專利名稱：具有機(jī)械致動(dòng)器的微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)及其操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微型機(jī)電器件領(lǐng)域，更具體地說，涉及微型機(jī)電光學(xué)開關(guān)。
微型機(jī)電(MEM)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。例如，MEM器件可用于把來自開關(guān)輸入的光能轉(zhuǎn)換為選擇的開關(guān)輸出。MEM光學(xué)開關(guān)有時(shí)被稱為光學(xué)交叉連接(OXC)開關(guān)，其中可以包括N×N反射器陣列，用于把來自任何開關(guān)輸入的光能反射到任何開關(guān)輸出。例如，在2×2OXC中，可以使用2×2陣列的選擇的反射器把來自任何開關(guān)輸入的光能反射到任何開關(guān)輸出。選擇的反射器可以位于陣列中的和輸入相關(guān)的列與和輸出相關(guān)的行相交的位置。選擇的反射器可被置于反射位置，用于把光能從輸入反射到選擇的輸出。其它的反射器可以被置于非反射位置，使得不妨礙光能從輸入向著選擇的反射器和輸出行進(jìn)。
一些常規(guī)的MEM OXC開關(guān)通過使用磁場(chǎng)對(duì)陣列的反射器取向。具體地說，其中的反射器可以被水平地(在反射器所在的襯底的平面內(nèi))取向于非反射位置，并被垂直地(垂直于襯底)取向于反射位置。因此，為了把來自O(shè)XC開關(guān)的光能轉(zhuǎn)換到所述開關(guān)的輸出，選擇的反射器可以被垂直地取向，而其它反射器被水平地取向。磁致動(dòng)的MEM OXC開關(guān)例如在申請(qǐng)?zhí)枮?9/489264，名稱為“MEMOptical Cross-Connect Switch”的美國(guó)專利中作了進(jìn)一步的說明，該專利全文在此列為參考。
不幸的是，在一些磁致動(dòng)的MEM OXC開關(guān)中的反射器可能占據(jù)襯底的相當(dāng)大的部分，從而減少在MEM OXC開關(guān)中可以包括的反射器的數(shù)量。例如，如上所述，一些磁致動(dòng)的MEM OXC開關(guān)當(dāng)反射器處于非反射位置時(shí)把反射器取向于水平位置。因而，要把襯底作得足夠大，以便提供足夠的空間用于使所有的反射器在襯底上被水平地取向。此外，磁致動(dòng)的MEM OXC開關(guān)可以具有位于每個(gè)反射器下方的定位磁致動(dòng)器。因此，所述定位磁致動(dòng)器將進(jìn)一步增加用于使每個(gè)反射器取向的分配的面積。由上述可見，需要對(duì)現(xiàn)有的MEM光開關(guān)繼續(xù)進(jìn)行改進(jìn)。
本發(fā)明通過提供多個(gè)反射器使得能夠提供一種改進(jìn)的微型機(jī)電(MEM)光學(xué)交叉連接(OXC)開關(guān)，其中所述多個(gè)反射器中的每一個(gè)可以移動(dòng)到各自第一反射器位置和各自的第二反射器位置中的至少一個(gè)位置，所述第一反射器位置沿著從MEM OXC開關(guān)的輸入到其輸出的光束路徑，所述第二反射器位置在所述光束路徑的外面。機(jī)械致動(dòng)器向著第一機(jī)械致動(dòng)器位置和第二機(jī)械致動(dòng)器位置中的至少一個(gè)運(yùn)動(dòng)。選擇器選擇地把多個(gè)反射器中的至少一個(gè)連接到機(jī)械致動(dòng)器上，其中當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器從第一機(jī)械致動(dòng)器位置移動(dòng)到第二機(jī)械致動(dòng)器位置時(shí)，多個(gè)反射器中的至少一個(gè)從第一反射器位置移動(dòng)到第二反射器位置。
機(jī)械致動(dòng)器能夠?qū)崿F(xiàn)其中具有簡(jiǎn)單的互連的MEM OXC。具體地說，機(jī)械致動(dòng)器可以減少在MEM OXC中包括的各個(gè)致動(dòng)控制線路。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械致動(dòng)器可以移動(dòng)和其相連的所有的反射器。因而，可以減少使反射器致動(dòng)所需的控制。
在一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械致動(dòng)器沿著基本上垂直于所述反射器所在的襯底的方向運(yùn)動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械致動(dòng)器沿著基本上平行于反射器所在的襯底的方向運(yùn)動(dòng)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)柔性元件具有和襯底相連的第一部分，以及和所述第一部分隔開一段距離并被連接在多個(gè)反射器中的各個(gè)反射器上的第二部分。多個(gè)柔性元件中的每一個(gè)使得和其相連的多個(gè)反射器中的一個(gè)能夠在第一、第二反射器位置之間運(yùn)動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，柔性元件可以包括和第一、第二部分隔開一段距離并和襯底相連的第三部分。


