【正文】 1．3．1 微鏡移動(dòng)型 瑞士納沙泰爾大學(xué)開發(fā)了一種22光開關(guān)，通過雙面反射鏡移動(dòng)實(shí)現(xiàn)22光交叉連接，反射鏡通過60V電壓形成靜電驅(qū)動(dòng)位移20μm。 這種開關(guān)多采用靜電驅(qū)動(dòng)微平面鏡陣列來改變自由空間傳輸?shù)墓馐较?，以進(jìn)行輸入光與輸出光之間的多路轉(zhuǎn)換．由于目前微光機(jī)電系統(tǒng)(MOEMS)體系結(jié)構(gòu)的限制，自由空間光開關(guān)只能利用光纖或光波導(dǎo)作為傳光材料。因而其兩種開關(guān)狀態(tài)之間的反射光最大角度差為18176。前兩種結(jié)構(gòu)的光開關(guān)中微鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為177。當(dāng)A、B兩個(gè)線圈中的一個(gè)施加電流后，驅(qū)動(dòng)頭由開關(guān)電流驅(qū)動(dòng)而被吸向一邊，實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。梁主要用來側(cè)向移動(dòng)輸入波導(dǎo)，使其與兩個(gè)輸出波導(dǎo)中的一個(gè)對(duì)準(zhǔn)。在穩(wěn)態(tài)Ⅰ，輸入光纖定位于輸出光纖的左側(cè)，光纖夾在雙金屬的驅(qū)動(dòng)下張開，此時(shí)處于自由狀態(tài)的光纖在側(cè)向熱驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下移動(dòng)到另一個(gè)開關(guān)狀態(tài)，然后，雙金屬光纖夾閉合，此后處于穩(wěn)態(tài)的光開關(guān)不再需要能量維持開關(guān)狀態(tài)．光纖靠與單模光纖直徑125μm大小一致的V型槽精確定位，達(dá)到穩(wěn)態(tài)Ⅱ。0．5dB)、交叉串?dāng)_小于60dB、驅(qū)動(dòng)功率700mW。1．2 光纖移動(dòng)對(duì)接 光纖移動(dòng)對(duì)接是目前研究較多、較為活躍的一種光開關(guān)技術(shù)。魏仁選，男，1965年出生，副研究員，博士，研究方向?yàn)镸EMS、微光開關(guān)等. 圖1 朗訊公司研制的光驅(qū)動(dòng)光開關(guān) 圖2 具有一個(gè)雙金屬光纖夾的12光開關(guān)開關(guān) 過程（只示出下半部） 該開關(guān)是由遠(yuǎn)端的光信號(hào)控制，所以光開關(guān)本身是無源的。如無光信號(hào)，光發(fā)電機(jī)無電壓輸出，遮光片下降，光開關(guān)關(guān)閉。材料由金、氮化硅、多晶硅層組成。而國內(nèi)在這方面的研究則與國外存在較大的差距．我國 MEMS光開關(guān)的研究水平處于1214光開關(guān)原理樣機(jī)水平。MEMS光開關(guān)所用材料大致有：?jiǎn)尉Ч?、多晶硅、氧化硅、氮氧化硅和氮化硅等硅基材料；Au、A1等金屬材料；壓電材料及有機(jī)聚合物等其他材料．目前微機(jī)械光開關(guān)中的連接材料主要是光纖或光波導(dǎo)管。1 MEMS光開關(guān)研究現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞 微電子機(jī)械系統(tǒng)；光開關(guān)；光通信 光開關(guān)在系統(tǒng)通信保護(hù)、系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及全光交換技術(shù)中具有重要的作用．在光通信網(wǎng)絡(luò)中直接使用光開關(guān)切換光信號(hào)可避免光／電和電／光的轉(zhuǎn)換過程，從而提高光通信容量和開關(guān)速度，并可保持光波長(zhǎng)不變。MEMS本文取自《光通信技術(shù)》2003年 第3期 p49～52.微光開關(guān)研究與發(fā)展現(xiàn)狀魏仁選 姜德生 周祖德(武漢理工大學(xué)光纖傳感技術(shù)國家重點(diǎn)工業(yè)性實(shí)驗(yàn)基地，武漢 430070)摘 要 光開關(guān)是光通信的關(guān)鍵部件，是近年來通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。SCM。IM/DD。相位差的改變由外加電場(chǎng)控制。圖 10表示由兩個(gè)Y形波導(dǎo)構(gòu)成的馬赫—曾德爾11光開關(guān)，它與圖4的幅度調(diào)制器類似，在理想的情況下，輸入光功率在C點(diǎn)平均分配到兩個(gè)分支傳輸，在輸出端D干涉，其輸出幅度與兩個(gè)分支光通道的相位差有關(guān)。這類器件的插入損耗小于IdB、消光比大于60dB、切換功率為 2mW，其開關(guān)速度約10ms，比波導(dǎo)開關(guān)慢。微反射鏡的旋轉(zhuǎn)由控制電壓完成，通常為100～200V。襯底上有一個(gè)寬約50μm的溝渠，以便讓懸臂上的微反射鏡插入。當(dāng)懸臂升起來時(shí)，入射光可以直通過去，開關(guān)處于平行連接狀態(tài)，如圖7(a)所示；當(dāng)懸臂放下時(shí)，開關(guān)處于交叉連接狀態(tài)，如圖7(b)所示。這種器件的特點(diǎn)是體積小、消光比大(60dB左右)、對(duì)偏振不敏感、成本低、開關(guān)速度適中(約5ms)、插人損耗小于1dB。它是一種在半導(dǎo)體襯底材料上，用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝制造出可以前傾后仰、上下移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的微反射鏡陣列，在驅(qū)動(dòng)力的作用下，對(duì)輸入光信號(hào)可切換到不同輸出光纖的微機(jī)電系統(tǒng)。