驱动的扭转微镜10采用静电平板的驱动方式，所述静电 平板与各扭转微镜10之间设置有限位凸台104,以防止扭转微镜10与静电平板永久吸合， 所述限位凸台104的位置和高度决定所述扭转微镜10的最大扭转角度Θ，如图3所示。
[0037] 需要说明的是，在其他的实施例中，各面可独立驱动的扭转微镜10也采用压电的 驱动方式，所述悬臂梁102由单晶硅和压电材料双层薄膜制成。
[0038] 为了降低器件的插入损耗（IL)，在本实施例中，所述N面可独立驱动的扭转微镜 10阵列具有不小于95%的填充因子，如图2所示。
[0039] 如图2及图3所示，本实施例还提供一种数字化控制的MEMS可调光衰减器的制作 方法，包括步骤：
[0040] 1)提供一 SOI硅片，对SOI硅片表面进行氧化，进行光刻定义出镜面背面图形后， 进行二氧化硅腐蚀；接着使用KOH溶液对SOI硅片表面进行各向异性腐蚀，腐蚀出限位凸台 104的高度及扭转微镜10与驱动下电极50之间的间隙；
[0041] 2)再次对SOI硅片进行氧化，表面进行光刻，定义出镜面悬臂梁102背面结构，并 进行二氧化硅腐蚀；接着使用KOH溶液对SOI硅片表面进行各向异性腐蚀，腐蚀悬臂梁102 背面位置，将悬臂梁102处的器件层减薄到所需的厚度；
[0042] 3)再次对SOI硅片进行氧化，光刻并进行二氧化硅腐蚀，目的是为了保留限位凸 台104上的二氧化硅层，使得其具有绝缘作用；
[0043] 4)采用低压气相化学沉积（LPCVD)沉积多晶硅薄膜于氧化层之上；并在表面光 亥|J，采用深反应离子刻蚀（DRIE)制作出下电极图形；
[0044] 5)提供另外一片双面抛光的硅片，将做好图形的SOI硅片和普通硅片进行硅一硅 键合，然后采用机械减薄和湿法腐蚀工艺去除SOI硅片的衬底硅，并去除二氧化硅掩埋层；
[0045] 6)派射光学高反射膜103,光刻并利用Au腐蚀液腐蚀出扭转微镜10的反射层；
[0046] 7)表面光刻定义出悬臂梁102和扭转微镜10结构，并利用深反应离子刻蚀 (DRIE)释放悬臂梁102和扭转微镜10结构；
[0047] 8)采用硬掩模工艺，溅射Au层在下电极引线区和盖板表面，形成下电极引线焊盘 40及共用焊盘20 ;
[0048] 9)进行划片，获得独立的数字化控制的MEMS可调光衰减器芯片。
[0049] 请参阅图2,本实施例还提供一种数字化控制的MEMS可调光衰减器的控制方法， 其中，所述MEMS可调光衰减器由N比特二进制小数0. S1S^Sn来控制衰减量，小数点后第1 位S1、第2位S 2到第N位S N，分别对应着对输入光信号S1 · 2' S2 · 2<到S N · 24的衰减，N 比特共同实现对输入光功率为1的光信号衰减为光功率为S1 · 24+S2 · 2<+-+SN · 2^1的光 信号，其中Si= 0对应第i面扭转微镜10的扭转角度为最大扭转角度Θ，S i= 1对应第i 面扭转微镜10的扭转角度为0°
[0050] 在本实施例中，所述MEMS可调光衰减器的控制数字0. S1Sf Sn的确定算法为根据 设计的最大衰减量A dB、衰减步长δ dB，结合采用的总衰减量控制方式或衰减量控制方式， 分别计算每个衰减dB值对应的S1 · 24+S2 · 2^2+~+SN · 24衰减值，所得到对应的二进制小 数0. S1S^ Sn，构成对应的表格，存储在控制器中，根据每次设定的衰减值，查表得到控制数 字 0· S1S^Sno
[0051] 另外，需要说明的是，所述MEMS可调光衰减器存在一个不能由电路控制的插入损 耗值IL dB。MEMS可调光衰减器的衰减量控制有两种控制方式，一种是总衰减量控制方式， 即从IL dB至A+IL dB以步长δ dB进行衰减，另一种是衰减量控制方式，即实际总衰减量 扣除IL dB外，从OdB至A dB以步长δ dB进行衰减。
[0052] 本实施例所要解决的技术问题：基于微镜偏转的MEMS可调光衰减器，随着精度驱 动器工艺水平的提高，最大驱动电压已降低到5V电压，与高驱动电压的MEMS可调光衰减器 相比，相同衰减量要求下的电压-衰减曲线斜率会急剧增加，从而增大了驱动电源控制难 度。因此，本发明将传统的单面镜子变为A、M 2、……Mn* N面扭转微镜的阵列，每面扭转 微镜对于衰减量的贡献权重分别为S1 · 2'S2 · 2_2……Sn · 2'每面镜子都只有两种工作状 态，偏转0和原位1，扭转微镜Mi (i = 1、2、……Ν)都对应一个最大偏角控制电压Vi (i = 1、2、……Ν)，在该电压的作用下，镜子可偏转到接触限位凸点，状态SSi= 0,将电压释放 后，扭转微镜回到原位，状态SSi= 1。若通过电压控制N面镜子的状态组合，就可以获得 不同的衰减，衰减量L(dB)的公式为：
[0053] L = lO^g^ · 2-1+S2 · 2-2+...+SN · 2'）
