CN105372761A - 一种3d mems光开关阵列 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种3D？MEMS光开关阵列，包括输入端准直器阵列1、输入端MEMS反射镜阵列芯片3、输出端MEMS反射镜阵列芯片6及输出端准直器阵列8；所述输入端MEMS反射镜阵列芯片3包括棱镜一2和棱镜二4，所述输出端MEMS反射镜阵列芯片6包括棱镜三5和棱镜四7。通过对准准直器和棱镜的共同作用，使用光功率监控装置在线监控对准准直器的插入损耗，可以实现工作准直器与MEMS反射镜的对准，使得工作准直器出射的光完全入射到MEMS反射镜上。本发明不需要机械定位件，机械件加工难度大幅降低，同时也降低了对各部件装配的要求，因此对准精度高，工作准直器出射光斑能完整的入射到MEMS反射镜上，避免了光被损失掉，减小了插入损耗。

Description

一种3D MEMS光开关阵列
技术领域
本发明属于光通信技术领域，特别涉及一种3DMEMS光开关阵列。
背景技术
OXC集传输与交换于一体，具有传输容量大、组网灵活、网络具有可扩展性和可重构性、易于升级、可透明传输各种格式的不同速率等级的信号，能够同时适应用户信号种类和服务种类不断增长的需求等诸多优点，是全光通信网的一种重要器件。OXC的核心是光开关阵列，3DMEMS技术是实现光开关阵列的一种重要技术，可实现超大规模的光开关矩阵，可应用在大容量的光交换领域。
3DMEMS光开关阵列通过一对MEMS反射镜阵列对阵列准直器出射的光进行偏转，实现光路的切换。现有技术采用机械件定位，准直器阵列和MEMS反射镜阵列芯片直接对准，机械件通过超精密机械加工保证对准的精度。
现有方案结构如图4所示，它包括准直器阵列1和8、MEMS反射镜阵列芯片3和6。图6和图7是在图4MEMS反射镜阵列芯片3和6中间分别插入凹面反射镜9或透镜10。准直器阵列1有工作准直器C1,1到Cj,i，共j×i个准直器；准直器阵列8有工作准直器C1,m到Cn,m，共n×m个准直器；MEMS反射镜阵列芯片3有M1,1到Mj,i，共j×i个反射镜；MEMS反射镜阵列芯片6有M1,1到Mn,m，共n×m个反射镜；这里j＝n，i＝m。现有方案通过机械定位准直器阵列与MEMS反射镜阵列芯片的相对位置，使得输入端准直器阵列1中的工作准直器C1,1到Cj,i出射的光入射到输入端MEMS反射镜3中对应的M1,1到Mj,i；输出端同样也使得输出端准直器阵列8中的工作准直器C1,m到Cn,m出射的光入射到输出端MEMS反射镜6中对应的M1,1到Mn,m。
这种直接对准的缺点有：机械件加工难度大，且各部件装配存在误差，因此对准精度低，工作准直器出射光斑不能完整的入射到MEMS反射镜上，如图5a所示，阴影部分的光被MEMS反射镜反射，而其他光被损失掉，导致插入损耗大。且随着光开关阵列规模的增大，对产品的尺寸要求也越来越严格，对准的难度增加，这种直接对准不利于产品尺寸的减小。为了克服这些缺点，可以把工作准直器的出射光斑做小，但这样就要求MEMS反射镜有更大的转角，增加了MEMS反射镜芯片的制造难度，或者不增加MEMS反射镜的转角，但是所能制作的通道数有所降低。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明提供一种3DMEMS光开关阵列。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种3DMEMS光开关阵列，包括：
输入端准直器阵列1、输入端MEMS反射镜阵列芯片3、输出端MEMS反射镜阵列芯片6及输出端准直器阵列8；
所述输入端准直器阵列1包括工作准直器C1,1到Cj,i，以及在X方向和Y方向还包括对准用准直器1-1，1-2，1-3，1-4，；
所述输出端准直器阵列8包括工作准直器C1,1到Cn,m，以及在X方向和Y方向还包括对准用准直器8-1，8-2，8-3，8-4；
所述输入端MEMS反射镜阵列芯片3，包括MEMS反射镜M1,1到Mj,i，以及棱镜一2和棱镜二4，两个棱镜分别用来X方向对准和Y方向对准；
所述输出端MEMS反射镜阵列芯片6，包括MEMS反射镜M1,1到Mn,m，以及棱镜三5和棱镜四7，两个棱镜分别用来X方向对准和Y方向对准。
所述输入端准直器阵列1中，1-1和1-2用来X方向对准，1-3和1-4用来Y方向对准，其规格可以与工作准直器规格相同，也可以不相同；
所述输出端准直器阵列8中，8-1和8-2用来X方向对准，8-3和8-4用来Y方向对准，其规格可以与工作准直器规格相同，也可以不相同。
