合掩模；以光刻胶掩膜为掩模刻蚀深槽，深槽的深度定出折叠横梁与组合扭转梁的下端高度差；

(3)去除光刻胶掩模，以氧化硅掩模为掩模刻蚀硅片形成深槽，深槽的深度定出玻璃衬底上的固定电极和可动电极之间的间隙；

(4)去除氧化硅掩膜，对所述硅片表面进行掺杂，以形成欧姆接触；

(5)在玻璃衬底上制作金属电极，作为微驱动结构的引线电极；

(6)将玻璃衬底和硅片进行阳极键合，并将硅片减薄到固定电极的厚度；