董玮[1]2004年在《体硅微机械光开关的设计与制作工艺的研究》文中提出随着光纤通信技术的发展和密集波分复用（ＤＷＤＭ）系统的应用，全光交换已经成为一种趋势，光开关是实现全光交换的关键器件，它可以实现全光层的路由选择，波长选择，光交叉连接，自愈保护等功能。随着 ＭＥＭＳ技术的发展，ＭＥＭＳ 与光器件融合于一体的 ＭＯＥＭＳ 光开关阵列将成为全光网络的主流器件。国外的研究机构都以极大的力度投入微光电子机械开关阵列的研究，并取得了很大突破。我国对 ＭＯＥＭＳ 光开关的研究虽然时间不长，但也取得了相当的进展，从事这一研究工作的单位多数是一流的高校和技术力量雄厚的研究所，电子科技集团公司十叁所、吉林大学、上海交通大学、清华大学和上海微系统与信息技术研究所等。目前主要进行研究的是 １×２ 和 ２×２ 等小型微机械结构光开关。但由于力量分散，投入不足，尽管已有不少成果，但在产品质量，性能价格比及实用化等方面与国外还有很大差距。 本文研制了 ２×２ 微机械光开关，它是利用微反射镜的移动来改变入射光的传播方向实现光开关的功能。主要包括微反射镜，自对准光纤槽以及驱动结构。微反射镜、光纤槽和静电驱动扭臂结构的上电极是在（１００）硅片（或（１１０）硅片）上制作，制作工艺简单，反射镜和光纤槽是通过一次掩膜在 ＫＯＨ 溶液中腐蚀出来。驱动部分的下电极是在另一片硅片上制作。 采用单模光纤连接损耗理论对光开关的插入损耗进行了分析，在直通状态时引起插入损耗的主要原因是：两根单模光纤连接时的轴向、径向和角度偏移。而反射状态时引起插入损耗的原因除了光纤连接引起的损耗以外，还包括反射镜的表面粗糙和反射镜的厚度引起的损耗。并且指出若要求反射状态的插入损耗小于 ２ｄＢ，使用普通的单模光纤耦合的难度是相当大，因此需要在光纤的端部进行适当的加工处理。 108
王丹[2]2006年在《MOEMS阵列光开关的制作与性能测试》文中指出微光机电系统(Micro-opto-electro-mechanical System, MOEMS)是微光学、微机械、微电子技术的融合,由于采用了集成工艺制作技术,具有体积小,响应快,集成定位精确,具有大规模生产能力,价格低廉的特点。它的出现为光开关、光衰减器以及滤波器等光纤通信器件的微小型化、大阵列化和低成本化提供了技术上的可能性。因此微光机电系统(MOEMS)是微电子机械系统(MEMS)的一个很有前途的应用领域。文章首先介绍了基于微光电子机械系统(MOEMS)技术的MEMS光开关的应用范围、研究现状和一些典型的光开关结构。然后在文中详细叙述了一种基于(110)硅片的8×8微光机械阵列光开关产品的结构设计、实验工艺,并进行了产品的封装及性能测试。所研制的阵列光开关单元的pull-in电压为67.2V,插入损耗小于5dB,开关的下降和恢复时间分别为4.2ms和5.4ms,串话小于-50dB。
潘建旋[3]2005年在《基于（100）硅片的MOEMS光开关的研制》文中提出微机械电子系统(Micro-electro-mechanical System, MEMS)是以微传感器、微执行器以及驱动和控制电路为基本元器件组成的自动性能高、可以活动和控制、机电合一的微机械装置。MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗低、性能稳定、可靠性高、适于大批量生产、生产成本低、惯性小、谐振频率高、响应时间短等传统器件无法比拟的优点,因此在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。文章首先介绍了基于微电子机械系统(MEMS)技术的MEMS光开关的应用范围、研究现状和一些典型的光开关结构。然后在文中详细叙述了一种基于(100)硅片的2×2 微光机械光开关产 品的结构设计、实验工艺,并进行了产品的性能测试。所研制的光开关插入损耗小于3dB,开关时间小于5ms,串话小于-50dB,尺寸小于1cm~3,能耗小于10mW,寿命大于100 万次。
