一种微机械空间光调制器的制作方法

专利名称：一种微机械空间光调制器的制作方法
一种微机械空间光调制器所属领域本发明涉及一种微机械空间光调制器，用于光开关和可变光衰减器，属于微光机 电系统技术及光通信技术领域。
背景技术：
目前光纤通信技术已经从单波长的点到点光时分复用(OTMD)发展到多波长的网 状密集波分复用(DMDW)，它充分利用了光纤的巨大传输容量，必将成为组建下一代高可靠 性、超大容量、超高速信息网络的核心技术。光开关和可变光衰减器是组建全光网络的两种 关键器件光开关(optical switch)主要用于实现光路的切换；可变光衰减器(variable optical attenuator, V0A)通过对传输光功率的衰减来实现对光信号的适时控制，主要用 于DWDM系统中信道的光功率平衡，实现增益平坦、动态增益平衡及传输功率平衡。传统的光开关与可变光衰减器作为分离的元件，且需要电-光-电转换过程，具 有体积大、成本高、响应慢、集成度低等不足，限制了这些元件在光网络中的应用。MEMS技 术与IC工艺相兼容，具有成本低、体积小、重量轻、高集成性、灵活性、智能性的特点，被广 泛用于光通信领域。近年来，国际上出现了基于MEMS技术的不同类型的兼具光开关与 可变光衰减器功能的空间光调制器。1999年，美国C. R. Giles等科研人员研制出一种用 于单输入/单输出光纤通道的光开关和光衰减集成光调制器(A Silicon Mems Optical Switch Attenuator and Its Use in Lightwave Subsystems, Journal of Selected topics in Quantum Electronics, Vol. 5，pp : 18 25，1999)。这种器件采用静电驱动的 快门式遮光片对光进行可控遮挡，从而达到光可变衰减；当传输光被遮光片全部遮挡时， 即实现光纤通道的关闭，起到光开关的作用。与此类似，在专利Swith/Variable Optical Attenuator (US2004/0165813A1)中，提到了一种2 X 2光开关/光衰减功能的光调制 器，该器件采用两个快门遮挡片布置在光纤通道两侧，各自控制，分别实现光路切换和光 衰减调节作用。除了快门式光开关/光衰减集成光调制器外，Nabeel A.Riza提出一种 微镜阵列式2X2光开关/光衰减集成的空间光调制器(Versatile Multi-ffavelength Fiber-Optic Switch and Attenuator Structures Using Mirror Manipulations,Optics Communications, Vol. 169，pp 233 244)，每个光纤通道中间设置两个可转动镜面，当镜 面工作在数字调制状态时，可实现光开关作用；当镜面工作在模拟调制状态时，可通过镜面 的遮挡控制通道进光量，从而实现光衰减作用。现有的遮挡式光开关/光衰减空间光调制器，多是采用多器件多通道来实现的， 因此通道数量受到了一定的限制，若采用单器件来实现，则通道数较少；同时，多器件多通 道会引起光路切换的元件数量增加，从而降低光路的稳定性和响应速度，同时偏振相关损 耗也会较大；采用单器件难以同步实现光开关和光衰减作用，不利于其规模化应用。

发明内容
