[发明专利]紧凑的热驱动可变光衰减器

说明书

背景技术：

可变光衰减器(VOA)是一种电光器件，能基于使用者的需要应用电控信号通过衰减的变化量来衰减光强。可变光衰减器被广泛地用于控制或调节光通信系统中的光强度。例如，在光通信网激光源中需要可变光衰减器来调节输出光强。在另一个实施例中，当收到一个超强度光信号，即，大于预定光强度时，在激光检测器中需要可变光衰减器。在另一个实施例中，在EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier，译为“掺铒光纤放大器”)模块中需要可变光衰减器来平衡多个通道中的光强度。

可变光衰减器由各种方法生产，包括偏振旋转，波导指数变化，重工机械和微机械光束阻挡或偏转。在微型机电系统(MEMS)的可变光衰减器中，基于静电的装置是最常见的方法。然而，它们需要一强电场来产生足够的驱动力，以致需要高昂的密封包装费用。在可变光衰减器中也使用电热驱动。然而，这些装置尺寸很大，热结构的响应时间相对比较缓慢，并且该装置的热控制对包装设计来说是一个巨大的挑战。使用电磁力的先前设计排除了高昂的密封包装的需要，但是它们需要外部磁铁。并且，由这些设计制造的可变光衰减器遭受时间和环境温度依赖性的漂移，阻碍了它们在一般应用中的使用。

由于光信号的衰减对光束阻挡或偏转机构的位置很敏感，该装置时间和环境温度的参数的任何变化，例如，各层之间材料杨氏模量(Young’s modulus)，阻抗，热膨胀不匹配，将导致衰减信号的漂移。另外，传统的微型机电系统可变光衰减器具有信号漂移和不理想的大尺寸的实质性缺陷。

因此，市场需要一种改进的微型机电系统可变光衰减器设计，它是小尺寸的，低漂移的，并且容易制造。

发明内容：

本发明通过提供一种使用一微型机电系统(MEMS)装置单元的光衰减器克服了上述问 题，更具体的是，一种MEMS可变光衰减器(VOA)芯片，具有一改进的光闸，用于调节部分截取入射光束获得的光信号的光强。一具体实施例将一MEMS可变光衰减器与一补偿的光闸结构合并，该补偿光闸结构具有自我补偿特性，由此避免了该光闸位置，这样衰减强度，去随着时间和环境变化而改变。

在这些发明的一实施例中，可变光衰减器制造成本低，具有高可靠性，环境导致的漂移少，并且尺寸小。

在一实施例中，本发明进一步提供一种设有一光闸的微型机电系统可变光衰减器，该光闸具有一种能逐渐阻挡光束而无需偏振依赖的形状。

另外，本发明提供微小尺寸的MEMS可变光衰减器，使它能被集成在光纤端上。

根据本发明的一个实施例，上述和其他的装置通过MEMS可变光衰减器实现，该MEMS可变光衰减器包括一框架，该框架具有一平面，一微电子驱动器，该驱动器驱动一光闸移动以部分或全部阻挡从电磁辐射源例如，但不限于，光纤传输过来的光束。

该光闸可以具有，但不限于，一平板形状，并且，在一个实施例中，被设计成相对传输和/或接收光纤端口，例如，但不限于，光尾纤的传输光纤末端和/或接收光纤末端偏斜。

该驱动器包括固定在基座上的至少两个电极，一组与这些电极固定连接的可移动的导体组(在下文中提到的导线)，以及与该可移动的导线连接的光闸。因此，当激励电流通过可移动的导线时，该光闸将逐渐遮盖光路。

该可移动的导线可以具有，但不限于，相同的尺寸，阻抗，和初始角。该基座也可以由与导线相同的材料制成，并且固定在具有输入/输出光端口(例如，光纤尾纤表面)的表面上。在一个实施例中，当导线由于激励电流而变热，导线和该基座之间的温度差异产生一个应力，导致导线的一部分沿着一个确定的方向移动。该优化的小的尺寸和光聚集有利于芯片在短时间内建立一个温度梯度。环境温度的改变增加了对导线和该基座相同的影响，使得大体上不存在温度差异。结果，该结构在所有尺寸规格中实现补偿，有效导致闸的位置不改变。

在一个实施例中，导线的角高度(the angle height)大体上与导线的宽度相等，已被发现在驱动中效率最高。

在另一个实施例中，该导线在末端和导线中央具有一个较为狭小的宽度，用来在减少导 线有效宽度的同时增加导线的硬度。

在一进一步的实施例中，该光闸具有一个或更多的三角形形状的边沿以实现渐进的光阻挡(light blocking)，从而导致最小的偏振依赖。

在一个实施例中，MEMS制造步骤的简化仅通过使用一些步骤，以最小数量的使用绝缘体上硅(SOI)晶片的掩膜。

为获得对本启示更好的理解，以及由此其他的和进一步的需要，结合附图和详细的描述作参考，并且其范围将在附加权利要求中指出。

附图说明：