專利名稱：電磁型微驅動器驅動的微光開關的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種光開關，特別是一種電磁型微驅動器驅動的微光開關，屬于光開關領域。
背景技術：
近年來用微機電系統(MEMS)技術制作的微機械光開關具有插入損耗低、隔離度高等機械式光開關的優點，同時體積很小(毫米數量級或更小)，制作工藝與大規模集成電路的制作工藝相兼容，易于大批量生產以及光集成或光電集成，成本低，重復性好。特別是它的開關時間可大為縮短，達到微秒級，已成為光開關領域新的發展熱點。經文獻檢索發現，美國專利US5923798，名稱為Fiber-Optic Free-Space Micromachined Matrix Swithes(自由空間光纖微機械陣列式開關)，該技術的光開關由微機械靜電驅動結構驅動，加上驅動電壓后，其活動電極受固定電極的吸引，向固定電極移動，帶動懸臂梁或橈橈板結構位移，進而帶動該梁或板上的平面鏡插入光路中，使光路發生改變。該專利技術存在不足，其一是由于完全采用微機械工藝制造，平面鏡難以實現大位移的運動；其二是要維持平面鏡位于某一位置狀態，必須保持施加一定的電壓，使得器件的功耗較大。
發明內容
本發明針對現有技術中的不足，提供一種電磁型微驅動器驅動的微光開關，克服了現有技術中的缺陷。本發明主要包括電磁型微驅動器、平面鏡、連桿、檔板和平衡塊，平面鏡通過連桿與電磁型微驅動器連接在一起，在連桿的另一端設置平衡塊，以平衡轉動力矩，連桿的兩側設置檔板，以限定平面鏡的轉動角度。
電磁型微驅動器由轉動部分、驅動部分、轉軸、軸承和外殼構成，在基板上設置多層繞組形成驅動部分，轉動部分與平面鏡和平衡塊相連接，轉動部分設置在兩層驅動部分之間，轉動部分與驅動部分之間設有氣隙，在電磁型微驅動器中央縱向設有孔，轉軸及軸承設置在孔內，在驅動部分及轉動部分外設有外殼。
平面鏡通過連桿直接與轉軸安裝在一起，使得整體結構緊湊，提高了開關速度，并且易于控制。連桿的一端設置為平面鏡，另一端設置為平衡塊，使得連桿兩端的轉動力矩平衡，使平面鏡能穩定地定位于兩種位置狀態。驅動部分采用多層繞組結構設計，在提供了足夠大的驅動力矩的同時，又可以用集成化工藝制造，大大縮小了整體器件的體積。多層繞組結構的線圈走向設計配合電磁驅動特征，可以實現當平面鏡被旋轉到確定位置后，自動維持該位置狀態，使光開關的總體功耗大為降低。兩層驅動部分夾一層轉動部分的設計進一步增強了對平面鏡的驅動力，提高開關切換的速度。檔板的安裝可根據轉動角度的需要調整，控制平面鏡在要求的范圍內轉動。
因此，通過脈沖電流控制電磁型微驅動器帶動平面鏡轉動，可以插入與抽出光路。當平面鏡被插入光路時，光路被平面鏡反射入另一根輸出光纖。當平面鏡被抽出光路時，光路按原路徑進入輸出光纖中，可實現1×1、1×2或2×2光開關。
本發明具有實質性特點和顯著進步，本發明采用微細加工技術與精密裝配技術相結合的工藝制造，器件兼具上述兩者的優點，微細加工技術使光開關的整體體積很小，精密裝配技術又使平面鏡可以在較大范圍內移動；當平面鏡被旋轉到確定位置后，可自動維持該位置狀態，因此光開關的總體功耗很小。
圖1本發明結構示意2為1×2微光開關工作原理圖
具體實施例方式如圖1和圖2所示，本發明主要包括電磁型微驅動器(1)、平面鏡(2)、連桿(3)、基板(6)、檔板(11)和平衡塊(12)，平面鏡(2)通過連桿(3)與電磁型微驅動器(1)連接在一起，在連桿(3)的另一端設置平衡塊(12)，連桿(3)的兩側設置檔板(11)。
