專利名稱：一種用壓電體驅(qū)動器制作的二維光開關(guān)矩陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種二維光開關(guān)矩陣，更具體地說涉及一種采用壓電體驅(qū)動器驅(qū)動的光開關(guān)矩陣，屬于光通信領(lǐng)域。
機(jī)械光開關(guān)是一種非常重要的光開關(guān)，機(jī)械式光開關(guān)具有介入損耗較低(＜2dB＝，隔離度高(＞45dB)，不受偏振和波長影響等優(yōu)點，已經(jīng)在光通信上廣泛應(yīng)用。機(jī)械式光開關(guān)一種類型就是通過控制鏡面達(dá)到直通光路或者阻擋光路，實現(xiàn)光的切換。在光學(xué)設(shè)計上，在三維自由空間進(jìn)行切換的光開關(guān)矩陣結(jié)構(gòu)稱為三推結(jié)構(gòu)，在二推自由空間進(jìn)行切換的光開關(guān)矩陣結(jié)構(gòu)稱為二維結(jié)構(gòu)。
圖1所示的二維光開關(guān)矩陣的特征之一是密排的鏡面方陣，一般情況下，光程最短原則要求相鄰鏡面之間沒有間隙；特征之二是光纖準(zhǔn)直器的中心正對鏡面的中心。高性能的光開關(guān)矩陣需要準(zhǔn)直光進(jìn)行傳輸和耦合，康寧公司開發(fā)出一種小型的帶球透鏡的光纖準(zhǔn)直器，光斑的束腰直徑在幾十微米。光開關(guān)矩陣中的陣列驅(qū)動器至關(guān)重要，采用傳統(tǒng)技術(shù)制作的驅(qū)動器離散性大，體積大，不適合制作陣列式器件。同時光開關(guān)矩陣要求每個驅(qū)動器各方面性質(zhì)(包括尺寸、驅(qū)動器性能)要一致，才能制作出一致性高的驅(qū)動器陣列；而且每個驅(qū)動器的體積要小，才能制作出體積小的光開關(guān)矩陣，適合未來器件發(fā)展的需要。
本實用新型提供的二維結(jié)構(gòu)的N×N光開關(guān)陣列由互相垂直的光纖準(zhǔn)直器行/列、上定位板、電壓體驅(qū)動器和鏡面方陣以及相關(guān)的驅(qū)動電路組成。采用光纖準(zhǔn)直器的目的在于增大光程，減小損耗。采用多層相同的壓電體疊加制備壓電體驅(qū)動器，目的在于增大驅(qū)動器的變形量。光纖準(zhǔn)直器陣列與壓電體驅(qū)動器成45度角擺放，在每個壓電體驅(qū)動器的頂部安裝一個反射鏡面，或者直接把壓電體驅(qū)動器的表面加工成鏡面，采用的工藝可以是先磨再拋光。壓電體驅(qū)動器底端排成陣列固定在基底定位槽內(nèi)，頂端置于上定位板的導(dǎo)引槽內(nèi)。當(dāng)壓電體驅(qū)動器沒有加電壓，鏡面處于平衡位置，光路直通，鏡面不起作用。當(dāng)壓電體驅(qū)動器加上電壓時，壓電體縱向伸長，帶動鏡面向上平動，擋住輸入光，反射進(jìn)入輸出光纖準(zhǔn)直器。整個工藝采用MEMS技術(shù)加工上定位板和基底定位槽，采用三推多芯片封裝(3D-MCM)工藝加工出壓電體驅(qū)動器，最后采用組裝技術(shù)把壓電體驅(qū)動器底端排成陣列固定在基底定位槽內(nèi)，頂端置于上定位板的導(dǎo)引槽內(nèi)，然后再通過焊接工藝把壓電驅(qū)動器的電極與驅(qū)動電路板連起來，完成整個器件的制作。
具有壓電效應(yīng)的陶瓷薄片的應(yīng)變一般只能達(dá)到1％，所以需要把數(shù)十片相同的壓電陶瓷薄片疊起來獲取幾十微米的位移，采用3D-MCM技術(shù)加工出壓電體驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)如圖3所示，在機(jī)械上是串聯(lián)的，在電學(xué)上是并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
上定位板的導(dǎo)引槽與基底的定位槽要求約一致性高，把上定位板的導(dǎo)引槽與基底的定位槽的圖形做在同一塊掩膜上，采用微電子制作技術(shù)能保證這一點。材料為單晶硅，先氧化，光刻，然后用深反應(yīng)離子刻蝕硅片刻穿，形成上定位板的導(dǎo)引槽和基底的定位槽，如圖4。上定位板的導(dǎo)引槽寬比壓電體驅(qū)動器的厚度稍大，基底的定位槽槽寬與壓電體驅(qū)動器的厚度相等。
