[发明专利]基于MEMS技术的堆叠式二轴微镜阵列驱动器及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种二轴微镜阵列驱动器结构及其应用。更确切的说，本发明涉及一种基于MEMS技术的堆叠式二轴微镜驱动器及其构成的微镜阵列驱动器，同时该微镜阵列驱动器可应用于波长选择开关，属于光电子通信器件领域。

背景技术

Internet和光通信技术的快速发展使光通信网络发生根本的变化。网络已迅速扩展为包括广域网、城域网和接入网的大规模光通信网络。光传送网从大容量宽带传送转变为提供端到端的服务连接，并采用光交换技术来实现动态、快速的波长指配，最终光联网的全光智能光网络成为主要发展趋势。透明的波长交换，无需光-电-光(OEO)转换，将突破“电子瓶颈”，极大地降低智能光网络的成本。可重构的光上/下路复用器(ROADM，Reconfigured Optical Add-Drop Multiplexer)是智能光网络系统中最为核心的功能模块，其主要作用是对网络系统中的波长资源进行动态的配置、调度和管理。迄今为止ROADM经历了三个功能越来越复杂、强大的发展阶段，形成了三代的ROADM。

第一代ROADM由分立的波分复用器、光开关和解复用器组成。其体积较大，仅适于选择波长较少的应用场景，如图1所示。

第二代ROADM由分光器、可调滤波器、波长阻挡器和合波器组成。其结构简单、体积小，能够实现单个波长的上下以及波长带(多个波长)的上下，但是管理较为复杂，不适用于环网，且每个光端口只能上下一个波长。如图2所示。

第三代ROADM即波长选择开关(WSS，Wavelength Selective Switch)。在原理上由多个波分复用器、多个光开关和一个解复用器组成，可以实现任何一个波长(或多个波长的任意组合)以任何顺序从任何一个端口(或多个端口)路由到任何一个端口(或多个端口)。如图3所示。这使ROADM系统具有了极强的灵活组网能力，同时WSS本身也具有升级扩展能力，为组网带来更大的灵活性。

波长选择开关现有的技术方案主要用衍射光栅+微电子机械系统(MEMS)微镜阵列、平面光波导器件(PLC)+MEMS微镜阵列、衍射光栅+液晶阵列以及完全单片集成的PLC技术来实现。现有的无论哪一种技术，都需要同时具备多个波分复用器、多个光开关和一个解复用器。实际上，随着MEMS工艺技术的不断成熟和发展应用，基于衍射光栅+MEMS微镜阵列的WSS已逐渐在光网络中得到应用，并且快速发展成目前在市场上用量最多的WSS产品。而基于衍射光栅+MEMS微镜阵列的WSS也经历了从一轴MEMS微镜阵列到二轴MEMS微镜阵列的发展过程。

现有的二轴MEMS微镜阵列结构主要可分为双框架结构和二轴梳齿驱动结构。双框架结构的二轴微镜阵列，如文献([1]Dennis S et al.，“CrystallineSilicon Tilting Mirrors for Optical Cross-Connect Switches”Journal of Microelectromechanical system.Vol.12，NO.5，2003[2]Gokde.D etal.，“Design and fabrication of two-axis micromachined steelscanners”J.Mi cromech.Mi croeng.VOL.19，2009)所示，其采用一个内外旋转轴方向垂直的双框架结构构成二轴微镜的驱动器。其中文献[1]中方案采用静电驱动，其镜面占空比由于其结构而无法提高。而文献[2]虽采用电磁驱动，但器件体积大，且阵列结构镜面的占空比低。