一種扭轉(zhuǎn)梁大位移的微機(jī)械光開關(guān)制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種微機(jī)械光開關(guān)，屬于微機(jī)械領(lǐng)域。其特征在于（１）上、下兩電極分別位于二個(gè)形狀相似的二個(gè)外框架內(nèi)，含上電極的上外框架放在另一外框架上面，彼此由絕緣氧化物層絕緣；（２）４個(gè)Ｖ型槽位于上電極所在的外框架的上表面，它們與鏡子均呈４５度角；扭轉(zhuǎn)梁通過扭轉(zhuǎn)梁固定點(diǎn)固定于外框架底部，扭轉(zhuǎn)梁和可動(dòng)上電極相連；鏡子豎直位于可動(dòng)上電極的前端；（３）下電極固定在低于外框架的表面的平面面上，形成一個(gè)空間。當(dāng)上外框架疊在其上并施加電壓時(shí)，上、下電極間產(chǎn)生電壓差，使上電極受到向下運(yùn)動(dòng)的力帶動(dòng)扭轉(zhuǎn)梁產(chǎn)生扭力使鏡子向下移動(dòng)，處于“開”狀態(tài)。因而具有驅(qū)動(dòng)電壓低、鏡子位移大、結(jié)構(gòu)的諧振頻率高特點(diǎn)，使開關(guān)速度達(dá)十分之一毫秒量級(jí)。（*該技術(shù)在2012年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種微機(jī)械光開關(guān)，更確切地說，涉及一種通過扭轉(zhuǎn)梁扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生大位移的微機(jī)械光開關(guān)。屬于微機(jī)械領(lǐng)域。據(jù)有關(guān)報(bào)道，日本人近年來用電磁力驅(qū)動(dòng)，盡管可使鏡子位移達(dá)幾百個(gè)微米，但是不利于集成化生產(chǎn)。對(duì)于靜電驅(qū)動(dòng)的光開關(guān)，工程上要求驅(qū)動(dòng)電壓不能太高，所以驅(qū)動(dòng)力有限。常用的方法是減小懸臂梁的彈性常數(shù)，例如增加懸臂梁的長度，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)所占面積增大，且使開關(guān)速度減慢。由此可見，設(shè)計(jì)出一種驅(qū)動(dòng)電壓較低而鏡子位移又足夠大，能有效的切換光路而又有利于集成化生產(chǎn)、開關(guān)速度又快的微機(jī)械光開關(guān)，已成為人們的一種期望。本技術(shù)的目的是通過設(shè)計(jì)出一種新型結(jié)構(gòu)的微機(jī)械光開關(guān)實(shí)施的。其特征在于(1)微機(jī)械光開關(guān)的上、下兩電極分別位于二個(gè)形狀相似的上、下二個(gè)外框架內(nèi)，兩個(gè)外框架之間由絕緣氧化物層彼此絕緣，而含上電極的外框架放在另一外框架上面。(2)自對(duì)準(zhǔn)方案設(shè)計(jì)的四個(gè)V型槽位于上電極所在的外框架的上表面，它們與鏡子均呈45度角；扭轉(zhuǎn)梁是通過扭轉(zhuǎn)梁固定點(diǎn)固定于外框架底部，扭轉(zhuǎn)梁和可動(dòng)上電極相連。鏡子豎直盡可能位于可動(dòng)上電極的前端，4根光纖分別固定于V型槽內(nèi)，每根光纖的軸線和鏡子的夾角也是45度。(3)下電極固定在低于外框架的表面的平面上，形成一個(gè)空間，從而當(dāng)上外框架疊在其上，并施加直流電壓時(shí)，上、下電極間產(chǎn)生電壓差，使可動(dòng)上電極有一個(gè)活動(dòng)空間可以向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鏡子一起向下，從而光開關(guān)處于“開”狀態(tài)，設(shè)定未加電壓時(shí)，鏡子能完全遮住光斑；光開關(guān)處于“關(guān)”狀態(tài)，使左上光纖出射的光被反射只能進(jìn)入右上光纖，同樣右下光纖出射的光被反射只能進(jìn)入左下光纖。