本實用新型由于采用壓電體驅(qū)動器替代傳統(tǒng)的技術(shù)制作的驅(qū)動器，使制作的光開關(guān)陣列不僅體積小且一致性好，適合未來器件發(fā)展的需要。


圖1是二維光開關(guān)矩陣原理示意圖。
圖2是本實用新型提供的二維光開關(guān)矩陣結(jié)構(gòu)圖。
圖3是壓電體驅(qū)動器(a)電極板引線示意圖(b)壓電體驅(qū)動器外形圖。
圖4是上定位板和基底板示意圖。
圖中1—鏡面 2—準(zhǔn)直器3—導(dǎo)引槽4—上定位板 5—壓電驅(qū)動器51—組成壓電驅(qū)動器的壓電體 6—壓電體的電極引線 7—基底板
(2)采用微電子制作技術(shù)，把上定位板的導(dǎo)引槽與基底的定位槽做在同一塊掩膜上(圖4)，其工藝是采用先氧化、光刻，然后用深反應(yīng)離子刻蝕把硅片刻穿，形成上定位板的導(dǎo)引槽和基底的定位槽。
(3)用組裝技術(shù)把壓電驅(qū)動器底端排成陣列固定在基地定位槽上，頂端置于上定位板的導(dǎo)引槽內(nèi)。
(4)通過焊接工藝把壓電體驅(qū)動器的電極與驅(qū)動器電路板連起末，完成整個器件的制作，如圖2所示，2為相互垂直的光纖準(zhǔn)直器陣列。
權(quán)利要求1.一種采用壓電體驅(qū)動器制作的二維光開關(guān)矩陣，其特征在于(1)由相互垂直光纖準(zhǔn)直器陣列、反電體驅(qū)動器、上定位板、鏡面方陣以及相尖關(guān)驅(qū)動器組成；(2)光纖準(zhǔn)直器陣列與壓電體驅(qū)動器成45度角；(3)在每個壓電體驅(qū)動器的頂部安裝一個反射鏡面；(4)壓電體驅(qū)動器底端排成陣列固定在基板定位槽內(nèi)，頂端置于上定位板的導(dǎo)引槽里；(5)壓電驅(qū)動器的電極與驅(qū)動器電路通過焊接工藝連接。
2.按權(quán)利要求1所述的采用壓電體驅(qū)動器制作的二維光開關(guān)矩陣，其特征在于每個壓電體驅(qū)動器的表面或直接加工成鏡面。
3.按權(quán)利要求1所述的采用壓電體驅(qū)動器制作的二維光開關(guān)矩陣，其特征在于每個壓電體驅(qū)動器是由數(shù)十片陶瓷薄片在電學(xué)上并聯(lián)，機(jī)械上串聯(lián)的方式組成的。
4.按權(quán)利要求1所述的采用壓電體驅(qū)動器制作的二維光開關(guān)矩陣，其特征在于上定位板的導(dǎo)引槽寬比壓電體驅(qū)動器的厚度稍大，基底的定位槽槽寬與壓電體驅(qū)動器的厚度相等。
專利摘要本實用新型涉及一種用壓電體驅(qū)動器制作的二維光開關(guān)矩陣。其特征在于(1)由相互垂直光纖準(zhǔn)直器陣列、反電體驅(qū)動器、上定位板、鏡面方陣以及相尖關(guān)驅(qū)動器組成；(2)光纖準(zhǔn)直器陣列與壓電體驅(qū)動器成45度角；(3)在每個壓電體驅(qū)動器的頂部安裝一個反射鏡面；(4)壓電體驅(qū)動器底端排成陣列固定在基板定位槽內(nèi)，頂端置于上定位板的導(dǎo)引槽里；(5)壓電驅(qū)動器的電極與驅(qū)動器電路通過焊接工藝連接。每個壓電驅(qū)動器的表面或直接加工成鏡面，每個壓電驅(qū)動器由數(shù)十片陶瓷薄片在電學(xué)上并聯(lián)，機(jī)械上串聯(lián)的方式組成。由于采用壓電體驅(qū)動器替代傳統(tǒng)的技術(shù)制作的驅(qū)動器，使制作的光開關(guān)陣列不僅體積小且一致性好，適合未來器件發(fā)展的需要。
文檔編號H04B10/12GK2571076SQ02267128
公開日2003年9月3日 申請日期2002年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月13日
發(fā)明者吳亞明, 楊藝榕, 李毅 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所, 上海聯(lián)能科技有限公司