一种N×N通道的MEMS光开关模块的制作方法

本实用新型涉及光通信和光测试技术领域，具体是一种N×N通道的MEMS光开关模块。

背景技术：

微机电光开关，即MEMS(Micro-Electro-Mechanical-Systems)光开关，是将电气元件和机械元件、微光学元件结合在一起的微型化的新型光开关，是大容量全光交换网络开关发展的主流方向。

MEMS光开关是在硅晶上刻出若干微小的镜片，通过静电或其他控制力使微镜片产生机械运动，从而改变光的传播方向，实现光路选择的开关功能。MEMS光开关较其他光开关具有明显优势，其开关时间一般在ms数量级，使用IC制造技术体积小、集成度高，可以处理任意波长的光信号；既有机械式光开关的低插损、低串扰、低偏振相关损耗和高消光比的优点，又有波导开关的高开关速度、小体积、低成本、加工工艺多样化、易于大规模集成等优点。

N×N通道的MEMS光开关是一种基于MEMS技术开发的新型自由空间光交换器件，由阵列MEMS芯片和阵列多芯准直器组成，广泛用于光路传输和转换，以实现N×N全通道任意切换，实现数据在N×N通道中的全光交换。

现有2×2通道的MEMS光开关，仍存在体积较大的问题。若按其结构将通道数增加至N×N，体积将更庞大，功耗过高，切换时间过长，插入损耗大等缺陷使其无法实际应用。

技术实现要素：

本实用新型的目的是设计一种N×N通道的MEMS光开关模块，其阵列MEMS芯片和阵列多芯准直器共同安装于基板上。其输入光纤与输出光纤位于阵列MEMS芯片的同一侧的两个阵列多芯准直器内，结构简单可靠，通道数多，体积小，重量轻，功耗小，插损低，稳定性高。

本实用新型设计的一种N×N通道的MEMS光开关模块包括MEMS芯片和N芯准直器，N芯准直器含有N根光纤的阵列和相配合的N个透镜的阵列，所述N为整数，取值范围为2≤N≤16。两个相同的MEMS芯片和两个相同的N芯准直器安装于同一基板上，处于相同的高度。所述MEMS芯片含有N个微型反射镜片，N个镜片在同一平面上排布为阵列。所述MEMS芯片N个镜片的阵列与N芯准直器N根光纤的阵列相配合。

所述两个N芯准直器互相平行，其一为第一N芯准直器，其N根光纤为输入光纤，配合输入光纤的N个透镜排布为平面矩阵，该平面与基板垂直；另一为第二N芯准直器，其N根光纤为输出光纤，配合输出光纤的N个透镜排布为平面矩阵，该平面与基板垂直。所述两个N芯准直器的透镜平面相互平行。

所述两个MEMS芯片的镜片安装平面垂直于基板且相互呈90°夹角，分别为第一MEMS芯片和第二MEMS芯片。第一N芯准直器的透镜矩阵平面与第一MEMS芯片的镜片安装平面相对，二者的交角为45°，每个透镜与第一MEMS芯片的一个镜片正相对。第二MEMS芯片的镜片安装平面与第二N芯准直器的透镜矩阵平面相对，第二N芯准直器接收第二MEMS芯片的镜片反射的光束，第二N芯准直器的透镜矩阵平面与第二MEMS芯片的镜片安装平面间交角为45°。

所述两个MEMS芯片的镜片安装平面夹角、第一MEMS芯片的镜片安装平面与第一N芯准直器的透镜矩阵平面之间的交角以及第二MEMS芯片的镜片安装平面与第二N芯准直器的透镜矩阵平面之间的交角的误差小于或等于±0.1°。

盒体扣在基板上包容安装于基板上的第一、第二MEMS芯片和第一、第二N芯准直器，盒体与基板固定连接，盒体壁上有输入光纤和输出光纤的过孔。

第一N芯准直器的某根输入光纤导入的输入光经过其阵列透镜准直后，到达与之相对的第一MEMS芯片的镜片、被其反射，改变光的行进方向，反射光到达第二MEMS芯片的某个镜片，再次被反射，改变光的行进方向，光进入第二N芯准直器的透镜阵列中的某个透镜，并由其所接输出光纤输出。控制第一MEMS芯片的镜片转动，即可改变光的行进方向，使之反射到第二MEMS不同镜片，控制第二MEMS芯片的镜片转动，即可改变二次反射光的行进方向，使之反射到第二N芯准直器的不同透镜，使输入光进入选定的不同的输出光纤，实现全光路切换。

所述第一MEMS芯片和第二MEMS芯片各固定于一个芯片基座上，所述芯片基座为LCC陶瓷基座，即可与标准电路板直接相连接的无引脚陶瓷型基座。MEMS芯片固定于LCC型陶瓷基座上直接与转接电路板连接，输出其电信号。

所述芯片基座连接转接电路板，MEMS芯片转接件将转接电路板转接固定于基板基座，基板基座固定安装于基板。

所述转接电路板为柔性电路板，MEMS芯片输出的电信号经转接电路板引出。

所述第一N芯准直器和第二N芯准直器各固定于一个准直器基座上，准直器基座经基板基座固定安装于基板。

所述基板基座可在基板上调整定位和可靠固定。

与现有技术相比，本实用新型一种N×N通道的MEMS光开关模块的优点为：1、输入光纤与输出光纤位于MEMS芯片同一侧，方便使用；2、通道数多，结构紧凑，体积小，重量轻；3、多个通道的输入光纤导入的光可同时进行光路切换；4、每束输入光只需两次反射即实现多光路的转换，极大提高了响应速度，减少了切换时间，且插损低、稳定性好。