圖1是按照本發(fā)明的2×2微型機(jī)電(MEM)光學(xué)交叉連接(OXC)開關(guān)的實(shí)施例的透視圖；圖2A-2D是按照本發(fā)明的2×2 MEM OXC開關(guān)的實(shí)施例的示意截面圖，用于說明所述開關(guān)的操作；圖3是按照本發(fā)明的具有相關(guān)的柔性元件的反射器的實(shí)施例的平面圖；圖4是按照本發(fā)明的具有相關(guān)的柔性元件的反射器的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖5是按照本發(fā)明的位于非反射位置的圖4所示的反射器的透視圖；圖6是按照本發(fā)明的具有相關(guān)的柔性元件的反射器的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖7是按照本發(fā)明的位于非反射位置的圖6所示的反射器的透視圖；圖8是按照本發(fā)明的2×2 MEM OXC開關(guān)的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖9A-9B是按照本發(fā)明的2×2 MEM OXC開關(guān)的另一個(gè)實(shí)施例的示意截面圖，用于說明所述開關(guān)的操作；圖10是按照本發(fā)明的柔性元件的實(shí)施例的平面圖；圖11是按照本發(fā)明的柔性元件的另一個(gè)實(shí)施例的平面圖。
現(xiàn)在參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，在所述附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。不過，本發(fā)明可以用許多不同的方式實(shí)施，因而本發(fā)明不限于所述的實(shí)施例，而是，提供這些實(shí)施例是為了使對(duì)于本發(fā)明的說明更加充分和完善，并且，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，這些實(shí)施例完全覆蓋了本發(fā)明的范圍。在附圖中，為清楚起見，層和區(qū)域的厚度被擴(kuò)大了。在附圖中，相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)提及元件例如層、區(qū)域或襯底被置于另一個(gè)元件“上”時(shí)，其可以直接地被置于另一個(gè)元件上，也可以具有介入元件。
圖1是按照本發(fā)明的2×2 MEM OXC開關(guān)的實(shí)施例的透視圖。所述2×2MEM OXC開關(guān)(所述開關(guān))包括4個(gè)反射器105a-d，它們可以借助于機(jī)械致動(dòng)器120從各自的反射位置向非反射位置移動(dòng)，所述機(jī)械致動(dòng)器120沿著基本上垂直于襯底100的方向125從第一機(jī)械致動(dòng)器位置向第二機(jī)械致動(dòng)器位置移動(dòng)。反射位置可以包括能夠使光能從輸入向著輸出反射的反射器位置。非反射位置可以包括能夠避免使光能從輸入向著輸出反射的反射器位置?？梢允褂糜晒杌蚱渌牧现瞥傻囊r底100。
具體地說，反射器105a-d被組織成一個(gè)2列和2行的陣列。每個(gè)輸入都和陣列中的一列相關(guān)。每個(gè)輸出和陣列中的一行相關(guān)。通過把選擇的一個(gè)反射器105a-105d定位到反射位置并把其它的反射器105a-d取向到非反射位置，可以使光能從輸入向著一個(gè)選擇的輸出反射。應(yīng)當(dāng)理解，通過使用具有多于或少于4個(gè)反射器的反射器陣列，可以提供具有較多或較少的輸入和輸出與/或具有不同的輸入和輸出數(shù)量的MEM OXC開關(guān)(即N×M MEM OXC開關(guān))。
在陣列的一列中的反射器105a-d中的每一個(gè)可用于沿著光束路徑把來自相關(guān)的輸入的光能向著相關(guān)的輸出反射。選擇一個(gè)反射器以便根據(jù)接收光能的輸入和所述光能要被反射到的輸出反射所述光能。例如，如圖1所示，反射器105a，c和輸入1相關(guān)，反射器105a，b和輸出2相關(guān)。因此，反射器105a可被用于沿著光束路徑112把光能從輸入1轉(zhuǎn)換到輸出2。在操作時(shí)，把選擇的反射器105a-d置于反射位置，并把其余的反射器置于非反射位置。應(yīng)當(dāng)理解，反射器可以由相關(guān)的輸入和輸出限定的相對(duì)于光束路徑的一定角度被取向。例如，反射器105a可以被取向在相對(duì)于光束路徑112成45度角。
