【正文】 、磁光效應(yīng)來(lái)改變波導(dǎo)性質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)動(dòng)作的一種器件。它的開(kāi)關(guān)速度在微秒到亞毫秒量級(jí)，體積小且易于集成為大規(guī)模的陣列，但插入損耗、隔離度、消光比、偏振敏感性等指標(biāo)都較差。 液晶光開(kāi)關(guān)液晶光開(kāi)關(guān)通過(guò)電場(chǎng)控制液晶分子的方向?qū)崿F(xiàn)開(kāi)關(guān)功能，適用于中等規(guī)模的開(kāi)關(guān)陣列。目前液晶光開(kāi)關(guān)的最大端口數(shù)為80，消光比可高達(dá)4050dB，通過(guò)加熱液晶可以使開(kāi)關(guān)速度達(dá)到毫秒級(jí)，但也會(huì)使設(shè)備功耗增加。另外，由于在液晶中光被分成偏振方向不同的兩束光，最后再合起來(lái)，如果兩束光的傳播路徑稍有不同，便會(huì)產(chǎn)生插入損耗，因此這種光開(kāi)關(guān)的插損指標(biāo)難以提高。 熱光開(kāi)關(guān)熱光開(kāi)關(guān)是利用熱光技術(shù)制造的小光開(kāi)關(guān)。目前主要有兩種類型的熱光開(kāi)關(guān)，干涉式光開(kāi)關(guān)和數(shù)字光開(kāi)關(guān)（DOS）。干涉式光開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)緊湊，但由于對(duì)光波長(zhǎng)敏感，需要進(jìn)行溫度控制；數(shù)字光開(kāi)關(guān)性能更穩(wěn)定，只要加熱到一定溫度，光開(kāi)關(guān)就保持穩(wěn)定的狀態(tài)。它通常用硅或高分子聚合物制備，聚合物的導(dǎo)熱率較低而熱光系數(shù)高，因此需要的功率小，消光比可達(dá)20dB，但插入損耗較大，一般為34dB。熱光開(kāi)關(guān)陣列可以和陣列波導(dǎo)光柵集成在一起組成光分插復(fù)用器，并利用聚合物進(jìn)行規(guī)模生產(chǎn)。熱光開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn)為響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，因此開(kāi)關(guān)速度受到限制。全息光柵開(kāi)關(guān)依靠布拉格光柵實(shí)現(xiàn)對(duì)光的選擇性反射。通過(guò)全息的形式在晶體內(nèi)部生成布拉格光柵，當(dāng)加電時(shí)，布拉格光柵把光反射到輸出端口；反之，光就直接通過(guò)晶體。利用該技術(shù)可以容易地組成上千端口的光交換系統(tǒng)，且開(kāi)關(guān)速度快，為納秒量級(jí)，但器件的功耗較大并需要高壓供電。MEMS光開(kāi)關(guān)通過(guò)靜電或其他控制力使微鏡或光閘產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，從而改變光的傳播方向、實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)功能。MEMS光開(kāi)關(guān)具有制作成本低、加工工藝多樣化、系統(tǒng)單片集成化等諸多優(yōu)點(diǎn)，各項(xiàng)性能足以滿足DWDM全光網(wǎng)的技術(shù)要求， 因此MEMS光開(kāi)關(guān)顯示出良好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。除上述光開(kāi)關(guān)外，人們還研究過(guò)馬赫曾德干涉儀開(kāi)關(guān)，聲光、噴墨氣泡光開(kāi)關(guān)及半導(dǎo)體光放大器（SOA）光開(kāi)關(guān)等。 微機(jī)械光開(kāi)關(guān)MEMS光開(kāi)關(guān)既有機(jī)械式光開(kāi)關(guān)的低插損、低串?dāng)_、低偏振敏感性和高消光比的優(yōu)點(diǎn)，又有波導(dǎo)開(kāi)關(guān)的高開(kāi)關(guān)速度、小體積、易于大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)MEMS光開(kāi)關(guān)與光信號(hào)的格式、波長(zhǎng)、協(xié)議、調(diào)制方式、偏振、傳輸方向等均無(wú)關(guān)，與未來(lái)光網(wǎng)絡(luò)發(fā)展所要求的透明性和可擴(kuò)展等趨勢(shì)相符合，因此，MEMS光開(kāi)關(guān)極可能在光網(wǎng)絡(luò)中成為光開(kāi)關(guān)的最佳選擇。