收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

体硅微机械光开关的设计与制作工艺的研究

董玮  
【摘要】:随着光纤通信技术的发展和密集波分复用(DWDM)系统的应用,全光 交换已经成为一种趋势,光开关是实现全光交换的关键器件,它可以实现 全光层的路由选择,波长选择,光交叉连接,自愈保护等功能。随着 MEMS 技术的发展,MEMS 与光器件融合于一体的 MOEMS 光开关阵列将成为全光网 络的主流器件。国外的研究机构都以极大的力度投入微光电子机械开关阵 列的研究,并取得了很大突破。我国对 MOEMS 光开关的研究虽然时间不 长,但也取得了相当的进展,从事这一研究工作的单位多数是一流的高校 和技术力量雄厚的研究所,电子科技集团公司十三所、吉林大学、上海交 通大学、清华大学和上海微系统与信息技术研究所等。目前主要进行研究 的是 1×2 和 2×2 等小型微机械结构光开关。但由于力量分散,投入不 足,尽管已有不少成果,但在产品质量,性能价格比及实用化等方面与国 外还有很大差距。   本文研制了 2×2 微机械光开关,它是利用微反射镜的移动来改变入射 光的传播方向实现光开关的功能。主要包括微反射镜,自对准光纤槽以及 驱动结构。微反射镜、光纤槽和静电驱动扭臂结构的上电极是在(100)硅 片(或(110)硅片)上制作,制作工艺简单,反射镜和光纤槽是通过一次 掩膜在 KOH 溶液中腐蚀出来。驱动部分的下电极是在另一片硅片上制作。  采用单模光纤连接损耗理论对光开关的插入损耗进行了分析,在直通 状态时引起插入损耗的主要原因是:两根单模光纤连接时的轴向、径向和 角度偏移。而反射状态时引起插入损耗的原因除了光纤连接引起的损耗以 外,还包括反射镜的表面粗糙和反射镜的厚度引起的损耗。并且指出若要 求反射状态的插入损耗小于 2dB,使用普通的单模光纤耦合的难度是相当 大,因此需要在光纤的端部进行适当的加工处理。  108 WP=117 吉林大学博士学位论文 对微机械光开关的驱动结构进行了设计和优化,给出了悬臂驱动结构 和普通平面下电极的扭臂结构的驱动电压和结构尺寸的关系,提出了一种 倾斜下电极的扭臂驱动结构,理论分析表明,倾斜下电极的 pull-in 电压 仅为平面下电极的一半,从而能有效地降低驱动电压。计算了倾斜下电极 扭臂驱动结构开关时间。  确定了制作光开关的工艺条件,设计并制作了硅各向异性湿法腐蚀过 程中晶向对准图形,在(100)和(110)硅片上制作了微反射镜,光纤槽 和扭臂驱动结构的上电极部分。本文提出了一种倾斜下电极制作的新方 法,选取了偏 2.5°的(111)硅片,制作了倾斜下电极。利用五维光纤调 节架和测量显微镜等设备,对微机械光开关进行了组装,将上下电极粘和 在一起,光纤固定在光纤槽中。  建立了驱动电压和开关时间的测试系统,对光开关的驱动电压和开关 时间进行了测试,开关的 pull-in电压为 35.7V,开关从直通到反射和从反 射到直通状态的时间均小于或等于 5ms,开关的寿命大于 100万次。测试 结果和理论计算值之间有一定的误差,这主要是由器件的设计尺寸和制作 尺寸之间的偏差引起的。利用稳定化光源和光功率计对光开关的插入损耗 和串话进行了测量,直通状态下的插入损耗小于 2dB,反射状态下的插入 损耗小于 3dB,串话小于-50 dB。 在制作开关单元的基础上,提出了 8×8 阵列光开关的制作方案,通过 各向异性湿法腐蚀工艺制作静电驱动扭臂结构微反射镜型二维结构的 8×8 光开关阵列。使用(110)硅片制作了 8×8 阵列光开关的微反射镜阵列, 共有 64 个微反射镜。  与国内其它单位的研究方案相比,我们提出 8×8 光开关阵列的研究方 案具有可以同时实现微反射镜的镜面平整垂直、各单元的微镜平面间平 行、扭臂的结构尺寸准确控制等优点。这种设计方案和工艺路线是目前我 们所见到的 MOEMS 光开关工艺中最为简单的,它不仅能简化工艺流程,提 高成品率,降低制作成本,更重要的是提高光开关的制作精度,降低光损 耗,容易做成阵列,实现光开关阵列的实用化生产。 