機(jī)械致動(dòng)器120在第一機(jī)械致動(dòng)器位置和襯底100分開第一距離130，使得機(jī)械致動(dòng)器120接觸反射器105a-d的各個(gè)上部反射器表面107a-d。此外，機(jī)械致動(dòng)器120在第一機(jī)械致動(dòng)器位置可以不接觸反射器的各個(gè)上部反射器表面107a-d，而是在第一機(jī)械致動(dòng)器位置機(jī)械致動(dòng)器120和各個(gè)上部反射器表面107a-d非?？拷?。當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器120處于第二機(jī)械致動(dòng)器位置時(shí)，其和襯底100分開一個(gè)大于第一距離130的第二距離。機(jī)械致動(dòng)器120沿著方向125從第一機(jī)械致動(dòng)器位置向第二機(jī)械致動(dòng)器位置運(yùn)動(dòng)。
如果機(jī)械致動(dòng)器120和相關(guān)上部反射器表面107a-d接觸，溝槽170a-d使得相關(guān)的反射器105a-d沿著和方向125相反的方向運(yùn)動(dòng)。如果機(jī)械致動(dòng)器120和相關(guān)上部反射器表面107a-d接觸，溝槽170a-d可以用于減少破壞反射器105a-d與/或襯底100的可能性，否則，將使反射器和襯底100接觸。
當(dāng)處于第一機(jī)械致動(dòng)器位置時(shí)，要被定位在非反射位置的反射器105a-d可以和機(jī)械致動(dòng)器120靜電連接。所述靜電連接可以通過維持在機(jī)械致動(dòng)器120和要和機(jī)械致動(dòng)器120連接的每個(gè)反射器105a-d之間的電位差來提供。在一個(gè)實(shí)施例中，所述電位差通過選擇地施加于反射器105a-d的箝位電壓和被施加于機(jī)械致動(dòng)器120的機(jī)械致動(dòng)器電壓電平來提供。相應(yīng)地，導(dǎo)體160a-d可以提供用于選擇地使反射器105a-d和機(jī)械致動(dòng)器120連接的選擇器。
最好是，機(jī)械致動(dòng)器電壓電平被保持在地電位，在導(dǎo)體上的箝位電壓電平相對(duì)于機(jī)械致動(dòng)器電壓電平可正可負(fù)，例如如圖2A-2D所示。也可以使用其它的電壓電平。此外，機(jī)械致動(dòng)器120可以包括用于把箝位電壓傳導(dǎo)到和下方的各個(gè)反射器105a-d相關(guān)的機(jī)械致動(dòng)器120的區(qū)域的導(dǎo)體。例如，箝位電壓可被施加于機(jī)械致動(dòng)器120的選擇的區(qū)域，反射器105a-d可以接地。
箝位電壓可被提供給要被定位在非反射位置的反射器105a-d，并停止提供給要被定位到反射位置的反射器。例如，按照?qǐng)D1，為了把光能從輸入1反射到輸出2，向反射器105b-d提供箝位電壓，而不對(duì)反射器105a提供箝位電壓。因而，反射器105b-d被連接到機(jī)械致動(dòng)器120，而使反射器105a和機(jī)械致動(dòng)器120斷開。箝位電壓可以通過此處討論的柔性元件從導(dǎo)體160a-d提供到選擇的反射器105a-d。
在按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，反射器105a-d和機(jī)械致動(dòng)器120可以機(jī)械地連接。具體地說，可以通過熱塑材料提供機(jī)械連接。所述熱塑材料可以設(shè)置在和反射器105a-d相對(duì)的機(jī)械致動(dòng)器120上。當(dāng)選擇的反射器105a-d要被移動(dòng)時(shí)，和選擇的反射器105a-d相對(duì)的熱塑材料被加熱，并在加熱停止時(shí)使機(jī)械致動(dòng)器120和選擇的反射器105a-d接觸。當(dāng)熱塑材料干燥時(shí)，便機(jī)械地把選擇的反射器105a-d連接到機(jī)械致動(dòng)器120上。所述熱塑材料可以通過位于機(jī)械致動(dòng)器120上的加熱器加熱。例如，在申請(qǐng)?zhí)枮?9/543540，名稱為“Lockable MicroElectroMechanical Actuators Using ThermoplasticMaterial，and Methods of Operating Same”，申請(qǐng)日為2000年4月5日的美國(guó)專利申請(qǐng)中具有關(guān)于使用熱塑材料的詳細(xì)說明。
當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器120沿著方向125運(yùn)動(dòng)時(shí)，和機(jī)械致動(dòng)器120相連的反射器105a-d被從反射位置移動(dòng)到非反射位置。此外，當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器120從第一機(jī)械致動(dòng)器位置移動(dòng)到第二機(jī)械致動(dòng)器位置時(shí)，與機(jī)械致動(dòng)器120斷開的反射器105a-d保留在反射位置，從而使得要被反射的光能能夠沿著光束路徑從輸入向輸出反射。
