浅谈mems在光通信及光传感中的应用

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1、浅谈MEMS在光通信及光传感中的应用摘要：随着半导体集成技术以及机械微加工技术的发展，衍生出的MEMS技术正逐步应用到生产生活的各个领域。本文主要介绍MEMS技术在光通信以及光传感中典型应用，MEMS凭借微小易于集成等特点，发挥出在通信及传感领域的独特优势，将成为光通信、光传感以后发展的变革性力量。关键词：MEMS；光通信；光传感DiscussionontheapplicationsofMEMSinopticalcommunicationsandopticalsensingSheng-yangTong（OpticalEngineering,DalianUni

2、versityofTechnology）Abstract:WiththedevelopmentofSemiconductorIntegratedTechnologyandMechanicalmicromachining,theMEMStechnologyisgraduallyappliedtoallareasofproductionandlife.ThisarticleFocusesonMEMStechnologyinopticalcommunicationandopticalsensing,withthefeatureofSmall-scaleandeas

3、ytoIntegratehasexerteduniqueadvantagesincommunicationsandsensing,andwillbearevolutionaryforcesintheareaofopticalcommunicationsandopticalsensing.Keywords:MEMS;opticalcommunications;opticasensing1引言微机电系统是Micro-Electro-Mechanical-System的英文缩写，简称MEMS。是指几何尺寸仅在毫米，微米，乃至纳米级别的的机电装置，包括微型机械，微型

4、执行器，微型驱动器等，同时与其他组成，例如电源接口等一体化封装，达到可批量制作的器件。MEMS是基于学科交叉理念发展起来的，所以不仅需要超精密机械加工技术，也需要半导体集成电路的微细加工技术，因而随着半导体集成化工艺近十几年的发展，MEMS逐渐应用到了很多领域，例如汽车、医疗、农业、通信等。这里提到的通信当然指广义上的通信技术，但是以MEMS为基础，将光这一学科融入其中，便衍生出MEMS的另一分支—Micro-Opto-Electro-Mechanical-System，微光机电系统。2MEMS在光通信领域应用当前，各大高校公司主要对MEMS在光通信中的应用

5、做了大量研究，其中MEMS光开关属于最成熟的一种，其他的包括光纤耦合器、调制器、以及光电接收器和显示器件也逐渐取得进展。1.光开关1.1光开关简介光开关的作用是转换光路，主要应用于光交换系统中，是光通信网络中的重要组成部分。现在使用的有基于电光效应，磁光效应制成的电光开关和磁光开关，以及简单机械结构的开关。但随着光通信技术的发展，正如电通信发展历程一样，集成是一个趋势，也是将光和电有效联系的纽带。利用MEMS技术制作的光开关利用微动微镜制作光开关矩阵，微动微镜可以采用上下折叠方式、左右移动方式或旋转方式来实现开关的导通和断开功能。MEMS光开关将机械结构、微

6、触动器和微光元件在同一衬底上集成，结构紧凑、重量轻，易于扩展。它比机械式光开关和波导型光开关具有很好的性能，它不但具有机械式光开关的低插损、低串扰、低偏振敏感性和高消光比的优点，又有波导开关的高开关速度、小体积、易于大规模集成等优点。由于其易于大规模加工集成的特点，成本也大大缩减，同时MEMS光开关与光信号的格式、波长、协议、调制方式、偏振、传输方向等均无关，与未来光网络发展所要求的透明性和可扩展等趋势相符合。1.2MEMS光开关原理[1]MEMS光开关的工作原理是通过静电或者其它控制力使微镜阵列或光闸产生机械振动，改变光的传播方向，使光经过可移动的反射镜反

7、射后进入输出光纤。这里提到的使微镜阵列或光闸发生振动或者移动的控制力称为驱动方式，一般分为平行板电容静电驱动，梳状静电驱动器驱动，电致、磁致伸缩驱动，形变记忆合金驱动，光功率驱动和热驱动等。其中静电驱动、电磁驱动、热电驱动这三种形式使用最为广泛。1.3分类MEMS光开关通常分为两类：即2维和3维的光开关。在二维光开关，微镜和光纤在同一个平面上，微镜只有两种状态(开或关)。通过移动适当位置的反射镜使其反射光束可将任意输入光束耦合为输出信号。一个N×N的MEMS微镜矩阵用来连接N条输入光纤和N条输出光纤，这种结构为N2结构。它极大地简化了控制电路的设计，一般只需

8、要提供足够的驱动电压使微镜发生动作即可。但是当要扩展