本发明的目的在于提出一种将光开关和光衰减器集成于一身的微机械空间光调制器，该结构可以同时实现光开关和光衰减的双重作用，并且能够实现对光开关和可变光 衰减器的编程控制。本发明的技术方案是参阅图1，一种微机械空间光调制器，包括一个周期可调光栅和一个微扭转镜，所 述的周期可调光栅从上到下依次包括光栅器件层6和光栅绝缘层5 ；所述的微扭转镜从上 到下依次包括微扭转镜器件层3、微扭转镜绝缘层2和微扭转镜基底层1 ；周期可调光栅与 微扭转镜通过光栅绝缘层5和微扭转镜器件层3键合为一体；参阅图2，微扭转镜器件层3上包括互相分离的可动部分和固定部分可动部分和 固定部分被器件层绝缘槽31隔开，可动部分包括镜面32、扭转梁33、器件层锚点区I 34，镜 面32通过两端的扭转梁33分别与两侧的器件层锚点区I 34连接；而固定部分排布在可动 部分的四周，包括器件层焊盘孔38、驱动装置I 35、器件层有焊盘孔一侧锚点区36、器件层 无焊盘孔一侧锚点区37 ；参阅图3，微扭转镜绝缘层2上有绝缘层绝缘槽21、绝缘层锚点区I 22、绝缘层有 焊盘孔一侧锚点区23、绝缘层无焊盘孔一侧锚点区24、驱动装置绝缘区I 27、绝缘层焊盘 孔26，它们分别与器件层绝缘槽31、器件层锚点区I 34、器件层有焊盘孔一侧锚点区36、器 件层无焊盘孔一侧锚点区37、驱动装置I 35、器件层焊盘孔38相对应；此外，还有一绝缘层 空腔I 25位于镜面32和扭转梁33的下方；参阅图4，微扭转镜基底层1上包括有基底层方形背腔12和基底层焊盘孔14，基 底层方形背腔12与绝缘层空腔I 25的位置相对应，它使镜面32与扭转梁33形成悬置，基 底层焊盘孔14与器件层焊盘孔38和绝缘层焊盘孔26的位置形状对应一致；参阅图5，光栅绝缘层5使光栅器件层6和微扭转镜器件层3实现电绝缘，光栅绝 缘层5包括绝缘层锚点区II 52、绝缘层锚点连接梁53、绝缘层无驱动一侧锚点区54和驱 动装置绝缘区II 55，所述的绝缘层锚点区II 52和绝缘层锚点连接梁53分别与器件层锚 点区I 34和扭转梁33对应；所述的绝缘层锚点区II 52和驱动装置绝缘区II 55通过绝 缘层锚点连接梁53连接；绝缘层无驱动一侧锚点区54和驱动装置绝缘区II 55分离，之间 形成绝缘层空腔II 51;绝缘层无驱动一侧锚点区54和驱动装置绝缘区II 55都位于镜面 32之上；参阅图6，光栅器件层6包括驱动装置II 61、若干平行的光栅条62、光栅链接梁 63、器件层锚点区II 64、器件层锚点连接梁65、器件层无驱动一侧锚点区66 ；所述的器件 层锚点区II 64、器件层锚点连接梁65、驱动装置II 61、器件层无驱动一侧锚点区66分别 与绝缘层锚点区II 52、绝缘层锚点连接梁53、驱动装置绝缘区II 55和绝缘层无驱动一侧 锚点区54对应；相邻的两根光栅条62通过光栅链接梁63连接；驱动装置II 61提供的驱 动力使得光栅条62产生χ向位移；所述的光栅条62和光栅链接梁63悬置在绝缘层空腔II 51上。所述的驱动装置I 35和驱动装置II 61，可以采用多种驱动方式，如电磁驱动、静 电梳齿驱动、静电平板驱动、压电驱动以及热驱动方式等。参阅图12，所述的镜面32上也可以有一个与绝缘层空腔II 51相应的的镜面空洞 310。参阅图7，本微机械空间光调制器的工作原理如下在微机械空间光调制器上方
