CN1343318A - 悬臂式微结构的方法和装置 - Google Patents

Abstract

描述了悬臂式微结构装置和方法。一种示例性的悬臂式微结构装置包括一基底、一悬臂和一挡板。该悬臂可以通过一挠性物与该基底连接在一起,使得该悬臂可在第一角度取向和第二角度取向之间运动。当悬臂处于第二角度取向时,该挡板可在接触区内与悬臂的底部相接触。或者,可以将挡板设计为在一定大小的接触区内与该悬臂相接触,使得当在该悬臂与挡板之间施加一静电偏压时,一足够大的力使该悬臂背离该挡板。或者,该挡板可以具有一个大体上的平表面,被设计为可在一定大小的接触区内与该悬臂相接触,当将一个力施加给与挡板的该大体上的平表面基本垂直的悬臂时,一足够大的力使悬臂背离挡板,从而使悬臂处于一与挡板的该大体上的平表面基本平行的平面内。

Description

悬臂式微结构的方法和装置

交叉参考的相关申请

本申请要求在先美国临时申请序列号No.60/123,496(申请日为1999年3月9日)的权利。对联邦资助研究的声明

本发明是在美国国防部高级研究计划局(DARPA-DefenseAdvanced Research Projects Agency)授予的资助号为No.DABT63-95-C-0055的政府援助下作出的。政府对本发明享有一定的权利。

发明背景

本发明涉及悬臂式微观结构的方法和装置。悬臂式微观结构可以被用在许多种不同的应用中。例如，可以使用某些悬臂式微观结构来实现大量端口的光学交叉开关，光学交叉开关能够便于数据在计算机网络(如互连网)上流动。

在最近几年网络通信的迅速增长，以及在不远的将来它继续持续不断的增长，已经对包括长距离和交换载体的通信基础设施产生了前所未有的需求。在最近几年创造了术语“光纤耗竭”来描述当前所建立的光纤站的通信饱和。因而开创了波分复用(WDM)的时代，波分复用是一种在单一一条光纤中使用多种颜色的光来增加光纤管道的容量而无须实际增加任何新的光纤。但是随着网络通信的持续增长，光纤网络基础设施遇到了另一个WDM或相似解决方法不能解决的瓶颈。WDM系统所支持的数量增加的信道之间的互连要求基于光学交叉连接(OXCs)的解决方法。大量端口光学交叉开关有可能是完成OXC功能的关键部件。

光学交叉开关可以以几千兆位的数据速率提供不同光纤之间数据通路的交换，而不必如现有网络那样首先将它们转换到电子领域。一个N×N光学交叉开关包括N个输入和N个输出光纤端口，具有以一种“无截止(non-blocking)”的方式有选择地将光从任一输入端引导到任一输出端的能力。目前，通信基础设施中所采用的开关通过将光信号转换为电信号，将该电信号引导到适当的输出信道，再将它们转换回光信号来进行操作。在一种全光学OXC中，光被直接地从一个输入光纤端口偏转到一输出光纤端口而不进行任何电转换。通过在每个输入和输出光纤端部插入微透镜，可以对每个光束进行扩展和准直。通过在自由空间中传输一光束阵列并有选择地驱使可移动反射镜阵列中的反射镜，可以将N个输入光束中的任一个引导到N个输出光纤端口中的任一个处。每个输入和输出光纤端的芯是大多数光束通过的区域。由于芯的直径很小，为了将每个光束从一光纤端口引导到另一光纤端口，光学交叉开关要求反射镜被保持在一精确的位置。

光学交叉开关与电开关相比具有若干固有的优点，包括数据速率、格式、波长独立性和较低的成本。而且，随着微电子机械系统(MEMs)制造工艺的发展，可以采用与用在IC工业中相似的批处理和装配方法以非常低的成本生产端口数量非常多的光学交叉开关。