電磁型微驅動器(1)由轉動部分(4)、驅動部分(5)、轉軸(8)、軸承(9)和外殼(10)構成，在基板(6)上設置多層繞組(7)形成驅動部分(5)，轉動部分(4)與平面鏡(2)和平衡塊(12)相連接，轉動部分(4)設置在兩層驅動部分(5)之間，轉動部分(4)與驅動部分(5)之間設有氣隙，在電磁型微驅動器(1)中央縱向設有孔，轉軸(8)及軸承(9)設置在孔內，在驅動部分(5)及轉動部分(4)外設有外殼(10)。驅動部分(5)采用多層繞組(7)結構設計，兩層驅動部分(5)夾一層轉動部分(4)。
以下以1×2微光開關為例，介紹其實施方式，假設平面鏡(2)順時針轉動，其最大位移將被檔板(11)限制在位置A，此時平面鏡(2)位于輸入光纖(13)和輸出光纖(15)之間，將輸入光路反射入輸出光纖(14)中。當給多層繞組(7)通以反向電流時，轉動部分(4)的受力方向相反，帶動平面鏡(2)逆時針運動到檔板(11)所限定的另一個位置B。平面鏡(2)因此被從光路中抽出，輸入光纖(13)的入射光將按原路徑進入輸出光纖(15)中。控制平面鏡(2)在A、B兩種位置狀態切換，即可實現1×2光開關。
平面鏡(2)僅在運動時需要給電磁型微驅動器(1)通電，一旦平面鏡(2)到達檔板(11)所限定的位置A或B，即可斷電維持該位置狀態，這使得該微光開關的總體功耗大為降低。
通過改變輸入光纖和輸出光纖的分布，還可實現1×1和2×2光開關，以及在此基礎上進一步推廣到4in-4out Add-Drop光路系統、1×4、1×8及1×16光開關。我們已制造的1×2光開關具有如下性能指標開關時間≤5ms；工作壽命≥106次；插入損耗≤0.5dB；回波損耗≥55dB；串擾≥60dB；開關電壓8V；重復精度0.05dB；尺寸29.4×22×11.4mm3。1×4光開關具有如下性能指標開關時間≤5ms；工作壽命≥106次；插入損耗≤0.8dB；回波損耗≥55dB；串擾≥60dB；開關電壓8V；重復精度0.05dB；尺寸43×23.4×11.4mm3。
權利要求
1.一種電磁型微驅動器驅動的微光開關，主要包括電磁型微驅動器(1)、平面鏡(2)、連桿(3)、基板(6)，其特征在于還包括檔板(11)和平衡塊(12)，平面鏡(2)通過連桿(3)與電磁型微驅動器(1)連接在一起，在連桿(3)的另一端設置平衡塊(12)，連桿(3)的兩側設置檔板(11)。
2.根據權利要求1所述的這種電磁型微驅動器驅動的微光開關，其特征是電磁型微驅動器(1)由轉動部分(4)、驅動部分(5)、轉軸(8)、軸承(9)和外殼(10)構成，在基板(6)上設置多層繞組(7)形成驅動部分(5)，轉動部分(4)與平面鏡(2)和平衡塊(12)相連接，轉動部分(4)設置在兩層驅動部分(5)之間，轉動部分(4)與驅動部分(5)之間設有氣隙，在電磁型微驅動器(1)中央縱向設有孔，轉軸(8)及軸承(9)設置在孔內，在驅動部分(5)及轉動部分(4)外設有外殼(10)。
3.根據權利要求1所述的這種電磁型微驅動器驅動的微光開關，其特征是驅動部分(5)為多層繞組(7)結構設計，兩層驅動部分(5)夾一層轉動部分(4)。
全文摘要
電磁型微驅動器驅動的微光開關屬于光開關領域。本發明主要包括:電磁型微驅動器、平面鏡、連桿、基板、檔板和平衡塊,平面鏡通過連桿與電磁型微驅動器連接在一起,在連桿的另一端設置平衡塊,連桿的兩側設置檔板。本發明具有實質性特點和顯著進步,微細加工技術使光開關的整體體積很小,精密裝配技術使平面鏡可以在較大范圍內移動,因此光開關的總體功耗很小。
文檔編號B81B7/00GK1371860SQ0211123
公開日2002年10月2日 申請日期2002年4月2日 優先權日2002年4月2日
發明者張琛, 賈書海, 趙小林, 馮建智, 王莉 申請人:上海交通大學