CN1169706C - 电磁型微驱动器驱动的微光开关 - Google Patents

Abstract

电磁型微驱动器驱动的微光开关属于光开关领域。本发明包括：电磁型微驱动器、平面镜、连杆、基板、档板和平衡块，平面镜设置在连杆的一端上，连杆穿过微驱动器的转动部分后，在其另一端上设置平衡块，连杆的两侧设置档板。本发明具有实质性特点和显著进步，微细加工技术使光开关的整体体积很小，精密装配技术使平面镜可以在较大范围内移动，因此光开关的总体功耗很小。

Description

电磁型微驱动器驱动的微光开关

技术领域

本发明涉及的是一种光开关，特别是一种电磁型微驱动器驱动的微光开关，属于光开关领域。

背景技术

近年来用微机电系统(MEMS)技术制作的微机械光开关具有插入损耗低、隔离度高等机械式光开关的优点，同时体积很小(毫米数量级或更小)，制作工艺与大规模集成电路的制作工艺相兼容，易于大批量生产以及光集成或光电集成，成本低，重复性好。特别是它的开关时间可大为缩短，达到微秒级，已成为光开关领域新的发展热点。经文献检索发现，美国专利US5923798，名称为：MicroMachined Optic Switch(微机械光开关)，该技术的光开关由微机械静电驱动结构驱动，加上驱动电压后，其活动电极受固定电极的吸引，向固定电极移动，带动悬臂梁或桡桡板结构位移，进而带动该梁或板上的平面镜插入光路中，使光路发生改变。该专利技术存在不足，其一是由于完全采用微机械工艺制造，平面镜难以实现大位移的运动；其二是要维持平面镜位于某一位置状态，必须保持施加一定的电压，使得器件的功耗较大。

发明内容：本发明针对现有技术中的不足，提供一种电磁型微驱动器驱动的微光开关，克服了现有技术中的缺陷。本发明主要包括：电磁型微驱动器、平面镜、连杆、档板和平衡块，平面镜通过连杆与电磁型微驱动器连接在一起，在连杆的另一端设置平衡块，以平衡转动力矩，连杆的两侧设置档板，以限定平面镜的转动角度。

电磁型微驱动器由转动部分、驱动部分、转轴、轴承和外壳构成，在基板上设置多层绕组形成驱动部分，转动部分与平面镜和平衡块相连接，转动部分设置在两层驱动部分之间，转动部分与驱动部分之间设有气隙，在电磁型微驱动器中央纵向设有孔，转轴及轴承设置在孔内，在驱动部分及转动部分外设有外壳。

平面镜通过连杆直接与转轴安装在一起，使得整体结构紧凑，提高了开关速度，并且易于控制。连杆的一端设置为平面镜，另一端设置为平衡块，使得连杆两端的转动力矩平衡，使平面镜能稳定地定位于两种位置状态。驱动部分采用多层绕组结构设计，在提供了足够大的驱动力矩的同时，又可以用集成化工艺制造，大大缩小了整体器件的体积。多层绕组结构的线圈走向设计配合电磁驱动特征，可以实现当平面镜被旋转到确定位置后，自动维持该位置状态，使光开关的总体功耗大为降低。两层驱动部分夹一层转动部分的设计进一步增强了对平面镜的驱动力，提高开关切换的速度。档板的安装可根据转动角度的需要调整，控制平面镜在要求的范围内转动。

因此，通过脉冲电流控制电磁型微驱动器带动平面镜转动，可以插入与抽出光路。当平面镜被插入光路时，光路被平面镜反射入另一根输出光纤。当平面镜被抽出光路时，光路按原路径进入输出光纤中，可实现1×1、1×2或2×2光开关。

本发明具有实质性特点和显著进步，本发明采用微细加工技术与精密装配技术相结合的工艺制造，器件兼具上述两者的优点，微细加工技术使光开关的整体体积很小，精密装配技术又使平面镜可以在较大范围内移动；当平面镜被旋转到确定位置后，可自动维持该位置状态，因此光开关的总体功耗很小。