发明概述

按照一个方面，本发明的特征为一种悬臂式微结构装置，包括一基底(a base)，一具有与该基底连接在一起的底部的悬臂(a cantilever)，使得该悬臂可以在第一角度取向和第二角度取向之间运动，以及一挡板(astop)，当该悬臂处于第二角度取向时使该挡板在接触区内与悬臂的底部相接触。

另一方面，本发明的特征为一种悬臂式微结构装置，包括一基底，一个与该基底连接在一起并可以在第一角度取向和第二角度取向之间运动的悬臂，以及一可在一定大小的接触区内与悬臂相接触的挡板，从而当在悬臂和挡板之间施加一静电偏压时，一足够大的力使悬臂背离挡板。

实施例可能包括下述特征中的一个或多个。

该悬臂可以在一固定位置(a anchor location)与基底相连。该悬臂可以通过一挠性物(flexure)连接到基底上。该挠性物可以由易弯曲且有弹性的材料制成，提供该悬臂围绕该固定位置相对于第一角度取向的角度取向的改变，以及该悬臂相对该固定位置的横向位置改变。悬臂和挡板均可包括各自的导电部分。当施加一磁场时，悬臂可能运动到第二角度取向并在接触区内与挡板相接触，接触区的特点为其高度h和宽度w满足下面的条件： $\frac{\mathrm{\ϵw}{V}^2}{2g^2}\×\frac{b^2+2\mathrm{ab}}{2}\≥k_{\mathrm{\θ}}\mathrm{\θ}---\left(1\right)$

其中ε为表示悬臂与挡板相接触时，将悬臂的导电部分与挡板的导电部分分离的材料的介电常数，V为所施加的用于在悬臂和挡板之间产生静电偏压的电压，g为悬臂与挡板接触时悬臂的导电部分与挡板的导电部分之间相分离的距离，k_θ为挠性物的扭转弹性常数，θ为该悬臂围绕该固定位置相对于第一角度取向的角度取向，a为挡板和基底之间相分隔的距离。如果围绕该固定位置相对于第一角度取向的第二角度取向为钝角，该悬臂可以运动到第二角度取向并在高度为b，宽度为h的接触区与挡板相接触，不过b和w需要满足两个条件：(i)条件1如上面所定义；(ii)下一个条件为： $\frac{\mathrm{\ϵw}{V}^2}{2g^2}\×\frac{b^2}{2}\≥\mathrm{kd}(a+b)---\left(2\right)$

其中k为挠性物的横向弹性常数，d为该固定位置与挡板接触区所限定的平面之间分开的距离。或者，如果围绕该固定位置第二角度取向相对于第一角度取向为钝角，悬臂可以运动到第二角度取向并在高度为b，宽度为w的接触区内与挡板相接触，不过b和w需要满足两个条件：(i)条件1如上面所定义；(ii)下一个条件为： $\frac{\mathrm{\ϵw}{V}^2}{2g^2}\×\frac{b^2}{2}\mathrm{kda}---\left(3\right)$

其中k为挠性物的横向弹性常数，d为该固定位置与挡板接触区所限定平面之间分开的距离。

该挠性物可以由多晶硅制成。接触区可以包括一基本上为平的表面，当在悬臂和挡板之间施加一力时，其被设计为限定悬臂相对该固定位置的横向位置，以及悬臂围绕该固定位置相对第一角度取向的第二角度取向。大体上为平的接触区表面可以与基底的顶面基本垂直。该力可以是静电力。基底、悬臂和挡板可以由半导体材料制成。悬臂可以具有一载流线圈、一种硬磁材料、一种软磁材料或这三种的组合。悬臂可以具有一光反射表面。悬臂可以是与基底相连接的悬臂阵列中的一个，每个悬臂均有各自的挡板，被设计成在接触区内与悬臂相接触。

按照另一方面，本发明的特征为一种悬臂式微结构装置，包括一基底，一与该基底连接在一起并可以在第一位置和第二位置之间运动的悬臂，以及一具有一大体上的平表面并可在一定大小的接触区与悬臂相接触的挡板，从而当将一个力施加给与该挡板的该大体上的平表面基本垂直的悬臂时，一足够大的力使悬臂背离挡板，从而使悬臂处于与挡板的该大体上的平表面基本平行的平面内。