機(jī)械致動(dòng)器例如可以是被感性驅(qū)動(dòng)的伺服機(jī)構(gòu)，或者是精確的步進(jìn)電機(jī)，其可用于控制和機(jī)械致動(dòng)器120相連的板的位置。在操作時(shí)，機(jī)械致動(dòng)器120可以以每運(yùn)動(dòng)1英寸2微米的精度以每毫秒大約18微米的速度運(yùn)動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)市場(chǎng)上有售，例如位于5550-2North McGuire Rd.的TS Products，Inc.，Post Falls，ID 83854，網(wǎng)址為http∥www.tsproducts.com.。
第一和第二柔性元件150a-d，150a’-d’被連接在相關(guān)的反射器105a-d和襯底100上。第一和第二柔性元件150a-d，150a’-d’使得相關(guān)的反射器105a-d響應(yīng)機(jī)械致動(dòng)器120的運(yùn)動(dòng)能夠在反射和非反射位置之間運(yùn)動(dòng)。另外，第一和第二柔性元件150a-d，150a’-d’把相關(guān)的反射器105a-d保持在各個(gè)反射位置。例如，如圖1所示，第一和第二柔性元件150b-c，150b’-c’可以延伸，從而使得相連的反射器105b-d響應(yīng)機(jī)械致動(dòng)器120的運(yùn)動(dòng)移動(dòng)到非反射位置。
在另一個(gè)實(shí)施例中，只有位于和輸入、輸出相關(guān)的行和列中的那些反射器105a-d被移動(dòng)。例如，參見圖1，為了把光能從輸入1沿著光束路徑112轉(zhuǎn)換到輸出2，反射器105a-d可以保留在反射位置，而反射器105c被移動(dòng)到非反射位置。反射器105b，d保留在反射位置。換句話說，選擇的反射器105a被置于反射位置，并且只把阻擋光束路徑112的反射器移動(dòng)到非反射位置。其它的反射器可以保留在各自的反射位置。
在按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，非反射位置和反射位置與上述的這些位置顛倒。具體地說，要被置于反射位置的反射器可以被箝位并被機(jī)械致動(dòng)器移動(dòng)，要保留在非反射位置的反射器不被箝位，并且不被機(jī)械致動(dòng)器移動(dòng)。輸入、輸出和其間的光束路徑也可以和上述的錯(cuò)開，使得被移動(dòng)到反射位置的反射器和偏移的光束路徑相交，而保留在非反射位置的反射器不和光束路徑相交。
圖2A-D是用于說明具有相對(duì)于襯底100基本上垂直運(yùn)動(dòng)的機(jī)械致動(dòng)器220的2×2 MEM OXC開關(guān)的示例操作的截面圖。應(yīng)當(dāng)理解，圖2A-D所示的元件是一種示意的表示，并且反射器205a-b可以被反射器205c-d關(guān)閉。
按照?qǐng)D2A，機(jī)械致動(dòng)器220沿基本上和襯底100垂直的第一方向230從第二機(jī)械致動(dòng)器位置向處于各自的反射位置的反射器205a-d運(yùn)動(dòng)。在圖2B中，機(jī)械致動(dòng)器220和上部反射器表面207a-d接觸，在所述表面上箝位電壓施加到反射器250b-d，借以使反射器205b-d被靜電箝位到機(jī)械致動(dòng)器220上。在選擇的反射器205a上不施加箝位電壓。因而，選擇的反射器205a和機(jī)械致動(dòng)器220斷開。此外，機(jī)械致動(dòng)器220可以包括用于把箝位電壓引導(dǎo)到和下面各個(gè)反射器相鄰的機(jī)械致動(dòng)器220的區(qū)域上的導(dǎo)體。例如，箝位電壓可以被施加到機(jī)械致動(dòng)器220的區(qū)域上，而使反射器205b-d接地。
按照?qǐng)D2C，機(jī)械致動(dòng)器220沿第二方向朝向第二機(jī)械致動(dòng)器位置運(yùn)動(dòng)，從而把連接的反射器205b-d移動(dòng)到各自的非反射位置。選擇的反射器205a保留在其反射位置。第一和第二柔性元件250b-d，250b’-d’按照?qǐng)D示的方向延伸(處于從輸入到輸出的光束路徑212之外)，從而使相連的反射器205b-d運(yùn)動(dòng)。按照?qǐng)D2D，機(jī)械致動(dòng)器220向回移動(dòng)到第一機(jī)械致動(dòng)器位置，從而可以提供新的連接和斷開結(jié)構(gòu)。
