微机械光开关的应用及控制

　　1引言

　　光开关是光交换的核心器件，也是影响光网络性能的主要因素之一。光开关作为新一代全光网络的关键器件，主要用来实现光层面上的路由选择、波长选择、光分插复用、光交叉连接和自愈保护等功能。依据不同的光开关原理，光开关的实现方法有多种，如:微机械光开关MEMS、热光开关、液晶光开关、电光开关和声光开关等。MEMS光开关由于具有插人损耗和串扰小、消光比高、稳定性好、透明性和可扩展性好、易于集成、偏振不敏感等优点，将成为核心光交换器件的主流。

　　目前广泛研究的是其静电驱动，常见的静电驱动方式有:梳状电极、sDA(SeratehDriveAetuator)、悬臂驱动和扭臂驱动等。悬臂和扭臂驱动的驱动电压高于前两者，但结构简单、工艺上容易实现在选取其微反射镜最佳工作状态时，需要电压、频率、占空比连续可调的方波信号为激励源。

　　光学网络对于开关的两个最重要的指标是要求有较小的插人损耗和较小的串扰，微机械光开关与其它光开关相比较有最小的插人损耗和最小的串扰。除此之外，微机械光开关具有良好的微光机械性能、小型、低能耗、易制作，能集成多通道开关及成本低等优点，因此研究开发微机械光开关，有着很广阔的市场。

　　微机械光开关主要特点:

　　(1)较低的插人损耗(一般小于1dB);

　　(2)高的消光比(一般大于30dB);

　　(3)较宽的带宽(大于l0()nm);

　　(4)低的偏振效应(小于0.5dB偏振损耗);

　　(5)快速反应(一般小于50ms);

　　(6)尺寸小(小于lem，);

　　(7)低能耗(小于10mw);

　　(8)可靠性高(寿命在20年以L);

　　(9)容易大规模集成;

　　(10)制造成本低。

　　2MEMS光开关

　　Meehanioalsystems)是由半导体材料，如Si等构成的微机械结构。它将电、机械和光集成为一块芯片，能透明地传送不同速率、不同协议的业务。MEMS已广泛应用在工业领域。MEMS器件的结构很像lC的结构，其基本原理是通过静电的作用使可以活动的微镜面发生转动，从而改变输人光的传播方向、MEMS既有机械光开关的低损耗、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。基于MEMS光开关交换技术的解决方案已广泛应用于骨干网或大型交换网。典型的MEMS光开关器件可分为二维和三维结构。

　　二维MEMS的空间微调旋转镜通过表面微机械制造技术单片集成在硅基底上，准直光通过微镜的适当旋转被接到适当的输出端。微镜的结构和控制如下:微铰链把微镜铰接在硅基底上，微镜两边有两个推杆，推杆一端连接微镜铰接点，另一端连接平移盘铰接点〕转换状态通过sDA调节器(scratchDriveAduator)调节平移盘使微镜发生转动，当微镜为水平时，可使光束通过该微镜，当微镜旋转到与硅基底垂直时，它将反射入射到它表面的光束，从而使该光束从该微镜对应的输出端口输出。二维MEMS需要NZ个微镜来完成NZ个自由空间的光交叉连接，其控制电路较简单，由rfTL驱动器和电压变换器来提供微镜所需的电压。开关矩阵的规模可以扩展到上千个端口。