[发明专利]一种微机械空间光调制器

说明书

所属领域：

本发明涉及一种微机械空间光调制器，用于光开关和可变光衰减器，属于微光机电系统技术及光通信技术领域。

背景技术：

目前光纤通信技术已经从单波长的点到点光时分复用(OTMD)发展到多波长的网状密集波分复用(DMDW)，它充分利用了光纤的巨大传输容量，必将成为组建下一代高可靠性、超大容量、超高速信息网络的核心技术。光开关和可变光衰减器是组建全光网络的两种关键器件：光开关(optical switch)主要用于实现光路的切换；可变光衰减器(variable optical attenuator，VOA)通过对传输光功率的衰减来实现对光信号的适时控制，主要用于DWDM系统中信道的光功率平衡，实现增益平坦、动态增益平衡及传输功率平衡。

传统的光开关与可变光衰减器作为分离的元件，且需要电-光-电转换过程，具有体积大、成本高、响应慢、集成度低等不足，限制了这些元件在光网络中的应用。MEMS技术与IC工艺相兼容，具有成本低、体积小、重量轻、高集成性、灵活性、智能性的特点，被广泛用于光通信领域。近年来，国际上出现了基于MEMS技术的不同类型的兼具光开关与可变光衰减器功能的空间光调制器。1999年，美国C.R.Giles等科研人员研制出一种用于单输入/单输出光纤通道的光开关和光衰减集成光调制器(A Silicon Mems Optical Switch Attenuator and Its Use in Lightwave Subsystems，Journal of Selected topics in Quantum Electronics，Vol.5，pp：18～25，1999)。这种器件采用静电驱动的快门式遮光片对光进行可控遮挡，从而达到光可变衰减；当传输光被遮光片全部遮挡时，即实现光纤通道的关闭，起到光开关的作用。与此类似，在专利Swith/Variable Optical Attenuator(US2004/0165813A1)中，提到了一种2×2光开关/光衰减功能的光调制器，该器件采用两个快门遮挡片布置在光纤通道两侧，各自控制，分别实现光路切换和光衰减调节作用。除了快门式光开关/光衰减集成光调制器外，Nabeel A.Riza提出一种微镜阵列式2×2光开关/光衰减集成的空间光调制器(Versatile Multi-Wavelength Fiber-Optic Switch and Attenuator Structures Using Mirror Manipulations，Optics Communications，Vol.169，pp：233～244)，每个光纤通道中间设置两个可转动镜面，当镜面工作在数字调制状态时，可实现光开关作用；当镜面工作在模拟调制状态时，可通过镜面的遮挡控制通道进光量，从而实现光衰减作用。

现有的遮挡式光开关/光衰减空间光调制器，多是采用多器件多通道来实现的，因此通道数量受到了一定的限制，若采用单器件来实现，则通道数较少；同时，多器件多通道会引起光路切换的元件数量增加，从而降低光路的稳定性和响应速度，同时偏振相关损耗也会较大；采用单器件难以同步实现光开关和光衰减作用，不利于其规模化应用。

发明内容：

本发明的目的在于提出一种将光开关和光衰减器集成于一身的微机械空间光调制器，该结构可以同时实现光开关和光衰减的双重作用，并且能够实现对光开关和可变光衰减器的编程控制。

本发明的技术方案是：

参阅图1，一种微机械空间光调制器，包括一个周期可调光栅和一个微扭转镜，所述的周期可调光栅从上到下依次包括光栅器件层6和光栅绝缘层5；所述的微扭转镜从上到下依次包括微扭转镜器件层3、微扭转镜绝缘层2和微扭转镜基底层1；周期可调光栅与微扭转镜通过光栅绝缘层5和微扭转镜器件层3键合为一体；

参阅图2，微扭转镜器件层3上包括互相分离的可动部分和固定部分：可动部分和固定部分被器件层绝缘槽31隔开，可动部分包括镜面32、扭转梁33、器件层锚点区I 34，镜面32通过两端的扭转梁33分别与两侧的器件层锚点区I 34连接；而固定部分排布在可动部分的四周，包括器件层焊盘孔38、驱动装置I 35、器件层有焊盘孔一侧锚点区36、器件层无焊盘孔一侧锚点区37；