圖3是在襯底100中的溝槽370上的具有相關(guān)的第一和第二柔性元件350，350’的反射器305的實(shí)施例的平面圖。如圖3所示，第一和第二柔性元件350，350’可以是u形的曲折形。也可以使用其它的形狀。例如，柔性元件可以具有w形的曲折形狀，或者具有封閉的矩形形狀。第一和第二柔性元件350，350’分別通過第一和第二固定部分360，360’被連接到襯底100上，并被連接到反射器305上。當(dāng)反射器305朝向非反射位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一和第二柔性元件350，350’延伸，并位于光束路徑312的外部。
圖4是在襯底100上的具有相關(guān)的第一和第二柔性元件450，450’的反射器405的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。按照?qǐng)D4，第一和第二柔性元件450，450’可以呈u形的曲折形狀。也可以使用其它的形狀。例如，第一和第二柔性元件450，450’分別通過第一和第二固定部分460，460’被連接到襯底100上，并被連接到反射器405上。第一和第二固定部分460，460’位于襯底100上和反射器405的反射表面相鄰。當(dāng)反射器405朝向非反射位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一和第二柔性元件450，450’延伸，并位于光束路徑512的外部，如圖5所示。
圖6是在襯底100上的具有相關(guān)的第一和第二柔性元件650，650’的反射器605的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。按照?qǐng)D6，第一和第二柔性元件650，650’可以具有封閉的矩形形狀。也可以使用其它的形狀。例如，第一和第二柔性元件650，650’分別通過第一和第二固定部分660，660’被連接到襯底100上，并被連接到反射器605上。第一和第二固定部分660，660’可以位于襯底100上和反射器605的反射表面以及與反射表面相對(duì)的非反射表面相鄰。當(dāng)反射器605朝向非反射位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一和第二柔性元件650，650’延伸，如圖7所示。
圖8是說明按照本發(fā)明的2×2 MEM OXC開關(guān)的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖。2×2 MEM OXC開關(guān)(所述開關(guān))包括4個(gè)反射器805a-d，它們可以借助于機(jī)械致動(dòng)器(未示出)從各自的反射位置向非反射位置運(yùn)動(dòng)，所述機(jī)械致動(dòng)器沿著基本上平行于襯底800的方向從第一機(jī)械致動(dòng)器位置向第二機(jī)械致動(dòng)器位置運(yùn)動(dòng)。反射位置可以包括能夠光能從輸入反射到輸出的反射器位置。非反射位置可以包括避免使光能從輸入反射到輸出的反射器位置。襯底800可以是硅襯底，也可以使用其它材料。
具體地說，反射器805a-d被排列為2×2的陣列。每個(gè)輸入和陣列中的一列相關(guān)。每個(gè)輸出和陣列中的一行相關(guān)。通過把選擇的反射器805a-d定位在反射位置，并把其它反射器805a-d定位在非反射位置，可以把光能從輸入反射到一個(gè)選擇的輸出。應(yīng)當(dāng)理解，通過使用具有多于或少于4個(gè)反射器的陣列，可以提供具有較多或較少的輸入和輸出與/或具有不同的輸入和輸出數(shù)量的MEM OXC開關(guān)(即N×M MEM OXC開關(guān))。
在陣列的列中的反射器805a-d中的每一個(gè)可用于沿著光束路徑把來自相關(guān)的輸入的光能向著與行相關(guān)的輸出反射。選擇一個(gè)反射器805a-d以便根據(jù)接收光能的輸入和所述光能要被反射到的輸出反射所述光能。例如，如圖8所示，反射器805a，c和輸入1相關(guān)，反射器805a，b和輸出2相關(guān)。因此，反射器805a可被用于沿著光束路徑812把光能從輸入1轉(zhuǎn)換到輸出2。
在操作時(shí)，把選擇的反射器805a-d置于反射位置，并把其余的反射器置于非反射位置。應(yīng)當(dāng)理解，反射器可以由相關(guān)的輸入和輸出限定的相對(duì)于光束路徑的一定角度被取向。例如，反射器805a可以被取向在相對(duì)于光束路徑812成45度角。
當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器處于第一機(jī)械致動(dòng)器位置時(shí)，機(jī)械致動(dòng)器接觸反射器805a-d的各個(gè)上部反射器表面807a-d。此外，機(jī)械致動(dòng)器在第一機(jī)械致動(dòng)器位置可以不接觸反射器的各個(gè)上部反射器表面807a-d，而是在第一機(jī)械致動(dòng)器位置機(jī)械致動(dòng)器和各個(gè)上部反射器表面807a-d非?？拷?。當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器處于第二機(jī)械致動(dòng)器位置時(shí)，機(jī)械致動(dòng)器沿著基本上平行于襯底800的方向870移位，同時(shí)和上部反射器表面807a-d保持接觸。