按照又一方面，本发明的特征为一种将光束从第一端口引导到第二端口的方法。该方法包括将第一个力施加给悬臂，以使悬臂从第一角度取向运动到第二角度取向，其中在第二角度取向该悬臂与挡板相接触；并在悬臂和挡板之间施加第二个力，以将悬臂背离挡板保持在与挡板的大体上的平表面基本上平行的平面内，从而使悬臂将光束从第一端口引导到第二端口。该第一个力可以是磁场；第二个力可以是静电偏压。

按照再一方面，本发明的特征为一种使用在不施加力时具有第一角度取向并且在施加一恒定大小的力时处于静态平衡位置的光反射悬臂，将光束从第一端口引导到第二端口的方法。该方法包括将第一个力施加给悬臂，以使悬臂从第一角度取向运动到不同于静态平衡位置的第二角度取向，其中在第二角度取向该悬臂与挡板相接触，并在悬臂和挡板之间施加一第二个力，以将悬臂背离挡板保持在与挡板的大体上的平表面基本上平行的一个平面内，从而使悬臂将光束从第一端口引导到第二端口。

实施例可以包括一个或多个下述特征。

第一个力可以是随时间变化的力。第一个力可以具有从包括阶梯状分布、锯齿状分布、正弦式分布和脉冲分布的组中选择出来的一种分布。第一个力可以为磁场。第二个力可以为静电偏压。

按照另一方面，本发明的特征为一种制造用于引导光束的装置的方法。该方法包括将一悬臂阵列与一基座组件连接在一起，每个悬臂可以在第一角度取向和第二角度取向之间运动，并在挡板组件中形成开口阵列，挡板组件被连接到基座组件上，当悬臂处于第二角度取向时，每个开口处于与各自悬臂接触的位置。

实施例可以包括一个或多个下述特征。

可以将每个开口设计为具有至少一个大体上为平的侧壁，并处于与基座组件的顶面垂直的平面内。可以通过至少一个挠性物将每个悬臂与基座组件连接在一起。

从本发明的实现中可以看出本发明包括一个或多个下述优点。本发明能够提供一种具有非常低的插入损耗的光学交叉开关。本发明能够使反射镜处于精确位置，可以用在将微光学元件例如激光器、透镜、可运动反射镜和分束器集成在一个硅片上的应用中。

