微光电子机械系统MOEMS器件技术

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...