CN204719329U - 一种混合驱动的可调谐光学驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种混合驱动方式的可调谐光学驱动器，包括热驱动变形梁1、磁驱动变形梁2、驱动电极3-6、电隔离槽7-11、微镜面12，其特征在于所述磁驱动梁2和热驱动梁1通过驱动连接结构与微镜面12连接，根据不同磁场方向和施加的电压，所述驱动梁会产生不同的驱动力改变微镜面的运动方向。所述梁1和梁2之间用隔离槽进行电隔离和热隔离。本实用新型采用了可以磁热兼容的混合驱动结构设计，同时采用不同的隔离结构对其电学驱动进行隔离，减少了热驱动梁的功耗，可以在不增加热驱动功耗时增加其光衰减量。同时由于采用电学隔离和热学隔离，避免了热驱动梁上的热变化对微镜面结构的影响，提高了器件的整体性能及可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种可调光学驱动器，特别涉及一种小型化、高可靠性的混合驱动方式的微机电系统（MEMS -Micro-Electro-Mechanical System）可调谐光学衰减驱动器。
背景技术
小型化、动态可调谐以及高可靠性的光学驱动器件成为新型光通信网络中不可或缺的关键器件。
可调谐光学衰减器（Variable Optical Attenuator，VOA）是一种光路信号驱动控制器件，在光通信网络中主要功能用于光信号强度的调节以及光路信号的过载保护等。随着现代数据中心大量的光网络信息及处理要求，可调光衰减器应用也越来越广泛。
现有的可调谐光学衰减器有多种技术方案，如有传统的步进电机式光衰减器，高分子可调衍射光栅型，磁光技术，液晶技术，平面波导技术以及MEMS技术。
相对于以上技术的可调光衰减器，新型的基于MEMS技术的光学衰减器具有响应速度快，小型化以及光学指标好等优点逐渐成为可调光衰减器的主流。
基于MEMS技术的可调光衰减器主要有两种技术方案。一种是基于微镜面的光反射式封装的VOA器件，其利用微镜面的反射角度反射光信号形成光信号的耦合变化实现光信号的衰减。CN200410053563.3公开了一种采用静电驱动的MEMS光衰减器芯片设计及制作方法。反射式封装的光衰减器技术方案具有低功耗，衰减量大等优点，但其光学偏振特性及波长相关特性较差，同时器件的抗振动能力也较弱。
另一种是基于热膨胀挡光式MEMS VOA，其原理是当施加电压时，在电流通过MEMS机械臂时，机械臂发热膨胀推动挡光板运动，挡住一部分光，从而实现衰减。但热膨胀挡光式VOA的功耗相对于MEMS静电反射式VOA稍高，同时也存在大移动量需要高功耗的问题。
发明内容
针对上述问题，本实用新型的目的是为了满足现在对光器件小型化、低功耗及器件可靠性越来越高的要求，提出一种可以热膨胀及电磁混合驱动的紧凑型光学驱动器件。
为实现上述目的，本实用新型提供一种混合驱动的MEMS可调谐光学驱动器，其特征在于：
所述MEMS可调谐光学驱动器芯片结构如图1所示，包括热驱动变形梁1、磁驱动变形梁2、驱动电极3、驱动电极4、驱动电极5、驱动电极6、电隔离槽7、电隔离槽8、电隔离槽9、电隔离槽10、电隔离槽11、梁及微镜面结构12。所述磁驱动梁2和热驱动梁1通过驱动连接结构与微镜面12连接，根据不同磁场方向和施加的电压，所述磁驱动梁和热驱动梁会产生不同的电磁驱动力和热驱动力从而改变动微镜面的运动方向，所述磁驱动梁2和热驱动梁1之间用隔离槽11进行电隔离和热隔离；所述热驱动梁通过施加在驱动电极3和驱动电极4之间的电压进行热膨胀变形，所述磁驱动梁通过施加在驱动电极5和驱动电极6之间的电流在磁场作用下变形，所述驱动电极3通过电隔离槽7与驱动电极5隔离，所述驱动电极4通过电隔离槽8与驱动电极6隔离；驱动电极3和驱动电极4之间通过电隔离槽9隔离，驱动电极5和驱动电极6之间通过电隔离槽10隔离。
本实用新型采用了可以磁驱动及兼容热驱动结构的设计，同时采用不同的隔离结构对其电学驱动进行隔离。在混合驱动时，减少了热驱动梁的功耗，其有益效果是可以利用电磁驱动可以降低单一采用热驱动技术时所需的功耗，在不增加热驱动功耗时利用电磁驱动增加其光衰减量。同时由于采用隔离槽对热驱动梁和磁驱动梁进行了电学隔离和热学隔离，避免了热驱动梁上的热变化对微镜面结构的影响，提高了器件的整体性能及可靠性。本实用新型所提出的混合驱动MEMS光学驱动器，可应用但不限于光学衰减器、光开关等。
附图说明
图1是传统热驱动弯曲梁的基本结构示意图。
图2是本实用新型MEMS混合驱动可调光驱动器的结构示意图。
图3是本实用新型MEMS混合驱动可调光驱动器的应用立体示意图。
图4是本实用新型MEMS混合驱动时器件中的电流方向示意图A。
图5是本实用新型MEMS混合驱动时器件中的电流方向示意图B。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案作详细说明。
