專利名稱：電磁型微機械陣列光開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種光開關，特別是一種電磁型微機械陣列光開關，屬于光通信領域。
背景技術：
用微機電系統(tǒng)(MEMS)技術制作的微機械光開關具有插入損耗低、隔離度高等機械式光開關的優(yōu)點，同時體積很小(毫米數(shù)量級或更小)，制作工藝與大規(guī)模集成電路的制作工藝相兼容，易于大批量生產(chǎn)以及光集成或光電集成，成本低，重復性好，特別適用于制作陣列式微光開關。經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，微機械陣列光開關有兩種一種如德國專利DE19644918 A1，名稱為Mikromechanische optische schalteinheit(微機械光開關)，該技術描述一種3×3微機械陣列光開關，該光開關含兩層3×3的反射鏡陣列，通過控制反射鏡上電極與基板上電極之間的電壓來驅(qū)使反射鏡沿一扭轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動45°，實現(xiàn)光路的切換。這種微機械陣列光開關的缺點是要維持反射鏡的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)，必須始終加以電壓，使得光開關陣列的整體功耗較大，另外反射鏡偏轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)動軸的扭轉(zhuǎn)易造成材料的疲勞，使光開關陣列的工作壽命大為降低。另一種如美國專利US5960132所述，名稱為Fiber-Optic Free-Space Micromachined Matrix Swithes(自由空間光纖微機械陣列開關)，采用叉指式電極的驅(qū)動結構驅(qū)動一反射鏡插入光路中，或從光路中抽出。反射鏡被插入光路時，實現(xiàn)光路的切換；被抽出光路時，對光路的原方向不產(chǎn)生影響。這種表面微機械工藝制造的叉指式驅(qū)動結構一方面難以使反射鏡產(chǎn)生大位移的運動，另一方面它本身的位置鎖定結構設計比較復雜，增加了整個陣列光開關的制造與控制難度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足和缺陷，提供一種電磁型微機械陣列光開關，實現(xiàn)了陣列光開關體積小、易制造、易控制、低功耗和長壽命。本發(fā)明主要包括金屬基板、軸承、鐵氧體基板、平面繞組、轉(zhuǎn)軸、永磁體和反射鏡，其連接方式為金屬基板內(nèi)設有孔，軸承安裝在金屬基板的孔內(nèi)，鐵氧體基板設在金屬基板上，平面繞組采用MEMS工藝在鐵氧體基板上制造，永磁體夾在兩層平面繞組之間，與平面繞組之間有一定的氣隙，鐵氧體基板、平面繞組和永磁體的中心均設孔，孔位均與金屬基板上的孔位對齊，轉(zhuǎn)軸貫穿上下金屬基板、鐵氧體基板、平面繞組及永磁體，轉(zhuǎn)軸與永磁體固定在一起，永磁體帶動轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸的一端安裝反射鏡，轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動帶動反射鏡的轉(zhuǎn)動。
平面繞組采用雙穩(wěn)態(tài)的線圈結構，可實現(xiàn)當反射鏡被旋轉(zhuǎn)到確定位置后，自動維持該位置狀態(tài)，使陣列光開關的總體功耗大為降低；平面繞組采用雙繞組線圈結構，當通以脈沖電流時，將驅(qū)動永磁體轉(zhuǎn)動135°，從而帶動反射鏡轉(zhuǎn)動135°；采用上下兩層平面繞組夾一層永磁體的結構，當平面繞組中通脈沖電流時，將產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)動力矩驅(qū)使永磁體轉(zhuǎn)動，提高工作響應速率；平面繞組線圈采用鐵氧體基板，進一步提高了轉(zhuǎn)動力矩和響應速率，永磁體、轉(zhuǎn)軸和反射鏡三者固定在一起，使得整體結構緊湊，進一步提高工作響應速率。
整個N×M陣列光開關由N×M個1×2光開關單元構成，每個1×2光開關含有一個反射鏡，每個反射鏡有0°和135°兩種位置狀態(tài)，分別為插入光路和離開光路兩種狀態(tài)。
本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步，本發(fā)明采用微細加工技術與精密裝配技術相結合的方法制造，易于集成化生產(chǎn)和流水作業(yè)，并且光開關陣列體積小，制造不復雜，電磁驅(qū)動方式結構緊湊，易于控制，工作壽命長，反射鏡僅在切換位置狀態(tài)時需要施加驅(qū)動電流，長時間保持某種開關狀態(tài)不會產(chǎn)生任何功耗或材料磨損，因此該光開關陣列的總體功耗小，壽命長。
