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微光电子机械系统MOEMS器件技术

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微光电子机械系统MOEMS器件技术 1 引言 微光电子机械系统(MOEMS)是一种新兴技术,日前已成为全球最热门的技术之一。MOEMS 是利用光子系统的微电子机械系统(MEMS),内含微机械光调制器、微机械光学开关、IC 及其他构件,并利用了 MEMS 技术的小型化、多重性、微电子性,实现了光器件与电器件的无缝集成。简单地说,MOEMS 就是对系统级芯片的进一步集成。与大规模光机械器件相比,MOEMS 器件更小、更轻、更快速(有更高的谐振频率),并可采用批量制作技术。与波导方式相比,这种自由空间方式优点是具有较低的耦合损耗和较小的串话。光子学和信息技术的变革直接促进了MOEMS 的发展,图 1 示出了微电子学、微机械学、光电子学、纤维光学、MEMS与 MOEMS 的关系。如今信息技术迅速发展、不断更新,到 2010 年光开天速度可达 Tb/s。日益增长的数据率和更高性能的新一代设备需求,驱动了对 MOEMS和光互连的需求,使 MOEMS 器件在光电子学领域的应用不断增长。 2 MOEMS器件与技术 MOEMS 器件按其物理工作原理分为干涉、衍射、透射、反射型(见表 1),大多数采用反射型器件。MOEMS 在过去几年中已获得显著发展。最近几年,由于对高速率通信和数据传输需求的增长,大大激发了对 MOEMS 技术及其器件的研发。已开发出所需的低损耗、低 EMV 敏感性、低串话的高数据率反射光型 MOEMS器件。 如今,除了诸如可变光衰减器(VOA)之类的简单器件之外,采用MOEMS 技术也可制作可调谐垂直腔面发射激光器(VCSEL)、光调制器、可调波长选择光探测器等光有源器件和滤波器、光开关、可编程波长光插/分复用器(OADM)等光无源器件及大规模光交叉连接(OXC)。 在信息技术中,光学运用的关键之一是商品化的光源,除单片光源(如热辐射源、LED、LD、VCSEL)之外,特别受到关注的是具有活动器件的 MOEMS 光源。例如,在可调谐VCSEL 中,通过微机械改变谐振器的长度即可改变其发射波长,由此实现了高性能 WDM 技术。目前,已开发了支撑悬臂调谐方式和具有支撑臂的活动结构。 还开发出具有可移动反射镜和反射镜阵列的 MOEMS 光开关,用于组装 OXC、并联和开/关(On/Off)开关阵列。图 2 示出了自由空间 MOEMS 纤维光学开关,它具有一对用于光纤横向移动的 U 形悬臂式致动器。与传统的波导开关相比,其优点是耦合损耗较低、串话较小。 具有宽范围连续可调的光滤波器是可变 DWDM 网络中非常重要的器件,已开发了采用各种材料系统的 MOEM...

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