专利名称：大动态微机械可变光衰减器的制造方法
技术领域：
本发明涉及光电子技术领域中的一种大动态微机械可变光衰减器的制造方法，特别适用于高速大规模的全光光纤通信网络中作可变光衰减器器件的制造。
背景技术：
光衰减器在光纤通信系统中发挥着重要的作用，它是波分复用(WDM)光纤网络中关键的光无源器件。光衰减器的主要功能是用来减小或控制光讯号，广泛应用于波分复用系统中，实现对各信道的光功率电平进行适时控制和模拟光信号传输中的衰减，并且在光纤传感、光纤测量等科研和工程领域有着重要应用。光衰减器具有固定式光衰减器和可变光衰减器(VOA)两种。固定式光衰减器主要装设于通讯系统，用以平衡光能量，但是应用弹性较低；而VOA在应用发展上具优势，能主动精确平衡光的讯号，并朝向结合各式模块、次系统(如复用/解复用器、光上下路)发展，近年来其发展受到了广泛的关注。
现代光纤通信正在向高速大容量的全光通信方向发展，特别是随着波分复用(WDM)技术的应用，对可变光衰减器的需求越来越大、要求越来越高。理想的VOA能精确控制光讯号的损失，一般特性要求包括大动态衰减范围、低插入损耗、低波长相关损耗、低偏振模态色散、低偏振相关损耗、以及相应时间快、功耗低、体积小、可阵列化集成等。传统的机械式VOA，可以实现较小的插入损耗、和大动态衰减范围，但其响应时间慢、体积大、成本高，限制了其在WDM和光上下路系统中的应用，而基于波导式的电光、热光、磁光型的VOA一般不能实现较大的动态衰减范围，且波长相关、偏振相关。
微电子机械系统(MEMS)加工技术和微电子工艺技术相兼容，其产品具有成本低、体积小、重量轻、易集成的特点。近年来，采用微电子机械加工技术制作可变光衰减器已成为目前国内外研制高性能可变光衰减器的关键技术。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种采用体硅微机械加工技术在硅基片上制作可动硅挡板实现光纤中光传输能量衰减控制的大动态微机械可变光衰减器的制造方法。并且本发明工艺简单成熟、制造成本低，本发明制造的可变光衰减器还具有大动态衰减范围、低插入损耗、低偏振相关损耗、低波长相关损耗、相应时间快、功耗低以及体积小、成本低、易集成和批量化等特点。
本发明所要解决的技术问题由以下技术方案实现的本发明采用体硅微机械加工技术在硅基片上制作可动硅挡板实现光纤中光传输能量衰减控制的微机械可变光衰减器。
本发明大动态微机械可变光衰减器的制造方法，它包括下列步骤①在硅基片1硅衬底上涂一层光刻胶7；②用一块驱动器、硅挡板、光纤光路定位结构的掩模版，采用光刻工艺对硅基片1衬底上的光刻胶7进行对位曝光显影，光刻胶上曝光显影出驱动器可动结构2-1、驱动器固定结构2-2、可动硅挡板3、光纤光路定位结构4的光刻胶7窗口形状，露出硅基片1硅衬底；③用感应耦合等离子刻蚀工艺对露出的硅基片1硅衬底刻蚀出驱动器可动结构2-1、驱动器固定结构2-2、可动硅挡板3、光纤光路定位结构4；④用浓硫酸加热去除硅基片1硅衬底上的光刻胶7；⑤把硅基片1放入湿法腐蚀液中进行湿法腐蚀露出硅基片1衬底，腐蚀深度至硅基片1硅衬底上的驱动器可动结构2-1、可动硅挡板3与硅基片1沉底完全脱离为止；⑥用金属化工艺在硅基片1硅衬底上覆盖金属层5；⑦手动掰硅基片1，形成单个管芯，管芯用绝缘胶粘接在光电管壳上，光纤6置放在光纤光路定位结构4内；⑧用键合引线把驱动器可动结构2-1、驱动器固定结构2-2上的金属层5与光电管壳的管脚连接，封帽，制成大动态微机械可变光衰减器。
本发明可动硅挡板3的厚度为3至40微米。