玄伟[4]2007年在《硅基MEMS光强型光纤加速度计的设计与制作》文中提出微光机电系统(Micro-opto-electro-mechanical System, MOEMS)是微光学、微机械、微电子技术的融合,由于采用了集成工艺制作技术,具有体积小,响应快,集成定位精确,具有大规模生产能力,价格低廉的特点。采用微机械加工技术制造出的MEMS器件不但具有体积微小化、功能集成化的特点;而且提高了使用的可靠性,降低了成本,这对于许多高新技术领域的发展具有重要意义。加速度传感器就是MEMS技术应用的一个重要领域之一,在军用航空和民用相关领域有重要的发展前景。研究高性能的MEMS惯性加速度计已成为世界各国的研究热点文章首先介绍了基于微光电子机械系统(MOEMS)技术的光强型光纤加速度记的应用范围、研究现状和一些典型的光纤加速度计的结构。在以往课题研究基础上,提出了一种结构简单,基于各向异性体硅微加工技术的光纤加速度传感器。阐明了该加速度计的工作原理,对重要的公式进行了详细的理论推导。利用有限元软件ANSYS对加速度传感器敏感元件结构进行了计算机模拟仿真,通过静力学分析、模态分析,对该器件结构进行了优化,并对性能进行了分析。然后探索了体硅微加工制作工艺,制作了若干样品,并探讨了削角补偿的机理及应用。
刘东栋[5]2002年在《一种基于体硅微机械工艺的微机械光开关的研究》文中进行了进一步梳理互联网的发展使得人们对现有的通信体系提出了更高的要求，其中一个目标就是建立全光通信的网络平台以提高数据传输的透明性。光开关是全光网络的基石，目前世界上各大公司和高校的研究小组都纷纷参与到光开关的研究当中。在光开关众多种类种，微机械光开关以其消光比大的特点备受世人瞩目。 本论文在比较各种类型光开关的特点的基础上，结合现有的工艺条件，完成了一种使用常规体硅微机械加工工艺实现的光开关的设计和制作。并初步完成了光纤的耦合封装工作。 本论文使用传统的KOH腐蚀液，利用硅材料的各向异性的特点，加工出了垂直于衬底表面的微镜结构，利用这种微镜结构可以完成光线的切换，实现光路的开关功能。 本论文在阐述了常用的微机械加工工艺的基础上，重点介绍了这种微机械光开关的制作过程。同时对工艺中出现的问题就其原因进行了分析，给出了改进的办法。 本光开关使用静电作为微镜驱动的方式，所以本论文在对微机械中悬臂梁加质量块结构进行力学推导后，分析了在静电驱动下悬臂梁和质量块的运动规律，找出了一组光开关执行结构的参数，并用ANSYS软件对其进行了分析。 在完成光开关论文的过程中，还对光纤与光波导端面耦合封装进行了研究，分析了二者耦合损耗产生的原因并提出了一种耦合方案。在此基础上，对光开关的耦合封装进行了试验。对由于工艺的离散性造成微镜厚度对光纤封装耦合产生的损耗进行了分析。并提出了使用光束准直器改善光路传输效率的问题。
鲍俊峰[6]2006年在《基于微加工技术的光开关及光互连结构研究》文中研究表明本博士论文对基于非硅基微加工技术的光开关的设计分析与器件制作以及基于软光刻技术的微光学器件进行了研究。 本文主体由两大部分构成。第一部分主要是基于非硅基微加工技术的光开关的研究,第二部分则是基于软光刻技术的微光学器件的研究。文中从理论分析和实验验证两个方面对器件的设计分析及制作封装进行了深入的研究。 第一部分包括四个章节,其中前叁个章节分别介绍了叁种非硅基光开关的设计,驱动原理及测试结果,另外一个章节则对这叁种光开关的制作工艺做了一个总结。各章的主要内容分别介绍如下: 其中第二章介绍了由自锁型电磁驱动单元构筑的一种非硅基低电压驱动1×8光开关,该光开关具有小体积,低成本,可扩展的特点。该开关采用的自锁型电磁微镜驱动单元具有落地面积小,集成度高的特点,有很高的通用性,能够组成多种单元阵列,拓展出多种端口光开关。基于此单元的1×2,1×4,1×8,2×2光开关已经试制成功,并通过了浙江省新产品鉴定。 第叁章介绍了一种非硅基微机械小型可扩展1×2光开关,该开关封装体积小,开关速度快,功耗低,是一种性能优越的光路切换器件,可广泛应用于光交换网络和光纤测试系统中。通过对原有1×8开关驱动单元的改进,实现了0-5VDC的标准开关电源驱动,便于系统集成,同时继承了原反射单元体积小,切换速度快的特点,通过活动单元的阵列,可将其扩展为1×N光开关。 第四章介绍了光纤直接耦合型非硅基1×2光开关,该器件是在我们前面两种采用光纤准直器类型的光开关基础上研究开发的。该器件使用电磁微线圈驱动一封装在微加工柔性框架上的活动光纤来对准另两根固定光纤,实现光路转换。驱动电压为5V,开关时间小于2ms,插入损耗0.9dB～1.1dB。器件构造工艺采用了CNC雕刻技术和EDM技术。 第五章对前面几种开关器件的制作及封装工艺进行了总结和分析,分开关实现技术、元件分析、封装方式比较、制作工艺流程及专用工装等几个方面进行了详细介绍。总结出了一整套光无源器件制作的工艺流程。
