專利名稱：可變光衰減器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子機械系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical systems，MEMS)光開關(guān) 技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無可動部件的可變光衰減器件及其制備方法。
背景技術(shù)：
采用MEMS技術(shù)實現(xiàn)的光開關(guān)具有體積小、重量輕、能耗低、性能穩(wěn)定等優(yōu)點。隨 著光纖通訊技術(shù)和密集波分復(fù)用系統(tǒng)的飛速發(fā)展，MEMS可變光衰減器作為重要的光波導(dǎo)器 件，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前有關(guān)MEMS光衰減器的研究已有很多報道。適用于振動環(huán)境中對器件可靠性要求高的場合的可變光衰減器件是當(dāng)前MEMS光 開關(guān)技術(shù)發(fā)展亟待突破的一個關(guān)鍵技術(shù)。無可動部件的可變光衰減器件具有體積更小、重 量更輕、成本更低、以及可靠性更高等優(yōu)點。通過無可動部件的工作原理，研制出低成本、高 性能的可變光衰減器件，將極大的提高MEMS通訊類光學(xué)器件的性能和應(yīng)用范圍。然而，制 造高可靠性、低成本的適用于振動環(huán)境中對器件可靠性要求高的場合的可變光衰減器件存 在著巨大的困難。就目前來看，在世界范圍內(nèi)，仍然通過可動部件來驅(qū)動(如靜電梳齒驅(qū)動 或熱驅(qū)動)反射面來實現(xiàn)光纖光信號的衰減，對于工作在振動環(huán)境中的器件可靠性要求高 的場合，目前的技術(shù)還很難滿足。
發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可滿足振動環(huán)境中對器件的可靠性要求、 成本低、且性能高的無可動部件的可變光衰減器件。( 二 )技術(shù)方案為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種可變光衰減器件，該器件包括硅基座以及與所 述硅基座鍵合的玻璃基座，所述硅基座設(shè)置有垂直光反射面、以及以所述光反射面為一側(cè) 面的加熱空腔，所述加熱空腔與所述玻璃基座的部分上表面圍成密封腔體，在所述密封腔 體內(nèi)的玻璃基座的上表面上設(shè)置有加熱部件。其中，所述加熱部件由金屬或合金材料構(gòu)成。其中，所述加熱部件呈多重折疊走向。本發(fā)明還提供了一種上述可變光衰減器件的制備方法，該方法包括步驟Si.選取設(shè)定厚度的雙拋N型硅片作為硅基座；S2.在所述硅基座上形成氧化硅掩膜，并通過濕法腐蝕，獲得垂直的光反射面；S3.通過雙面對準(zhǔn)，在所述硅基座底面形成氧化硅掩膜，干法刻蝕，獲得加熱腔 體；S4.選取設(shè)定厚度的硼硅玻璃作為玻璃基座；S5.在所述玻璃基座上淀積金屬或合金，掩膜后刻蝕或腐蝕出設(shè)定形狀的加熱部 件；
S6.將所述硅基座加熱空腔和玻璃基座的加熱部件對準(zhǔn)，通過硅_玻璃陽極鍵合， 完成可變光衰減器件的制備。其中，所述硅片及所述硼硅玻璃的設(shè)定厚度均為400士 10微米。其中，所述光反射面晶向為{1,1,1}ο其中，在步驟S2中，使用KOH溶液進行濕法腐蝕。(三)有益效果本發(fā)明的可變光衰減器件，適用于振動環(huán)境中對器件可靠性要求高的應(yīng)用場合， 且結(jié)構(gòu)簡單，封裝的難度和成本低；本發(fā)明的制備方法可以采用常規(guī)MEMS工藝設(shè)備，實現(xiàn) 大批量制造，且工藝過程簡單，與多種類型的MEMS器件工藝兼容，可用于實現(xiàn)功能更廣泛、 更強大的微光集成系統(tǒng)。
圖1 (a)為依照本發(fā)明一種實施方式的可變光衰減器件的立體透視圖；圖1 (b)為依照本發(fā)明一種實施方式的可變光衰減器件的立體圖；圖2為依照本發(fā)明一種實施方式的可變光衰減器件玻璃基座結(jié)構(gòu)示意圖；圖3(a)-圖3(b)為依照本發(fā)明一種實施方式的可變光衰減器件的硅基座立體結(jié) 構(gòu)圖；圖4為依照本發(fā)明一種實施方式的可變光衰減器件應(yīng)用時的立體透視圖；圖5(a)-圖5(b)為依照本發(fā)明一種實施方式的可變光衰減器件原理示意圖；圖6(a)-圖6(f)為依照本發(fā)明一種實施方式的可變光衰減器件制備方法的主要 制備過程示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的可變光衰減器件及其制備方法，結(jié)合附圖和實施例詳細說明如下。