4有光通道系列7，初始状态有一束光以一定角度入射到光栅器件层6上，经过光栅的衍射， 光束将以一定角度进入光通道I 71;当在驱动装置I 35上施加电信号时，镜面32将会产 生一定的扭转，假设扭转了 θ角，从而带动位于镜面32上的周期可调光栅扭转了 θ角；参 阅图8，当入射光线的光路不变，而镜面32发生了扭转，则衍射光的光路也将发生相应的扭 转，此时衍射光进入光通道II 72，即72光开关被打开，而其它光开关被关闭。这样，利用微 扭转镜的扭转即可以实现光路的选择，实现了光开关的作用，由于微扭转镜的扭转角度可 以进行精确的编程控制，从而可以实现多路通道的选择。周期可调光栅的占空比改变，将对其光学衍射性能产生极大的影响，不同衍射级 次上的衍射效率可以通过下式理论计算出“ =JgHfe^)!2 I f[l-cos(2^-DC)]] 2其中DC表示周期可调光栅的占空比，k为衍射级次(k= 士 1，士 2，士 3...)，nk 表示第k级衍射的衍射效率，Ilci表示第0级的衍射效率。由公式可知当周期可调光栅 的占空比发生变化时，其各级衍射光的光强均会发生变化；这里利用0级衍射光进行分析， 图9所示为周期可调光栅衍射0级的光强效率与占空比的关系曲线。根据周期可调光栅的 这个特性，可以实现光衰减器的作用，即当在驱动装置II 61上施加一定的驱动电压时，周 期可调光栅占空比将会发生一定的改变，此时衍射光的光强也将会随着占空比的改变而改 变，也就是说对进入光通道的光强进行了一定程度的衰减，参阅图10，当周期可调光栅占空 比发生改变时，可以将图7中进入光通道I 71中的光强进行衰减；同时，由于所施加的电压 和占空比的改变具有一一对应的关系，而占空比的改变和光的衍射效率即光强又具有一定 的对应关系，因此控制所施加于驱动装置II 61上的驱动电压，即可以实现光强衰减量的 严格控制。当然，在图8中，当镜面32带动周期可调光栅进行扭转时，同时可以施加电信号 于驱动装置II 61上，从而可以调节进入光通道II 72的光强衰减量，即该微机械空间光调 制器可以实现对任意通道的选通以及控制任意光通道的光强衰减量的作用。另外，该微机械空间光调制还有一种透射工作方式，参阅图11与图12，如果镜面 32上有一个与绝缘层空腔II 51相应的镜面空洞310，则该机械空间光调制器不仅可以工 作在上述的反射模式，还可以工作在透射模式，即光束可以通过光栅条62的间隙入射到该 器件的下方，根据上述的工作原理，该器件也可以对下方的光通道实现光开关和光衰减的 作用。本发明的有益效果为1、在实现光开关作用时，利用微扭转镜的扭转来实现对多个光通道的选择，从而 减少了光路切换的元件数量，提高了光路稳定性和响应速度，另一方面也降低了光路调试 的难度；同时可以通过编程精确地进行通道选择。2、在实现光衰减作用时，可以精确地控制光衰减量。3、驱动方式灵活多样，可以电磁驱动、静电驱动、压电驱动以及热驱动，大大增强 了器件使用的灵活性。4、该微机械空间光调制器将微扭转镜和周期可调光栅集成于一体，可以同时实现光开关和光衰减器的作用，可利用体硅工艺加工制造，成本低，可以批量生产。


图1为该微机械空间光调制器的结构示意2为该微机械空间光调制器中微扭转镜器件层3结构示意3为该微机械空间光调制器中微扭转镜绝缘层2结构示意4为该微机械空间光调制器中微扭转镜基底层1结构示意5为该微机械空间光调制器中光栅绝缘层5结构示意6为该微机械空间光调制器中光栅器件层6结构示意7为该微机械空间光调制器工作时某一时刻光路示意8为该微机械空间光调制器的扭转镜面扭转θ角时的光路示意9为周期可调光栅衍射0级的衍射效率与占空比的关系曲线10为该微机械空间光调制器的周期可调光栅占空比发生改变时的光路示意11为该微机械空间光调制器工作在透射方式时结构示