本發(fā)明涉及光通信和光測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種N×N通道的MEMS光開關(guān)模塊。

背景技術(shù)：

微機(jī)電光開關(guān)，即MEMS(Micro-Electro-Mechanical-Systems)光開關(guān)，是將電氣元件和機(jī)械元件、微光學(xué)元件結(jié)合在一起的微型化的新型光開關(guān)，是大容量全光交換網(wǎng)絡(luò)開關(guān)發(fā)展的主流方向。

MEMS光開關(guān)是在硅晶上刻出若干微小的鏡片，通過靜電或其他控制力使微鏡片產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而改變光的傳播方向，實(shí)現(xiàn)光路選擇的開關(guān)功能。MEMS光開關(guān)較其他光開關(guān)具有明顯優(yōu)勢(shì)，其開關(guān)時(shí)間一般在ms數(shù)量級(jí)，使用IC制造技術(shù)體積小、集成度高，可以處理任意波長(zhǎng)的光信號(hào)；既有機(jī)械式光開關(guān)的低插損、低串?dāng)_、低偏振相關(guān)損耗和高消光比的優(yōu)點(diǎn)，又有波導(dǎo)開關(guān)的高開關(guān)速度、小體積、低成本、加工工藝多樣化、易于大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)。

N×N通道的MEMS光開關(guān)是一種基于MEMS技術(shù)開發(fā)的新型自由空間光交換器件，由陣列MEMS芯片和陣列多芯準(zhǔn)直器組成，廣泛用于光路傳輸和轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)N×N全通道任意切換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在N×N通道中的全光交換。

現(xiàn)有2×2通道的MEMS光開關(guān)，仍存在體積較大的問題。若按其結(jié)構(gòu)將通道數(shù)增加至N×N，體積將更龐大，功耗過高，切換時(shí)間過長(zhǎng)，插入損耗大等缺陷使其無法實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種N×N通道的MEMS光開關(guān)模塊，其陣列MEMS芯片和陣列多芯準(zhǔn)直器共同安裝于基板上。其輸入光纖與輸出光纖位于陣列MEMS芯片的同一側(cè)的兩個(gè)陣列多芯準(zhǔn)直器內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，通道數(shù)多，體積小，重量輕，功耗小，插損低，穩(wěn)定性高。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種N×N通道的MEMS光開關(guān)模塊包括MEMS芯片和N芯準(zhǔn)直器，N芯準(zhǔn)直器含有N根光纖的陣列和相配合的N個(gè)透鏡的陣列，所述N為整數(shù)，取值范圍為2≤N≤16。兩個(gè)相同的MEMS芯片和兩個(gè)相同的N芯準(zhǔn)直器安裝于同一基板上，處于相同的高度。所述MEMS芯片含有N個(gè)微型反射鏡片，N個(gè)鏡片在同一平面上排布為陣列。所述MEMS芯片N個(gè)鏡片的陣列與N芯準(zhǔn)直器N根光纖的陣列相配合。

所述兩個(gè)N芯準(zhǔn)直器互相平行，其一為第一N芯準(zhǔn)直器，其N根光纖為輸入光纖，配合輸入光纖的N個(gè)透鏡排布為平面矩陣，該平面與基板垂直；另一為第二N芯準(zhǔn)直器，其N根光纖為輸出光纖，配合輸出光纖的N個(gè)透鏡排布為平面矩陣，該平面與基板垂直。所述兩個(gè)N芯準(zhǔn)直器的透鏡平面相互平行。

所述兩個(gè)MEMS芯片的鏡片安裝平面垂直于基板且相互呈90°夾角，分別為第一MEMS芯片和第二MEMS芯片。第一N芯準(zhǔn)直器的透鏡矩陣平面與第一MEMS芯片的鏡片安裝平面相對(duì)，二者的交角為45°，每個(gè)透鏡與第一MEMS芯片的一個(gè)鏡片正相對(duì)。第二MEMS芯片的鏡片安裝平面與第二N芯準(zhǔn)直器的透鏡矩陣平面相對(duì)，第二N芯準(zhǔn)直器接收第二MEMS芯片的鏡片反射的光束，第二N芯準(zhǔn)直器的透鏡矩陣平面與第二MEMS芯片的鏡片安裝平面間交角為45°。

所述兩個(gè)MEMS芯片的鏡片安裝平面夾角、第一MEMS芯片的鏡片安裝平面與第一N芯準(zhǔn)直器的透鏡矩陣平面之間的交角以及第二MEMS芯片的鏡片安裝平面與第二N芯準(zhǔn)直器的透鏡矩陣平面之間的交角的誤差小于或等于±0.1°。