圖1電磁型微機械陣列光開關結構裝配2單個1×2光開關單元結構示意3電磁型微機械4×4陣列光開關的光路切換示意圖
具體實施例方式如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明主要包括金屬基板(1)、軸承(2)、鐵氧體基板(3)、平面繞組(4)、轉(zhuǎn)軸(5)、永磁體(6)和反射鏡(7)，其連接方式為金屬基板(1)內(nèi)設有孔，軸承(2)安裝在金屬基板(1)的孔內(nèi)，鐵氧體基板(3)設在金屬基板(1)上，平面繞組(4)采用MEMS工藝在鐵氧體基板(3)上制造，永磁體(6)夾在兩層平面繞組(4)之間，與平面繞組(4)之間有一定的氣隙，鐵氧體基板(3)、平面繞組(4)和永磁體(6)的中心均設孔，孔位均與金屬基板(1)上的孔位對齊，轉(zhuǎn)軸(5)貫穿上下金屬基板(1)、鐵氧體基板(3)、平面繞組(4)及永磁體(6)，轉(zhuǎn)軸(5)與永磁體(6)固定在一起，永磁體(6)帶動轉(zhuǎn)軸(5)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸(5)的一端安裝反射鏡(7)，轉(zhuǎn)軸(5)的轉(zhuǎn)動帶動反射鏡(7)的轉(zhuǎn)動。
平面繞組(4)采用雙穩(wěn)態(tài)的線圈結構，平面繞組(4)采用雙繞組線圈結構，通以脈沖電流，驅(qū)動永磁體轉(zhuǎn)動135°，帶動反射鏡轉(zhuǎn)動135°，平面繞組(4)線圈為鐵氧體基板(3)結構，上下兩層平面繞組(4)夾一層永磁體(6)，永磁體(6)、轉(zhuǎn)軸(5)和反射鏡(7)三者固定在一起。
整個N×M陣列光開關由N×M個1×2光開關單元構成，每個1×2光開關含有一個反射鏡，每個反射鏡有0°和135°兩種位置狀態(tài)，分別為插入光路和離開光路兩種狀態(tài)。
以下以4×4陣列光開關為例，介紹其實施方式，反射鏡處于0°位置時對光路不起作用，當反射鏡(7)旋轉(zhuǎn)135°后，插入光路中，將光路反射至側面的輸出光纖(9a-9d)中。對于每一路輸入光，都可以被切換至任一路側面的輸出光纖(9a-9d)中。
權利要求
1.一種電磁型微機械陣列光開關，主要包括，金屬基板(1)、軸承(2)、鐵氧體基板(3)、平面繞組(4)、轉(zhuǎn)軸(5)、永磁體(6)和反射鏡(7)，其特征在于連接方式為金屬基板(1)內(nèi)設有孔，軸承(2)安裝在金屬基板(1)的孔內(nèi)，鐵氧體基板(3)設在金屬基板(1)上，平面繞組(4)采用MEMS工藝在鐵氧體基板(3)上制造，永磁體(6)夾在兩層平面繞組(4)之間，與平面繞組(4)之間有一定的氣隙，鐵氧體基板(3)、平面繞組(4)和永磁體(6)的中心均設孔，孔位均與金屬基板(1)上的孔位對齊，轉(zhuǎn)軸(5)貫穿上下金屬基板(1)、鐵氧體基板(3)、平面繞組(4)及永磁體(6)，轉(zhuǎn)軸(5)與永磁體(6)固定在一起，轉(zhuǎn)軸(5)的一端安裝反射鏡(7)。
2.根據(jù)權利要求1所述的這種電磁型微機械陣列光開關，其特征是平面繞組(4)采用雙穩(wěn)態(tài)的線圈結構，平面繞組(4)采用雙繞組線圈結構。
3.根據(jù)權利要求1所述的這種電磁型微機械陣列光開關，其特征是上下兩層平面繞組(4)夾一層永磁體(6)，平面繞組(4)線圈為鐵氧體基板(3)。
4.根據(jù)權利要求1所述的這種電磁型微機械陣列光開關，其特征是永磁體(6)、轉(zhuǎn)軸(5)和反射鏡(7)三者固定在一起。
5.根據(jù)權利要求1所述的這種電磁型微機械陣列光開關，其特征是整個N×M陣列光開關由N×M個1×2光開關單元構成，每個1×2光開關含有一個反射鏡，每個反射鏡有0°和135°兩種位置狀態(tài)，分別為插入光路和離開光路兩種狀態(tài)。
全文摘要
電磁型微機械陣列光開關屬于光通信領域。本發(fā)明主要包括:金屬基板、軸承、鐵氧體基板、平面繞組、轉(zhuǎn)軸、永磁體和反射鏡,其連接方式為:金屬基板內(nèi)設有孔,軸承安裝在金屬基板的孔內(nèi),鐵氧體基板設在金屬基板上,平面繞組采用MEMS工藝在鐵氧體基板上制造,永磁體夾在兩層平面繞組之間,與平面繞組之間有一定的氣隙,鐵氧體基板、平面繞組和永磁體的中心均設孔,孔位均與金屬基板上的孔位對齊,轉(zhuǎn)軸貫穿上下金屬基板、鐵氧體基板、平面繞組及永磁體,轉(zhuǎn)軸與永磁體固定在一起,轉(zhuǎn)軸的一端安裝反射鏡。本發(fā)明具有實質(zhì)性特點和顯著進步,本發(fā)明體積小、易制造、易控制、低功耗和長壽命。
文檔編號G02B6/35GK1375716SQ0211146
公開日2002年10月23日 申請日期2002年4月23日 優(yōu)先權日2002年4月23日
發(fā)明者張琛, 王莉 申請人:上海交通大學