基于微加工技术的光开关及光互连结构研究

【摘要】：本博士论文对基于非硅基微加工技术的光开关的设计分析与器件制作以及基于软光刻技术的微光学器件进行了研究。 本文主体由两大部分构成。第一部分主要是基于非硅基微加工技术的光开关的研究,第二部分则是基于软光刻技术的微光学器件的研究。文中从理论分析和实验验证两个方面对器件的设计分析及制作封装进行了深入的研究。 第一部分包括四个章节,其中前三个章节分别介绍了三种非硅基光开关的设计,驱动原理及测试结果,另外一个章节则对这三种光开关的制作工艺做了一个总结。各章的主要内容分别介绍如下: 其中第二章介绍了由自锁型电磁驱动单元构筑的一种非硅基低电压驱动1×8光开关,该光开关具有小体积,低成本,可扩展的特点。该开关采用的自锁型电磁微镜驱动单元具有落地面积小,集成度高的特点,有很高的通用性,能够组成多种单元阵列,拓展出多种端口光开关。基于此单元的1×2,1×4,1×8,2×2光开关已经试制成功,并通过了浙江省新产品鉴定。 第三章介绍了一种非硅基微机械小型可扩展1×2光开关,该开关封装体积小,开关速度快,功耗低,是一种性能优越的光路切换器件,可广泛应用于光交换网络和光纤测试系统中。通过对原有1×8开关驱动单元的改进,实现了0-5VDC的标准开关电源驱动,便于系统集成,同时继承了原反射单元体积小,切换速度快的特点,通过活动单元的阵列,可将其扩展为1×N光开关。 第四章介绍了光纤直接耦合型非硅基1×2光开关,该器件是在我们前面两种采用光纤准直器类型的光开关基础上研究开发的。该器件使用电磁微线圈驱动一封装在微加工柔性框架上的活动光纤来对准另两根固定光纤,实现光路转换。驱动电压为5V,开关时间小于2ms,插入损耗0.9dB～1.1dB。器件构造工艺采用了CNC雕刻技术和EDM技术。 第五章对前面几种开关器件的制作及封装工艺进行了总结和分析,分开关实现技术、元件分析、封装方式比较、制作工艺流程及专用工装等几个方面进行了详细介绍。总结出了一整套光无源器件制作的工艺流程。