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 ;[断电记忆 淡入淡出 单向调光] 波创A8系列智能/调光开关[J];数字社区&智能家居;2010年03期
2 刘晓丽;;微机电系统(MEMS)的加工工艺[J];黑龙江科技信息;2011年20期
3 徐宁;朱永梅;孙晓云;马正北;钱晨;;基于压电陶瓷的光开关结构设计与实验研究[J];光通信研究;2011年04期
4 曹作恺;徐宁;;微流控阵列光开关中微流体流动特性的研究[J];计算机技术与发展;2011年09期
5 李丽君;曹莹;周秀丽;于国亮;;光纤布拉格光栅非线性双稳开关特性研究[J];光通信研究;2011年04期
6 陈直;陈抱雪;隋国荣;李倩;;LiNbO_3基Sn-As_2S_8单偏振单模波导电光开关的设计[J];光学仪器;2009年03期
7 苏亚辉;崔洪涛;杨云杰;汪金礼;黄文浩;;飞秒激光并行光学存储系统设计及仿真[J];光电工程;2011年06期
8 刘小林;郑建立;;基于SOA的光保险丝的研究和设计[J];光通信技术;2011年06期
9 ;[防漏电DIY纳米材料] 完美生活OMELIFE智能笑脸开关系列[J];数字社区&智能家居;2010年03期
10 ;性能稳定决定品质成败——智能无线灯控产品评测[J];数字社区&智能家居;2010年03期
11 韩文峰;;浅谈FTTH网络中自动保护和恢复切换技术[J];数字技术与应用;2011年07期
12 闫志刚;;试谈光缆通信的应用和发展[J];电脑编程技巧与维护;2011年16期
13 陈勇华;;微机电系统的研究与展望[J];电子机械工程;2011年03期
14 潘立;;1550nm有线电视城区网络改造方案[J];信息与电脑(理论版);2011年08期
15 涂晟;王军波;商艳龙;陈德勇;;高灵敏度谐振式微加速度传感器的设计与制作[J];传感技术学报;2011年08期
16 李瑞欣;赵尚弘;幺周石;郑伟;李勇军;刘振霞;;通信卫星光电混合交换技术研究[J];光通信技术;2011年06期
17 林日乐;谢佳维;周倩;满欣;李文蕴;张巧云;;石英MEMS陀螺的结构特性分析[J];压电与声光;2011年04期
18 郭余祥;束有斌;;基于NGB的仪征广电网络可行性研究与实践[J];有线电视技术;2011年08期
19 谢金龙;边春雨;;省内长途传输网新建40 Gbit/s WDM系统的技术选择分析[J];电信科学;2011年06期
20 高岩;张国峰;王晓波;肖连团;贾锁堂;;声光延迟效应用于消除微弱背景光噪声[J];光电工程;2011年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 曹钟慧;鲍俊峰;吴兴坤;;一种超小型1×2微机械光开关[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
2 沈映欣;李刚毅;;1×4 LiNbO_3光开关[A];全国第十一次光纤通信暨第十二届集成光学学术会议(OFCIO’2003)论文集[C];2003年
3 贾玉斌;陈良惠;李玉璋;;一种微机械光开关理论分析[A];第一届全国纳米技术与应用学术会议论文集[C];2000年
4 黄珊;何治柯;;核酸分子“光开关”用于银离子的测定[A];湖北省化学化工学会第十一届分析化学专业年会论文集[C];2007年
5 郭美凤;高钟毓;张嵘;陈志勇;;微机械姿态测量单元及在船用卫星电视接收天线姿态稳定中的应用[A];2003年惯性仪表与元件学术交流会论文集[C];2003年
6 王丹;彭小峰;;一种MEMS光开关的原理及设计[A];广西光学学会2002年学术年会论文集[C];2002年
