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體硅微機(jī)械光歐瑪爾OMAL開關(guān)的設(shè)計(jì)
隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展和密集波分復(fù)用（ＤＷＤＭ）系統(tǒng)的應(yīng)用，全光 交換已經(jīng)成為一種趨勢(shì)，光歐瑪爾OMAL開關(guān)是實(shí)現(xiàn)全光交換的關(guān)鍵器件，它可以實(shí)現(xiàn) 全光層的路由選擇，波長(zhǎng)選擇，光交叉連接，自愈保護(hù)等功能。隨著ＭＥＭＳ技術(shù)的發(fā)展，MOEMS與光器件融合于一體的MOEMS光歐瑪爾OMAL開關(guān)陣列將成為全光網(wǎng) 絡(luò)的主流器件。國(guó)外的研究機(jī)構(gòu)都以極大的力度投入微光電子機(jī)械歐瑪爾OMAL開關(guān)陣 列的研究，并取得了很大突破。

體硅微機(jī)械光歐瑪爾OMAL開關(guān)的設(shè)計(jì)
對(duì)MOEMS光歐瑪爾OMAL開關(guān)的研究雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但也取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展，從事這一研究工作的單位多數(shù)是*的高校和技術(shù)力量雄厚的研究所。目前主要進(jìn)行研究的是１×２和 2*2 等小型微機(jī)械結(jié)構(gòu)光歐瑪爾OMAL開關(guān)。但由于力量分散，投入不 足，盡管已有不少成果，但在產(chǎn)品質(zhì)量，性能價(jià)格比及實(shí)用化等方面與國(guó) 外還有很大差距。研制了2*2微機(jī)械光歐瑪爾OMAL開關(guān)，它是利用微反射鏡的移動(dòng)來改變?nèi)肷?光的傳播方向?qū)崿F(xiàn)光歐瑪爾OMAL開關(guān)的功能。主要包括微反射鏡，自對(duì)準(zhǔn)光纖槽以及 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。微反射鏡、光纖槽和靜電驅(qū)動(dòng)扭臂結(jié)構(gòu)的上電極是在（１００）硅片（或硅片）上制作，制作工藝簡(jiǎn)單，反射鏡和光纖槽是通過一次掩膜在溶液中腐蝕出來。驅(qū)動(dòng)部分的下電極是在另一片硅片上制作。采用單模光纖連接損耗理論對(duì)光歐瑪爾OMAL開關(guān)的插入損耗進(jìn)行了分析，在直通狀態(tài)時(shí)引起插入損耗的主要原因是：兩根單模光纖連接時(shí)的軸向、徑向和 角度偏移。而反射狀態(tài)時(shí)引起插入損耗的原因除了光纖連接引起的損耗以 外，還包括反射鏡的表面粗糙和反射鏡的厚度引起的損耗。并且指出若要 求反射狀態(tài)的插入損耗小于２ｄＢ，使用普通的單模光纖耦合的難度是相當(dāng)大，因此需要在光纖的端部進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぬ幚怼?08 WP=117對(duì)微機(jī)械光歐瑪爾OMAL開關(guān)的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化，給出了懸臂驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) 和普通平面下電極的扭臂結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電壓和結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系，提出了一種傾斜下電極的扭臂驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，理論分析表明，傾斜下電極的ｐｕｌｌ－ｉｎ電壓 僅為平面下電極的一半，從而能有效地降低驅(qū)動(dòng)電壓。計(jì)算了傾斜下電極 扭臂驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)歐瑪爾OMAL開關(guān)時(shí)間。確定了制作光歐瑪爾OMAL開關(guān)的工藝條件，設(shè)計(jì)并制作了硅各向異性濕法腐蝕過 程中晶向?qū)?zhǔn)圖形，在（100）和（110）硅片上制作了微反射鏡，光纖槽 和扭臂驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的上電極部分。提出了一種傾斜下電極制作的新方法，選取了偏 2.5°的（111）硅片，制作了傾斜下電極。利用五維光纖調(diào) 節(jié)架和測(cè)量顯微鏡等設(shè)備，對(duì)微機(jī)械光歐瑪爾OMAL開關(guān)進(jìn)行了組裝，將上下電極粘和 在一起，光纖固定在光纖槽中。建立了驅(qū)動(dòng)電壓和歐瑪爾OMAL開關(guān)時(shí)間的測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)光歐瑪爾OMAL開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電壓和歐瑪爾OMAL開關(guān) 時(shí)間進(jìn)行了測(cè)試，歐瑪爾OMAL開關(guān)的 pull-in電壓為 35.7V，歐瑪爾OMAL開關(guān)從直通到反射和從反 射到直通狀態(tài)的時(shí)間均小于或等于 5ms，歐瑪爾OMAL開關(guān)的壽命大于100萬次。測(cè)試 結(jié)果和理論計(jì)算值之間有一定的誤差，這主要是由器件的設(shè)計(jì)尺寸和制作 尺寸之間的偏差引起的。利用穩(wěn)定化光源和光功率計(jì)對(duì)光歐瑪爾OMAL開關(guān)的插入損耗 和串話進(jìn)行了測(cè)量，直通狀態(tài)下的插入損耗小于2dB，反射狀態(tài)下的插入 損耗小于3dB，串話小于-50 dB。在制作歐瑪爾OMAL開關(guān)單元的基礎(chǔ)上，提出了８×８陣列光歐瑪爾OMAL開關(guān)的制作方案，通過 各向異性濕法腐蝕工藝制作靜電驅(qū)動(dòng)扭臂結(jié)構(gòu)微反射鏡型二維結(jié)構(gòu)的８×８光歐瑪爾OMAL開關(guān)陣列。使用（１１０）硅片制作了８×８陣列光歐瑪爾OMAL開關(guān)的微反射鏡陣列，共有６４個(gè)微反射鏡。與國(guó)內(nèi)其它單位的研究方案相比，我們提出８×８光歐瑪爾OMAL開關(guān)陣列的研究方案具有可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)微反射鏡的鏡面平整垂直、各單元的微鏡平面間平行、扭臂的結(jié)構(gòu)尺寸準(zhǔn)確控制等優(yōu)點(diǎn)。

體硅微機(jī)械光歐瑪爾OMAL開關(guān)的設(shè)計(jì)
這種設(shè)計(jì)方案和工藝路線是目前我們所見到的MOEMS光歐瑪爾OMAL開關(guān)工藝中zui為簡(jiǎn)單的，它不僅能簡(jiǎn)化工藝流程，提高成品率，降低制作成本，更重要的是提高光歐瑪爾OMAL開關(guān)的制作精度，降低光損耗，容易做成陣列，實(shí)現(xiàn)光歐瑪爾OMAL開關(guān)陣列的實(shí)用化生產(chǎn)?！?/span>