纪平[7]2004年在《微机械光开关微反射镜的制作和驱动结构的有限元分析》文中提出将微机电系统（MEMS）与光器件融合于一体的微光机电系统（MOEMS）是MEMS的一个重要的研究方向，它采用微细加工的技术手段，把微光学器件、微电子器件和微机械结构或装置集成在相兼容的基体材料上，充分发挥叁者的综合性能，不仅能够使光学系统微型化而降低成本，而且可实现光学元件间的自对准，更重要的是这种组合还会产生新的光学器件和装置。MOEMS的出现将极大的促进信息通讯，航天技术以及光学工具的发展，对整个信息化时代将产生深远的影响。随着信息时代的到来，光通信系统中器件的小型化、大阵列、低成本将是光通信技术的主要发展方向。光开关是新一代全光网络的关键器件，微机电系统（MEMS）光开关具有体积小、重量轻、能耗低、性能稳定；适于大批量生产、生产成本低；惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点，有着巨大的市场潜力和广阔的应用前景。对MEMS光开关在其理论分析、结构设计以及加工工艺等方面的研究具有十分重要的意义，将大大促进光纤通信事业的发展。本文确定了制作光开关为反射镜的工艺条件，设计并制作了硅各向异性湿法腐蚀过程中晶向对准图形，在（100）硅片上制作了微反射镜，光纤槽。通过对硅晶体的结构特点和其在氢氧化钾溶液(KOH)中各向异性腐蚀特性的研究，充分利用了硅晶体的{111}面在KOH溶液中腐蚀自停止效应，采用表面微机械加工工艺和体硅微机械加工工艺来制作MEMS光开关为反射镜。本文还
梁静秋[8]2003年在《微光机电器件及其关键技术研究》文中研究表明最近几年来，微电子机械系统(MEMS)逐渐向光学方面渗透，在二十世纪九十年代中后期形成了全新的技术领域—微光机电系统(MOEMS)。微光机电器件是MOEMS的基本组成单元，微制作技术是MOEMS的技术基础。本论文在国家自然科学基金、国家863计划、国家973计划、吉林省科技发展计划等资助下对MOEMS器件及其关键技术进行了研究探讨。 用于X射线波段的微小光学器件是MOEMS典型器件之一。在第二章X射线聚焦组合透镜的研究中，针对X射线波段的特性，综合考虑折射和吸收效应得出组合透镜的衍射屏函数，利用衍射理论推导出X射线聚焦组合透镜的设计理论并进行结构设计与微细加工制作技术研究。 MOEMS可动器件是MOEMS器件的又一典型类型。论文用叁章的篇幅分别对微型可调谐红外滤光器、8×8 MOEMS阵列光开关等可动器件及作为MOEMS可动器件驱动源的微型电磁驱动器进行了探索。首先通过对微型可调谐光栅的理论分析，设计了电磁驱动的微型可调谐红外滤光器结构，给出全部采用微细加工技术制作集成式微型可调谐红外滤光器的技术方法并进行了初步工艺摸索；然后介绍了一种采用倾斜下电极的悬臂式MOEMS光开关的理论及制作方法，设计了针对这种结构光开关的闩锁机构，给出其工作原理及制作工艺，同时探讨了MOEMS光开关阵列的耦合技术并提出一种批量制作阵列光开关基座的方法；最后，对于MOEMS驱动器件端面摇摆式微型电磁驱动器的原理、结构、制作技术以及双转子平面微电机定子的制作进行了研究。 LIGA类工艺技术是MOEMS的关键制作技术之一。它包括LIGA技术、激光LIGA技术及准LIGA技术。论文在第六章展示了这类技术的工艺原理及实验步骤。在LIGA技术研究中提出了一次掩膜成型法，简化了工艺过程；在准分子激光刻蚀技术中，设计了附着式掩膜，提高了尺寸精度，简化了实验装置；在准LIGA技术中，摸索了AZP4903光刻胶的两次涂胶方法，使结构高度超过100μm。
