[发明专利]基于可移动波导反射镜的MEMS光开关及N×N阵列

说明书

本发明公开了一种基于可移动波导反射镜的MEMS光开关及阵列。包括基底以及置于基底上的光学结构和机械结构；其中光学结构包括固定波导反射镜和可移动波导反射镜，固定波导反射镜固定于基底布置，可移动波导反射镜悬空于基底布置；固定波导反射镜和可移动波导反射镜之间通过一对半折叠弹簧连接，固定波导反射镜和可移动波导反射镜上均设置有亚波长反射面。本发明实现了光路切换的效果，具有带宽范围大、插入损耗低、串扰低、消光比高、制作工艺简单、加工成本低、功耗低、可扩展性强等显著优势。

技术领域

本发明属于集成光电子器件领域的一种MEMS光开关及光学阵列，具体涉及一种通过静电梳驱动调节一对具有亚波长结构反射面的波导反射镜之间的间距，从而实现光路调节的集成波导MEMS光开关及其阵列。

背景技术

近年来，云计算和数据密集型计算的出现促使了数据中心网络规模的急剧扩张，数据量的飞速增长对低延时、低功耗的可重构网络提出了更进一步的要求。与传统的电互联技术相比，光互联技术在延时、功耗方面具有显著优势，光互联在大规模数据中心的建设中至关重要。

大规模光开关阵列作为可重构光网络的核心器件，极大地提升了光网络的灵活性。在众多的光开关结构中，基于MEMS的自由空间光开关由于具有低损耗、可靠性好、可扩展性强等特点而被广泛关注，目前数据中心网络中的光开关多为自由空间MEMS光开关。对于自由空间MEMS光开关而言，光信号从光纤输入开关以后在自由空间中完成传播和切换再被输出光纤接收，其可扩展性很好，目前已经能在保证低插入损耗和低串扰的前提下实现数百的端口数目。但是，自由空间MEMS光开关由于自由空间MEMS无法实现更高的机械动作速度而具有较长的开关时间，其开关速度一般在几毫秒和几十毫秒的水平，这大大限制了大规模数据中心的重构速度。

集成波导MEMS光开关可以解决这个问题，集成波导MEMS结构可以实现更小的机械结构尺寸以提升开关的动作速度。在集成波导MEMS光开关中，光信号从输入光纤输入芯片以后束缚在集成波导中传播，通过集成在一起的波导结构和机械结构实现光路的切换。

目前的集成波导MEMS光开关主要有基于可移动定向耦合器的集成波导MEMS光开关和基于垂直绝热耦合器的MEMS光开关两种，两者均实现了较低开关损耗、较快的开关速度和较大的开关阵列规模，但是他们也各有缺陷，限制了其开关阵列规模的进一步扩展。其中，基于可移动定向耦合器的集成波导MEMS光开关由于定向耦合器的限制具有损耗大、带宽小、对加工误差敏感、开关单元的驱动电压需要矫正等缺陷。基于垂直绝热耦合器的集成波导MEMS光开关用新型的双层垂直绝热耦合器替代了定向耦合器，其开关结构损耗低、带宽大、工艺容差大，但是这种双层绝热耦合器由于需要两层波导结构其制作工艺十分复杂，不利于降低成本和扩大规模。

发明内容

针对上述背景技术，本发明的目的在于提供一种静电梳驱动的基于可移动亚波长反射面波导反射镜的集成波导MEMS光开关及N×N阵列，此开关通过给固定静电梳施加驱动电压，使其与接地的可移动静电梳之间产生吸引力，带动可移动静电梳产生运动，进一步通过传动杆带动可移动波导反射镜靠近固定波导反射镜，利用光信号在两个波导反射镜之间的耦合达到切换光路的目的。

本发明采用的技术方案是：

一、一种基于可移动波导反射镜的MEMS光开关：

包括基底以及置于基底上的光学结构和机械结构；其中光学结构包括固定波导反射镜和可移动波导反射镜，固定波导反射镜固定于基底布置，可移动波导反射镜悬空于基底布置；固定波导反射镜和可移动波导反射镜之间通过一对半折叠弹簧连接，固定波导反射镜和可移动波导反射镜上均设置有亚波长反射面。

所述的机械结构包括传动杆、两组固定岛、折叠弹簧、固定静电梳和可移动静电梳，固定岛和固定静电梳固定于基底布置，折叠弹簧、传动杆和可移动静电梳悬空于基底布置；可移动波导反射镜通过传动杆与可移动静电梳固定相连，传动杆经折叠弹簧和两组固定岛连接，固定静电梳和可移动静电梳的梳齿部相对布置且呈交错穿插分布。