在第一機(jī)械致動(dòng)器位置，要被定位在非反射位置的反射器805a-d可以和機(jī)械致動(dòng)器靜電連接。所述靜電連接可以通過維持在機(jī)械致動(dòng)器和要被置于非反射位置的每個(gè)反射器805a-d之間的電位差來提供。通過各個(gè)導(dǎo)體860a-d可以對(duì)每個(gè)反射器805a-d提供箝位電壓電平。最好是，機(jī)械致動(dòng)器電壓電平被保持在地電位，箝位電壓電平相對(duì)于機(jī)械致動(dòng)器電壓電平可正可負(fù)?？梢允褂闷渌碾妷弘娖?。
箝位電壓電平可被提供給要被定位在反射位置的反射器805a-d，并停止提供給要被取向到非反射位置的反射器。例如，按照?qǐng)D8，為了把光能從輸入1反射到輸出2，可以向反射器805b-d提供箝位電壓，而不對(duì)反射器805a提供箝位電壓。因而，反射器805b-d被連接到機(jī)械致動(dòng)器，而使反射器805a和機(jī)械致動(dòng)器斷開。
當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器沿著方向870向著第二機(jī)械致動(dòng)器位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，和機(jī)械致動(dòng)器870連接的連接反射器805a-d沿著基本上平行于襯底800的方向從各個(gè)反射位置移動(dòng)到非反射位置。此外，當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器從第一機(jī)械致動(dòng)器位置向第二機(jī)械致動(dòng)器位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，和機(jī)械致動(dòng)器斷開的反射器805a-d保留在反射位置，從而使反射器805c移動(dòng)到光束路徑812的外部，使得光能能夠從輸入1反射到輸出2。
在另一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械致動(dòng)器沿著方向870的運(yùn)動(dòng)用于使反射器805a-d從垂直于襯底800的反射位置轉(zhuǎn)動(dòng)到平行于襯底800的非反射位置。要保留在非反射位置的反射器805a-d可以通過箝位電壓被靜電箝位在非反射位置，而選擇的反射器不被箝位在非反射位置。因而，選擇的反射器位于反射位置，其它的反射器被移動(dòng)到非反射位置。
第一和第二柔性元件850a-b，850a’-b’被連接在相關(guān)的反射器805a-d和襯底800上。第一和第二柔性元件850a-d，850a’-d’使得相關(guān)的反射器805a-d能夠響應(yīng)機(jī)械致動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)而在反射和非反射位置之間運(yùn)動(dòng)。另外，第一和第二柔性元件850a-d，850a’-d’把相關(guān)的反射器805a-d保持在各個(gè)反射位置。例如，如圖8所示，借助于機(jī)械致動(dòng)器，第一和第二柔性元件850b-c，850b’-c’能夠使反射器805a-d沿著基本上平行于襯底800的方向移動(dòng)到非反射位置。
圖9A-B是用于說明具有相對(duì)于襯底800基本上平行運(yùn)動(dòng)的機(jī)械致動(dòng)器920的2×2 MEM OXC開關(guān)的示例的操作的截面圖。在圖9A-D所示的截面圖中，應(yīng)當(dāng)理解，反射器905a-b可以被反射器905c-d關(guān)閉。按照?qǐng)D9A，機(jī)械致動(dòng)器920處于第一機(jī)械致動(dòng)器位置，反射器905a-d處于各自的反射位置。箝位電壓被施加于反射器905b-d上，借以使反射器905b-d和機(jī)械致動(dòng)器920相連。箝位電壓不施加于反射器905a上，借以使反射器905a和機(jī)械致動(dòng)器920斷開。此外，機(jī)械致動(dòng)器可以包括用于把箝位電壓引導(dǎo)到和下面各個(gè)反射器相鄰的機(jī)械致動(dòng)器的區(qū)域上的導(dǎo)體。例如，箝位電壓可以被施加到機(jī)械致動(dòng)器的區(qū)域上，而使反射器905b-d接地。
按照?qǐng)D9B，機(jī)械致動(dòng)器920沿基本上平行于襯底800的方向970從第一機(jī)械致動(dòng)器位置朝向第二機(jī)械致動(dòng)器位置運(yùn)動(dòng)。當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器920從第一機(jī)械致動(dòng)器位置移動(dòng)到第二機(jī)械致動(dòng)器位置時(shí)，連接的反射器905b-d移動(dòng)到各自的非反射位置。
