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MEMS光開關的工作原理及應用
什么是光開關？ 光開關是在一定范圍內將光信號從一個光通道轉換成另一個光通道的器件，具有一個或多個可選擇的傳輸窗口，是實現(xiàn)光交叉連接、 光分插復用、網絡監(jiān)控以及自愈保護等功能的核心器件。 其實現(xiàn)技術多種多樣，包括：機械光開關、熱光開關、聲光開關、電光開關、磁光開關、液晶光開關和MEMS光開關等。傳統(tǒng)的以電為核心的開關逐漸的不能滿足高速大容量光通信的需求， 慢慢的市場上出現(xiàn)了全光開關。其中MEMS光開關具有尺寸小、功耗低和擴展性好的特點，因而得到廣泛的應用。 簡述MEMS光開關的工作原理 什么是MEMS？MEMS （Micro-Electro-Mechanical System）是指將微型機械、微型執(zhí)行器、信號處理和控制電路等集于一體的可批量制作的微型器件或系統(tǒng)，微機械結構的制備工藝包括光刻、離子束刻蝕、化學腐蝕、晶片鍵合等，同時在機械結構上制備了電極，以便通過電子技術進行控制。 MEMS是一種微電機系統(tǒng)，在制備微機械結構之后，需要以電子技術進行驅動。典型的驅動機制包括靜電引力、電磁力、電致伸縮和熱電偶。在MEMS器件的所有驅動機制中，靜電引力結構因制備簡單、易于控制和低功耗，得到最廣泛的應用。 MEMS光開關是在硅晶上刻出若干微小的鏡片，通過靜電力或電磁力的作用，使微鏡陣列產生轉動，從而改變輸入光的傳播方向以實現(xiàn)光路通斷的功能。MEMS光開關切換光波路由是通過外部控制信息以及相應的高低電平控制內部微鏡片抬升與否來完成的。  MEMS光開關的工作原理 一般說來，MEMS光開關從空間結構上可分成這樣兩種，即2D開關和3D開關。  (a) 2-D(b) 3-D Source: researchgate.net 2D MEMS的空間旋轉鏡通過表面微機械制造技術單片集成在硅基底上，準直光通過微鏡的旋轉控制被接到指定的輸出端。當微鏡為水平時，可使光束從該微鏡上面通過，當微鏡旋轉到與硅基底垂直時，它將反射入射到它表面的光束，從而使該光束從該微鏡對應的輸出端口輸出。在3D MEMS光開關中，微鏡能沿著兩個向的軸任意旋轉，因此它可以用不同的角度來改變光路的輸出，這些陣列通常是成對出現(xiàn)，輸入光線到達第一個陣列鏡面上被反射到第二個陣列的鏡面上，然后光線被反射到輸出端口。 MEMS光開關的結構 光開關是一種多端口光器件，端口配置情況有：2×2，1×N，N×N，其中N×N端口光開關又稱OXC（光交叉連接開關、矩陣光開關）。基于MEMS技術的1×N端口光開關，其結構如圖所示，它包括一個MEMS微鏡、一個準直透鏡和一個多纖插針。MEMS微鏡通常貼裝在一個TO管座上，然后通過TO管帽將準直透鏡與TO管座組裝成一個組件，最后在有源調試狀態(tài)下，將多纖插針與前述組件對準并固定在一起。  基于MEMS技術的1×N端口光開關結構 MEMS光開關與機械式光開關 機械光開關的工作原理是借助機械裝置物理地移動光纖來重定向光信號。通過移動棱鏡或定向耦合器，將輸入端的光導向所需要輸出的端口。機械式光開關分主要有3種類型：一是采用棱鏡切換光路技術，二是采用反射鏡切換技術，三是通過移動光纖切換光路。  機械式光開關 MEMS光開關是 基 于 微 機 電 系 統(tǒng)（micro-electro-mechanical system），采用光學微鏡或光學魏鏡陣列來改變光束的傳播方向實現(xiàn)光路的切換。MEMS光開關原理十分簡單，當進行光交換時，通過靜電力或磁電力的驅動，移動或改變MEMS微鏡的角度，把輸入光切換到光開關的不同輸出端以實現(xiàn)光路的切換及通斷。  MEMS光開關  機械式光開關 VS MEMS光開關 |
