專利名稱：帶埋置式限束通道的光學mems切換陣列及其操作方法
技術領域：
發(fā)明內(nèi)容涉及電子與光學開關。具體而言，發(fā)明內(nèi)容描述了低功耗鎖式微磁性開關及其配制與操作方法，還描述了具有埋式限束通道以利用有關方法盡量減小光失準與光衰減的光學開關陣列。
背景技術：
開關通常是電控型雙態(tài)器件，在電路或光路中使能打開與閉合而操縱器件。例如，一般可將繼電器用作開關，用于激勵或去激電學、光學或其他器件部分。繼電器通常應用于眾多場合，包括電信、射頻(RF)通信、便攜式電子裝置、消費類與工業(yè)電子裝置、航空和其他系統(tǒng)。近年來，光學開關(也稱“光學繼電器”或在本文中簡稱“繼電器”)已用來切換光路間的光信號(如在光纖或其他光通信系統(tǒng)中傳播的光脈沖)。
雖然最早的繼電器是機械或固態(tài)器件，但是近年來微機電系統(tǒng)(MEMS)技術與微電子制造的發(fā)展，已能制造出微靜電與微磁性繼電器了。此種微磁性繼電器一般包括一塊對銜鐵賦能而形成或斷開電接觸的電磁鐵，磁鐵去能后，彈簧或其他機械力就使銜鐵回復到靜止位置。其他靜電繼電器用可動懸臂與固定電極片的電壓差產(chǎn)生靜電力而驅(qū)動銜鐵或懸臂。其他繼電器應用了其他驅(qū)動機理，如熱驅(qū)動，形狀記憶合金驅(qū)動等，但這列繼電器一般有若干明顯的缺點，它們通常只呈現(xiàn)單一穩(wěn)定輸出(即靜態(tài))且不是鎖式(即繼電器斷電后不能保持恒定的輸出)。再者，常規(guī)微磁性繼電器所需要的彈簧會隨時間劣化或斷裂。
1998年12月8日頒發(fā)給TAYLOR等人的美國專利NO.5,847,631描述了一例微磁性繼電器，其內(nèi)容通過引用包括在這里。該繼電器包括一永磁鐵和一電磁鐵，電磁鐵產(chǎn)生的磁場與永磁鐵產(chǎn)生的磁場間歇地相反。盡管這種繼電器號稱是雙穩(wěn)態(tài)，但是為了保持至少一個輸出態(tài)，電磁鐵要耗電。而且，產(chǎn)生相對磁場所需的功率很大，所以該繼電器不適用于航天便攜式電子裝置和其他要求低功耗的場合。
關于光學開關，另一重要問題涉及對準輸入激光。將激光對準光纖或其他元件常用的一般小鏡分為兩類之一，這里稱為“倒裝”鏡或“垂直滑動鏡”。驅(qū)動前，“倒裝”鏡一般平躺，入射光不受小鏡影響。驅(qū)動后，小鏡一般直立而將入射激光束偏轉約90度。在繼電器輸出端，帶微透鏡的光纖通常留駐在基板上蝕刻的的溝槽中收集激光束。小鏡用驅(qū)動臂支承，底部的微型鉸鏈提供轉軸，也可用彎曲彈簧支承。倒裝鏡通常用各種機構驅(qū)動(如劃動驅(qū)動、梳理驅(qū)動、撞梳驅(qū)動、滑齒與梳理驅(qū)動、小鏡與側壁的純靜電力、磁力等)。
與驅(qū)動時要轉動的“倒裝”鏡不同，垂直滑動鏡一般采用特殊的平移法來激勵。通常，小鏡垂直位于滑板頂部，驅(qū)動時滑到止動塊預定的位置截斷激光束路徑使其偏轉90度。垂直鏡通常用LIGA(RoentgenLIthographieGalvanik Abformungχ射線光刻法、電沉淀與模塑法)工藝或者通過深度反應離子蝕刻(DRIE)再涂覆反射金屬而制成。采用LIGA工藝，小鏡傾斜量級約為1/1000。采用DRIE工藝，表面光滑度量級約位5nm。
當開關陣列尺寸變大時(如512×512量級)，通常難以將垂直鏡反射的激光束對準自由空間里的輸出口。假定芯片大小為5cm，則開關尺寸需要為大約5/512，即大約100微米，于是要求對準精度為0.01°量級，所以普通微電子制造技術極難達到這一精度。有源鏡細調(diào)法能減輕一些問題，但這種調(diào)諧會引起其他問題，如制造復雜、電路速度較慢等。除了對準問題，當陣列規(guī)模變大時(如傳輸距離超過1cm時)，激光束的發(fā)散變得不能接受。因此，需要創(chuàng)造一種甚至在大型開關結構中也能滿足嚴格設計指標的光學開關。
示例實施例的簡要內(nèi)容一種新穎光學開關器件及其操作方法，通過應用光信號限束通道克服了對準問題。這種光信號限束通道埋置后將光信號限制在期望的傳播路徑內(nèi)，使光信號與輸出端可靠地對準。可用小角鏡將光信號導入預定的光信號限束通道而實現(xiàn)期望的光學切換。小鏡可以是鎖定微鏡或非鎖定微鏡，可用靜電驅(qū)動、熱驅(qū)動或電磁驅(qū)動或者任一其他技術控制。


