一種混合驅動的可調諧光學驅動器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種可調光學驅動器，特別涉及一種小型化、高可靠性的混合驅動方式的微機電系統(tǒng)(MEMS -Micro-Electro-Mechanical System)可調諧光學衰減驅動器。
【背景技術】
[0002]小型化、動態(tài)可調諧以及高可靠性的光學驅動器件成為新型光通信網(wǎng)絡中不可或缺的關鍵器件。
[0003]可調諧光學衰減器(Variable Optical Attenuator，VOA)是一種光路信號驅動控制器件，在光通信網(wǎng)絡中主要功能用于光信號強度的調節(jié)以及光路信號的過載保護等。隨著現(xiàn)代數(shù)據(jù)中心大量的光網(wǎng)絡信息及處理要求，可調光衰減器應用也越來越廣泛。
[0004]現(xiàn)有的可調諧光學衰減器有多種技術方案，如有傳統(tǒng)的步進電機式光衰減器，高分子可調衍射光柵型，磁光技術，液晶技術，平面波導技術以及MEMS技術。
[0005]相對于以上技術的可調光衰減器，新型的基于MEMS技術的光學衰減器具有響應速度快，小型化以及光學指標好等優(yōu)點逐漸成為可調光衰減器的主流。
[0006]基于MEMS技術的可調光衰減器主要有兩種技術方案。一種是基于微鏡面的光反射式封裝的VOA器件，其利用微鏡面的反射角度反射光信號形成光信號的耦合變化實現(xiàn)光信號的衰減。CN200410053563.3公開了一種采用靜電驅動的MEMS光衰減器芯片設計及制作方法。反射式封裝的光衰減器技術方案具有低功耗，衰減量大等優(yōu)點，但其光學偏振特性及波長相關特性較差，同時器件的抗振動能力也較弱。
[0007]另一種是基于熱膨脹擋光式MEMS V0A，其原理是當施加電壓時，在電流通過MEMS機械臂時，機械臂發(fā)熱膨脹推動擋光板運動，擋住一部分光，從而實現(xiàn)衰減。但熱膨脹擋光式VOA的功耗相對于MEMS靜電反射式VOA稍高，同時也存在大移動量需要高功耗的問題。

【發(fā)明內容】

[0008]針對上述問題，本實用新型的目的是為了滿足現(xiàn)在對光器件小型化、低功耗及器件可靠性越來越高的要求，提出一種可以熱膨脹及電磁混合驅動的緊湊型光學驅動器件。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種混合驅動的MEMS可調諧光學驅動器，其特征在于:
[0010]所述MEMS可調諧光學驅動器芯片結構如圖1所示，包括熱驅動變形梁1、磁驅動變形梁2、驅動電極3、驅動電極4、驅動電極5、驅動電極6、電隔離槽7、電隔離槽8、電隔離槽9、電隔離槽10、電隔離槽11、梁及微鏡面結構12。所述磁驅動梁2和熱驅動梁I通過驅動連接結構與微鏡面12連接，根據(jù)不同磁場方向和施加的電壓，所述磁驅動梁和熱驅動梁會產生不同的電磁驅動力和熱驅動力從而改變動微鏡面的運動方向，所述磁驅動梁2和熱驅動梁I之間用隔離槽11進行電隔離和熱隔離；所述熱驅動梁通過施加在驅動電極3和驅動電極4之間的電壓進行熱膨脹變形，所述磁驅動梁通過施加在驅動電極5和驅動電極6之間的電流在磁場作用下變形，所述驅動電極3通過電隔離槽7與驅動電極5隔離，所述驅動電極4通過電隔離槽8與驅動電極6隔離；驅動電極3和驅動電極4之間通過電隔離槽9隔離，驅動電極5和驅動電極6之間通過電隔離槽10隔離。
