专利名称：一种用压电体驱动器制作的二维光开关矩阵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种二维光开关矩阵，更具体地说涉及一种采用压电体驱动器驱动的光开关矩阵，属于光通信领域。
机械光开关是一种非常重要的光开关，机械式光开关具有介入损耗较低(＜2dB＝，隔离度高(＞45dB)，不受偏振和波长影响等优点，已经在光通信上广泛应用。机械式光开关一种类型就是通过控制镜面达到直通光路或者阻挡光路，实现光的切换。在光学设计上，在三维自由空间进行切换的光开关矩阵结构称为三推结构，在二推自由空间进行切换的光开关矩阵结构称为二维结构。
图1所示的二维光开关矩阵的特征之一是密排的镜面方阵，一般情况下，光程最短原则要求相邻镜面之间没有间隙；特征之二是光纤准直器的中心正对镜面的中心。高性能的光开关矩阵需要准直光进行传输和耦合，康宁公司开发出一种小型的带球透镜的光纤准直器，光斑的束腰直径在几十微米。光开关矩阵中的阵列驱动器至关重要，采用传统技术制作的驱动器离散性大，体积大，不适合制作阵列式器件。同时光开关矩阵要求每个驱动器各方面性质(包括尺寸、驱动器性能)要一致，才能制作出一致性高的驱动器阵列；而且每个驱动器的体积要小，才能制作出体积小的光开关矩阵，适合未来器件发展的需要。
本实用新型提供的二维结构的N×N光开关阵列由互相垂直的光纤准直器行/列、上定位板、电压体驱动器和镜面方阵以及相关的驱动电路组成。采用光纤准直器的目的在于增大光程，减小损耗。采用多层相同的压电体叠加制备压电体驱动器，目的在于增大驱动器的变形量。光纤准直器阵列与压电体驱动器成45度角摆放，在每个压电体驱动器的顶部安装一个反射镜面，或者直接把压电体驱动器的表面加工成镜面，采用的工艺可以是先磨再抛光。压电体驱动器底端排成阵列固定在基底定位槽内，顶端置于上定位板的导引槽内。当压电体驱动器没有加电压，镜面处于平衡位置，光路直通，镜面不起作用。当压电体驱动器加上电压时，压电体纵向伸长，带动镜面向上平动，挡住输入光，反射进入输出光纤准直器。整个工艺采用MEMS技术加工上定位板和基底定位槽，采用三推多芯片封装(3D-MCM)工艺加工出压电体驱动器，最后采用组装技术把压电体驱动器底端排成阵列固定在基底定位槽内，顶端置于上定位板的导引槽内，然后再通过焊接工艺把压电驱动器的电极与驱动电路板连起来，完成整个器件的制作。
具有压电效应的陶瓷薄片的应变一般只能达到1％，所以需要把数十片相同的压电陶瓷薄片叠起来获取几十微米的位移，采用3D-MCM技术加工出压电体驱动器的结构如图3所示，在机械上是串联的，在电学上是并联结构。
上定位板的导引槽与基底的定位槽要求约一致性高，把上定位板的导引槽与基底的定位槽的图形做在同一块掩膜上，采用微电子制作技术能保证这一点。材料为单晶硅，先氧化，光刻，然后用深反应离子刻蚀硅片刻穿，形成上定位板的导引槽和基底的定位槽，如图4。上定位板的导引槽宽比压电体驱动器的厚度稍大，基底的定位槽槽宽与压电体驱动器的厚度相等。
本实用新型由于采用压电体驱动器替代传统的技术制作的驱动器，使制作的光开关阵列不仅体积小且一致性好，适合未来器件发展的需要。
图1是二维光开关矩阵原理示意图。
图2是本实用新型提供的二维光开关矩阵结构图。
图3是压电体驱动器(a)电极板引线示意图(b)压电体驱动器外形图。
图4是上定位板和基底板示意图。
图中1—镜面 2—准直器3—导引槽4—上定位板 5—压电驱动器51—组成压电驱动器的压电体 6—压电体的电极引线 7—基底板
(2)采用微电子制作技术，把上定位板的导引槽与基底的定位槽做在同一块掩膜上(图4)，其工艺是采用先氧化、光刻，然后用深反应离子刻蚀把硅片刻穿，形成上定位板的导引槽和基底的定位槽。
(3)用组装技术把压电驱动器底端排成阵列固定在基地定位槽上，顶端置于上定位板的导引槽内。
(4)通过焊接工艺把压电体驱动器的电极与驱动器电路板连起末，完成整个器件的制作，如图2所示，2为相互垂直的光纤准直器阵列。
权利要求1.一种采用压电体驱动器制作的二维光开关矩阵，其特征在于(1)由相互垂直光纤准直器阵列、反电体驱动器、上定位板、镜面方阵以及相尖关驱动器组成；(2)光纤准直器阵列与压电体驱动器成45度角；(3)在每个压电体驱动器的顶部安装一个反射镜面；(4)压电体驱动器底端排成阵列固定在基板定位槽内，顶端置于上定位板的导引槽里；(5)压电驱动器的电极与驱动器电路通过焊接工艺连接。
2.按权利要求1所述的采用压电体驱动器制作的二维光开关矩阵，其特征在于每个压电体驱动器的表面或直接加工成镜面。
3.按权利要求1所述的采用压电体驱动器制作的二维光开关矩阵，其特征在于每个压电体驱动器是由数十片陶瓷薄片在电学上并联，机械上串联的方式组成的。
4.按权利要求1所述的采用压电体驱动器制作的二维光开关矩阵，其特征在于上定位板的导引槽宽比压电体驱动器的厚度稍大，基底的定位槽槽宽与压电体驱动器的厚度相等。
专利摘要本实用新型涉及一种用压电体驱动器制作的二维光开关矩阵。其特征在于(1)由相互垂直光纤准直器阵列、反电体驱动器、上定位板、镜面方阵以及相尖关驱动器组成；(2)光纤准直器阵列与压电体驱动器成45度角；(3)在每个压电体驱动器的顶部安装一个反射镜面；(4)压电体驱动器底端排成阵列固定在基板定位槽内，顶端置于上定位板的导引槽里；(5)压电驱动器的电极与驱动器电路通过焊接工艺连接。每个压电驱动器的表面或直接加工成镜面，每个压电驱动器由数十片陶瓷薄片在电学上并联，机械上串联的方式组成。由于采用压电体驱动器替代传统的技术制作的驱动器，使制作的光开关阵列不仅体积小且一致性好，适合未来器件发展的需要。
文档编号H04B10/12GK2571076SQ02267128
公开日2003年9月3日 申请日期2002年9月13日 优先权日2002年9月13日
发明者吴亚明, 杨艺榕, 李毅 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所, 上海联能科技有限公司