附图说明：

图1为本N×N通道的MEMS光开关模块实施例结构示意图；

图2为图1中第一MEMS芯片的结构示意图；

图3为图1中第一MEMS芯片与第一N芯准直器的结构关系示意图；

图4为本N×N通道的MEMS光开关模块实施例输入光经过两次反射后输出的光路示意图；

图5为本N×N通道的MEMS光开关模块实施例输入光经过转动后的反射镜反射后的输出光路示意图。

图中标号：1、盒体，2、第一MEMS芯片，21、MEMS芯片转接件，22、转接电路板，23、芯片基座，24、反射镜片，3、第二MEMS芯片，4、第二N芯准直器，41、输出光纤，5、第一N芯准直器，51、输入光纤，52、准直器基座，6、基板，61、基板基座。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

本N×N通道的MEMS光开关模块实施例为8×8通道的MEMS光开关模块，如图1至3所示，两个相同的MEMS芯片和两个相同的8芯准直器安装于同一基板6上，处于相同的高度。本例MEMS芯片含有8个微型反射镜片，8个镜片在同一平面上排布为2×4矩形阵列，与8芯准直器8根光纤的2×4阵列相配合。

本例两个8芯准直器互相平行，其一为第一8芯准直器5，其8根光纤为输入光纤51，配合输入光纤51的8个透镜排布为平面2×4矩阵，该平面与基板6垂直；另一为第二8芯准直器4，其8根光纤为输出光纤41，配合输出光纤41的8个透镜排布为2×4平面矩阵，该平面与基板6垂直。两个8芯准直器的透镜平面相互平行。

本例两个MEMS芯片的镜片安装平面垂直于基板6且相互呈90°夹角，分别为第一MEMS芯片2和第二MEMS芯片3。第一8芯准直器5的透镜矩阵平面与第一MEMS芯片2的镜片安装平面相对，二者的交角为45°角，第一8芯准直器5的每个透镜与第一MEMS芯片2的一个镜片正相对。第二MEMS芯片3的镜片安装平面与第二8芯准直器4的透镜矩阵平面相对，第二8芯准直器4接收第二MEMS芯片3的镜片反射的光束，第二8芯准直器4的透镜矩阵平面与第二MEMS芯片3的镜片安装平面间交角为45°角。第一MEMS芯片2、第一8芯准直器5和第二MEMS芯片3、第二8芯准直器4呈左右对称固定安装于基板6上。

盒体1扣在基板6上包容安装于基板6上的两个MEMS芯片2、3和两个N芯准直器5、4，盒体1与基板6固定连接，盒体壁上有输入光纤51和输出光纤41的过孔。

两个MEMS芯片2、3的镜片安装平面夹角、第一MEMS芯片的镜片安装平面与第一8芯准直器5的透镜矩阵平面之间的交角以及第二MEMS芯片3的镜片安装平面与第二8芯准直器4的透镜矩阵平面之间的交角的误差小于等于±0.1°。

第一MEMS芯片2和第二MEMS芯片3各固定于一个芯片基座23上，本例芯片基座23为LCC陶瓷基座，MEMS芯片采用贴片工艺与陶瓷基座固定，通过金丝键合实现电互连。

本例芯片基座23连接转接电路板22，MEMS芯片转接件21将转接电路板22转接固定于基板基座61，基板基座61固定安装于基板6。

本例转接电路板22为柔性电路板，MEMS芯片输出的电信号经转接电路板22引出。

如图4所示，本例第一8芯准直器5和第二8芯准直器4各固定于一个准直器基座上，准直器基座经基板基座61与基板6固定。第一8芯准直器5输入光纤的2×4阵列中的第一行第一列输入光纤51导入的入射光经其第一行第一列的透镜准直后，送出到达第一MEMS芯片2的反射镜阵列的第一行第一列的镜片24，控制该镜片24的角度，使其反射光到达第二MEMS芯片3的第一行第一列的反射镜，控制该反射镜片，使第二次反射光到达第二8芯准直器5的第一行第二列透镜，并由第一行第二列输出光纤51输出，实现光路切换。

图5所示，第一8芯准直器5第一行第二列输入光纤51导入的入射光，经其第一行第二列的透镜准直后，到达第一MEMS芯片2的第一行第二列的反射镜片24，控制该反射镜片24转动，使反射光到达第二MEMS芯片3的第四行第一列的反射镜片，控制该反射镜片转动，使第二次反射光到达第二8芯准直器4的第四行第二列的透镜，并由其第四行第二列的输出光纤41输出，实现光路切换。

图4，图5为部分光路演示，由此可见，本N×N通道的MEMS光开关模块可由N根输入光纤中的任意一通道导入光，通过控制两个MEMS芯片反射镜片的转动，即可由选定的N根输出光纤中的任意一通道输出光，实现N通道的全通光。

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。