[发明专利]具有跷跷板结构的两路集成可变光衰减器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通讯技术领域，特别是一种具有跷跷板结构的两路集成可变光衰减器及其制作方法。

背景技术

可调式光衰减器(Variable Optical Attenuator，VOA)是现代宽带光网中的一种核心器件。光衰减器可以对光功率进行预订量的衰减，在光纤模拟信号传输及波分复用光纤网络等科研和工程领域有着十分重要的应用。由于传统的大体积机械式光衰减器存在体积大、成本高及功率大等缺点，随着近几年来微机械系统(MEMS)研究的深入微机械光衰减器的报道也越来越多，这些衰减器大都为单元器件，除了保持了传统技术VOA的光学性能外，还具有衰减范围大、驱动电压低、体积小、响应速度快和性价比高等优点。

常见的可调光衰减器种类繁多，主要包括：光栅衍射型，液晶型，反射镜旋转/位移型，平面波导型等。

光栅衍射型VOA基于动态衍射光栅技术。当施加电压时，在静电作用下相同间隔的动栅条位置向下移动产生衍射光栅效应，通过电压调节来控制一级衍射光从而达到调节光信号衰减量的目的。

液晶型VOA主要是利用聚合物分散液晶材料(PDLC)这种电控光学材料，液晶的有效折射率受到电场调控，使得PDLC材料的光学性能能够在一定范围内受到电场调控，这种衰减器是一种非机械式的VOA，其衰减范围受到液晶材料的限制。

反射式VOA是在硅基上制作一块微反射镜。光经双芯准直器的一端进入，以一定角度入射到微反射镜上，当施加电压时，微反射镜在静电作用下被扭转，倾角改变，入射光的入射角度发生改变，光反射后能量不能完全耦合进双芯准直器的另一端，达到调节光强的目的。而未加电压时，微反射镜呈水平状态，光反射后能量完全耦合进双芯准直器的另一端。

平面光波导VOA是基于Mach-Zehnder干涉仪(MZI)原理，并利用热光效应，使材料的折射率发生变化，从而改变MZI的干涉臂的长度，使两臂产生不同的光程差，实现对光衰减量的控制。这种方法必须对光束进行分束和耦合，这就会引入较大的插入损耗。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种具有跷跷板结构的两路集成可变光衰减器及其制作方法。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种具有跷跷板结构的两路集成可变光衰减器，该衰减器包括两对单模光纤1、光纤定位结构2、具有跷跷板结构的可动上电极3和固定下电极4，其中光纤定位结构2是在硅片上腐蚀出的V型槽自对准结构，可动上电极3包括微镜(31、31′)和跷跷板式悬臂32，其中微镜(31、31′)分别位于所述悬臂32两端，固定下电极4包括硅片上腐蚀出来的凹槽41和蒸镀在凹槽上的金属电极(42、42′)。

上述方案中，所述微镜(31、31′)与所述跷跷板式悬臂32方向平行，且二者为同一硅片上通过微机械加工工艺制作而成。

上述方案中，所述悬臂32通过位于其正中的扭臂33与外框34连接，形成跷跷板结构。

上述方案中，调节一侧光衰减量需要调节另一侧电极间电压，另一侧悬臂下降同时本侧悬臂上升，导致所述微镜(31、31′)进入光路中对光通量进行调节，实现光衰减器的调节。

上述方案中，所述微镜(31、31′)用于分别调节两路光通量。

为达到上述目的，本发明还提供了一种制作具有跷跷板结构的两路集成可变光衰减器的方法，该方法包括：

步骤1：选取(100)硅片制作自对准V型槽；

步骤2：选取(110)硅片制作上电极结构；

步骤3：选取(100)或(110)硅片制作下电极结构；

步骤4：将自对准V型槽、上电极结构和下电极结构按照上中下顺序依次对准键合。

上述方案中，所述步骤1包括：

在(100)硅片双面生长氮化硅；

对双面生长氮化硅的(100)硅片进行各向异性湿法腐蚀，腐蚀出与上电极悬臂大小相当的孔洞；

在该孔洞两侧与上电极微镜对应位置各向异性湿法腐蚀出自对准V型槽结构；

选取光纤并在V型槽内耦合后固定。

上述方案中，所述步骤2包括：

在(100)硅片双面生长氮化硅；

对双面生长氮化硅的(100)硅片进行各向异性湿法腐蚀，腐蚀出微镜，用暴露出的{111}面作为微镜镜面，保证镜面与悬臂垂直，同时腐蚀悬臂部分，使悬臂部分变薄；

在腐蚀出来的悬臂部分和微镜结构上蒸镀金属；

反应离子刻蚀至硅片通透，制作出悬臂部分。

上述方案中，所述步骤3包括：