所述输入端准直器阵列1中，1-1和1-2与所述输入端准直器阵列1中C1,1之间的间距为定值，所述输入端准直器阵列1中，1-3和1-4与所述输入端准直器阵列1中Cj,i之间的间距为定值；
所述对准准直器1-1，1-2，1-3，1-4与工作准直器之间的间距，利用微加工刻蚀技术制作间距为0～1米的光纤阵列和透镜阵列来实现。
所述输出端准直器阵列8中，8-1和8-2与所述输入端准直器阵列8中C1,1之间的间距为定值，所述输入端准直器阵列8中，8-3和8-4与所述输入端准直器阵列1中Cj,i之间的间距为定值；
所述对准准直器8-1，8-2，8-3，8-4与工作准直器之间的间距，利用微加工刻蚀技术制作间距为0～1米的光纤阵列和透镜阵列来实现。
所述输入端MEMS反射镜阵列芯片3中，棱镜一2和棱镜二4与MEMS反射镜M1,1到Mj,i之间的距离为0～1米之间，且两个棱镜与对准准直器与工作准直器之间的间距相同；
所述输出端MEMS反射镜阵列芯片6中，棱镜三5和棱镜四7与MEMS反射镜M1,1到Mn,m之间的距离为0～1米之间，且两个棱镜与对准准直器与工作准直器之间的间距相同。
所述的棱镜与MEMS反射镜之间的间距通过在MEMS反射芯片上利用微加工刻蚀技术刻蚀图形标记定位来实现。
所述的输入端MEMS反射镜阵列芯片3与输出端MEMS反射镜阵列芯片6中间插入凹面反射镜9或透镜10。
本发明与直接对准技术相比有如下优点：不需要机械定位件，机械件加工难度大幅降低，同时也降低了对各部件装配的要求，因此对准精度高，工作准直器出射光斑能完整的入射到MEMS反射镜上，避免了光被损失掉，减小了插入损耗。且随着光开关阵列规模的增大，对产品的尺寸要求也越来越严格，对准的难度并没有随之增加。
附图说明
图1为本发明中有对准结构的Z字形光路图；
图2为本发明中有对准结构的Z字形光路侧视图；
图3为本发明中有对准结构的Z字形光路顶视图；
图4为现有设计Z字形光路图；
图5(a)为本发明中光路未对准示意图；图5(b)为本发明中光路对准后示意图；
图6为现有设计W字形光路图；
图7为现有设计改进型Z字形光路图；
图8为本发明中有对准结构的W字形光路图；
图9为本发明中有对准结构的改进型Z字形光路图；
其中，1为输入端准直器阵列，2为棱镜一，3为输入端MEMS反射镜阵列芯片，4为棱镜二，5为棱镜三，6为输出端MEMS反射镜阵列芯片，7为棱镜四，8为输出端准直器阵列，9为凹面反射镜，10为透镜；1-1，1-2，1-3，1-4为输入端的对准用准直器，8-1，8-2，8-3，8-4为输出端的对准用准直器。
具体实施方式
本发明实施例提供一种3DMEMS光开关阵列。它具有在线光路对准方法和装置提高对准精度，降低对准难度，降低插入损耗，更利于产品规模的扩展。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种3DMEMS光开关阵列，如图1所示，包括：
输入端准直器阵列1、输入端MEMS反射镜阵列芯片3、输出端MEMS反射镜阵列芯片6及输出端准直器阵列8；
所述输入端准直器阵列1除了有工作准直器C1,1到Cj,i外，在X方向和Y方向还包括对准用准直器1-1，1-2，1-3，1-4，其中1-1和1-2用来X方向对准，1-3和1-4用来Y方向对准，其规格可以与工作准直器规格相同，也可以不相同。
所述输出端准直器8除了有工作准直器C1,1到Cn,m外，在X方向和Y方向还包括对准用准直器8-1，8-2，8-3，8-4，其中8-1和8-2用来X方向对准，8-3和8-4用来Y方向对准，其规格可以与工作准直器规格相同，也可以不相同。它们与工作准直器之间的间距为一任意的定值；
所述对准准直器1-1，1-2，1-3，1-4，8-1，8-2，8-3，8-4与工作准直器之间的间距，利用微加工刻蚀技术制作一定间距(0～1米之间)的光纤阵列和透镜阵列来实现。
所述输入端MEMS反射镜阵列芯片3，除了有MEMS反射镜M1,1到Mj,i外，还有棱镜一2和棱镜二4，两个棱镜分别用来X方向对准和Y方向对准。它们与MEMS反射镜之间的距离为一定值(0～1米之间)，且同对准准直器与工作准直器之间的间距相同；
所述输出端MEMS反射镜阵列芯片6，除了有MEMS反射镜M1,1到Mn,m外，还有棱镜三5和棱镜四7，两个棱镜分别用来X方向对准和Y方向对准。它们与MEMS反射镜之间的距离为一定值(0～1米之间)，且同对准准直器与工作准直器之间的间距相同；
所述棱镜与MEMS反射镜之间的间距通过在MEMS反射芯片上利用微加工刻蚀技术刻蚀图形标记定位来实现；
