[发明专利]光路切换开关以及光路由器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，特别涉及一种基于MEMS技术的光路切换开关以及光路由器。

背景技术

随着社会的进步，人们对网络通信的信息量以及质量的要求日益提高，宽带视频、多媒体业务以及其他基于IP的实时业务的社会需求也不断增长。由于上述新兴业务所占用的网络带宽资源较多，高速宽带网络已经成为通信领域的重要发展领域。相较于传统的电信号传输网络，光纤由于具有巨大的带宽，良好的信息负载能力以及较为安全的加密能力已成为主要的发展方向。但在众多的网络实现方案中，采用光电混合的网络方案由于受限于电学器件的工作上限速率，尤其在交换/路由的处理能力不足，导致光纤网络中形成带宽瓶颈。只有基于光纤的全光网络方案才能提供更高速、大容量的传输以及交换处理能力，以打破上述瓶颈的限制，以适应高速宽带业务的需求。

全光网络是指光信息流在网络中的传输、交换以及路由时始终以光的形式存在，而不需要经过光/电、电/光转换。而光交换机/光路由器属于全光网络中的关键光节点技术，主要完成光节点处任意光纤端口之间的光信号的交换以及路由。

使用微机电系统(MEMS)制造选择路由功能的光路由器已成为公知技术。例如，由Wood R.L，Madadevan R和Hill E在2002年3月美国洛杉矶的光纤通信会议的论文“the proceedings of the Optical Fiber Communicationsconference”中描述了一种基于MEMS的二维矩阵光路由器。所述光路由器的结构示意图如图1所示，包括位于自由空间内的二维弹出式(pop-up)MEMS反射镜阵列，所述弹出式MEMS反射镜阵列中，位于各阵列节点的反射镜可以通过电磁偏转控制机构(未示出)旋转弹出而进入开启状态，并能够稳定在特定的偏转角度。当输入光束传输至通路节点时，照射于反射镜上，所述反射镜的偏转角度将决定光束的反射方向，从而实现来自于直穿通路的光束被选择性地传输至任意其他的通路节点。例如图1中，由输入端In输入的光束分别经由反射镜1、反射镜2...反射镜5，的多次反射，最终从输出端Out输出，完成从输出端In至输出端Out的选择路由。

上述光路由器存在如下问题：MEMS反射镜阵列中，各节点的反射镜的电磁偏转控制机构较为复杂，造成光路由器的尺寸偏大；且偏转角度难以精确控制，容易使得光束产生横向偏移，这种偏移效果是累积的，当经过多级的节点，上述横向偏移将被放大，将进一步降低输入光线的耦合效率。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种光路由器，控制机构简单，易于生产制造，并能够避免偏移误差的累积。

本发明提供的光路切换开关，包括一个输入光路、两个输出光路和光路转换元件，所述光路转换元件将光束选择性地从输入光路路由至其中一个输出光路，所述光路转换元件包括：

半导体衬底及其表面的层间介质层；位于层间介质层内的空腔，所述空腔的一端连接输入光路，另一端由隔离层间隔成上空腔以及下空腔，所述上空腔以及下空腔分别连接两个输出光路；位于所述空腔内的弹性导光片，所述弹性导光片为反光材料，包括连接于所述隔离层的固定端以及朝向输入光路悬置于空腔内的自由端；所述自由端受到施加于空腔内的力场影响在空腔顶部至空腔底部间移动。

所述光路转换元件还包括分别位于空腔顶部以及底部的上诱导板、下诱导板，通过对所述上诱导板以及下诱导板通电，在空腔内形成垂直于光路传输路径的力场；所述弹性导光片的自由端位于所述力场中。

可选的，所述上诱导板以及下诱导板位于空腔腔壁上或作为空腔腔壁的一部分，且所述上诱导板以及下诱导板与空腔腔壁的其余部分绝缘隔离。

可选的，所述上诱导板以及下诱导板位于空腔外部的层间介质层内，且通过层间介质层与空腔腔壁相间隔。

可选的，所述半导体衬底为硅衬底或绝缘体上硅。

可选的，所述空腔腔壁的内表面涂覆有反射涂层。所述空腔腔壁的材质为金属，包括铝、钛、锌、银中的一种或其组合。

可选的，所述弹性导光片的材质为金属，包括铝、钛、锌、银中的一种或其组合。所述弹性导光片的表面形成有氧化硅或氮化硅薄膜

可选的，所述弹性导光片的自由端宽度大于固定端宽度。所述空腔的截面为矩形，且截面宽度沿弹性导光片的自由端向固定端方向逐渐递减，保持空腔侧壁与弹性导光片的间隙大小一致。

可选的，所述上空腔以及下空腔内填充有透光介质，具体可以填充包含二氧化硅成分的石英或玻璃。