CN1375716A - 电磁型微机械阵列光开关 - Google Patents
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Abstract
电磁型微机械阵列光开关属于光通信领域。本发明主要包括:金属基板、轴承、铁氧体基板、平面绕组、转轴、永磁体和反射镜,其连接方式为:金属基板内设有孔,轴承安装在金属基板的孔内,铁氧体基板设在金属基板上,平面绕组采用MEMS工艺在铁氧体基板上制造,永磁体夹在两层平面绕组之间,与平面绕组之间有一定的气隙,铁氧体基板、平面绕组和永磁体的中心均设孔,孔位均与金属基板上的孔位对齐,转轴贯穿上下金属基板、铁氧体基板、平面绕组及永磁体,转轴与永磁体固定在一起,转轴的一端安装反射镜。本发明具有实质性特点和显著进步,本发明体积小、易制造、易控制、低功耗和长寿命。
Description
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机械阵列光开关，属于光通信领域。
背景技术：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，特别适用于制作阵列式微光开关。经文献检索发现，微机械阵列光开关有两种：一种如德国专利DE19644918 A1，名称为Mikromechanische optische schalteinheit(微机械光开关)，该技术描述一种3×3微机械阵列光开关，该光开关含两层3×3的反射镜阵列，通过控制反射镜上电极与基板上电极之间的电压来驱使反射镜沿一扭转轴转动45°，实现光路的切换。这种微机械阵列光开关的缺点是要维持反射镜的偏转状态，必须始终加以电压，使得光开关阵列的整体功耗较大，另外反射镜偏转时，转动轴的扭转易造成材料的疲劳，使光开关阵列的工作寿命大为降低。另一种如美国专利US5960132所述，名称为Fiber-Optic Free-Space Micromachined Matrix Swithes(自由空间光纤微机械阵列开关)，采用叉指式电极的驱动结构驱动一反射镜插入光路中，或从光路中抽出。反射镜被插入光路时，实现光路的切换；被抽出光路时，对光路的原方向不产生影响。这种表面微机械工艺制造的叉指式驱动结构一方面难以使反射镜产生大位移的运动，另一方面它本身的位置锁定结构设计比较复杂，增加了整个阵列光开关的制造与控制难度。
发明内容：本发明针对现有技术的不足和缺陷，提供一种电磁型微机械阵列光开关，实现了阵列光开关体积小、易制造、易控制、低功耗和长寿命。本发明主要包括：金属基板、轴承、铁氧体基板、平面绕组、转轴、永磁体和反射镜，其连接方式为：金属基板内设有孔，轴承安装在金属基板的孔内，铁氧体基板设在金属基板上，平面绕组采用MEMS工艺在铁氧体基板上制造，永磁体夹在两层平面绕组之间，与平面绕组之间有一定的气隙，铁氧体基板、平面绕组和永磁体的中心均设孔，孔位均与金属基板上的孔位对齐，转轴贯穿上下金属基板、铁氧体基板、平面绕组及永磁体，转轴与永磁体固定在一起，永磁体带动转轴转动，转轴的一端安装反射镜，转轴的转动带动反射镜的转动。
平面绕组采用双稳态的线圈结构，可实现当反射镜被旋转到确定位置后，自动维持该位置状态，使阵列光开关的总体功耗大为降低；平面绕组采用双绕组线圈结构，当通以脉冲电流时，将驱动永磁体转动135°，从而带动反射镜转动135°；采用上下两层平面绕组夹一层永磁体的结构，当平面绕组中通脉冲电流时，将产生较大的转动力矩驱使永磁体转动，提高工作响应速率；平面绕组线圈采用铁氧体基板，进一步提高了转动力矩和响应速率，永磁体、转轴和反射镜三者固定在一起，使得整体结构紧凑，进一步提高工作响应速率。
整个N×M阵列光开关由N×M个1×2光开关单元构成，每个1×2光开关含有一个反射镜，每个反射镜有0°和135°两种位置状态，分别为插入光路和离开光路两种状态。