圖10是反射器1005和被連接到襯底800上的第一和第二相對(duì)的柔性元件1050，1050’的平面圖。第一和第二相對(duì)的柔性元件1050，1050’使反射器1005能夠在第一和第二機(jī)械致動(dòng)器位置之間沿基本上平行于襯底800的方向1070運(yùn)動(dòng)。第一和第二相對(duì)的柔性元件1050，1050’由固定部分1020被固定到襯底800上。當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器使反射器1005從第一反射器位置向第二反射器位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一和第二相對(duì)的柔性元件1050，1050’延伸。
圖11是在襯底800上的反射器1105和第一、第二對(duì)相對(duì)的柔性元件1150，1150’以及1151，1151’的實(shí)施例的平面圖。第一、第二對(duì)相對(duì)的柔性元件1150，1150’以及1151，1151’使得反射器能夠在第一和第二機(jī)械致動(dòng)器位置之間沿著基本上平行于襯底800的方向1170運(yùn)動(dòng)。第一、第二對(duì)相對(duì)的柔性元件1150，1150’以及1151，1151’由各個(gè)固定部分1120，1120’固定到襯底800上。當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器使反射器1105從第一反射器位置向第二反射器位置運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一和第二對(duì)相對(duì)的柔性元件1150，1150’運(yùn)動(dòng)，從而使反射器1105能夠沿方向1170運(yùn)動(dòng)。具體地說，第一對(duì)相對(duì)的柔性元件1150，1150’沿方向1170延伸，第二對(duì)相對(duì)的柔性元件1151，1151’沿方向1170接觸。
在附圖和說明書中，公開了本發(fā)明的代表性的優(yōu)選實(shí)施，盡管使用了具體的術(shù)語(yǔ)，但它們只用于說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的范圍由下面的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)，用于把光能從所述微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)的輸入轉(zhuǎn)換到微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)的輸出，所述微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)包括襯底(100)和位于襯底(100)上的多個(gè)反射器(107)，其中所述多個(gè)反射器(107)中的至少一個(gè)可以移動(dòng)到第一反射器位置和第二反射器位置中的至少一個(gè)位置，所述第一反射器位置沿著從微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)的輸入到其輸出的光束路徑(112)，所述第二反射器位置在所述光束路徑(112)的外面，所述微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)的特征在于機(jī)械致動(dòng)器(120)，其被構(gòu)造成用于使多個(gè)反射器(107)的選擇的一組從各自的第一反射器位置向各自的第二反射器位置運(yùn)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)，其特征在于選擇器(160)，其被構(gòu)造成用于當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器從第二機(jī)械致動(dòng)器位置向第一機(jī)械致動(dòng)器位置移動(dòng)時(shí)，選擇多個(gè)反射器中的一個(gè)使其保留在第二反射器位置。
3.如權(quán)利要求2所述的微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)，其中反射器的特征在于和所述多個(gè)反射器電氣相連的多個(gè)導(dǎo)體(160)，其中多個(gè)導(dǎo)體的選擇的一組被構(gòu)造成用于把箝位電壓電平引導(dǎo)到從多個(gè)反射器中選擇的一個(gè)反射器，使得當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器從第二機(jī)械致動(dòng)器位置向第一機(jī)械致動(dòng)器位置移動(dòng)時(shí)，使多個(gè)反射器中選擇的一組保持在各自的第二反射器位置。