下面参照附图给出了本发明一个或多个实施例的详细描述。从以下包括附图和权利要求的描述中，本发明的其它特征和优点将是显而易见的。

附图简述

图1为一悬臂式微结构装置的示意性透视图。

图2a为相对于一固定位置具有不同横向位置和围绕一固定位置相对于第一角度取向具有不同角度取向的悬臂的示意性顶视图。

图2b为相对于一固定位置具有不同横向位置和围绕一固定位置相对于第一角度取向具有不同角度取向的悬臂的示意性侧视图。

图3a-3f为使用磁场和静电偏压的不同组合时图1中悬臂式微结构装置的示意性透视图。

图4a为一悬臂式微结构装置的示意性侧视图，其中基底和挡板具有轻微不对准放置。

图4b为施加磁场时图4a中的悬臂式微结构装置的示意性侧视图。

图4c为在悬臂和挡板之间施加静电偏压时，图4a中的悬臂式微结构装置的示意性侧视图。

图4d为图4c的悬臂式微结构装置的示意性前视图。

图5a为一悬臂式微结构装置的示意性侧视图，其中基底与挡板具有轻微不对准放置。

图5b为施加磁场时，图5a中的悬臂式微结构装置的示意性侧视图。

图5c为在悬臂与挡板之间施加静电偏压时，图5a中的悬臂式微结构装置的示意性侧视图。

图6a为悬臂式微结构装置用作光开关的N×M系统的示意性透视图。

图6b为图6a的N×M系统悬臂式微结构装置的示意性顶视图。

图7a为施加磁场时图1中的悬臂式微结构装置的示意侧视图，其中该磁场与挡板的侧壁不平行。

图7b为悬臂式微结构装置另一实施例的示意性前视图。

图7c为施加磁场时，图7b的悬臂式微结构装置的示意性侧视图，其中该磁场与挡板的侧壁不平行。

在不同附图中，相同的参考号码和标记表示相同元件。

详细描述

图1表示一装置100，其具有一个挡板102，一个基底104和一个悬臂106。该悬臂106与基底104连接在一起并可以在第一角度取向和第二角度取向之间运动。挡板102具有至少一个大体上为平面的侧壁108，当悬臂106处于第二角度取向时挡板102在接触区内与悬臂106相接触。在一个实施例中，在与基底104的顶面垂直的平面内形成一大体为平面的侧壁108。

通过MEMS方法来制造装置100。基底104可以由设置在一半导体基板上的绝缘层组成；例如，可以在硅基板上设置氮化硅(siliconnitride)，二氧化硅或它们的混合。悬臂106可以是由导电材料或诸如多晶硅的半导体材料所形成的矩形梁。可以在悬臂106上涂覆一层磁性材料。可以对悬臂106的多于一个的区域进行这种涂覆。磁性材料可以是镍，铁或其它元素的不同组合中的一种，通常是一种具有高饱和磁化特点的铁磁体。

可以通过挠性物110和112在固定位置将悬臂106连接到基底104上。在一个实施例中，使用绝缘铰钉114和116将挠性物110和112与基底104连接在一起。挠性物110和112可以由易弯曲有弹性的导电或半导体材料(例如多晶硅)制成。易弯曲材料为挠性物110和112提供了一定的伸缩性。挠性物110和112允许悬臂106绕着铰钉114和116相对于第一角度取向改变它的角度取向并相对于铰钉114和116改变它的横向位置，如图2a和2b所示。

在一个实施例中，挡板102与电压源118连接在一起，基底104电接地。可以由开关120形成一静电箝位电路，触点122用于形成开关120与挠性物110，悬臂106、挠性物112和铰钉116之间的连接，并且可以在电压源124与地线126之间进行切换。电压源118和124可以是诸如动力源或电池的外接电压源，或者是装置100上的内源。可以在悬臂106和紧固表面(基底104和挡板102)之一间产生静电偏压，取决于开关120的状态。

参照图3a，在不施加任何力时，悬臂106处于与基底104基本平行的第一角度取向。电压源124可以与静电箝位电路连接在一起，当施加电压V1时在悬臂106和基底104之间产生一个静电偏压。如果施加了足够大的电压V1，则悬臂106被“箝位”到基底104上，并且抑制悬臂106在施加力时发生旋转，例如施加图3b中所示的磁场126。如果悬臂106不被箝位到基底104上，则施加磁场126将导致悬臂106在第一角度取向和第二角度取向之间绕着铰钉114和116旋转，直到由挠性物110和112的扭转拉伸造成的转矩与磁场126施加给悬臂106的力达到平衡。在平衡点处悬臂106的角度取向限定了静态平衡位置。在一个实施例中，静态平衡位置为第二角度取向，如图3c所示。在另一个实施例中，该静态平衡位置处在第一角度取向和第二角度取向之间，如图3d所示。在这个实施例中，施加磁场126在悬臂106上所产生的力可能随时间而变化，从而该悬臂106被提供一个动量，而将悬臂106旋转到静电平衡位置之外的第二角度取向。悬臂106上随时间变化的力可以具有阶梯状分布、锯齿状分布、正弦分布或脉冲分布。一旦悬臂106处于第二角度取向，就可以在接地悬臂106与具有电压V2的挡板102之间产生静电偏压，如图3e所示。在下述条件得到满足的前提下，在接触区内悬臂106被箝位到侧壁108的特征在于高度b和宽度w：