MEMS光開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)方式主要有平行板電容靜電驅(qū)動(dòng)；梳狀靜電驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)；電致、磁致伸縮驅(qū)動(dòng)；形變記憶合金驅(qū)動(dòng)；光功率驅(qū)動(dòng)；熱驅(qū)動(dòng)等。MEMS光開(kāi)關(guān)所用材料大致分為單晶硅、多晶硅、氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等硅基材料；Au、Al等金屬材料；壓電材料及有機(jī)聚合物等其他材料。MEMS光開(kāi)關(guān)所用工藝主要有體硅工藝，表面工藝和LIGA工藝。MEMS光開(kāi)關(guān)按功能實(shí)現(xiàn)方法可分為光路遮擋型、移動(dòng)光纖對(duì)接型和微鏡反射型。 光路遮擋型MEMS光開(kāi)關(guān)具有代表性的光路遮擋型光開(kāi)關(guān)是懸臂梁式光開(kāi)關(guān)。圖1為朗訊公司研制的光驅(qū)動(dòng)微機(jī)械光開(kāi)關(guān)［1］，整個(gè)器件尺寸約12mm，材料由金、氮化硅和多晶硅組成，并由體硅工藝加工出懸臂梁。它利用8個(gè)多晶硅PiN電池（一種非晶硅太陽(yáng)電池）串聯(lián)組成光發(fā)電機(jī)，在光信號(hào)的作用下，產(chǎn)生3V電壓，電容板受到電場(chǎng)力吸引，將遮片升起，光開(kāi)關(guān)處于開(kāi)通狀態(tài)，如無(wú)光信號(hào)，光發(fā)電機(jī)無(wú)電壓輸出，遮片下降，光開(kāi)關(guān)關(guān)閉。該開(kāi)關(guān)由遠(yuǎn)端的光信號(hào)控制，所以光開(kāi)關(guān)本地是無(wú)源的。， 傳輸距離達(dá)128km。但串?dāng)_比較大，隔離度不高。一般用于組成光纖線路倒換系統(tǒng)。圖1 朗訊公司研制的光路遮擋型光開(kāi)關(guān) 移動(dòng)光纖對(duì)接型MEMS光開(kāi)關(guān)圖2所示為一種具有代表性的移動(dòng)光纖對(duì)接型光開(kāi)關(guān)【2】，由美國(guó)加州大學(xué)戴維斯分校研制。它是一個(gè)1*4光開(kāi)關(guān)，利用光纖的移動(dòng)和對(duì)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的切換，插入損耗大約為1dB。與以微鏡為基礎(chǔ)的光開(kāi)關(guān)相比，它采用體硅或LIGA工藝，制造結(jié)構(gòu)和制備方法較為簡(jiǎn)單，可采用電磁驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)精度要求低，系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性好，穩(wěn)態(tài)時(shí)幾乎不耗能，缺點(diǎn)是開(kāi)關(guān)速度較低，大約為10ms量級(jí)，可連接的最大端口數(shù)受到限制，多用于網(wǎng)絡(luò)自愈保護(hù)。圖2 加州大學(xué)研制的移動(dòng)光纖對(duì)接型光開(kāi)關(guān)示意圖相對(duì)于移動(dòng)光纖對(duì)接的方法，利用微鏡反射原理的光開(kāi)關(guān)更加易于集成和控制，組成光開(kāi)關(guān)陣列。根據(jù)組成OXC矩陣的方法，可以把利用微鏡反射原理的光開(kāi)關(guān)分成二維和三維兩種。在二維（2D）也稱數(shù)字方式中，微鏡和光纖在同一個(gè)平面上，微鏡只有兩種狀態(tài)（開(kāi)或關(guān)）。通過(guò)移動(dòng)適當(dāng)位置的反射鏡使其反射光束可將任意輸入光束耦合為輸出信號(hào)。一個(gè)N*N的MEMS微鏡矩陣用來(lái)連接N條輸入光纖和N條輸出光纖，這種結(jié)構(gòu)為N2結(jié)構(gòu)。它極大地簡(jiǎn)化了控制電路的設(shè)計(jì)，一般只需要提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓使微鏡發(fā)生動(dòng)作即可。但是當(dāng)要擴(kuò)展成大型光開(kāi)關(guān)陣列時(shí)，由于各個(gè)輸入輸出端口的光傳輸距離有所不同，所以各個(gè)端口的插入損耗也不同，這使得2D微鏡光開(kāi)關(guān)只能使用在端口數(shù)較少的環(huán)路里。目前二維系統(tǒng)最大容量是32*32端口，多個(gè)器件可以連接起來(lái)組成更大的開(kāi)關(guān)陣列，最大可以達(dá)到512*512端口。圖3是由二維微鏡光開(kāi)關(guān)組成的開(kāi)關(guān)陣列［3］， 圖4是4*4微鏡陣列的顯微照片。圖3微鏡反射型開(kāi)關(guān)陣列圖44*4開(kāi)關(guān)陣列顯微照片圖5 二維微鏡組成的$$ 開(kāi)關(guān)陣列 彈出式微鏡光開(kāi)關(guān)圖5為ATamp。