光開關(guān)有1lN和MN等幾種。圖6(a)表示lxN移動(dòng)光纖式機(jī)械光開關(guān)，它用電磁鐵驅(qū)動(dòng)活動(dòng)臂移動(dòng)，切換到不同的固定臂光纖。聲光開關(guān)雖然沒有這些缺點(diǎn)，但開關(guān)的操作需要較大的驅(qū)動(dòng)電功率。最近出現(xiàn)的微機(jī)械光開關(guān)，采用機(jī)械光開關(guān)的原理，但又能象波導(dǎo)開關(guān)那樣，集成在單片硅基底上，所以很有發(fā)展前途。 光開關(guān)可以分為兩大類：一類是利用電磁鐵或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)光纖或透鏡來實(shí)現(xiàn)光路轉(zhuǎn)換的機(jī)械式光開關(guān)。3 光開關(guān) 光開關(guān)的功能是轉(zhuǎn)換光路，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的交換。用戶可以按照ITUT關(guān)于DWDM的標(biāo)準(zhǔn)選擇波長(zhǎng)。目前已有將EA調(diào)制器和λ/4相移的 MQW DFB激光器集成在一起的器件，工作波長(zhǎng)為1．5μm、調(diào)制速率為2．5Gb／s，內(nèi)置光隔離器、檢測(cè)光電二極管、熱敏電阻和熱電制冷器。i層對(duì)光的吸收損耗與外加的調(diào)制電壓有關(guān)，當(dāng)調(diào)制電壓使pin反向偏置時(shí)，入射光完全被i層吸收，換句話說，因勢(shì)壘的存在，入射光不能通過i層，相當(dāng)于輸出“0”碼；反之，當(dāng)偏置電壓為零時(shí)，勢(shì)壘消失，入射光不被i層吸收而讓其通過，相當(dāng)于輸出“1”碼，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光的調(diào)制，如圖5所示。LiNbO3調(diào)制器的消光比大于20，調(diào)制帶寬可達(dá) 20GHz。于是Eout(φ)/Eout(0)=cos2φ (2)圖4 馬赫曾德爾幅度調(diào)制器 圖5 電吸收波導(dǎo)調(diào)制器的工作原理 由于外加電場(chǎng)控制著兩個(gè)分支中干涉波的相位差，所以外加電場(chǎng)也控制著輸出光的強(qiáng)度，雖然它們并不成線性關(guān)系。由于加在兩個(gè)分支中的電場(chǎng)方向相反，如圖4(b)表示(a)圖的截面圖所示，所以在兩個(gè)分支中的折射率和相位變化也相反，例如若在A分支中引入π／2的相位變化，那么在B分支則引入π／2相位的變化，因此 A、B分支將引入相位π的變化。在圖4(a)表示的由兩個(gè)Y形波導(dǎo)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中，在理想的情況下，輸入光功率在C點(diǎn)平均分配到兩個(gè)分支傳輸，在輸出端D干涉，所以該結(jié)構(gòu)扮演著一個(gè)干涉計(jì)的作用，其輸出幅度與兩個(gè)分支光通道的相位差有關(guān)。 最常用的幅度調(diào)制器是在LiNbO3晶體表面用鈦擴(kuò)散波導(dǎo)構(gòu)成的馬赫—曾德爾(MZ)干涉型調(diào)制器，如圖4所示。圖2 LD的強(qiáng)度調(diào)制 圖3 幾種直接強(qiáng)度光調(diào)制（IM/DD）方式的實(shí)現(xiàn)和示意圖解2 調(diào)制器2．1 電光調(diào)制器 電光調(diào)制基于晶體和各向異性聚合物中的線性電光效應(yīng)，即電光材料的折射率n隨施加的外電場(chǎng)E而變化，即n=n（E）。副載波又有模擬和數(shù)字之分，有時(shí)將副載波調(diào)制簡(jiǎn)稱為載波調(diào)制。最有用的調(diào)制器是電光調(diào)制器和電吸收調(diào)制器。 在高速直接檢測(cè)接收機(jī)中，激光器可能出現(xiàn)的線性調(diào)頻使輸出線寬增大，信道能量損失，并產(chǎn)生對(duì)鄰近信道的串?dāng)_，從而成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要限制。圖1 調(diào)制方式比較理與模擬強(qiáng)度調(diào)制相同，只要用脈沖波取代正弦波即可，如圖2(b)所示。模擬強(qiáng)度光調(diào)制是模擬電信號(hào)線性地直接調(diào)制光源(LED或LD)的輸出光功率，如圖2(a)所示。光纖通信常用IM／DD方式，即用電信號(hào)直接調(diào)制光載波的強(qiáng)度(1M)，在接收端用光電二極管直接檢測(cè)(DD)光信號(hào)，恢復(fù)發(fā)射端的電信號(hào)。調(diào)制有直接調(diào)制和外調(diào)制兩種方式。關(guān)鍵詞 光調(diào)制；IM/DD；MZ調(diào)制器；SCM；電吸收調(diào)制器；微機(jī)械光開關(guān)1 光調(diào)制調(diào)制是用數(shù)字或模擬信號(hào)改變載波的幅度、頻率或相位的過程。97,1997, 32 Maiti C K, Armstrong G A, Applications of silicongermanium heterostructure devices, published by Institute of 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