意12为该微机械空间光调制器工作在透射方式时微扭转镜器件层3结构示意13为实施例1中的基于静电梳齿驱动的微机械空间光调制器示意14为实施例1中的微机械空间光调制器中微扭转镜器件层3结构示意15为图14中方框结构的局部放大16为实施例1中的微机械空间光调制器中微扭转镜绝缘层2结构示意17为实施例1中的微机械空间光调制器中微扭转镜基底层1结构示意18为实施例1中的微机械空间光调制器中光栅绝缘层5结构示意19为实施例1中的微机械空间光调制器中光栅器件层6结构示意20为图19中方框结构的局部放大21为实施例2中的微机械空间光调制器示意22为实施例2中的微机械空间光调制器中微扭转镜器件层3结构示意23为实施例2中的微机械空间光调制器中微扭转镜绝缘层2结构示意24为实施例2中的微机械空间光调制器中微扭转镜基底层1结构示意25为实施例2中的微机械空间光调制器中光栅绝缘层5结构示意26为实施例2中的微机械空间光调制器中光栅器件层6结构示意27为实施例2中的微机械空间光调制器中电极基底层4结构示意图其中1——微扭转镜基底层；2——微扭转镜绝缘层；3——微扭转镜器件层； 4——电极基底层；5——光栅绝缘层；6——光栅器件层；7——光通道系列；71——光通 道I ；72——光通道II ；11——基底层梳齿；12——基底层方形背腔；13——基底层绝缘 槽；14——基底层焊盘孔；21——绝缘层绝缘槽；22——绝缘层锚点区I ；23——绝缘层有 焊盘孔一侧锚点区；24——绝缘层无焊盘孔一侧锚点区；25——绝缘层空腔I ；26——绝缘 层焊盘孔；27——驱动装置绝缘区I ；30——固定梳齿I ；31——器件层绝缘槽；32——镜 面；33——扭转梁；34——器件层锚点区I ；35——驱动装置I ；36——器件层有焊盘孔一 侧锚点区；37—一器件层无焊盘孔一侧锚点区；38——器件层焊盘孔；39——可动梳齿I ； 310——镜面空洞；41——上电极；42——下电极；43——电极绝缘槽；44——电极焊盘孔；51——绝缘层空腔II ；52——绝缘层锚点区II ；53——绝缘层锚点连接梁；54——绝缘层 无驱动一侧锚点区；55——驱动装置绝缘区II ；59——绝缘层有驱动一侧锚点区；61—— 驱动装置II ；62——光栅条；63——光栅链接梁；64——器件层锚点区II ；65——器件层锚 点连接梁；66——器件层无驱动一侧锚点区；67——器件层有驱动一侧锚点区；68——可 动梳齿II ；69——固定梳齿II ；610一一热驱动梁；611——驱动链接梁。
具体实施例方式参阅图13 图27，就本发明的实施方式进行说明，需要说明的是各图只是概要的 表示构成本发明的各个要素之间的基本配置关系，本发明不仅仅局限于附图的实例，可以 有多种的选择方式。实施例1本实施例为一静电梳齿驱动的微机械空间光调制器。参阅图13，该微机械空间光调制器由一个周期可调光栅和一个微扭转镜组成，所 述的周期可调光栅从上到下依次包括光栅器件层6和光栅绝缘层5 ；所述的微扭转镜从上 到下依次包括微扭转镜器件层3、微扭转镜绝缘层2和微扭转镜基底层I ；周期可调光栅与 微扭转镜通过光栅绝缘层5和微扭转镜器件层3键合为一体；参阅图14和图15，微扭转镜器件层3上包括互相分离的可动部分和固定部分，可 动部分和固定部分被器件层绝缘槽31隔开，可动部分包括镜面32、扭转梁33、器件层锚点 区I 34，镜面32通过两端的扭转梁33分别与两侧的器件层锚点区I 34连接，驱动装置I 