4.如權(quán)利要求1所述的微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)，其特征在于選擇器(160)，其被構(gòu)造成用于選擇多個(gè)反射器中的一組使其和機(jī)械致動(dòng)器連接，并選擇多個(gè)反射器中的至少一個(gè)使其和機(jī)械致動(dòng)器斷開，其中機(jī)械致動(dòng)器在第一致動(dòng)器位置和多個(gè)反射器中的選擇的一組相連，并且其中當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器從第一機(jī)械致動(dòng)器位置移動(dòng)到第二機(jī)械致動(dòng)器位置時(shí)，機(jī)械致動(dòng)器把從多個(gè)反射器中選擇的一組從各自的第一反射器位置移動(dòng)到各自的第二反射器位置。
5.如權(quán)利要求4所述的微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)，其中當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器從第一機(jī)械致動(dòng)器位置移動(dòng)到第二機(jī)械致動(dòng)器位置時(shí)，選擇多個(gè)反射器中的至少一個(gè)保留在第一反射器位置。
6.如權(quán)利要求4或5所述的微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)，其特征在于在襯底上的多個(gè)柔性元件(150)，多個(gè)柔性元件中的每個(gè)柔性元件具有和襯底相連的第一部分，以及和所述第一部分隔開一段距離并和多個(gè)反射器中的一個(gè)相連的第二部分，其中多個(gè)柔性元件(150)中的每一個(gè)被構(gòu)造成用于使和其相連的多個(gè)反射器中的一個(gè)能夠在第一、第二反射器位置之間運(yùn)動(dòng)。
7.一種用于把光能從微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)的輸入轉(zhuǎn)換到其輸出的方法，其特征在于；沿著從微型機(jī)電光學(xué)交叉連接開關(guān)的相關(guān)的輸入到其相關(guān)的輸出的光束路徑(112)連接在各自的第一反射器位置的多個(gè)反射器(107)中的至少一個(gè)和機(jī)械致動(dòng)器(120)；以及使機(jī)械致動(dòng)器(120)從第一機(jī)械致動(dòng)器位置移動(dòng)到第二機(jī)械致動(dòng)器位置，從而使多個(gè)反射器(107)中的至少一個(gè)移動(dòng)到在光束路徑(112)之外的各自的第二反射器位置。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于斷開多個(gè)反射器中的至少一個(gè)和在第一機(jī)械致動(dòng)器位置的機(jī)械致動(dòng)器的連接，使得當(dāng)機(jī)械致動(dòng)器從第一機(jī)械致動(dòng)器位置移動(dòng)到第二機(jī)械致動(dòng)器位置時(shí)，多個(gè)反射器中的至少一個(gè)保留在沿著光束路徑的第一反射器位置。
9.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其中所述連接步驟的特征在于對(duì)多個(gè)反射器中的一組施加箝位電壓電平，以便使多個(gè)反射器中的一組和機(jī)械致動(dòng)器實(shí)現(xiàn)靜電連接的步驟。
10.如權(quán)利要求7或8所述的方法，其中所述移動(dòng)步驟的特征在于使機(jī)械致動(dòng)器從第一機(jī)械致動(dòng)器位置移動(dòng)到第二機(jī)械致動(dòng)器位置，從而接觸多個(gè)反射器中的一組以使多個(gè)反射器中的被接觸的一組從基本上垂直于光束路徑的第一反射器位置移動(dòng)到基本上平行于光束路徑的第二反射器位置；以及對(duì)在第二反射器位置的多個(gè)反射器中的一組施加箝位電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微型機(jī)電(MEM)光學(xué)交叉連接(OXC)開關(guān)，包括多個(gè)反射器，其每一個(gè)可以移動(dòng)到各自第一和第二反射器位置中的至少一個(gè)位置，所述第一反射器位置沿著從MEM OXC開關(guān)的相關(guān)的輸入到其相關(guān)的輸出的光束路徑，所述第二反射器位置在所述光束路徑的外面。機(jī)械致動(dòng)器把多個(gè)反射器中的選擇的一組從各自的第一反射器位置移動(dòng)到各自的第二反射器位置。還公開了相關(guān)的方法。
文檔編號(hào)G02B26/08GK1316666SQ01116218
公開日2001年10月10日 申請(qǐng)日期2001年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月5日
發(fā)明者維加亞庫(kù)馬·R·德胡勒, 愛德華·A·希爾 申請(qǐng)人:克羅諾斯集成微系統(tǒng)公司