[发明专利]一种混合驱动的MEMS可调谐光学驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS可调谐光学驱动器，特别涉及一种小型化、高可靠性的混合驱动方式的MEMS可调谐光学衰减驱动器。

背景技术

在全球信息化及大数据时代的背景下，高速光通信网络也越来越受到重视并对社会经济发展起着举足轻重的作用。新型的高速光通信网络为了处理日益复杂及海量的数据，开发并启用了一大批智能化、动态可调谐的光电子功能器件及模块来实现对高速光通信网络中的光信号进行动态控制及切换等功能。小型化、动态可调谐以及高可靠性的光学驱动器件成为新型光通信网络中不可或缺的关键器件。

可调谐光学衰减器（Variable Optical Attenuator，VOA）是一种光路信号驱动控制器件，在光通信网络中主要功能用于光信号强度的调节以及光路信号的过载保护等。随着现代数据中心大量的光网络信息及处理要求，可调光衰减器应用也越来越广泛。

现有的可调谐光学衰减器有多种技术方案，如有传统的步进电机式光衰减器，高分子可调衍射光栅型，磁光技术，液晶技术，平面波导技术以及MEMS技术。

传统步进电机式光衰减器采用一个带反馈控制的步进电机调节衰减值；同时采用一个精密电位器反馈衰减片的位置。外部驱动信号驱使步进电机以统一的步进幅度向左或向右转动，这样就提供了精确的衰减精度。该方案光学指标优良，可以抵抗较高的光功率，但体积巨大，响应速度慢。

高分子可调衍射光栅型VOA是基于一种薄膜表面调制技术。起初，这种技术的开发是为了替代放映机和投影仪中的液晶显示屏（LCD）和数字光处理器（DLP）。这种可调衍射光栅的顶层是玻璃，下面一层是铟锡氧化物（ITO），中间是空气、高分子聚合物和ITO阵列，底层是玻璃基底。该种技术速度快，但高分子材料在高功率光信号作用下存在器件可靠性问题。

磁光VOA是利用一些物质在磁场作用下所表现出的光学性质的变化，例如利用磁致旋光效应（法拉第效应）实现光能量的衰减，从而达到调节光信号的目的。其响应速度快，但是其偏振相关损耗及温度特性指标差。

液晶VOA利用了液晶折射率各向异性而显示出的双折射效应。当施加外电场时，液晶分子取向重新排列，将会导致其透光特性发生变化。因此，通过在液晶的两个电极上施加不同的电压控制光强的变化，可以实现不同的衰减。该种技术体积小，但功耗高，偏振及温度特性指标差。

平面光波导VOA有三种。一种是基于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。另一种基于热光效应的是波导受热后，波导中产生了更多模式光，而一部分模式的光从波导中泄露出来，这样实现了光的衰减。第三种是直接基于电吸收（EA）调制，利用载流子注入改变吸收系数来实现光功率的衰减。波导型VOA具有体积小，集成度高等优点，但是其功耗较大，且偏振特性较差并有预热时间等缺点。

相对于以上技术的可调光衰减器，新型的基于MEMS技术的光学衰减器具有响应速度快，小型化以及光学指标好等优点逐渐成为可调光衰减器的主流。

基于MEMS技术的可调光衰减器主要有两种技术方案。一种是基于微镜面的光反射式封装的VOA器件，其利用微镜面的反射角度反射光信号形成光信号的耦合变化实现光信号的衰减。CN200410053563.3公开了一种采用静电驱动的MEMS光衰减器芯片设计及制作方法。反射式封装的光衰减器技术方案具有低功耗，衰减量大等优点，但其光学偏振特性及波长相关特性较差，同时器件的抗振动能力也较弱。

另一种是基于热膨胀挡光式MEMS VOA，其原理是当施加电压时，在电流通过MEMS机械臂时，机械臂发热膨胀推动挡光板运动，挡住一部分光，从而实现衰减。但热膨胀挡光式VOA的功耗相对于MEMS静电反射式VOA稍高，同时也存在大移动量需要高功耗的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是为了满足现在对光器件小型化、低功耗及器件可靠性越来越高的要求，提出一种可以热膨胀及电磁混合驱动的紧凑型MEMS 光学驱动器件。

为实现上述目的，本发明提供一种混合驱动的MEMS可调光驱动器，其特征在于：