盒體扣在基板上包容安裝于基板上的第一、第二MEMS芯片和第一、第二N芯準(zhǔn)直器，盒體與基板固定連接，盒體壁上有輸入光纖和輸出光纖的過孔。

第一N芯準(zhǔn)直器的某根輸入光纖導(dǎo)入的輸入光經(jīng)過其陣列透鏡準(zhǔn)直后，到達(dá)與之相對(duì)的第一MEMS芯片的鏡片、被其反射，改變光的行進(jìn)方向，反射光到達(dá)第二MEMS芯片的某個(gè)鏡片，再次被反射，改變光的行進(jìn)方向，光進(jìn)入第二N芯準(zhǔn)直器的透鏡陣列中的某個(gè)透鏡，并由其所接輸出光纖輸出?？刂频谝籑EMS芯片的鏡片轉(zhuǎn)動(dòng)，即可改變光的行進(jìn)方向，使之反射到第二MEMS不同鏡片，控制第二MEMS芯片的鏡片轉(zhuǎn)動(dòng)，即可改變二次反射光的行進(jìn)方向，使之反射到第二N芯準(zhǔn)直器的不同透鏡，使輸入光進(jìn)入選定的不同的輸出光纖，實(shí)現(xiàn)全光路切換。

所述第一MEMS芯片和第二MEMS芯片各固定于一個(gè)芯片基座上，所述芯片基座為L(zhǎng)CC陶瓷基座，即可與標(biāo)準(zhǔn)電路板直接相連接的無引腳陶瓷型基座。MEMS芯片固定于LCC型陶瓷基座上直接與轉(zhuǎn)接電路板連接，輸出其電信號(hào)。

所述芯片基座連接轉(zhuǎn)接電路板，MEMS芯片轉(zhuǎn)接件將轉(zhuǎn)接電路板轉(zhuǎn)接固定于基板基座，基板基座固定安裝于基板。

所述轉(zhuǎn)接電路板為柔性電路板，MEMS芯片輸出的電信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)接電路板引出。

所述第一N芯準(zhǔn)直器和第二N芯準(zhǔn)直器各固定于一個(gè)準(zhǔn)直器基座上，準(zhǔn)直器基座經(jīng)基板基座固定安裝于基板。

所述基板基座可在基板上調(diào)整定位和可靠固定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種N×N通道的MEMS光開關(guān)模塊的優(yōu)點(diǎn)為：1、輸入光纖與輸出光纖位于MEMS芯片同一側(cè)，方便使用；2、通道數(shù)多，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕；3、多個(gè)通道的輸入光纖導(dǎo)入的光可同時(shí)進(jìn)行光路切換；4、每束輸入光只需兩次反射即實(shí)現(xiàn)多光路的轉(zhuǎn)換，極大提高了響應(yīng)速度，減少了切換時(shí)間，且插損低、穩(wěn)定性好。

附圖說明：

圖1為本N×N通道的MEMS光開關(guān)模塊實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中第一MEMS芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中第一MEMS芯片與第一N芯準(zhǔn)直器的結(jié)構(gòu)關(guān)系示意圖；

圖4為本N×N通道的MEMS光開關(guān)模塊實(shí)施例輸入光經(jīng)過兩次反射后輸出的光路示意圖；

圖5為本N×N通道的MEMS光開關(guān)模塊實(shí)施例輸入光經(jīng)過轉(zhuǎn)動(dòng)后的反射鏡反射后的輸出光路示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1、盒體，2、第一MEMS芯片，21、MEMS芯片轉(zhuǎn)接件，22、轉(zhuǎn)接電路板，23、芯片基座，24、反射鏡片，3、第二MEMS芯片，4、第二N芯準(zhǔn)直器，41、輸出光纖，5、第一N芯準(zhǔn)直器，51、輸入光纖，52、準(zhǔn)直器基座，6、基板，61、基板基座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本N×N通道的MEMS光開關(guān)模塊實(shí)施例為8×8通道的MEMS光開關(guān)模塊，如圖1至3所示，兩個(gè)相同的MEMS芯片和兩個(gè)相同的8芯準(zhǔn)直器安裝于同一基板6上，處于相同的高度。本例MEMS芯片含有8個(gè)微型反射鏡片，8個(gè)鏡片在同一平面上排布為2×4矩形陣列，與8芯準(zhǔn)直器8根光纖的2×4陣列相配合。

本例兩個(gè)8芯準(zhǔn)直器互相平行，其一為第一8芯準(zhǔn)直器5，其8根光纖為輸入光纖51，配合輸入光纖51的8個(gè)透鏡排布為平面2×4矩陣，該平面與基板6垂直；另一為第二8芯準(zhǔn)直器4，其8根光纖為輸出光纖41，配合輸出光纖41的8個(gè)透鏡排布為2×4平面矩陣，該平面與基板6垂直。兩個(gè)8芯準(zhǔn)直器的透鏡平面相互平行。

