一种新颖的MEMS光开关测量平台的设计与实现

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  1 引言
  随着光通信技术的迅速发展,MEMS光开关由于具有插入损耗和串话小、消光比高、稳定性好、透明性和可扩展性好、易于集成、偏振不灵敏等优点,将成为核心光交换器件的主流。其静电驱动是目前广泛研究的一种,常见的静电驱动方式有:梳状电极、SDA(scratch drive actuator)、悬臂驱动和扭臂驱动等。悬臂和扭臂驱动的驱动电压高 于前两者,但结构简单、工艺上容易实现。在选取其微反射镜最佳工作状态时,需要电压、频率,占空比连续可调的方波信号为激励源。传统的选取方法需要示波器、脉冲信号发生器,直流稳压源三台仪器协调工作才能完成,并且存在诸多弊端,如:测量仪器成本高、操作繁琐、测试周期长、测量精度低等。而在本文介绍的测量平台中,通过高幅值利用单片机控制脉冲频率的方法来选择器件。与当前同类方法相比,具有精度高、可靠性强、成本低、易操作等优点。

  2 光开关工作原理
  图1为2×2微机械光开关的结构示意图,可以采用体硅微机械加工的方法在(100)硅片上制作。微反射镜和上电极连在一起,在没有电压输入时,上电极的位置不动,微反射镜处在光通路上,从入射光纤发出的光被微反射镜反射,改变方向后进入到镜面同一侧的出射光纤中,这是开关的反射状态。当上电极和下电极之间有电压输入时,在静电力的作用下,上电极带动微反射镜移开光通路,入射光沿直线传播进入前方的出射光纤,这是开光的直通状态。图2为阈值电压随扭梁的厚度变化曲线,图3为驱动电压与悬梁位移之间的关系曲线。

2X2微机械光开关的结构示意图

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