在悬臂106和挡板102之间所产生的，静电偏压所导致的铰钉114和116扭转所限定的绕着轴的转矩≥挠性物110和112的拉伸所产生的转矩 $\frac{\mathrm{\ϵw}{V}^2}{2g^2}\×\frac{b^2+2\mathrm{ab}}{2}\≥k_{\mathrm{\θ}}\mathrm{\θ}---\left(1\right)$

其中ε为一表示悬臂106与挡板102相接触时，将悬臂106的导电部分与挡板102的导电部分分离的材料的介电常数，V为所施加的用于在悬臂106和挡板102之间产生静电偏压的电压，g为当悬臂106与挡板102接触时，悬臂106的导电部分与挡板102的导电部分之间相分离的距离，k_θ为挠性物110和112的扭转弹性常数，θ为绕着铰钉114和116悬臂106相对于第一角度取向的角度取向，a为挡板102和基底104之间相分隔的距离。一旦悬臂106被箝位在侧壁108上，去掉磁场126对悬臂106的角度取向不产生影响，如图3f所示。

图4a表示挡板102与基底104稍微不对准的连接。在这个例子中，铰钉114和116偏离挡板102的接触区所限定的平面402。悬臂106可绕着铰钉114和116相对第一角度取向运动一钝角θ。在不施加力时，悬臂106位于基本上平行于基底104的第一角度取向。如果悬臂106不箝位到基底104，则磁场126的施加可能使悬臂106绕着铰钉114和116旋转，直到悬臂106在第二角度取向接触挡板102的顶边128，如图4b所示。悬臂106箝位到高度为b、宽度为w的接触区内的侧壁108上，如图4c和4d所示，前提是需要满足两个条件：(i)条件1定义在上面；(ii)下一个条件为：

在悬臂106和挡板102之间所产生的，静电偏压所导致的通过顶部侧边128所限定的绕着轴的转矩≥挠性物110和112的拉伸所产生的转矩 $\frac{\mathrm{\ϵw}{V}^2}{2g^2}\×\frac{b^2}{2}\≥\mathrm{kd}(a+b)---\left(2\right)$

其中k为挠性物110和112的横向弹性常数，d为铰钉114和116与挡板102的接触区404所限定平面之间相分隔的距离。

图5a表示具有另一种不对准设置的挡板102与基底104的连接。在这个例子中，铰钉114和116偏离挡板102的接触区所限定的平面502。悬臂106绕着铰钉114和116相对第一角度取向运动一个锐角。在不施加力时，悬臂106位于基本上平行于基底104的第一角度取向。如果悬臂106不箝位到基底104上，则磁场126的施加可能使悬臂106绕着铰钉114和116旋转，直到悬臂接触第二角度取向的挡板102的底边130，如图5b所示。悬臂106箝位到高度为b，宽度为w的接触区的侧壁108，如图5c所示，前提是需要满足两个条件：(i)条件1定义在上面；(ii)下一个条件为：

在悬臂106和挡板102之间所产生的，静电偏压所导致的通过底部侧边130所限定的绕着轴的转矩≥挠性物110和112的拉伸所产生的转矩 $\frac{\mathrm{\ϵw}{V}^2}{2g^2}\×\frac{b^2}{2}\≥\mathrm{kda}---\left(3\right)$

在上面所描述并且在图3f，4c和5c中所给出的情形中，在不施加力时，由于挠性物110和112的扭转和横向拉伸被释放，悬臂106回到基本上平行于基底104的第一角度取向。

图6a和6b表示具有与基座组件604相连接的挡板组件602的装置600。基座组件604有一个悬臂阵列606。通过至少一个挠性物将每个悬臂连接到基座组件604，允许每个悬臂改变它的角度取向和横向位置。挡板组件602可能具有一大体上为平表面的系列。可以将每个大体上的平表面构造成在接触区与各自的悬臂相接触，使得当将一个力施加给与挡板组件602的该大体上的平表面基本垂直的悬臂时，一足够大的力将该悬臂保持在背离挡板组件602的与挡板组件602的该大体上的平表面基本平行的平面内。在一个实施例中，挡板组件602限定了一系列开口608，如图6a所示。每个开口具有至少一个大体上的平表面610，在接触区中与各自的悬臂相接触。将每个大体上的平表面610构造成位于垂直于基座组件604的平面内。悬臂606阵列可以与静电箝位电路连接在一起，使得可以分别选择每个悬臂，将其箝位到它相应的表面610或箝位到基座组件604上。在另一个实施例中(图中没有给出)，挡板组件可以限定一空腔阵列，每个空腔具有至少一个大体上的平表面，在接触区与各自的悬臂相接触。