如圖1-3所示，依照本發(fā)明一種實施方式的可變光衰減器件包括娃基座1以及與 硅基座1鍵合的玻璃基座3，硅基座1設(shè)置有垂直光反射面11、以及以光反射面11為一側(cè) 面的加熱空腔12，加熱空腔12與玻璃基座3的部分上表面圍成密封腔體，屬于密封腔體的 玻璃基座3的上表面上設(shè)置有加熱部件2，加熱部件2由金屬或合金材料構(gòu)成，其加熱方式 是電阻式加熱，為了增加其長度，加熱部件2呈多重折疊走向，當(dāng)加熱空腔12因加熱部件2 的發(fā)熱而發(fā)生形變時，光反射面11也將相應(yīng)地發(fā)生形變。本發(fā)明的可變光衰減器件配合入射光纖41和出射光纖42進行光衰減功能，如圖4 所示，入射光纖41的光信號經(jīng)過光反射面11的反射后進入出射光纖42。如圖5(a)所示， 當(dāng)可變光衰減器件處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時光反射面11保持垂直，穿過入射光纖41的光信號經(jīng) 過光反射面11反射后可完全進入出射光纖42 ；如圖5(b)所示，當(dāng)可變光衰減器件處于工 作狀態(tài)時，此時光反射面11不再呈垂直狀態(tài)，這時由于加熱部件2工作后，加熱空腔12內(nèi) 部的氣體受熱膨脹，使得光反射面11產(chǎn)生受壓形變，穿過入射光纖41的光信號經(jīng)過光反射 面11的反射后，部分進入或完全不進入出射光纖42。如圖6所示，依照本發(fā)明一種實施方式的上述可變光衰減器件的制備方法包括步 驟
Si.選取厚度為400士 10微米的雙拋N型(110)硅片作為硅基座1，如圖6 (a)所 示；S2.在硅基座1上形成氧化硅掩膜，并通過使用KOH溶液濕法腐蝕，獲得垂直的光 反射面11，該光反射面11的晶向為{1，1，1}，如圖6(b)所示；S3.通過雙面對準(zhǔn)，在硅基座1底面形成氧化硅掩膜，干法刻蝕，獲得加熱腔體12， 如圖6(c)所示；S4.選取厚度為400士 10微米的硼硅玻璃作為玻璃基座3，如圖6(d)所示；S5.在玻璃基座3上淀積金屬或合金，掩膜后刻蝕或腐蝕出設(shè)定形狀的加熱部件 2，如圖6(e)所示；S6.將硅基座1加熱空腔12和玻璃基座3的加熱部件2對準(zhǔn)，通過硅-玻璃陽極 鍵合，完成可變光衰減器件的制備。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種可變光衰減器件，其特征在于，該器件包括硅基座以及與所述硅基座鍵合的玻璃基座，所述硅基座設(shè)置有垂直光反射面、以及以所述光反射面為一側(cè)面的加熱空腔，所述加熱空腔與所述玻璃基座的部分上表面圍成密封腔體，在所述密封腔體內(nèi)的玻璃基座的上表面上設(shè)置有加熱部件。
2.如權(quán)利要求1所述的可變光衰減器件，其特征在于，所述加熱部件由金屬或合金材 料構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求2所述的可變光衰減器件，其特征在于，所述加熱部件呈多重折疊走向。
4.一種權(quán)利要求1-3任一項所述的可變光衰減器件的制備方法，其特征在于，該方法 包括步驟`51.選取設(shè)定厚度的雙拋N型硅片作為硅基座；`52.在所述硅基座上形成氧化硅掩膜，并通過濕法腐蝕，獲得垂直的光反射面；`53.通過雙面對準(zhǔn)，在所述硅基座底面形成氧化硅掩膜，干法刻蝕，獲得加熱腔體；`54.選取設(shè)定厚度的硼硅玻璃作為玻璃基座；`55.在所述玻璃基座上淀積金屬或合金，掩膜后刻蝕或腐蝕出設(shè)定形狀的加熱部件；`56.將所述硅基座加熱空腔和玻璃基座的加熱部件對準(zhǔn)，通過硅-玻璃陽極鍵合，完成 可變光衰減器件的制備。
5.如權(quán)利要求4所述的可變光衰減器件的制備方法，其特征在于，所述硅片及所述硼 硅玻璃的設(shè)定厚度均為400士 10微米。
6.如權(quán)利要求4所述的可變光衰減器件的制備方法，其特征在于，所述光反射面晶向 為{1，1，1}。
7.如權(quán)利要求4所述的可變光衰減器件的制備方法，其特征在于，在步驟S2中，使用 K0H溶液進行濕法腐蝕。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可變光衰減器件及其制備方法，該器件包括硅基座以及與所述硅基座鍵合的玻璃基座，所述硅基座設(shè)置有垂直光反射面、以及以所述光反射面為一側(cè)面的加熱空腔，所述加熱空腔與所述玻璃基座的部分上表面圍成密封腔體，在所述密封腔體內(nèi)的玻璃基座的上表面上設(shè)置有加熱部件。本發(fā)明的可變光衰減器件可滿足振動環(huán)境中對器件的可靠性要求、成本低、且性能高。
文檔編號B81C1/00GK101881881SQ201010199618
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月8日
發(fā)明者吳文剛, 張海霞, 杜博超, 郝一龍, 陳慶華 申請人:北京大學(xué)