通过对准准直器和棱镜的共同作用，使用光功率监控装置(为了方便表述，本发明这里使用光功率计)在线监控对准准直器的插入损耗，可以实现工作准直器与MEMS反射镜的对准，使得工作准直器出射的光完全入射到MEMS反射镜上。下面说明具体的对准方法：
X方向对准，如图2所示，先说明输入端的对准。光源初始光功率为P1，接入到对准准直器1-3，从1-3出射后，入射到棱镜二4，经棱镜二4反射后由对准准直器1-4接收，然后进入到功率计，进行功率探测，测量得到光功率为P2，通过人工或自动装置调节准直器阵列使得P2减P1的差值不变，即实现对准；输出端的对准与输入端相同，这里不在描述；
Y方向对准，如图3所示，先说明输入端的对准。光源初始光功率为P1，接入到对准准直器1-1，从1-1出射后，入射到棱镜2，经棱镜2反射后由对准准直器1-2接收，然后进入到功率计，进行功率探测，测量得到光功率为P2，通过人工或自动装置调节准直器阵列使得P2减P1的差值不变，即实现对准；输出端的对准与输入端相同，这里不在描述；
X和Y方向同时对准后，工作准直器出射的光可完全入射到MEMS反射镜上，如图5b所示。
图8和图9是在图1MEMS反射镜阵列芯片3和6中间分别插入凹面反射镜9或透镜10。

Claims (7)

1.一种3DMEMS光开关阵列，其特征在于，包括：
输入端准直器阵列(1)、输入端MEMS反射镜阵列芯片(3)、输出端MEMS反射镜阵列芯片(6)及输出端准直器阵列(8)；
所述输入端准直器阵列(1)包括工作准直器C1,1到Cj,i，以及在X方向和Y方向还包括对准用准直器1-1，1-2，1-3，1-4；
所述输出端准直器阵列(8)包括工作准直器C1,1到Cn,m，以及在X方向和Y方向还包括对准用准直器8-1，8-2，8-3，8-4；
所述输入端MEMS反射镜阵列芯片(3)，包括MEMS反射镜M1,1到Mj,i，以及棱镜一(2)和棱镜二(4)，两个棱镜分别用来X方向对准和Y方向对准；
所述输出端MEMS反射镜阵列芯片(6)，包括MEMS反射镜M1,1到Mn,m，以及棱镜三(5)和棱镜四(7)，两个棱镜分别用来X方向对准和Y方向对准。
2.根据权利要求1所述的一种3DMEMS光开关阵列，其特征在于：所述输入端准直器阵列(1)中，对准用准直器1-1和1-2用来X方向对准，对准用准直器1-3和1-4用来Y方向对准，其规格可以与工作准直器规格相同，也可以不相同；
所述输出端准直器阵列(8)中，对准用准直器8-1和8-2用来X方向对准，对准用准直器8-3和8-4用来Y方向对准，其规格可以与工作准直器规格相同，也可以不相同。
3.根据权利要求2所述的一种3DMEMS光开关阵列，其特征在于：所述输入端准直器阵列(1)中，对准用准直器1-1和1-2与所述输入端准直器阵列(1)中C1,1之间的间距为定值，所述输入端准直器阵列1中，对准用准直器1-3和1-4与所述输入端准直器阵列1中Cj,i之间的间距为定值；
所述对准准直器1-1，1-2，1-3，1-4与工作准直器之间的间距，利用微加工刻蚀技术制作间距为0～1米的光纤阵列和透镜阵列来实现。
4.根据权利要求3所述的一种3DMEMS光开关阵列，其特征在于：所述输出端准直器阵列(8)中，对准用准直器8-1和8-2与所述输入端准直器阵列(8)中C1,1之间的间距为定值，所述输入端准直器阵列(8)中，对准用准直器8-3和8-4与所述输入端准直器阵列(1)中Cj,i之间的间距为定值；
所述对准准直器8-1，8-2，8-3，8-4与工作准直器之间的间距，利用微加工刻蚀技术制作间距为0～1米的光纤阵列和透镜阵列来实现。
5.根据权利要求4所述的一种3DMEMS光开关阵列，其特征在于：
所述输入端MEMS反射镜阵列芯片(3)中，棱镜一(2)和棱镜二(4)与MEMS反射镜M1,1到Mj,i之间的距离为0～1米之间，且两个棱镜与对准准直器与工作准直器之间的间距相同；
所述输出端MEMS反射镜阵列芯片(6)中，棱镜三(5)和棱镜四(7)与MEMS反射镜M1,1到Mn,m之间的距离为0～1米之间，且两个棱镜与对准准直器与工作准直器之间的间距相同。
6.根据权利要求5所述的一种3DMEMS光开关阵列，其特征在于：
所述的棱镜与MEMS反射镜之间的间距通过在MEMS反射芯片上利用微加工刻蚀技术刻蚀图形标记定位来实现。
7.根据权利要求5所述的一种3DMEMS光开关阵列，其特征在于：
所述的输入端MEMS反射镜阵列芯片(3)与输出端MEMS反射镜阵列芯片(6)中间插入凹面反射镜(9)或透镜(10)。
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