装置600的一种应用为光开关。在一个实施例中，悬臂606的阵列作为反射镜。如果需要，可以在挡板组件602的顶面612的平面上每个悬臂部分上沉积一种适宜的反射镜涂层来增强反射率。在另一个实施例中，悬臂的阵列606充当分束器。每个悬臂可以由可透过和反射不同比例光束的材料制成。每个悬臂的尺寸相似，并将其设计为每个侧壁610与它相应的悬臂的底部相接触。

图6a表示具有三个光输入端614，616和618以及三个光输出端620，622和624的装置600。N个输入端(614，616和618)沿着装置600的一边设置，M个输出端(620，622和624)沿着相邻边设置。开关元件为悬臂阵列606。每个悬臂以相同角度取向，例如与入射光束成45°。如果沿着N个入射光束其中之一的第m个悬臂被箝位到它相应的侧壁上，则该光束被反射到M个输出端中的第m个。给定输入线中除了一个悬臂以外所有的悬臂都被悬臂与基座组件604之间所施加的静电偏压拉下来。该被箝位在相应侧壁上的悬臂为该输入线选择了输出。

对于任何特定目的或应用，用户可以选择制造装置600的材料、电压源，所施加的静电偏压和所施加的磁场来调整该装置600的敏感度。可以使用包括“平板印刷，电形成和脱离形成(galvanoformung andabformung)”(LIGA)，传统机械加工，深度各向异性等离子体蚀刻和激光加工技术来制造装置600。挡板组件602可以通过(110)-取向硅的各向异性蚀刻来制造，可以保证在挡板组件602上所有侧壁610的角均匀性。悬臂的阵列606、侧壁610和基座组件604可以被制造成在一个或多个表面上具有带纹理的表面，以减小每个悬臂箝位到它相应的侧壁或基座组件604上时的粘附作用。该纹理表面可以包括波纹、凸起和隆起。可以基于装置600的应用来调整限定N乘M悬臂阵列606的悬臂的数量。可以用单独的批处理方法制造装置600，包括单一的挡板—基底组件。或者，可以按两部分方法来制造装置600，一个工艺方法用于制造挡板组件602，另一个工艺方法用于制造基座组件604。可以在独立的对准步骤中将挡板组件602与基座组件604对准。

所施加的静电偏压可以是由上面所描述的静电箝位电路或其它装置施加的吸引力，其中该吸引力被定义为朝向挡板方向推或拉悬臂的任何力。

可以使用位于装置600内部或外部的线圈或者位于装置600内部或外部的永久磁铁来施加磁场。在存在磁场时，在悬臂606阵列中每一个上所形成的载流线圈、硬磁材料、软磁材料或这三种的组合可以将一个力施加给悬臂。当悬臂706被箝位到侧壁704上时，如图7a所示，与侧壁704不正好平行的所施加的磁场702可能会引起轻微的扭转，并在包含一反射表面的悬臂706的部分中产生弯曲。所产生的弯曲可能导致反射光束不对准。图7b给出了悬臂706的另一个实施例，其减小了弯曲效应对光学特性的影响。通过支架臂712将悬臂710的磁性部分708与悬臂710的其它部分连接到一起。支架臂712将包括反射表面714的悬臂710部分与施加给悬臂710磁性部分708的磁场702隔离。在这个实施例中，当悬臂710被箝位到侧壁716上时，施加不正好平行于侧壁716的磁场702会导致在包含反射表面714的悬臂710部分中最小弯曲，如图7c所示。