而當(dāng)施加電壓時(shí)，上下電極間產(chǎn)生電壓差，從而使可動(dòng)上電極受到向下的力。本技術(shù)設(shè)計(jì)的扭轉(zhuǎn)梁通過二支點(diǎn)固定，而上電極與扭轉(zhuǎn)梁相連，扭轉(zhuǎn)梁受到扭矩而扭轉(zhuǎn)，使鏡子隨電極向下位移，可產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)角最大亦即電極間位移最大，使開關(guān)處于“開”狀態(tài)，從而使左上光纖出射的光能入射進(jìn)右下光纖，同樣，左下光纖出射的光能入射進(jìn)右上光纖，起一個(gè)光開關(guān)作用。本技術(shù)的結(jié)構(gòu)特征是扭轉(zhuǎn)梁扭轉(zhuǎn)角度和開關(guān)速度之間有一個(gè)最佳平衡點(diǎn)，完全取決于各參數(shù)設(shè)計(jì)。上下外框架均由體硅制造的，且上電極有二種類型一是無縮頸的，一是有縮頸的。有縮頸的電極可產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)角度，在同樣扭轉(zhuǎn)角度條件下所需的電壓差較低。綜上所述，本技術(shù)提供的微機(jī)械光開關(guān)結(jié)構(gòu)利用自對(duì)準(zhǔn)技術(shù)，不僅減少光纖裝備費(fèi)用而且具有驅(qū)動(dòng)電壓低，鏡子位移大，結(jié)構(gòu)的諧振頻率高，可使開關(guān)的速度達(dá)十分之一毫秒量級(jí)。圖2是本技術(shù)設(shè)計(jì)的2×2微機(jī)械光開關(guān)的結(jié)構(gòu)圖。(a)是上電極所在的上外框架內(nèi)的具體結(jié)構(gòu)；(b)是下電極所在的下外框架內(nèi)的結(jié)構(gòu)。圖中1-扭轉(zhuǎn)梁 2-扭轉(zhuǎn)梁固定點(diǎn)3-光纖 4-可動(dòng)上電極5-鏡子 6-V型槽7-上外框架 8-下外框架9-下電極如附圖說明圖1(a)所示，扭轉(zhuǎn)梁1是通過扭轉(zhuǎn)梁固定點(diǎn)2固定于圖2所示的外框架7的底部。扭轉(zhuǎn)梁1和可動(dòng)上電極4相連。鏡子5豎直位于可動(dòng)上電極4的前端。為了產(chǎn)生大的位移，鏡子5應(yīng)盡可能位于可動(dòng)上電極4與扭轉(zhuǎn)梁相連的另一邊，理論上的鏡子應(yīng)垂直，且和可動(dòng)上電極的邊緣相切，但由于制作上的困難，總會(huì)發(fā)生偏離。在上外框架7(圖2(a))的表面利用自對(duì)準(zhǔn)方案設(shè)計(jì)出4個(gè)V型槽6，光纖3固定在V型槽6內(nèi)。四根光纖和鏡子5的夾角呈45度。當(dāng)上外框架7放在下外框架8上，且彼此用氧化物層予以絕緣。由于下電極9是位于低于下外框架表面處，所以下電極9和下外框架8圍成一個(gè)空間，此空間可供施加外電壓于上、下外框架時(shí)，上、下電極間產(chǎn)生電壓差，上電極4向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鏡子向下一起運(yùn)動(dòng)，從而使微機(jī)械光開關(guān)處于“開”狀態(tài)。當(dāng)卸去電壓時(shí)，上電極帶動(dòng)鏡子回到原位，處于“關(guān)”狀態(tài)。實(shí)施例2如圖1(b)所示，上電極4無縮頸。鏡子5盡可能位于上電極4的未和扭轉(zhuǎn)梁相連的一邊，其余均同實(shí)施例1。但此類型上電極4在同樣扭轉(zhuǎn)角度下需要的電壓差比實(shí)施例1中有縮頸的電極大。權(quán)利要求1.