35采用静电梳齿驱动器，两组可动梳齿I 39分布在镜面32的两侧，并与之连接成一体，此 外还有镜面32上的镜面空洞310 ；而固定部分排布在可动部分的四周，包括驱动装置I 35 的两组固定梳齿I 30、器件层焊盘孔38、器件层有焊盘孔一侧锚点区36、器件层无焊盘孔 一侧锚点区37 ；参阅图16，微扭转镜绝缘层2上有绝缘层绝缘槽21、绝缘层锚点区I 22、绝缘层有 焊盘孔一侧锚点区23、绝缘层无焊盘孔一侧锚点区24、绝缘层焊盘孔26，它们分别与器件 层绝缘槽31、器件层锚点区I 34、器件层有焊盘孔一侧锚点区36、器件层无焊盘孔一侧锚 点区37、器件层焊盘孔38相对应；此外，还有一绝缘层空腔I 25位于镜面32和扭转梁33 的下方；参阅图17，微扭转镜基底层1上包括有基底层方形背腔12，它与绝缘层空腔I 25 相对应，可以使镜面32与扭转梁33形成悬置，基底层焊盘孔14，它与器件层焊盘孔38和绝 缘层焊盘孔26的位置形状对应一致，此外还有和驱动装置I 35的两组固定梳齿I 30形状 位置对应一致的两组基底层梳齿11，基底层绝缘槽13可以使两组基底层梳齿11实现电隔 罔；参阅图18，光栅绝缘层5使光栅器件层6和微扭转镜器件层3实现电绝缘，光栅绝 缘层5包括绝缘层锚点区II 52、绝缘层锚点连接梁53、绝缘层无驱动一侧锚点区54和绝 缘层有驱动一侧锚点区59，所述的绝缘层锚点区II 52和绝缘层锚点连接梁53分别与器件 层锚点区I 34和扭转梁33对应；所述的绝缘层锚点区II 52和绝缘层有驱动一侧锚点区 59通过绝缘层锚点连接梁53连接；绝缘层无驱动一侧锚点区54和绝缘层有驱动一侧锚点 区59分离，之间形成绝缘层空腔II 51 ；绝缘层无驱动一侧锚点区54和绝缘层有驱动一侧锚点区59都位于镜面32之上；参阅图19和图20，光栅器件层6上也设有可动部分和固定部分，其中可动部分包 括6条平行的光栅条62、光栅链接梁63、驱动装置II 61的可动梳齿II 68 ；而固定部分包 括驱动装置II 61的固定梳齿II 69、器件层有驱动一侧锚点区67、器件层无驱动一侧锚点 区66、器件层锚点连接梁65、器件层锚点区II 64;所述的器件层锚点区II 64、器件层锚点 连接梁65、器件层有驱动一侧锚点区67、器件层无驱动一侧锚点区66分别与绝缘层锚点区 II 52、绝缘层锚点连接梁53、绝缘层有驱动一侧锚点区59和绝缘层无驱动一侧锚点区54 对应；相邻的两根光栅条62通过光栅链接梁63连接；驱动装置II 61提供的驱动力使得光 栅条62沿χ向位移；所述的光栅条62和光栅链接梁63悬置在绝缘层空腔II 51上。上述微机械空间光调制器的工作过程如下微扭转镜器件层3和微扭转镜基底层 1以及光栅器件层6可以施加信号，而微扭转镜绝缘层2和光栅绝缘层5不可施加信号。具 体为当器件层锚点区I 34和基底层梳齿11上加载直流电时，由于静电力的作用，微扭转 镜将会产生扭转来达到平衡，由于设计了基底层绝缘槽13，当在有基底层焊盘孔14 一侧的 基底层上加载60V的直流信号DC1，而器件层锚点区I 34接地时，由于器件层锚点区I 34 和镜面32以及驱动装置I 35的可动梳齿I 39是连通的，因此可动梳齿I 39和微扭转镜 有基底层焊盘孔14 一侧的固定梳齿就形成了错位梳齿，由于静电力的作用，微扭转镜将会 产生逆时针的扭转，此时微扭转镜工作在静态驱动方式，在一定角度范围内，微扭转镜镜面 能够保持在任意转角位置；此时，镜面32有了一定的初始转角之后，在器件层锚点区I 34 上施加30sin(3000 π t)的交流信号ACl，同时去掉微扭转镜基底层1上的直流信号DClJP 么镜面32将会做正弦扫描振动，此时微扭转镜工作在动态驱动的方式。