本例兩個(gè)MEMS芯片的鏡片安裝平面垂直于基板6且相互呈90°夾角，分別為第一MEMS芯片2和第二MEMS芯片3。第一8芯準(zhǔn)直器5的透鏡矩陣平面與第一MEMS芯片2的鏡片安裝平面相對(duì)，二者的交角為45°角，第一8芯準(zhǔn)直器5的每個(gè)透鏡與第一MEMS芯片2的一個(gè)鏡片正相對(duì)。第二MEMS芯片3的鏡片安裝平面與第二8芯準(zhǔn)直器4的透鏡矩陣平面相對(duì)，第二8芯準(zhǔn)直器4接收第二MEMS芯片3的鏡片反射的光束，第二8芯準(zhǔn)直器4的透鏡矩陣平面與第二MEMS芯片3的鏡片安裝平面間交角為45°角。第一MEMS芯片2、第一8芯準(zhǔn)直器5和第二MEMS芯片3、第二8芯準(zhǔn)直器4呈左右對(duì)稱固定安裝于基板6上。

盒體1扣在基板6上包容安裝于基板6上的兩個(gè)MEMS芯片2、3和兩個(gè)N芯準(zhǔn)直器5、4，盒體1與基板6固定連接，盒體壁上有輸入光纖51和輸出光纖41的過孔。

兩個(gè)MEMS芯片2、3的鏡片安裝平面夾角、第一MEMS芯片的鏡片安裝平面與第一8芯準(zhǔn)直器5的透鏡矩陣平面之間的交角以及第二MEMS芯片3的鏡片安裝平面與第二8芯準(zhǔn)直器4的透鏡矩陣平面之間的交角的誤差小于等于±0.1°。

第一MEMS芯片2和第二MEMS芯片3各固定于一個(gè)芯片基座23上，本例芯片基座23為L(zhǎng)CC陶瓷基座，MEMS芯片采用貼片工藝與陶瓷基座固定，通過金絲鍵合實(shí)現(xiàn)電互連。

本例芯片基座23連接轉(zhuǎn)接電路板22，MEMS芯片轉(zhuǎn)接件21將轉(zhuǎn)接電路板22轉(zhuǎn)接固定于基板基座61，基板基座61固定安裝于基板6。

本例轉(zhuǎn)接電路板22為柔性電路板，MEMS芯片輸出的電信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)接電路板22引出。

如圖4所示，本例第一8芯準(zhǔn)直器5和第二8芯準(zhǔn)直器4各固定于一個(gè)準(zhǔn)直器基座上，準(zhǔn)直器基座經(jīng)基板基座61與基板6固定。第一8芯準(zhǔn)直器5輸入光纖的2×4陣列中的第一行第一列輸入光纖51導(dǎo)入的入射光經(jīng)其第一行第一列的透鏡準(zhǔn)直后，送出到達(dá)第一MEMS芯片2的反射鏡陣列的第一行第一列的鏡片24，控制該鏡片24的角度，使其反射光到達(dá)第二MEMS芯片3的第一行第一列的反射鏡，控制該反射鏡片，使第二次反射光到達(dá)第二8芯準(zhǔn)直器5的第一行第二列透鏡，并由第一行第二列輸出光纖51輸出，實(shí)現(xiàn)光路切換。

圖5所示，第一8芯準(zhǔn)直器5第一行第二列輸入光纖51導(dǎo)入的入射光，經(jīng)其第一行第二列的透鏡準(zhǔn)直后，到達(dá)第一MEMS芯片2的第一行第二列的反射鏡片24，控制該反射鏡片24轉(zhuǎn)動(dòng)，使反射光到達(dá)第二MEMS芯片3的第四行第一列的反射鏡片，控制該反射鏡片轉(zhuǎn)動(dòng)，使第二次反射光到達(dá)第二8芯準(zhǔn)直器4的第四行第二列的透鏡，并由其第四行第二列的輸出光纖41輸出，實(shí)現(xiàn)光路切換。

圖4，圖5為部分光路演示，由此可見，本N×N通道的MEMS光開關(guān)模塊可由N根輸入光纖中的任意一通道導(dǎo)入光，通過控制兩個(gè)MEMS芯片反射鏡片的轉(zhuǎn)動(dòng)，即可由選定的N根輸出光纖中的任意一通道輸出光，實(shí)現(xiàn)N通道的全通光。

上述實(shí)施例，僅為對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)一步詳細(xì)說明的具體個(gè)例，本發(fā)明并非限定于此。凡在本發(fā)明的公開的范圍之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。