[发明专利]与光学MEMS装置一起使用的成像技术

说明书

技术领域

本发明涉及光学微机电系统(MEMS)装置技术领域，更准确地说，涉及使用MEMS装置的全光学开关。

发明背景

全光学开关的一种解决方法是采用两个MEMS装置，每个MEMS装置包括一可倾斜的微反射镜阵列，例如能反射光的小反射镜，此处的光指任何感兴趣波长的辐射，无论是否在可见光谱内。通过使用第一光学MEMS装置上与输入光纤有关的第一微反射镜，将光引导到第二光学MEMS装置上与输出光纤有关的第二微反射镜上，对于从输入源(例如光纤)提供给输出端(例如输出光纤)的光建立光路。然后，第二微反射镜将光引导到输出光纤中。认为与系统连接的每个光纤为该系统的一个端口，输入光纤为输入端口，输出光纤为输出端口。

使用MEMS装置的全光学开关技术中的一个问题是为了增加系统中端口的数量，即光纤的数量，必须增加所采用的执行切换功能的微反射镜的数量。在现有技术中，如上所述，第一光学MEMS装置包含所有集成在其上的第一微反射镜，第二光学MEMS装置包括所有集成在其上的第二微反射镜。由于光学MEMS装置的尺寸直接随光学MEMS装置上微反射镜的数量而变化，并且所需要的微反射镜的数量恰好正比于全光学开关中可用的最大端口数量，故为了增加全光学开关中可用的最大端口数量，需要采用更大的光学MEMS装置。

遗憾的是，目前制造能力和大包装尺寸的局限性，已经将光学MEMS装置实际上限制在1296个微反射镜。而且，即使可以有效地减小微反射镜的尺寸，仍然存在需要向每个微反射镜提供控制信号的问题。这些控制信号的路线安排占用了光学MEMS装置上的大量空间，从而将导致光学MEMS装置非常大。此外，必须用其基板将用于每个微反射镜的控制信号提供给光学MEMS装置。为了进行这些连接，在光学MEMS装置上需要额外的大量空间。

由于所有这些对空间需求的结果，使得光学MEMS的芯片相当大，从而，由于制造能力的局限性，限制了可以设置在单个光学MEMS装置上的微反射镜的数量。对微反射镜数量的限制，反过来限制了全光学开关的端口数量。

此外，目前可用的微反射镜虽然可以倾斜，不过具有有限的有效范围。对有效范围的限制进一步限制了采用这种光学MEMS装置的全光学开关中可以实现的端口的数量，因为第一光学MEMS装置上的每个微反射镜必须能够将入射在其上的光引导到第二光学MEMS装置上的每个微反射镜上。如此对光进行引导的能力是微反射镜有效倾斜范围的作用。换句话说，更大的有效倾角允许每个微反射镜将光引导到更大的区域。对于设置成光学开关的光学MEMS装置来说，所需要的最大倾斜角是用来连接光学MEMS装置对角处的微反射镜的倾斜角。例如，第一MEMS装置右上部微反射镜必须将光引导到第二MEMS装置左下部的微反射镜所需的最大倾斜角度。因而，光学开关中可以采用的微反射镜阵列的尺寸受到其光学MEMS装置有效倾斜范围的限制。

两个光学MEMS装置之间间隔距离的增大减小了所需的倾斜角度，将允许在不改变微反射镜有效倾斜范围的条件下使用更大的微反射镜阵列。不过，这样做会增加光束衍射，需要使用具有更大直径的微反射镜或者导致某些光的损耗，这是不利的。由于使用更大的微反射镜需要额外的空间，这样做的结果是增加了光学MEMS装置上微反射镜之间的距离，对于相同数量的微反射镜，进一步增加了光学MEMS装置的尺寸。作为光学MEMS装置尺寸增加的结果，需要更大的倾斜角，以与相对光学MEMS装置的对角进行耦合。从而，实际上由于有限的可用倾斜角，相对光学MEMS装置额外的间隔并未有助于增加端口数量。

此外，由于MEMS装置的包装比其包含微反射镜的面积大得大，故对于目前的设计，不可能将多个MEMS装置的微反射镜区域正好一个挨一个地设置，以形成一个单一合成的更大的MEMS装置。由于需要MEMS装置上大的边缘面积以进行所需要的大量连接，将来的设计看起来也不可能很容易地实现单个、合成、更大的MEMS装置。

发明概述