附图说明

图1本发明结构示意图

图2为1×2微光开关工作原理图

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明包括：电磁型微驱动器1、平面镜2、连杆3、基板6、档板11和平衡块12，平面镜2通过连杆3与电磁型微驱动器1连接在一起，在连杆3的另一端设置平衡块12，连杆3的两侧设置档板11。

电磁型微驱动器1由转动部分4、驱动部分5、转轴8、轴承9和外壳10构成，在基板6上设置多层绕组7形成驱动部分5，转动部分4与平面镜2和平衡块12相连接，转动部分4设置在两层驱动部分5之间，转动部分4与驱动部分5之间设有气隙，在电磁型微驱动器1中央纵向设有孔，转轴8及轴承9设置在孔内，在驱动部分5及转动部分4外设有外壳10。驱动部分5采用多层绕组7结构设计，两层驱动部分5夹一层转动部分4。

以下以1×2微光开关为例，介绍其实施方式，假设平面镜2顺时针转动，其最大位移将被档板11限制在位置A，此时平面镜2位于输入光纤13和输出光纤15之间，将输入光路反射入输出光纤14中。当给多层绕组7通以反向电流时，转动部分4的受力方向相反，带动平面镜2逆时针运动到档板11所限定的另一个位置B。平面镜2因此被从光路中抽出，输入光纤13的入射光将按原路径进入输出光纤15中。控制平面镜2在A、B两种位置状态切换，即可实现1×2光开关。

平面镜2仅在运动时需要给电磁型微驱动器1通电，一旦平面镜2到达档板11所限定的位置A或B，即可断电维持该位置状态，这使得该微光开关的总体功耗大为降低。

通过改变输入光纤和输出光纤的分布，还可实现1×1和2×2光开关，以及在此基础上进一步推广到4in-4out Add-Drop光路系统、1×4、1×8及1×16光开关。我们已制造的1×2光开关具有如下性能指标：开关时间≤5ms；工作寿命≥10⁶次；插入损耗≤0.5dB；回波损耗≥55dB；串扰≥60dB；开关电压8V；重复精度0.05dB；尺寸29.4×22×11.4mm³。1×4光开关具有如下性能指标：开关时间≤5ms；工作寿命≥10⁶次；插入损耗≤0.8dB；回波损耗≥55dB；串扰≥60dB；开关电压8V；重复精度0.05dB；尺寸43×23.4×11.4mm³。

Claims (3)

1、一种电磁型微驱动器驱动的微光开关，包括：电磁型微驱动器(1)、平面镜(2)、连杆(3)、基板(6)，其特征在于，还包括：档板(11)和平衡块(12)，平面镜(2)设置在连杆(3)的一端上，连杆(3)穿过微驱动器(1)的转动部分(4)后，在其另一端上设置平衡块(12)，连杆(3)的两侧设置档板(11)。

2、根据权利要求1所述的这种电磁型微驱动器驱动的微光开关，其特征是电磁型微驱动器(1)由转动部分(4)、驱动部分(5)、转轴(8)、轴承(9)和外壳(10)构成，在基板(6)上设置多层绕组(7)形成驱动部分(5)，转动部分(4)与平面镜(2)和平衡块(12)相连接，转动部分(4)设置在两层驱动部分(5)之间，转动部分(4)与驱动部分(5)之间设有气隙，在电磁型微驱动器(1)中央纵向设有孔，转轴(8)及轴承(9)设置在孔内，在驱动部分(5)及转动部分(4)外设有外壳(10)。

3、根据权利要求2所述的这种电磁型微驱动器驱动的微光开关，其特征是驱动部分(5)为多层绕组(7)结构设计，两层驱动部分(5)夹一层转动部分(4)。

Images