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方法制造，易于集成化生产和流水作业，并且光开关阵列体积小，制造不复杂，电磁驱动方式结构紧凑，易于控制，工作寿命长，反射镜仅在切换位置状态时需要施加驱动电流，长时间保持某种开关状态不会产生任何功耗或材料磨损，因此该光开关阵列的总体功耗小，寿命长。
附图说明：图1电磁型微机械阵列光开关结构装配图
图2单个1×2光开关单元结构示意图
图3电磁型微机械4×4阵列光开关的光路切换示意图
具体实施方式：如图1、图2和图3所示，本发明主要包括：金属基板(1)、轴承(2)、铁氧体基板(3)、平面绕组(4)、转轴(5)、永磁体(6)和反射镜(7)，其连接方式为：金属基板(1)内设有孔，轴承(2)安装在金属基板(1)的孔内，铁氧体基板(3)设在金属基板(1)上，平面绕组(4)采用MEMS工艺在铁氧体基板(3)上制造，永磁体(6)夹在两层平面绕组(4)之间，与平面绕组(4)之间有一定的气隙，铁氧体基板(3)、平面绕组(4)和永磁体(6)的中心均设孔，孔位均与金属基板(1)上的孔位对齐，转轴(5)贯穿上下金属基板(1)、铁氧体基板(3)、平面绕组(4)及永磁体(6)，转轴(5)与永磁体(6)固定在一起，永磁体(6)带动转轴(5)转动，转轴(5)的一端安装反射镜(7)，转轴(5)的转动带动反射镜(7)的转动。
平面绕组(4)采用双稳态的线圈结构，平面绕组(4)采用双绕组线圈结构，通以脉冲电流，驱动永磁体转动135°，带动反射镜转动135°，平面绕组(4)线圈为铁氧体基板(3)结构，上下两层平面绕组(4)夹一层永磁体(6)，永磁体(6)、转轴(5)和反射镜(7)三者固定在一起。
整个N×M阵列光开关由N×M个1×2光开关单元构成，每个1×2光开关含有一个反射镜，每个反射镜有0°和135°两种位置状态，分别为插入光路和离开光路两种状态。
以下以4×4阵列光开关为例，介绍其实施方式，反射镜处于0°位置时对光路不起作用，当反射镜(7)旋转135°后，插入光路中，将光路反射至侧面的输出光纤(9a-9d)中。对于每一路输入光，都可以被切换至任一路侧面的输出光纤(9a-9d)中。
Claims (5)
1、一种电磁型微机械阵列光开关，主要包括，金属基板(1)、轴承(2)、铁氧体基板(3)、平面绕组(4)、转轴(5)、永磁体(6)和反射镜(7)，其特征在于连接方式为：金属基板(1)内设有孔，轴承(2)安装在金属基板(1)的孔内，铁氧体基板(3)设在金属基板(1)上，平面绕组(4)采用MEMS工艺在铁氧体基板(3)上制造，永磁体(6)夹在两层平面绕组(4)之间，与平面绕组(4)之间有一定的气隙，铁氧体基板(3)、平面绕组(4)和永磁体(6)的中心均设孔，孔位均与金属基板(1)上的孔位对齐，转轴(5)贯穿上下金属基板(1)、铁氧体基板(3)、平面绕组(4)及永磁体(6)，转轴(5)与永磁体(6)固定在一起，转轴(5)的一端安装反射镜(7)。
2、根据权利要求1所述的这种电磁型微机械阵列光开关，其特征是平面绕组(4)采用双稳态的线圈结构，平面绕组(4)采用双绕组线圈结构。
3、根据权利要求1所述的这种电磁型微机械阵列光开关，其特征是上下两层平面绕组(4)夹一层永磁体(6)，平面绕组(4)线圈为铁氧体基板(3)。
4、根据权利要求1所述的这种电磁型微机械阵列光开关，其特征是永磁体(6)、转轴(5)和反射镜(7)三者固定在一起。
5、根据权利要求1所述的这种电磁型微机械阵列光开关，其特征是整个N×M阵列光开关由N×M个1×2光开关单元构成，每个1×2光开关含有一个反射镜，每个反射镜有0°和135°两种位置状态，分别为插入光路和离开光路两种状态。
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