本发明相比背景技术具有如下优点1.本发明采用体硅微机械加工技术在硅基片1上制作可动硅挡板3实现光纤6中光传输能量衰减控制，因此本发明具有工艺简单成熟、制造成本低的特点。
2.本发明制造的可变光衰减器器件具有大动态衰减范围、低插入损耗、低波长相关损耗、低偏振模态色散、低偏振相关损耗、以及相应时间快、功耗低、体积小、重量轻等特点，是光纤通信应用的理想可变光衰减器装置。
3.本发明采用体硅微机械加工技术具有大批量生产，成本低的优点，并且能够方便制作成阵列化集成的多路可变光衰减器阵列如两路输入输出(2×2)、四路输入输出(4×4)……N×N等多种规格产品，满足用户需求。
图1是本发明一种实施例的结构示意图。
图2是本发明图1沿A-A方向剖视结构示意图。
具体实施例方式
参照图1、图2，本发明采用体硅微机械加工技术在硅基片上制作可动硅挡板实现光纤中光传输能量衰减控制的微机械可变光衰减器，实施例硅基片可以采用绝缘体上硅(SOI)的硅基片或采用经浓硼扩散的N型单晶硅基片。
本发明大动态微机械可变光衰减器的制造方法，它包括下列步骤①在硅基片1硅衬底上涂一层光刻胶7，实施例硅基片1采用经浓硼扩散的N型单晶硅基片，光刻胶7采用AZ1450型光刻胶，厚度为12000，并用烘箱在温度100℃烘烤10分钟。
②用一块驱动器、硅挡板、光纤光路定位结构的掩模版，采用光刻工艺对硅基片1衬底上的光刻胶7进行对位曝光显影，光刻胶7上曝光显影出驱动器可动结构2-1、驱动器固定结构2-2、可动硅挡板3、光纤光路定位结构4的光刻胶窗口形状，露出硅基片1硅衬底，实施例用常规光刻曝光机对位曝光12秒钟，再将N型单晶硅基片放入四甲基氢氧化铵水溶液中显影10至20秒钟，光刻胶7上曝光显影出驱动器可动结构2-1、驱动器固定结构2-2、可动硅挡板3、光纤光路定位结构4的光刻胶窗口形状，露出N型单晶硅基片的浓硼层。
③采用微机械加工专用得硅片深槽刻蚀设备，用感应耦合等离子刻蚀工艺对露出的硅基片1硅衬底刻蚀出驱动器可动结构2-1、驱动器固定结构2-2、可动硅挡板3、光纤光路定位结构4，其中可动硅挡板3的厚度为3至40微米，实施例用感应耦合等离子刻蚀工艺对露出的N型单晶硅基片的浓硼层，刻蚀出驱动器可动结构2-1、驱动器固定结构2-2、可动硅挡板3、光纤光路定位结构4，刻蚀深度大于浓硼层厚度，露出N型单晶硅基片衬底，刻蚀后可动硅挡板3的厚度为5微米。
④用浓硫酸加热去除硅基片1硅衬底上的光刻胶7，实施例用浓硫酸加热10至15分钟去除N型单晶硅基片的浓硼层上的光刻胶7，用去离子水将N型单晶硅基片冲洗10分钟，并用烘箱在温度100℃烘烤20分钟。
⑤把硅基片1放入湿法腐蚀液中进行湿法腐蚀露出硅基片1衬底，腐蚀深度至硅基片1硅衬底上的驱动器可动结构2-1、可动硅挡板3与硅基片1硅衬底完全脱离为止，实施例把N型单晶硅基片放入硅各向异性腐蚀液中进行湿法腐蚀露出低掺杂的N型单晶硅基片衬底，由于硅各向异性腐蚀液对掺杂浓度的选择性而只腐蚀露出的低掺杂的N型单晶硅基片衬底，腐蚀深度至N型单晶硅基片衬底上的驱动器可动结构2-1、可动硅挡板3与硅基片1硅衬底完全脱离成悬浮结构，湿法腐蚀时间为25至35分钟。
⑥用金属化工艺在硅基片1硅衬底上覆盖金属层5，实施例用溅射工艺采用市售通用的磁控溅射台对N型单晶硅基片上的浓硼层溅射金属层5，金属层5一般采用多层复合金属材料制作。
⑦手动掰硅基片1，形成单个管芯，管芯用绝缘胶粘接在光电管壳上。实施例对N型单晶硅基片手动掰片，制作成单个可变光衰减器管芯，管芯用绝缘胶粘接在光电管壳上。光纤6置放在光纤光路定位结构4内，实施例采用两根市售通用的光纤6置放在光纤光路定位结构4内，其两根光纤6各自端面由光纤光路定位结构4定位，可动硅挡板3在两根光纤6端面之间的间隙中移动。