7 王运;何治柯;;核酸分子“光开关”特性钌(Ⅱ)配合物研究进展[A];湖北省化学化工学会第十一届分析化学专业年会论文集[C];2007年
8 宋金声;;光开关的技术进展和应用[A];全国第十次光纤通信暨第十一届集成光学学术会议(OFCIO’2001)论文集[C];2001年
9 李兰;刘铮;邹德恕;沈光地;;新型室温工作微机械红外探测器[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年
10 罗元;胡章芳;;MEMS光开关阵列扩展性的研究[A];第九届全国青年通信学术会议论文集[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王浙辉;硅基微机械光开关研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2003年
2 董玮;体硅微机械光开关的设计与制作工艺的研究[D];吉林大学;2004年
3 余文革;变形时域建模仿真理论及其在微机械天线中的应用[D];重庆大学;2004年
4 陈芳;核酸分子“光开关”及核酸光谱分析新方法研究[D];武汉大学;2004年
5 卢山鹰;干涉型铌酸锂基集成光开关研究[D];浙江大学;2004年
6 罗元;光通信MEMS光开关关键技术的研究[D];重庆大学;2003年
7 吕琼莹;微机械压电微电机原型机的研究[D];中国科学院长春光学精密机械与物理研究所;2001年
8 宗登刚;微机械材料力学性能测量[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2003年
9 张流强;基于微机械的光调制热成像器件研究[D];中国科学院上海冶金研究所;2000年
10 梁静秋;微光机电器件及其关键技术研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 纪平;微机械光开关微反射镜的制作和驱动结构的有限元分析[D];吉林大学;2004年
2 杨艺榕;转动竖直微镜的硅微机械光开关研究[D];中国科学院研究生院(上海微系统与信息技术研究所);2004年
3 徐永青;2×2微机械(MEMS)光开关[D];西安电子科技大学;2006年
4 潘建旋;基于(100)硅片的MOEMS光开关的研制[D];吉林大学;2005年
5 袁野;非硅基微机械光开关及可调光衰减器的设计,制作与分析[D];浙江大学;2004年
6 韩晓星;用于热光光开关的聚合物薄膜波导制作[D];华中科技大学;2004年
7 占恒正;光注入全内反射型光开关的研究[D];浙江大学;2003年
8 赵波;面向OXC的MEMS光开关设计与分析技术[D];东南大学;2004年
9 冯志芳;几种光子器件的原理及应用的研究[D];北京工业大学;2003年
10 葛峻;MEMS光开关的研究[D];东南大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 吴莉;新型磁光光开关[N];经济参考报;2003年
2 ;山东新型磁光光开关通过鉴定[N];今日信息报;2003年
3 胡慧平;引言-----半导体光开关[N];中国电子报;2002年
4 记者吴仲国;日本开发出新型光开关[N];科技日报;2002年
5 吴映红;半导体光开关——光网络核心元件[N];中国电子报;2000年
6 ;ZnO薄膜的MOCVD生长技术[N];科技日报;2006年
7 冯卫东;科学家制造出世界最小光开关[N];科技日报;2008年
8 孙喜庭 实习生 侯颖 本报记者 李兵;德国老专家情系中国企业[N];锦州日报;2006年
9 郭静蓉;从图像传感器切入 DMD漫长的开发之路[N];电子资讯时报;2007年
10 李源浩本报记者 孙春艳 王晓英;情系光电事业[N];吉林日报;2007年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978