CN104950396B - 一种基于微机电技术的m×n光交换阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于微机电技术的M×N路光交换阵列，可将M路输入端中的任一个光束耦合到任意一个N路输出端中，实现对输入光的交换，其特征在于：所述光交换阵列由M路输入光纤、N路输出光纤和N层MEMS微镜阵列器件等部分组成；光由M路输入光纤输入，经MEMS微镜阵列反射后进入相应的输出光纤；通过控制MEMS微镜的运动，可以得到所需要的光输出。

Description

一种基于微机电技术的M×N光交换阵列
技术领域
本发明涉及光通信领域、全光网络领域和微机电系统(MEMS)领域，尤其涉及一种基于微机电技术的M×N光交换阵列。
背景技术
在光纤网络系统中，信息的传递是通过光信号的传输来实现的。为了将信息进行更好的分配、链接，需要将来光信号分别传输给不同的线路或者是将不同线路的光切换到指定的线路中。光交换阵列是一种能改变光束传输路径，又具有很高稳定性和精度的光学组件，其作用是对光传输线路或集成光路中的光信号进行相互转换或逻辑操作。光交换阵列在光时分复用(TDM)、波分复用(WDM)中有着广泛的应用，是实现全光网络(All OpticalNetwork，AON)的关键器件，有着广阔的市场前景，是最具发展潜力的光无源器件之一。
MEMS光交换阵列由一系列的光开关组合而成。传统的光开关主要采用手动调节或者继电器式机械调节，无法实现小型化以及智能化。基于微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)技术的光开关器件体积小、性能好、功耗低，适应市场发展的需要，除保持传统技术光开关的光学性能外，还具有衰减范围大、体积小、易于多通道集成、响应速度快、性价比高等优点，被认为是满足未来全光通信网络的理想器件之一。
基于MEMS技术制作的光开关通常采用微镜扭转或平动实现光开关转换，通常需要深刻蚀的工艺实现，并且要求刻蚀侧壁光滑陡直，并且一个由光开关组成的M×N光交换阵列通常需要在同一基片上制作M×N个反射微镜，为保证开关正常工作，器件制作需要很高的成品率。这都增加了工艺的复杂性，为器件的制作带来了困难。
发明内容
为解决现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基于MEMS技术的M×N路光开关，以实现结构简单、制作方便、具有实际应用价值的光交换阵列。
为达到上述目的，本发明提供了一种基于多层堆叠结构的微机电的M×N路光开关，其包括：M路输入光纤、N路输出光纤和N层MEMS微镜阵列器件等部分。光由M路输入光纤输入，经MEMS微镜阵列反射后进入相应的输出光纤；通过控制MEMS微镜的运动，可以实现任意一路输入光在不同的输出光纤间的切换。N层MEMS微镜阵列器件由N个MEMS微镜阵列器件片堆叠在一起，精确对准后，通过键合技术形成一个整体。MEMS微镜阵列，除最下面一层外，每层结构具有M个可动微镜，M个可动微镜位于同一平面内，成行排布，微镜之间的间距为d；最下面一层结构为固定的反光微镜，不需具有可动结构。
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的基于多层堆叠结构的微机电M×N光交换阵列，结构简单，易于扩展，通过多层堆叠的方法，可以方便实现大规模的光交换阵列结构。
本发明提供的基于多层堆叠结构的微机电M×N光交换阵列，器件采用平动的方式运动，所需的制作工艺简单，有利于大规模的商业化生产。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：
图1是本发明微机电4×4光交换阵列的基本结构示意图；
图2是微机电4×4光交换阵列的工作原理示意图。
附图标记说明：
I1第1路输入光纤；I2第2路输入光纤；I3第3路输入光纤；I4第4路输入光纤；01第1路输出光纤；02第2路输出光纤；03第3路输出光纤；04第4路输出光纤；01’第5路输出光纤；02’第6路输出光纤；03’第7路输出光纤；1-4分别表示第1-4层MEMS微镜阵列器件；M11-M44表示每一个MEMS微镜。
具体实施方式
图1示出了本发明公开的一种基于微机电技术的M×N路光交换阵列的结构示意图。如图1所示，以4×4光交换阵列为例，所述光交换阵列包括4路输入光纤I1、I2、I3、I4，7路输出光纤01、02、03、04、01’、02’、03’和4层MEMS微镜阵列器件1-4等部分组成；除第4层，即最后一层外，每一层MEMS微镜阵列包含4个可动微镜。最后一层MEMS微镜既可以与其它层一样，使用4个可动微镜，也可以直接在圆片表面蒸镀反光材料，使其整层都具有反光作用，而省略刻蚀等图形化工艺步骤。光由4路输入光纤输入，经MEMS微镜阵列反射后进入相应的输出光纤；通过控制MEMS微镜的平动，可以实现任意一路输入光在不同的输出光纤间的切换，实现光交换的作用。
7路输出光纤中的第1路输出光纤01和第5路输出光纤01’中的输出光经过耦合进入同一个输出光纤，代表第1路输出光；同样的，02和02’经耦合后代表第2路输出光，03和03’经耦合后代表第3路输出光，04代表第4路输出光。
4层MEMS微镜阵列器件是分别利用微机电加工技术制作的4个MEMS微镜阵列器件片。将4者堆叠在一起，精确对准后，通过键合技术形成一个整体。
图2示出了本发明公开的一种基于微机电技术的M×N路光交换阵列的工作原理示意图。以将输入光1234的顺序转变为4321的顺序输出为例。如图2所示，在器件工作时，只保留微镜M22和M24在光路上，其他微镜均从光路上移开。只有微镜M22、M24和第四层微镜可以反射光，其他微镜不会对光的传输产生影响。这样输入光纤I1输入的光束就被反射进入输出光纤04中，I2输入的光被反射进入03，I3输入的光被反射进入02’，I4输入的光被反射进入01’。这样就实现了将1234顺序的输入光转变为4321的输出光。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于微机电技术的M×N路光交换阵列，可将M路输入端中的任一个光束耦合到任意一个N路输出端中，实现对输入光的交换，MEMS光交换阵列由一系列的光开关组合而成，其特征在于：所述光开关由M路输入光纤、N路输出光纤和N层MEMS微镜阵列器件组成；其中N层MEMS微镜阵列器件由N个MEMS微镜阵列器件片堆叠在一起，精确对准后，通过键合技术形成一个整体；除最下面一层外，每层结构具有M个可动微镜，M个可动微镜位于同一平面内，成行排布；最下面一层结构为固定的反光微镜，不需要可动结构；N路输出光纤将第n个与第n+N个输出光纤的光耦合进同一路输出光纤，形成第n路输出，其中n≤N，以此得到N路输出，形成M×N路光交换阵列。
2.如权利要求1所述的一种基于微机电技术的M×N路光交换阵列，其特征在于：所述MEMS微镜的表面平坦，具有反光层铝或金，用于反射入射光。
3.如权利要求1所述的基于微机电技术的M×N路光交换阵列的应用，其特征在于，光由M路输入光纤输入，经MEMS微镜阵列反射后进入相应的输出光纤；通过控制MEMS微镜的平动，可以实现任意一路输入光在不同的输出光纤间的切换。
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