同理，当在没有基 底层焊盘孔14 一侧的基底层上施加直流信号DC1，同时将器件层锚点区I 34接地时，微扭 转镜将会产生顺时针扭转，从而实现了两个方向的扭转。如果在驱动装置I 35的可动梳齿 I 39上施加电压，则可以使微扭转镜工作在平衡位置；设计的镜面空洞310可以使该微机 械空间光调制器同时工作在透射和反射模式，从而可以同时对微机械空间光调制器上方和 下方的光通道进行选择，使该微机械空间光调制器实现了光开关的作用。如果在器件层锚点区II 64和驱动装置II 61的可动梳齿II 68上施加电信号 的话，梳齿之间将会产生静电力，从而使光栅条62和光栅链接梁63在可动梳齿68的带动 下产生变形，达到了改变光栅周期的目的，而光栅周期改变必定导致周期可调光栅的占空 比发生改变，从而可以起到光衰减器的作用。由于设计了光栅绝缘层5，可以使光栅器件层 6和微扭转镜器件层3实现电绝缘，即该微机械空间光调制器可以单一的工作在光开关模 式，或者单一的工作在光衰减器模式，还可以将两功能混合使用，即可以起到控制任意光通 道任意衰减量的作用。实施例2参阅图21，本实施例的微机械空间光调制器山一个周期可调光栅和一个微扭转镜 组成，其中微扭转镜采用静电平板作为驱动，而周期可调光栅则采用热驱动形式。所述的周 期可调光栅从上到下依次包括光栅器件层6和光栅绝缘层5 ；所述的微扭转镜从上到下依 次包括微扭转镜器件层3、微扭转镜绝缘层2和微扭转镜基底层1 ；周期可调光栅与微扭转 镜通过光栅绝缘层5和微扭转镜器件层3键合为一体；同时在微扭转镜基底层1的下方键 合一层电极基底层4 ；
参阅图22，微扭转镜器件层3上包括互相分离的可动部分和固定部分，可动部分 和固定部分被器件层绝缘槽31隔开，可动部分包括镜面32、扭转梁33、器件层锚点区I 34， 镜面32通过两端的扭转梁33分别与两侧的器件层锚点区I 34连接；而固定部分排布在可 动部分的四周，包括器件层焊盘孔38、器件层有焊盘孔一侧锚点区36、器件层无焊盘孔一 侧锚点区37 ；参阅图23，微扭转镜绝缘层2上有绝缘层绝缘槽21、绝缘层锚点区I 22、绝缘层有 焊盘孔一侧锚点区23、绝缘层无焊盘孔一侧锚点区24、绝缘层焊盘孔26，它们分别与器件 层绝缘槽31、器件层锚点区I 34、器件层有焊盘孔一侧锚点区36、器件层无焊盘孔一侧锚 点区37、器件层焊盘孔38相对应；此外，还有一绝缘层空腔I 25位于镜面32和扭转梁33 的下方，该空腔I 25与绝缘层绝缘槽21连成一体；参阅图24，微扭转镜基底层1上包括有基底层方形背腔12，它与绝缘层空腔I 25 位置相对应，可以使镜面32与扭转梁33形成悬置，基底层焊盘孔14，它与器件层焊盘孔38 和绝缘层焊盘孔26的位置形状对应一致，基底层绝缘槽13可以使基底层实现电隔离；参阅图25，光栅绝缘层5使光栅器件层6和微扭转镜器件层3实现电绝缘，光栅 绝缘层5包括绝缘层锚点区II 52、绝缘层锚点连接梁53、绝缘层无驱动一侧锚点区54和 两个分立的绝缘层有驱动一侧锚点区59，所述的绝缘层锚点区II 52和器件层锚点区I 34 相对应；所述的绝缘层锚点区II 52和其中一个绝缘层有驱动一侧锚点区59通过绝缘层锚 点连接梁53连接；绝缘层无驱动一侧锚点区54和绝缘层有驱动一侧锚点区59分离，之间 