[发明专利]大型MEMS光交换阵列硅基片面积缩小的方案

说明书

技术领域

本发明设计属于光通信领域，尤其涉及全光网络的关键设备光交叉连接设备(OXC)中的MEMS(Micro-Electro-Mechanical System微机电系统)光交换阵列。

背景技术

众所周知，光纤依靠其质量小、体积小、不受电磁干扰，性价比高等优点，已经开始大规模取代电缆作为传输媒介，整个通信网逐渐向着全光网络发展。光交叉连接设备(OXC)作为全光网络中的关键设备，其将来的发展方向是支持全业务的透明传输，这有赖于全光波长转换和全光3R再生(再放大、再定时、再整形)的实用化，同时其自身也要实现全光交换，避免光-电-光转换器，目前大规模的MEMS光交换阵列技术已经日趋成熟，可以利用该技术在光层实现信号的交换与传输，从而使得通信技术进一步向全光网络靠近。

光开关按照光束在开关中传输的媒质可分为自由空间型光开关和波导型光开关，按照开关机理可分为机械光开关、热光开关和电光开关等。波导型光开关主要是利用波导的热光、电光或磁光效应来改变波导的性质，从而实现开关动作。机械开关的优点是其插入损耗、隔离度、消光比和偏振敏感性的性能很好，缺点是尺寸较大，开关速度较慢，一般为数十毫秒到毫秒量级，而且机械开关不易集成为大规模的光交换阵列。波导开关的优点是体积非常小，易于集成为大规模的光交换阵列，开关速度较快，一般在毫秒到亚毫秒量级，缺点是其插入损耗、隔离度、消光比、偏振敏感性的性能都比较差。而MEMS技术利用机械开关的原理，通过蚀刻等工艺集成在单片硅基底上，因此兼有机械光开关和波导光开关的优点，同时又克服了它们所固有的缺点。在大容量多端口的光交叉连接设备中，基于MEMS技术的解决方案已是主要趋势。

MEMS的基本原理是通过静电的作用使微反射镜发生转动，从而改变入射光束的传播方向。目前普遍使用的二维MEMS的微反射镜只能实现两种状态，使光束直通或反射光束，因此交换容量受到限制。OXC必须有大量的端口，同时也必须能容纳大量的波长通道，这些都要求必须存在大规模的集成交换阵列。因此，光开关一方面必须具有良好的性能，另一方面必须能够集成为大规模交换阵列，以适应现代网络的要求。

发明内容

本发明主要是针对二维大规模MEMS光交换阵列的硅基片面积问题，通过在任意结构的大规模MEMS光交换阵列中置入聚焦微透镜，对光束进行重新聚焦，减小光束半径，以此达到缩小MEMS光交换阵列硅基片面积的目的。光束在MEMS光交换阵列中是按照高斯光束的原理传播的，图1是高斯光束在MEMS光交换阵列中传播的示意图。

对于一个半径为R的反射镜，出射光和入射光的能量比为

1-exp[-2R2ω2(z)]---(1)]]>

其中ω(z)是光束半径，代表在z点光束的半径，由公式(2)给出

ω(z)=ω01+(z2/z02)---(2)]]>