[0011]本實用新型采用了可以磁驅動及兼容熱驅動結構的設計，同時采用不同的隔離結構對其電學驅動進行隔離。在混合驅動時，減少了熱驅動梁的功耗，其有益效果是可以利用電磁驅動可以降低單一采用熱驅動技術時所需的功耗，在不增加熱驅動功耗時利用電磁驅動增加其光衰減量。同時由于采用隔離槽對熱驅動梁和磁驅動梁進行了電學隔離和熱學隔離，避免了熱驅動梁上的熱變化對微鏡面結構的影響，提高了器件的整體性能及可靠性。本實用新型所提出的混合驅動MEMS光學驅動器，可應用但不限于光學衰減器、光開關等。
【附圖說明】
[0012]圖1是傳統(tǒng)熱驅動彎曲梁的基本結構示意圖。
[0013]圖2是本實用新型MEMS混合驅動可調光驅動器的結構示意圖。
[0014]圖3是本實用新型MEMS混合驅動可調光驅動器的應用立體示意圖。
[0015]圖4是本實用新型MEMS混合驅動時器件中的電流方向示意圖A。
[0016]圖5是本實用新型MEMS混合驅動時器件中的電流方向示意圖B。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本實用新型的技術方案作詳細說明。
[0018]傳統(tǒng)的熱驅動彎曲梁結構包括驅動電極I和驅動電極2，彎曲梁，如圖1所示。當在驅動電極I和驅動電極2中施加電壓后，由于電流加熱彎曲梁后，其彎曲梁的熱膨脹導致彎曲梁進行位移變形。其結構簡單，驅動力大，但是在使用過程中彎曲梁功耗大，同時驅動梁上的熱變化影響其相連的微鏡面結構，最終影響器件的光學性能及可靠性。
[0019]圖2是本實用新型MEMS可調諧光學驅動器芯片結構，它包括:熱驅動變形梁1、磁驅動變形梁2、驅動電極3、驅動電極4、驅動電極5、驅動電極6、電隔離槽7、電隔離槽8、電隔離槽9、電隔離槽10、電隔離槽11、梁及微鏡面結構12。所述磁驅動梁2和熱驅動梁I通過驅動連接結構與微鏡面12連接，根據(jù)不同磁場方向和施加的電壓，所述磁驅動梁和熱驅動梁會產生不同的電磁驅動力和熱驅動力從而改變動微鏡面的運動方向，所述磁驅動梁2和熱驅動梁I之間用隔離槽11進行電隔離和熱隔離；所述熱驅動梁通過施加在驅動電極3和驅動電極4之間的電壓進行熱膨脹變形，所述磁驅動梁通過施加在驅動電極5和驅動電極6之間的電流在磁場作用下變形，所述驅動電極3通過電隔離槽7與驅動電極5隔離，所述驅動電極4通過電隔離槽8與驅動電極6隔離；驅動電極3和驅動電極4之間通過電隔離槽9隔離，驅動電極5和驅動電極6之間通過電隔離槽10隔離。
[0020]熱驅動梁通過施加在驅動電極3和驅動電極4之間的電壓進行熱驅動梁的熱膨脹變形，利用隔離槽9進行隔離驅動電極3和驅動電極4，利用隔離槽7、隔離槽8和隔離槽11進行與磁驅動的隔離，同時也利用隔離槽11進行熱傳導的隔離，減少了對鏡面結構的熱變化影響。
[0021]新穎的磁驅動梁在磁場作用了提供了額外的變形力，通過施加在驅動電極5和驅動電極6之間的電流，通過隔離槽10進行兩個電極的隔離，同時利用隔離槽7、隔離槽8和隔離槽11進行與熱驅動的隔離，同時也利用隔離槽11進行熱傳導的隔離，減少了對鏡面結構的熱變化影響。
[0022]本實用新型提出的一種混合驅動的光驅動衰減器的應用如圖3所示，當混合驅動光衰減器芯片放置在磁場內時，通過分別施加在熱驅動結構和磁驅動結構上的驅動進行帶動微鏡面結構實現(xiàn)光信號的強弱調節(jié)。磁驅動梁結構可以增加器件的整體衰減量，并在應用中減少熱驅動所需功耗，最終實現(xiàn)整體器件的功耗的減少。同時熱驅動和磁驅動中的隔離結構也可以減少熱變化對微鏡面結構的影響。
[0023]基于本實用新型提出的混合驅動結構，當磁場方向是垂直紙面向里時，其在應用時芯片內部的電流走向如圖4所示，其電流均為從左往右，同時其熱驅動力和電磁驅動力也一致，均為向上的微鏡面運動方向。
