[发明专利]一种数字化控制的MEMS可调光衰减器及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤通信、光纤传感及MEMS光通信器件领域，特别是涉及一种数字化控制的MEMS可调光衰减器及控制方法。

背景技术

可调光衰减器是光纤通信系统的应用最广泛的光器件之一，其主要功能是对光信号功率的动态控制，其具体应用包括光通信线路的光信号功率动态调控、光通信线路性能测试和光器件测试等，而且对光衰减量的控制精度要求越来越高。特别是在光通信线路性能测试和光器件测试中，需要准确控制光衰减量。

目前，在商用MEMS可调光衰减器中，主流产品是基于微镜偏转的MEMS可调光衰减器，其采用静电驱动方式，驱动功耗很低，体积小、封装简易、成本低，近几年得到了大量的应用。但是，MEMS微镜的转角与驱动电压平方成正比，同时高斯光束的耦合损耗与镜面转角之间为指数函数的平方关系，因此MEMS可调光衰减器的电压-衰减曲线的斜率会随衰减量的增加而急剧增大。随着MEMS可调光衰减器的驱动电压降低到5V以下，电压-衰减曲线斜率在15dB时已达到20dB/V，如果期望5V时有更大的衰减范围，则电压-衰减曲线斜率就会更大。图1为5V驱动电压VOA的典型电压-衰减曲线，由图可见，衰减器的输出损耗值对于驱动电源电压非常敏感，当需要对损耗精确调节时，对电压控制精度提出了很高的要求，同时也易受电磁干扰的影响。

对于静电驱动的MEMS光衰减器，通常难以避免静电“慢漂移”的影响，这主要是因为静电荷在绝缘部位的积累，其静电场将引起光衰减量的缓慢变化，这一效应需要长时间的精密测试才能发现。MEMS光衰减器的电压-衰减曲线也会随着器件的老化、应力的释放等原因而出现“慢漂移”。因此，在不采用反馈控制的情况，现有静电驱动的MEMS光衰减器的衰减量会出现不同程度的“漂移”，导致其衰减量控制的长期精度不高。在要求较高衰减量控制精度时，采用开环控制难以达到要求，需要引入衰减量的反馈控制，大大增加了器件成本、功耗和体积。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种数字化控制的MEMS可调光衰减器及控制方法，用于解决现有技术中MEMS可调光衰减器的衰减量开环控制精度不高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种数字化控制的MEMS可调光衰减器，所述的MEMS可调光衰减器包括N面可独立驱动的扭转微镜阵列，每面扭转微镜只有两个扭转角度状态，通过控制每面微镜的扭转角度状态实现输入光信号衰减量的数字化控制，其中，9≤N≤50。

作为本发明的数字化控制的MEMS可调光衰减器的一种优选方案，所述扭转微镜的两个扭转角度状态分别为0°及最大扭转角度θ，分别对应输入至扭转微镜的光束0dB衰减及最大衰减两种状态，在最大扭转角度θ下，所述转转微镜可实现输入光束不小于60dB的衰减。

作为本发明的数字化控制的MEMS可调光衰减器的一种优选方案，所述扭转微镜的驱动电压只有两种状态，分别为0和V，其中，V≥V_θ，V_θ为刚好达到最大扭转角度θ对应的驱动电压。

作为本发明的数字化控制的MEMS可调光衰减器的一种优选方案，各面可独立驱动的扭转微镜为悬臂梁支撑的长条状单晶硅膜，各长条状单晶硅膜表面镀制光学高反射膜，每面扭转微镜的宽度根据该面扭转微镜的设计衰减量来确定。

优选地，各可独立驱动的扭转微镜采用静电平板的驱动方式，所述静电平板与各扭转微镜之间设置有限位凸台，以防止扭转微镜与静电平板永久吸合，所述限位凸台决定所述扭转微镜的最大扭转角度θ。

优选地，各面可独立驱动的扭转微镜采用压电的驱动方式，所述悬臂梁由单晶硅和压电材料双层薄膜制成。

作为本发明的数字化控制的MEMS可调光衰减器的一种优选方案，所述N面可独立驱动的扭转微镜阵列具有不小于95％的填充因子。