形成绝缘层空腔II 51 ；绝缘层无驱动一侧锚点区54和绝缘层有驱动一侧锚点区59都位 于镜面32之上；参阅图26，光栅器件层6上设有可动部分和固定部分，其中可动部分包括驱动装 置II 61的热驱动梁610、6条平行的光栅条62、光栅链接梁63、用于连接光栅条62和热驱 动梁610的驱动链接梁611 ；而固定部分包括器件层锚点区II 64、器件层锚点连接梁65、 器件层无驱动一侧锚点区66和两个分立的器件层有驱动一侧锚点区67 ；所述的器件层锚 点区II 64、器件层锚点连接梁65、器件层无驱动一侧锚点区66和器件层有驱动一侧锚点 区67分别与绝缘层锚点区II 52、绝缘层锚点连接梁53、绝缘层无驱动一侧锚点区54和绝 缘层有驱动一侧锚点区59对应；相邻的两根光栅条62通过光栅链接梁63连接；驱动装置 II 61提供的驱动力使得光栅条62产生χ向位移；所述的光栅条62、光栅链接梁63、热驱 动梁610和驱动链接梁611悬置在绝缘层空腔II 51上。参阅图27，电极基底层4上的电极绝缘槽43和基底层绝缘槽13对应，它将电极基 底层4分割为上电极41和下电极42两部分，电极基底层4上的电极焊盘孔44与基底层焊 盘孔14对应。当器件层锚点区I 34和电极基底层4上施加电信号时，由于静电力的作用，微扭 转镜将会产生扭转来达到平衡当在器件层锚点区I 34和上电极41上施加电压时，微扭转 镜将会逆时针进行扭转；当在器件层锚点区I 34与下电极42上施加电压时，微扭转镜将会 顺时针进行扭转，从而实现了两个方向的扭转，对微机械空间光调制器上方的光通道进行 选择，使该微机械空间光调制器实现了光开关的作用。若在两个分立的器件层有驱动一侧锚点区67上加电产生电势差，则驱动装置II 61的热驱动梁610将会产生变形，而驱动链接梁611将热驱动梁610与光栅条62连成一体，因此热驱动梁610的变形将会使驱动链接梁611产生位移，从而带动光栅条62产生χ向位 移，实现了光栅的周期可调功能，而光栅周期改变必定导致光栅的占空比发生改变，从而可 以起到光衰减器的作用。由于设计了光栅绝缘层5，可以使光栅器件层6和微扭转镜器件层 3实现电绝缘，即该微机械空间光调制器可以单一的工作在光开关模式，或者单一的工作在 光衰减器模式，还可以将两功能混合使用，即可以起到控制任意光通道任意衰减量的作用。
权利要求
一种微机械空间光调制器，其特征在于，包括一个周期可调光栅和一个微扭转镜，所述的周期可调光栅从上到下依次包括光栅器件层(6)和光栅绝缘层(5)；所述的微扭转镜从上到下依次包括微扭转镜器件层(3)、微扭转镜绝缘层(2)和微扭转镜基底层(1)；周期可调光栅与微扭转镜通过光栅绝缘层(5)和微扭转镜器件层(3)键合为一体；所述的微扭转镜器件层(3)上包括互相分离的可动部分和固定部分可动部分和固定部分被器件层绝缘槽(31)隔开，可动部分包括镜面(32)、扭转梁(33)、器件层锚点区I(34)，镜面(32)通过两端的扭转梁3(3)分别与两侧的器件层锚点区I(34)连接；而固定部分排布在可动部分的四周，包括器件层焊盘孔(38)、驱动装置I(35)、器件层有焊盘孔一侧锚点区(36)、器件层无焊盘孔一侧锚点区(37)；所述的微扭转镜绝缘层(2)上有绝缘层绝缘槽(21)、绝缘层锚点区I(22)、绝缘层有焊盘孔一侧锚点区(23)、绝缘层无焊盘孔一侧锚点区(24)、驱动装置绝缘区I(27)、绝缘层焊盘孔(26)，它们分别与器件层绝缘槽(31)、器件层锚点区I(34)、器件层