[0024]基于本實用新型提出的混合驅動結構，當磁場方向是垂直紙面向外時，其在應用時芯片內部的電流走向如圖5所示，其電流均為從右往左，同時其熱驅動力和電磁驅動力也一致，均為向上的微鏡面運動方向。如需改變微鏡面的運動方向，可以設計不同的電流及磁場方向走向。
[0025]本實用新型所提出的混合驅動MEMS光學驅動器，可應用但不限于光學衰減器、光開關等。
[0026]綜上所述，本實用新型具有以下優(yōu)點:
[0027]1.混合驅動設計結構新穎。該芯片采用了可以磁驅動及兼容熱驅動結構的設計，同時采用不同的隔離結構對其電學驅動進行隔離。在混合驅動時，減少了熱驅動梁的功耗，實現(xiàn)了整體器件的功耗降低。
[0028]2.增加了微鏡面結構的熱可靠性。由于采用隔離槽對熱驅動梁和磁驅動梁進行了電學隔離，同時該隔離槽也可以實現(xiàn)對熱驅動梁和磁驅動梁之間的熱學隔離，避免了熱驅動梁上的熱變化對微鏡面結構的影響，提高了器件的整體性能及可靠性。
[0029]3.體積小。由于采用了 MEMS設計及緊湊的磁驅動及熱驅動的混合驅動原理，與匹配的磁鐵封裝及應用，可以實現(xiàn)非常緊湊的混合驅動型MEMS可調光驅動器。
【主權項】
1.一種混合驅動的可調諧光學驅動器，其特征在于所述混合驅動可調諧光學驅動器包括磁驅動梁和熱驅動梁，所述磁驅動梁和熱驅動梁通過驅動連接結構與微鏡面連接，根據(jù)不同磁場方向和施加的電壓，所述磁驅動梁和熱驅動梁會產生不同的電磁驅動力和熱驅動力從而改變動微鏡面的運動方向，所述磁驅動梁和熱驅動梁之間用隔離槽(11)進行電隔離和熱隔離。2.根據(jù)權利要求1所述的可調諧光學驅動器，其中所述熱驅動梁通過施加在驅動電極(3 )和驅動電極(4)之間的電壓進行熱膨脹變形，所述磁驅動梁通過施加在驅動電極(5 )和驅動電極(6 )之間的電流在磁場作用下變形，所述驅動電極(3 )通過電隔離槽(7 )與驅動電極(5)隔離，所述驅動電極(4)通過電隔離槽(8)與驅動電極(6)隔離。3.根據(jù)權利要求2所述的可調諧光學驅動器，其中驅動電極(3)和驅動電極(4)之間通過電隔離槽(9)隔離。4.根據(jù)權利要求2或3所述的可調諧光學驅動器，其中驅動電極(5)和驅動電極(6)之間通過電隔離槽(10)隔離。
【專利摘要】本實用新型涉及一種混合驅動方式的可調諧光學驅動器，包括熱驅動變形梁1、磁驅動變形梁2、驅動電極3-6、電隔離槽7-11、微鏡面12，其特征在于所述磁驅動梁2和熱驅動梁1通過驅動連接結構與微鏡面12連接，根據(jù)不同磁場方向和施加的電壓，所述驅動梁會產生不同的驅動力改變微鏡面的運動方向。所述梁1和梁2之間用隔離槽進行電隔離和熱隔離。本實用新型采用了可以磁熱兼容的混合驅動結構設計，同時采用不同的隔離結構對其電學驅動進行隔離，減少了熱驅動梁的功耗，可以在不增加熱驅動功耗時增加其光衰減量。同時由于采用電學隔離和熱學隔離，避免了熱驅動梁上的熱變化對微鏡面結構的影響，提高了器件的整體性能及可靠性。
【IPC分類】B81B7/02, G02B6/26, G02B26/08, B81C1/00, B81B3/00
【公開號】CN204719329
【申請?zhí)枴緾N201520025671
【發(fā)明人】李四華, 王文輝, 鐘桂雄, 李維, 施林偉
【申請人】深圳市盛喜路科技有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年1月15日