T實(shí)驗(yàn)室所研制的彈出式微鏡光開(kāi)關(guān)［$］。它采用表面工藝加工，并利用scratchdrive驅(qū)動(dòng)器（SDA，抓式驅(qū)動(dòng)器）驅(qū)動(dòng)。當(dāng)100V驅(qū)動(dòng)脈沖電壓加載到SDA陣列上時(shí)，可滑動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器向支撐梁運(yùn)動(dòng)，使支撐梁和微鏡之間的鉸鏈扣住，將帶有鉸鏈的微反射鏡從襯底表面抬升到與表面垂直的位置，從而使光路從直通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到反射狀態(tài)。這樣的設(shè)計(jì)能有效地將SDA驅(qū)動(dòng)器的平移運(yùn)動(dòng)變成微鏡的彈出運(yùn)動(dòng)，使得整個(gè)裝置的運(yùn)動(dòng)速度較高，同時(shí)也可以減小微鏡所占的面積。，該結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于SDA驅(qū)動(dòng)器與襯底之間的靜摩擦力往往會(huì)影響其效能，同時(shí)插損偏大。圖$ ’565 研制的彈出式光開(kāi)關(guān) 扭轉(zhuǎn)式微鏡光開(kāi)關(guān)圖 為日本和法國(guó)共同研制的扭轉(zhuǎn)式微鏡光開(kāi)關(guān)［!］。該結(jié)構(gòu)采用單晶硅體硅工藝加工，光纖呈交叉垂直放置，微反射鏡垂直放置在一長(zhǎng)懸臂梁的前端， 并處于兩光纖的交叉點(diǎn)上。利用〈100〉晶向單晶硅腐蝕特性可精確地加工出相對(duì)光纖呈$!%的鏡面，把從一根光纖中射出的光反射到另一根與之垂直的光纖中。懸臂梁采用電磁驅(qū)動(dòng)，在懸臂梁底部粘合一塊100μm厚透磁合金，在相對(duì)應(yīng)的襯底位置， 微組裝一塊線圈電磁體，懸臂梁和線圈之間的電磁力便隨著線圈中電流的大小和方向而改變，從而使懸臂梁沿電磁力向一邊彎曲，帶動(dòng)微反射鏡移開(kāi)原來(lái)的位置，實(shí)現(xiàn)光路的改變。微鏡沿電磁力方向可產(chǎn)生約100μm的位移，驅(qū)動(dòng)電流為1A，響應(yīng)時(shí)間為300μs。該光開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn)在于微組裝電磁驅(qū)動(dòng)不利于集成制造， 而且要靠電磁力保持開(kāi)或關(guān)狀態(tài)，耗能較大。因此，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外更廣泛地采用熱或靜電驅(qū)動(dòng)此類光開(kāi)關(guān)，用熱驅(qū)動(dòng)就是在懸臂梁背面加工一層主要起加熱作用的金屬膜電阻，通電后，金屬膜受熱膨脹，使整個(gè)懸臂梁向一邊彎曲帶動(dòng)微鏡偏轉(zhuǎn)；若采用靜電驅(qū)動(dòng)，則在襯底上沉積一層金屬電極，和懸臂梁末端組成平行板電容器，在靜電力的作用下，同樣會(huì)使懸臂梁帶動(dòng)微鏡扭轉(zhuǎn)。圖! 日本和法國(guó)共同研制的扭轉(zhuǎn)式光開(kāi)關(guān) 滑動(dòng)式微鏡光開(kāi)關(guān)圖 所示為新加坡南洋理工大學(xué)設(shè)計(jì)的滑動(dòng)式微鏡光開(kāi)關(guān)［］，它的基本結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)動(dòng)式很相似，驅(qū)動(dòng)電壓為30V，開(kāi)關(guān)速度小于100μs，,。它也具有單層體硅結(jié)構(gòu)，采用深反應(yīng)離子蝕刻（DRIE）工藝，這種技術(shù)可以對(duì)硅作深度達(dá)200μm蝕刻，同時(shí)蝕刻出寬度小到20μm并接近理想狀態(tài)的垂直墻、窄溝道及孔。該結(jié)構(gòu)包括可動(dòng)和固定兩部分，可動(dòng)部分的懸梁側(cè)壁可用作反射鏡，在自然狀態(tài)下光有一反射輸出。在可動(dòng)和固定部分之間有梳齒式的交叉電極，在兩電極之間加上電壓，靜電力使懸臂梁在力的方向上產(chǎn)生約45μm的平動(dòng)位移，懸臂梁的端部就不再對(duì)光有阻斷作用。這種光開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn)在于工作頻率受到諧振頻率影響，使得開(kāi)關(guān)速度受到限制，微鏡平動(dòng)位移也有限，而且DRIE工藝牽涉到對(duì)材料的各向同性和異性刻蝕問(wèn)題，對(duì)鏡面表面粗糙度有著一定的影響。圖 南洋理工大學(xué)研制的滑動(dòng)式光開(kāi)關(guān) 三維陣列光開(kāi)關(guān)在三維（3D），也稱為模擬