赵莉娜[9]2005年在《MOEMS光开关封装的设计与制作》文中研究说明全光网络解决了目前光电交换的瓶颈,光开关是实现全光网络中的关键技术之一。MOEMS光开关技术以其无法比拟的技术优势,将可能在下一代全光通信网络中起到主导地位。本论文正是围绕光开关的封装工作展开的,主要有以下四部分内容:首先,了解了光开关的发展进程,以及目前各种光开关的现状。其次,理论上研究了单模光纤激光高斯光束的传输特性;分析了球透镜(C-lens)准直器和自聚焦透镜(Grin-lens)准直器的工作原理;计算了球透镜准直器准直效果与束腰半径、束腰位置以及光纤和透镜端面之间的关系;在考虑光束直径、工作距离、数值孔径N.A等参数的基础上,设计了光路准直、耦合系统。接下来研究了硅的各向异性腐蚀特性;探讨了不同腐蚀溶液以及同一腐蚀液不同实验条件的区别;总结了腐蚀深度与腐蚀时间的关系;摸索了具体实验条件;解决了掩膜选择、凸角损伤等问题;制备了符合要求的准直、耦合封装系统。最后,分析了影响光开关插入损耗的主要因素,并采用了相应的解决措施。
杨艺榕[10]2003年在《转动竖直微镜的硅微机械光开关研究》文中进行了进一步梳理本论文提出一种1×2扭转竖直微镜光开关，微镜采用(110)硅腐蚀制备而成，执行器采用变间隙的电容驱动器，光耦合采用球透镜进行，并制作1×2光开关器件。 直接光纤耦合的微机械光开关损耗较大，但光束准直后再耦合可以降低损耗。本文采用球透镜光纤进行光耦合，仔细分析了影响耦合效率的各种因素。高反射率薄膜是微镜的一个组成部分，对金属薄膜的反射特性进行了计算，金和铝是很好的反射膜镀层，饱和反射率达到97％，膜厚200nm。在入射角不大的情况下，偏振相关的反射率相差很小。 角度偏转是光操作的一种方式，在光开关和光衰减器有广泛的应用。针对固定间隙的电容，把固定电极做成曲线形状，有效低降低悬臂梁的吸合电压。对执行器的静电压响应和频率特性进行了模拟计算，在此基础上制作的执行器驱动竖直微镜对光信号进行偏转。在器件的光学耦合部分设计的固定弹簧有助于光纤的固定。 以(110)硅为衬底，用湿法腐蚀技术制作的表面平整光洁的竖直镜面，是光器件的关键之一，采用深反应离子刻蚀技术制作的执行器，对微镜进行小角度偏转从而控制光信号的切换，测得的执行器吸合电压为69V和73V，与模拟的结果较为吻合。 研制的光开关样品测出损耗为4～5dB，隔离度为45dB。测试结果表明，光开关器件能够实现光切换的功能。 本论文的工作作为“光通信用微光机电关键技术”的一部分成果获得了“2003年上海市科学技术进步二等奖”。
参考文献：
[1]. 体硅微机械光开关的设计与制作工艺的研究[D]. 董玮. 吉林大学. 2004
[2]. MOEMS阵列光开关的制作与性能测试[D]. 王丹. 吉林大学. 2006
[3]. 基于（100）硅片的MOEMS光开关的研制[D]. 潘建旋. 吉林大学. 2005
[4]. 硅基MEMS光强型光纤加速度计的设计与制作[D]. 玄伟. 吉林大学. 2007
[5]. 一种基于体硅微机械工艺的微机械光开关的研究[D]. 刘东栋. 浙江大学. 2002
[6]. 基于微加工技术的光开关及光互连结构研究[D]. 鲍俊峰. 浙江大学. 2006
[7]. 微机械光开关微反射镜的制作和驱动结构的有限元分析[D]. 纪平. 吉林大学. 2004
[8]. 微光机电器件及其关键技术研究[D]. 梁静秋. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2003
[9]. MOEMS光开关封装的设计与制作[D]. 赵莉娜. 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）. 2005
[10]. 转动竖直微镜的硅微机械光开关研究[D]. 杨艺榕. 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）. 2003
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