有焊盘孔一侧锚点区(36)、器件层无焊盘孔一侧锚点区(37)、驱动装置I(35)、器件层焊盘孔(38)相对应；此外，还有一绝缘层空腔I(25)位于镜面(32)和扭转梁(33)的下方；所述的微扭转镜基底层(1)上包括有基底层方形背腔(12)和基底层焊盘孔(14)，基底层方形背腔(12)与绝缘层空腔I(25)位置相对应，它使镜面(32)与扭转梁(33)形成悬置，基底层焊盘孔(14)与器件层焊盘孔(38)和绝缘层焊盘孔(26)的位置形状对应一致；所述的光栅绝缘层(5)使光栅器件层(6)和微扭转镜器件层(3)实现电绝缘，光栅绝缘层(5)包括绝缘层锚点区II(52)、绝缘层锚点连接梁(53)、绝缘层无驱动一侧锚点区(54)和驱动装置绝缘区II(55)，所述的绝缘层锚点区II(52)和绝缘层锚点连接梁(53)分别与器件层锚点区I(34)和扭转梁(33)对应；所述的绝缘层锚点区II(52)和驱动装置绝缘区II(55)通过绝缘层锚点连接梁(53)连接；绝缘层无驱动一侧锚点区(54)和驱动装置绝缘区II(55)分离，之间形成绝缘层空腔II(51)；绝缘层无驱动一侧锚点区(54)和驱动装置绝缘区II(55)都位于镜面(32)之上；所述的光栅器件层6包括驱动装置II(61)、若干平行的光栅条(62)、光栅链接梁(63)、器件层锚点区II(64)、器件层锚点连接梁(65)、器件层无驱动一侧锚点区(66)；所述的器件层锚点区II(64)、器件层锚点连接梁(65)、驱动装置II(61)、器件层无驱动一侧锚点区(66)分别与绝缘层锚点区II(52)、绝缘层锚点连接梁(53)、驱动装置绝缘区II(55)和绝缘层无驱动一侧锚点区(54)对应；相邻的两根光栅条(62)通过光栅链接梁(63)连接；驱动装置II(61)提供的驱动力使得光栅条(62)产生x向位移；所述的光栅条(62)和光栅链接梁(63)悬置在绝缘层空腔II(51)上。
2.一种如权利要求1所述的微机械空间光调制器，其特征在于，所述的镜面(32)上有 一个与绝缘层空腔II (51)相应的的镜面空洞(310)。
3.—种如权利要求1或2所述的微机械空间光调制器，其特征在于，所述的驱动装置 1(35)的驱动方式为静电梳齿驱动、静电平板驱动、压电驱动、电磁驱动或热驱动。
4.一种如权利要求1或2所述的微机械空间光调制器，其特征在于，所述的驱动装置 11(61)的驱动方式为静电梳齿驱动、静电平板驱动、压电驱动、电磁驱动或热驱动。
全文摘要
本发明公开了一种微机械空间光调制器，属于微光机电系统技术及光通信技术领域。该光调制器包括一个周期可调光栅和一个微扭转镜，所述的周期可调光栅从上到下依次包括光栅器件层6和光栅绝缘层5；所述的微扭转镜从上到下依次包括微扭转镜器件层3、微扭转镜绝缘层2和微扭转镜基底层1；周期可调光栅与微扭转镜通过光栅绝缘层5和微扭转镜器件层3键合为一体；本发明的有益效果是将微扭转镜和周期可调光栅集成于一体，可以同时实现光开关和光衰减器的作用；利用微扭转镜的扭转来实现对多个光通道的选择，从而减少了光路切换的元件数量，提高了光路稳定性和响应速度；在实现光衰减作用时，可以精确地控制光衰减量。
文档编号G02B26/08GK101963698SQ201010500828
公开日2011年2月2日 申请日期2010年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者乔大勇, 孙瑞康, 李晓莹, 燕斌, 靳倩 申请人:西北工业大学