⑧用键合引线把驱动器可动结构2-1、驱动器固定结构2-2上的金属层5与光电管壳的管脚连接，封帽，制成大动态微机械可变光衰减器，实施例采用市售通用超声键合台用金丝将驱动器可动结构2-1、驱动器固定结构2-2的电极上的金属层5与光电管壳的管脚连接，封帽，制成大动态微机械可变光衰减器的驱动器。
本发明简要工作原理如下在硅基片1上采用体硅微机械加工技术制造大动态微机械可变光衰减器的驱动器可动结构2-1、驱动器固定结构2-2、可动硅挡板3、光耦合光纤定位结构4等部件。在外加驱动力(如静电力、电热变形驱动力、电磁力等)作用下，使可动硅挡板3在输入光纤6和输出光纤6端面间的间隙中移动，达到可动硅挡板3部分阻断光纤6传输光信号的通过，从而起到对传输光的能量衰减控制作用。
权利要求
1.一种大动态微机械可变光衰减器的制造方法，其特征在于该方法中采用体硅微机械加工技术在硅基片上制作可动硅挡板实现光纤中光传输能量衰减控制的微机械可变光衰减器。
2.根据权利要求1所述的大动态微机械可变光衰减器的制造方法，其特征在于它包括下列步骤①在硅基片(1)硅衬底上涂一层光刻胶(7)；②用一块驱动器、硅挡板、光纤光路定位结构的掩模版，采用光刻工艺对硅基片(1)衬底上的光刻胶(7)进行对位曝光显影，光刻胶上曝光显影出驱动器可动结构(2-1)、驱动器固定结构(2-2)、可动硅挡板(3)、光纤光路定位结构(4)的光刻胶(7)窗口形状，露出硅基片(1)硅衬底；③用感应耦合等离子刻蚀工艺对露出的硅基片(1)硅衬底刻蚀出驱动器可动结构(2-1)、驱动器固定结构(2-2)、可动硅挡板(3)、光纤光路定位结构(4)；④用浓硫酸加热去除硅基片(1)硅衬底上的光刻胶(7)；⑤把硅基片(1)放入湿法腐蚀液中进行湿法腐蚀露出硅基片(1)衬底，腐蚀深度至硅基片(1)硅衬底上的驱动器可动结构(2-1)、可动硅挡板(3)与硅基片(1)硅衬底完全脱离为止；⑥用金属化工艺在硅基片(1)硅衬底上覆盖金属层(5)；⑦手动掰硅基片(1)，形成单个管芯，管芯用绝缘胶粘接在光电管壳上，光纤(6)置放在光纤光路定位结构(4)内；⑧用键合引线把驱动器可动结构(2-1)、驱动器固定结构(2-2)上的金属层(5)与光电管壳的管脚连接，封帽，制成大动态微机械可变光衰减器。
3.根据权利要求2所述的大动态微机械可变光衰减器的制造方法，其特征在于所述的第②步中可动硅挡板(3)的厚度为3至40微米。
全文摘要
本发明公开了一种大动态微机械可变光衰减器的制造方法，它涉及光电子领域中的可变光衰减器器件的制造。本发明在硅基片上采用体硅微机械加工技术制造大动态微机械可变光衰减器的驱动器、可动硅挡板、光纤光路定位结构等部件。它利用在外加驱动力作用下，使可动硅挡板在输入光纤和输出光纤端面间的间隙中移动，达到可动硅挡板部分阻断光纤传输光信号的通过，从而起到对传输光的能量衰减控制作用。本发明制造的可变光衰减器器件具有大动态衰减范围、低插入损耗、功耗低、体积小、成本低、易集成和批量化等特点，可以制成系列的可变光衰减器，特别适用于高速大规模的全光光纤通信网络中作可变光衰减器器件装置。
文档编号G03F7/20GK1794024SQ200510048239
公开日2006年6月28日 申请日期2005年12月28日 优先权日2005年12月28日
发明者李海军, 杨拥军, 徐永青, 郑七龙 申请人:中国电子科技集团公司第十三研究所