一種扭轉(zhuǎn)梁大位移的微機(jī)械光開關(guān)，包括自對(duì)準(zhǔn)方案設(shè)計(jì)出4個(gè)V型槽，其特征在于(1)上、下兩電極分別位于二個(gè)形狀相似的二個(gè)外框架內(nèi)，含上電極的上外框架放在另一外框架上面，彼此由絕緣氧化物層絕緣；(2)4個(gè)V型槽位于上電極所在的外框架的上表面，它們與鏡子均呈45度角；扭轉(zhuǎn)梁通過扭轉(zhuǎn)梁固定點(diǎn)固定于外框架底部，扭轉(zhuǎn)梁和可動(dòng)上電極相連；鏡子豎直位于可動(dòng)上電極的前端；(3)下電極固定在低于外框架的表面的平面面上，形成一個(gè)空間。2.按權(quán)利要求1所述的微機(jī)械光開關(guān)，其特征在于4根光纖分別固定于4個(gè)V型槽內(nèi)；施加電壓時(shí)上電極向下運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鏡子向下，光開關(guān)處于“開”狀態(tài)從左上光纖出射的光入射進(jìn)右下光纖，左下光纖出射的光入射進(jìn)右上光纖。。3.按權(quán)利要求1所述的微機(jī)械光開關(guān)，其特征在于4根光纖分別固定在4個(gè)V型槽內(nèi)，未施加電壓時(shí)，鏡子完全遮住光斑，光開關(guān)處于“關(guān)”狀態(tài)從左上光纖出射的光被反射進(jìn)入右上光纖，左下光纖出射的光被反射入右下光纖。4.按權(quán)利要求1所述的微機(jī)械光開關(guān)，其特征在于所述的上電極或是無縮頸或是有縮頸。5.按權(quán)利要求1所述的微機(jī)械光開關(guān)，其特征在于所述的扭轉(zhuǎn)梁受到扭矩而扭轉(zhuǎn)，使鏡子隨上電極向下位移。專利摘要本技術(shù)涉及一種微機(jī)械光開關(guān)，屬于微機(jī)械領(lǐng)域。其特征在于(1)上、下兩電極分別位于二個(gè)形狀相似的二個(gè)外框架內(nèi)，含上電極的上外框架放在另一外框架上面，彼此由絕緣氧化物層絕緣；(2)4個(gè)V型槽位于上電極所在的外框架的上表面，它們與鏡子均呈45度角；扭轉(zhuǎn)梁通過扭轉(zhuǎn)梁固定點(diǎn)固定于外框架底部，扭轉(zhuǎn)梁和可動(dòng)上電極相連；鏡子豎直位于可動(dòng)上電極的前端；(3)下電極固定在低于外框架的表面的平面面上，形成一個(gè)空間。當(dāng)上外框架疊在其上并施加電壓時(shí)，上、下電極間產(chǎn)生電壓差，使上電極受到向下運(yùn)動(dòng)的力帶動(dòng)扭轉(zhuǎn)梁產(chǎn)生扭力使鏡子向下移動(dòng)，處于“開”狀態(tài)。因而具有驅(qū)動(dòng)電壓低、鏡子位移大、結(jié)構(gòu)的諧振頻率高特點(diǎn)，使開關(guān)速度達(dá)十分之一毫秒量級(jí)。文檔編號(hào)G02B6/35GK2569170SQ0221698公開日2003年8月27日 申請日期2002年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月22日專利技術(shù)者王浙輝, 李鐵, 王躍林 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種扭轉(zhuǎn)梁大位移的微機(jī)械光開關(guān)，包括自對(duì)準(zhǔn)方案設(shè)計(jì)出４個(gè)Ｖ型槽，其特征在于：（１）上、下兩電極分別位于二個(gè)形狀相似的二個(gè)外框架內(nèi)，含上電極的上外框架放在另一外框架上面，彼此由絕緣氧化物層絕緣；（２）４個(gè)Ｖ型槽位于上電極所在的外框架的 上表面，它們與鏡子均呈４５度角；扭轉(zhuǎn)梁通過扭轉(zhuǎn)梁固定點(diǎn)固定于外框架底部，扭轉(zhuǎn)梁和可動(dòng)上電極相連；鏡子豎直位于可動(dòng)上電極的前端；（３）下電極固定在低于外框架的表面的平面面上，形成一個(gè)空間。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王浙輝，李鐵，王躍林，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所，
類型：實(shí)用新型
國別省市：31[中國|上海]