[0054] 下表中列出了 16面镜子的状态码与衰减量的对应关系。只要根据列表中的状态 码控制N面镜子的状态，就可以获得相应的衰减量，其中，P = S1 · 24+S2 · 2^2+…+S16 · 246 为线性的衰减量，L = KWg^ · 24+S2 · 2-2+，"+SN · 2_N)，为对数值的衰减量（dB)，SiQ = 1、2、…、16)的值为0或者1。
[0055]
【主权项】
1. 一种数字化控制的MEMS可调光衰减器，其特征在于，所述的MEMS可调光衰减器包括 N面可独立驱动的扭转微镜阵列，每面扭转微镜只有两个扭转角度状态，通过控制每面微镜 的扭转角度状态实现输入光信号衰减量的数字化控制，其中，9 <N< 50。
2. 根据权利要求1所述的数字化控制的MEMS可调光衰减器，其特征在于：所述扭转 微镜的两个扭转角度状态分别为0°及最大扭转角度9,分别对应输入至扭转微镜的光束 OdB衰减及最大衰减两种状态，在最大扭转角度0下，所述扭转微镜可实现输入光束不小 于60dB的衰减。
3. 根据权利要求1所述的数字化控制的MEMS可调光衰减器，其特征在于：所述扭转微 镜的驱动电压只有两种状态，分别为〇和V，其中，V多V0，V0为刚好达到最大扭转角度0 对应的驱动电压。
4. 根据权利要求1所述的数字化控制的MEMS可调光衰减器，其特征在于：各面可独立 驱动的扭转微镜为悬臂梁支撑的长条状单晶硅膜，各长条状单晶硅膜表面镀制光学高反射 膜，每面扭转微镜的宽度根据该面扭转微镜的设计衰减量来确定。
5. 根据权利要求4所述的数字化控制的MEMS可调光衰减器，其特征在于：各可独立 驱动的扭转微镜采用静电平板的驱动方式，所述静电平板与各扭转微镜之间设置有限位凸 台，以防止扭转微镜与静电平板永久吸合，所述限位凸台决定所述扭转微镜的最大扭转角 度9。
6. 根据权利要求4所述的数字化控制的MEMS可调光衰减器，其特征在于：各面可独立 驱动的扭转微镜采用压电的驱动方式，所述悬臂梁由单晶硅和压电材料双层薄膜制成。
7. 根据权利要求1所述的数字化控制的MEMS可调光衰减器，其特征在于：所述N面可 独立驱动的扭转微镜阵列具有不小于95%的填充因子。
8. -种如权利要求1~7任意一项所述的数字化控制的MEMS可调光衰减器的控制方 法，其特征在于： 所述MEMS可调光衰减器由N比特二进制小数0. S1S^Sn来控制衰减量，小数点后第1 位S1、第2位S2到第N位S N，分别对应着对输入光信号S1 ? 2' S2 ? 2<到S N ? 2^1的衰减，N 比特共同实现将输入光功率为1的光信号衰减为光功率为S1 *24+S2 ^^2+…+Sn 的光 信号，其中Si= 0对应第i面扭转微镜的扭转角度为最大扭转角度0，S i= 1对应第i面 扭转微镜的扭转角度为0°。
9. 根据权利要求8所述的数字化控制的MEMS可调光衰减器的控制方法，其特征在于： 所述MEMS可调光衰减器的控制数字0.S1S2…确定算法为根据设计的最大衰减量 AdB、衰减步长SdB，结合采用的总衰减量控制方式或衰减量控制方式，分别计算每个衰减dB值对应的S1 ? 24+S2 ? 2_2+- +Sn ? 2_N衰减值，所得到对应的二进制小数0.S品…Sn，构成 对应的表格，存储在控制器中，根据每次设定的衰减值，查表得到控制数字0.S1SfSp
10. 根据权利要求8所述的数字化控制的MEMS可调光衰减器的控制方法，其特征在 于： 所述MEMS可调光衰减器存在一个不能控制的插入损耗值ILdB，其衰减量控制有两种 控制方式，一种是总衰减量控制方式，即从ILdB至A+ILdB以步长SdB进行衰减，另一种 是衰减量控制方式，即实际总衰减量扣除ILdB外，从OdB至AdB以步长SdB进行衰减。
【专利摘要】本发明提供一种数字化控制的MEMS可调光衰减器及控制方法，所述的MEMS可调光衰减器包括N面可独立驱动的扭转微镜阵列，每面扭转微镜只有两个扭转角度状态，通过控制每面微镜的扭转角度状态实现输入光信号衰减量的数字化控制，其中，9≤N≤50。本发明具有以下有益效果：1）采用数字化二进制电压控制，实现了MEMS光衰减器高精度的衰减量控制；2）无需采用反馈控制，可以有效抑制静电驱动MEMS光衰减器的“慢漂移”，大幅度降高精度光衰减器的成本和体积；3）可以有效抑制MEMS光衰减器的温度相关插入损耗，大幅度降低器件的温度影响；4）数字化控制的高精度MEMS光衰减器将大幅降低可调光衰减器仪表的成本和体积。
【IPC分类】B81B7-00, G02B26-08, B81B3-00
【公开号】CN104760921
【申请号】CN201510166519
【发明人】吴亚明, 徐静, 江火秀
【申请人】上海新微技术研发中心有限公司
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月9日...