参照特定实施例对本发明进行了描述。其它实施例在下面的权利要求的范围之内。例如，可以通过不同顺序实现本发明步骤，而仍然能得到所需结果。

Claims (42)

1.一种装置，包括：

一基底；

一悬臂，其具有一与该基底相连接的底部，以使此悬臂可以在第一角度取向和第二角度取向之间运动；以及

一挡板，当该悬臂处于第二角度取向时，此挡板在接触区内与该悬臂的底部相接触。

2.一种装置，包括：

一基底；

一与该基底相连接并可在第一角度取向和第二角度取向之间运动的悬臂；以及

一挡板，其构成可在一定大小的接触区内与该悬臂相接触，从而当在悬臂与挡板之间施加一静电偏压时，有足够大的力使悬臂背离挡板。

3.如权利要求1或2的装置，其中在一固定位置处该悬臂被连接到该基底上。

4.如权利要求3的装置，其中该悬臂通过一挠性物与基底相连接。

5.如权利要求4的装置，其中该挠性物是由易弯曲有弹性的材料形成的，可以提供下述改变：

该悬臂围绕该固定位置相对于第一角度取向的角度取向变化；

该悬臂相对该固定位置的横向位置变化。

6.如权利要求5的装置，其中该悬臂与挡板均包括各自的导电部分。

7.如权利要求6的装置，其中：

当施加一磁场时该悬臂朝第二角度取向运动，并在接触区内与挡板相接触，接触区的特点为其高度b和宽度w满足下面的条件： $\frac{\mathrm{\ϵw}{V}^2}{2g^2}\×\frac{b^2+2\mathrm{ab}}{2}\≥k_{\mathrm{\θ}}\mathrm{\θ}$

其中ε为表示悬臂与挡板相接触时，将悬臂的导电部分与挡板的导电部分分离的材料的介电常数，V为所施加的用于在悬臂和挡板之间产生静电偏压的电压，g为悬臂与挡板接触时悬臂的导电部分与挡板的导电部分之间相分离的距离，k_θ为挠性物的扭转弹性常数，θ为该悬臂围绕该固定位置相对于第一角度取向的角度取向，a为挡板和基底之间相分隔的距离。

8.如权利要求7的装置，其中当第二角度取向是围绕该固定位置相对于第一角度取向的钝角时，该悬臂在接触区内与挡板相接触，该接触区的特点为其高度b和宽度w还满足下面的条件： $\frac{\mathrm{\ϵw}{V}^2}{2g^2}\×\frac{b^2}{2}\≥\mathrm{kd}(a+b)$

其中k为挠性物的横向弹性常数，d为固定位置与挡板接触区所限定平面之间分开的距离。

9.如权利要求7的装置，其中当第二角度取向是围绕该固定位置相对于第一角度取向的锐角时，该悬臂在接触区内与挡板相接触，该接触区的特点为其高度b和宽度w还满足下面的条件： $\frac{\mathrm{\ϵw}{V}^2}{2g^2}\×\frac{b^2}{2}\≥\mathrm{kda}$

其中k为挠性物的横向弹性常数，d为固定位置与挡板接触区所限定平面之间分开的距离。

10.如权利要求5的装置，其中该挠性物由多晶硅形成。

11.如权利要求1的装置，其中该接触区包括一个大体上的平表面，当在悬臂与挡板之间施加一力时，该平表面被构成限定该悬臂相对于固定位置的横向位置和限定该悬臂围绕该固定位置相对于第一角度取向的第二角度取向。