传统的热驱动弯曲梁结构包括驱动电极1和驱动电极2，弯曲梁，如图1所示。当在驱动电极1和驱动电极2中施加电压后，由于电流加热弯曲梁后，其弯曲梁的热膨胀导致弯曲梁进行位移变形。其结构简单，驱动力大，但是在使用过程中弯曲梁功耗大，同时驱动梁上的热变化影响其相连的微镜面结构，最终影响器件的光学性能及可靠性。
图2是本实用新型MEMS可调谐光学驱动器芯片结构，它包括：热驱动变形梁1、磁驱动变形梁2、驱动电极3、驱动电极4、驱动电极5、驱动电极6、电隔离槽7、电隔离槽8、电隔离槽9、电隔离槽10、电隔离槽11、梁及微镜面结构12。所述磁驱动梁2和热驱动梁1通过驱动连接结构与微镜面12连接，根据不同磁场方向和施加的电压，所述磁驱动梁和热驱动梁会产生不同的电磁驱动力和热驱动力从而改变动微镜面的运动方向，所述磁驱动梁2和热驱动梁1之间用隔离槽11进行电隔离和热隔离；所述热驱动梁通过施加在驱动电极3和驱动电极4之间的电压进行热膨胀变形，所述磁驱动梁通过施加在驱动电极5和驱动电极6之间的电流在磁场作用下变形，所述驱动电极3通过电隔离槽7与驱动电极5隔离，所述驱动电极4通过电隔离槽8与驱动电极6隔离；驱动电极3和驱动电极4之间通过电隔离槽9隔离，驱动电极5和驱动电极6之间通过电隔离槽10隔离。
热驱动梁通过施加在驱动电极3和驱动电极4之间的电压进行热驱动梁的热膨胀变形，利用隔离槽9进行隔离驱动电极3和驱动电极4，利用隔离槽7、隔离槽8和隔离槽11进行与磁驱动的隔离，同时也利用隔离槽11进行热传导的隔离，减少了对镜面结构的热变化影响。
新颖的磁驱动梁在磁场作用了提供了额外的变形力，通过施加在驱动电极5和驱动电极6之间的电流，通过隔离槽10进行两个电极的隔离，同时利用隔离槽7、隔离槽8和隔离槽11进行与热驱动的隔离，同时也利用隔离槽11进行热传导的隔离，减少了对镜面结构的热变化影响。
本实用新型提出的一种混合驱动的光驱动衰减器的应用如图3所示，当混合驱动光衰减器芯片放置在磁场内时，通过分别施加在热驱动结构和磁驱动结构上的驱动进行带动微镜面结构实现光信号的强弱调节。磁驱动梁结构可以增加器件的整体衰减量，并在应用中减少热驱动所需功耗，最终实现整体器件的功耗的减少。同时热驱动和磁驱动中的隔离结构也可以减少热变化对微镜面结构的影响。
基于本实用新型提出的混合驱动结构，当磁场方向是垂直纸面向里时，其在应用时芯片内部的电流走向如图4所示，其电流均为从左往右，同时其热驱动力和电磁驱动力也一致，均为向上的微镜面运动方向。
基于本实用新型提出的混合驱动结构，当磁场方向是垂直纸面向外时，其在应用时芯片内部的电流走向如图5所示，其电流均为从右往左，同时其热驱动力和电磁驱动力也一致，均为向上的微镜面运动方向。如需改变微镜面的运动方向，可以设计不同的电流及磁场方向走向。
本实用新型所提出的混合驱动MEMS光学驱动器，可应用但不限于光学衰减器、光开关等。
综上所述，本实用新型具有以下优点：
1．混合驱动设计结构新颖。该芯片采用了可以磁驱动及兼容热驱动结构的设计，同时采用不同的隔离结构对其电学驱动进行隔离。在混合驱动时，减少了热驱动梁的功耗，实现了整体器件的功耗降低。
2．增加了微镜面结构的热可靠性。由于采用隔离槽对热驱动梁和磁驱动梁进行了电学隔离，同时该隔离槽也可以实现对热驱动梁和磁驱动梁之间的热学隔离，避免了热驱动梁上的热变化对微镜面结构的影响，提高了器件的整体性能及可靠性。
3．体积小。由于采用了MEMS设计及紧凑的磁驱动及热驱动的混合驱动原理，与匹配的磁铁封装及应用，可以实现非常紧凑的混合驱动型MEMS可调光驱动器。
Claims (4)
1.一种混合驱动的可调谐光学驱动器，其特征在于所述混合驱动可调谐光学驱动器包括磁驱动梁和热驱动梁，所述磁驱动梁和热驱动梁通过驱动连接结构与微镜面连接，根据不同磁场方向和施加的电压，所述磁驱动梁和热驱动梁会产生不同的电磁驱动力和热驱动力从而改变动微镜面的运动方向，所述磁驱动梁和热驱动梁之间用隔离槽（11）进行电隔离和热隔离。
2.根据权利要求1所述的可调谐光学驱动器，其中所述热驱动梁通过施加在驱动电极（3）和驱动电极（4）之间的电压进行热膨胀变形，所述磁驱动梁通过施加在驱动电极（5）和驱动电极（6）之间的电流在磁场作用下变形，所述驱动电极（3）通过电隔离槽（7）与驱动电极（5）隔离，所述驱动电极（4）通过电隔离槽（8）与驱动电极（6）隔离。
3.根据权利要求2所述的可调谐光学驱动器，其中驱动电极（3）和驱动电极（4）之间通过电隔离槽（9）隔离。
4.根据权利要求2或3所述的可调谐光学驱动器，其中驱动电极（5）和驱动电极（6）之间通过电隔离槽（10）隔离。
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| CN104749768A (zh) * | 2015-01-15 | 2015-07-01 | 深圳市盛喜路科技有限公司 | 一种混合驱动的mems可调谐光学驱动器 |
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