12.如权利要求11的装置，其中该大体上为平的接触区表面与基底的顶面基本上垂直。

13.如权利要求11的装置，其中该力为一静电力。

14.如权利要求1或2的装置，其中该基底、悬臂和挡板由半导体材料制成。

15.如权利要求1或2的装置，其中该悬臂包括一载流线圈。

16.如权利要求1或2的装置，其中该悬臂包括一种硬磁材料。

17.如权利要求1或2的装置，其中该悬臂包括一种软磁材料。

18.如权利要求1或2的装置，其中该悬臂包括一光反射表面。

19.如权利要求1或2的装置，其中该悬臂是连接到该基底上的悬臂阵列中的一个，每个悬臂均有各自的挡板，被设计成可在接触区内与该悬臂相接触。

20.一种装置，包括：

一基底；

一与该基底相连接并可在第一位置和第二位置之间运动的悬臂；以及

一挡板，该挡板具有一个大体上的平表面，被设计为在一定大小的接触区内与该悬臂相接触，当将力施加给与挡板的该大体上的平表面基本垂直的该悬臂时，一足够大的力使悬臂背离挡板，使该悬臂处于与挡板的该大体上的平表面基本平行的平面内。

21.如权利要求20的装置，其中在固定位置处该悬臂与基底相连接。

22.如权利要求21的装置，其中通过一挠性物将悬臂连接到基底上。

23.如权利要求22的装置，其中该挠性物由易弯曲的弹性材料所形成，可以提供下述改变：

该悬臂围绕该固定位置相对于第一角度取向的角度取向变化；

该悬臂相对该固定位置的横向位置变化。

24.如权利要求23的装置，其中该挠性物由多晶硅形成。

25.如权利要求20的装置，其中该大体上的平表面基本上垂直于基底的顶面。

26.如权利要求20的装置，其中该基底、悬臂和挡板由半导体材料形成。

27.如权利要求20的装置，其中该悬臂包括一载流线圈。

28.如权利要求20的装置，其中该悬臂包括一种硬磁材料。

29.如权利要求20的装置，其中该悬臂包括一种软磁材料。

30.如权利要求20的装置，其中该悬臂包括一光反射表面。

31.如权利要求20的装置，其中该悬臂是连接到该基底上的悬臂阵列中的一个，每个悬臂均有各自的挡板，被设计成可在接触区内与该悬臂相接触。

32.一种用于将光束从第一端口引导到第二端口的方法，包括：

将第一个力施加给一悬臂，以使悬臂从第一角度取向运动到第二角度取向，其中在第二角度取向该悬臂与一个挡板相接触；以及

在该悬臂与挡板之间施加第二个力，以将该悬臂保持在与挡板的一大体上的平表面基本平行的平面内，从而该悬臂将光束从第一端口引导到第二端口。

33.如权利要求32的方法，其中该第一个力为磁场。

34.如权利要求32的方法，其中该第二个力为静电偏压。

35.一种使用不施加力时处于第一角度取向、施加一恒定的力时处于静态平衡位置的光反射悬臂将光束从第一端口引导到第二端口的方法，该方法包括：

将第一个力施加给该悬臂，以使悬臂从第一角度取向运动到不同于该静电平衡位置的第二角度取向，其中在第二角度取向该悬臂与一挡板相接触；以及

在该悬臂与该挡板之间施加第二个力，以将该悬臂保持在与挡板的一大体上的平表面基本平行的平面内背离该挡板，从而该悬臂将光束从第一端口引导到第二端口。

36.如权利要求35的方法，其中该第一个力是随时间而变化的力。

37.如权利要求36的方法，其中该第一个力具有一种分布，该分布是从包括阶梯形分布、锯齿分布、正弦分布和脉冲分布的组中选择出来的一种分布。

38.如权利要求35的方法，其中该第一个力为磁场。

39.如权利要求35的方法，其中该第二个力为静电偏压。

40.一种制造用于引导光束的装置的方法，包括：

将一悬臂阵列与一个基座组件连接起来，每个悬臂可以在第一角度取向和第二角度取向之间运动；以及

在一个挡板组件中形成一开口阵列，将挡板组件连接到基座组件上，并将每个开口定位在当悬臂处于第二角度取向时与各自的悬臂相接触。

41.如权利要求40的方法，其中每个开口有至少一个大体上为平的侧壁，位于与基座组件的顶面相垂直的平面内。

42.如权利要求40的方法，其中通过至少一个挠性物将每个悬臂连接到基座组件上。

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