下面通過與附圖一起參閱的示例實施例的詳述來描述本發(fā)明的上述和其他特征與優(yōu)點，其中用同樣的標號表示同樣或同類部件圖1A與1B分別是示例開關實施例的側視圖與俯視圖；圖2A～H是開關示例制造技術的側視圖；圖3A與3B分別是第二示例開關實施例的側視圖和俯視圖；圖3C是適用于第二示例開關實施例的示例懸臂的透視圖；圖3D是包括分段磁敏件的示例開關實施例的透視圖；圖3E是包括多磁敏件的示例開關實施例的透鏡圖；圖3E是包括多磁敏層的示例懸臂的側視圖；圖4A與4B是第三示例鎖定繼電器實施例的側視圖與俯視圖；圖4C與4D是適用于第三示例鎖定繼電器實施例的示例懸臂的透視圖；圖5是第四示例鎖定繼電器實施例的側視圖；圖6A與6B分別是第五示例鎖定繼電器實施例的側視圖與俯視圖；圖7A與7B分別是示例“I型”鏡的側視圖與俯視圖；圖8A與8B分別是水平定向示例“II型”鏡的側視圖與俯視圖；圖8C與8D分別是垂直定向示例“II型”鏡的側視圖與俯視圖；圖8E是第二示例反射鏡實施例的側視圖；圖8F與8G分別是第三示例反射器/鏡實施例的俯視圖與側視圖；圖9A與9B是示例開關第一狀態(tài)的側視與俯視圖；圖10A與10B是示例開關第二狀態(tài)的側視與俯視圖；圖11是示例5×5光學開關的俯視圖；圖12A是示例光學十字開關陣列的透視圖；圖12B(a)與12B(b)是示例光信號限束通道的側視圖；圖13是示例光信號路徑進入并通過示例光學十字開關陣列的放大透視圖；圖14A與14B是光信號路徑進入并通過居于示例光信號限束通道的示例光學十字開關陣列的方案圖的俯視與側視圖，光信號限束通道僅在第一狀態(tài)的外上方通道表面上有光學鏡；圖15A與15B是光信號路徑進入并通過具有示例光信號限束通道的示例光學十字開關陣列的方案圖的俯視與側視圖，光信號限束通道僅在第二狀態(tài)的外上方通道表面上有光學鏡；
圖16A與16B是光信號路徑進入并通過具有光信號限束通道的示例光學十字開關陣列的方案圖的俯視與側視圖，光信號限束通道在第一狀態(tài)的外上方與內(nèi)下方通道表面上都有光學鏡；圖17A與17B是光信號路徑進入并通過具有光信號限束通道的示例光學十字開關陣列的方案圖的俯視與側視圖，光信號限束通道在第二狀態(tài)的外上方與內(nèi)下方通道表面上都有光學鏡；圖18是示例光學十字開關陣列的透視圖，光信號限束通道用于以第一狀態(tài)將光信號輸入光學十字開關陣列；和圖19是示例光學十字開關陣列的透視圖，光信號限束通道用于以第二狀態(tài)將光信號輸入光學十字開關陣列。
實施例的詳細描述應該明白，本文圖示和描述的特定實施方法是本發(fā)明的實例，不以任何方式限制本發(fā)明范圍。為簡便起見，這里并不詳述系統(tǒng)(和系統(tǒng)各操作部分元件)的常規(guī)電子線路、制造、MEMS工藝和其他功能方面。同樣地，為簡便起見，諸附圖不示出不同控制機構的各種控制或驅(qū)動元件。再者，為簡便起見，本文頻繁描述的本發(fā)明涉及在電氣或電子系統(tǒng)中應用的微電子機械加工的繼電器。應該明白，可用許多其他制造技術創(chuàng)制本文所述的繼電器，而且本文描述的諸技術可以應用于機械繼電器、光學繼電器或任何其他切換裝置。另外，這些技術還適用于電氣系統(tǒng)、光學系統(tǒng)、消費類電子設備、工業(yè)電子設備、無線系統(tǒng)、空間應用或任何其他應用場合。還應理解，本文所作的空間描述(如“上面”、“下面”、“向上”、“向下”等)，僅用于示例，實際上鎖定繼電器可用任何方向或方式在空間安置。這些繼電器陣列還能以合適的方式與裝置通過連接而形成。
鎖定開關圖1A與1B分別是鎖定開關的側視與俯視圖。參照圖1A與1B，示例鎖定繼電器100最好包括磁鐵102、基板104、導體114的絕緣層106、觸點108和通過分級層110設置在基板上方的懸臂112。
磁鐵102是任一類磁鐵，如永磁鐵、電磁鐵或能產(chǎn)生磁場Ho134的其它類磁鐵，下面再詳述。在一實施例中，磁鐵是Dexter磁性技術公司(FremontCalifornia)出售的59-P09213T001型磁鐵，當然也可使用其它類磁鐵。磁場134能以任何方式與幅值產(chǎn)生，如從1～104奧或更大。在圖1實施例中，磁場Ho134基本上平行于繼電器軸產(chǎn)生，幅值約370奧，盡管其它實施例將使用變向與變幅的磁場134。在諸實施例中，單塊磁鐵102可與共用公共基板104的若干繼電器100一起使用。
基板104由任一類基伴材料形成，如硅、砷化鎵、玻璃、塑料金屬或任一其它基板材料。在諸實施例中，對基板104涂覆絕緣材料(如氧化物)，而且平面化或整平。在諸實施例中，若干鎖定繼電器100共用單塊基板104；或者，可將其它器件(如晶體管、二極管或其它電子器件)與一個或多個比如應用普通集成電路制造技術的繼電器100一起形成在基板104上?；蛘甙汛盆F102用作基板，直接在其上形成下述的附加元件，此時不再需要獨立的基板104了。
絕緣層106由氧化物等任何材料或諸如薄膜絕緣體等另一絕緣體形成。在一實施例中，絕緣層由Probimide7510材料形成。絕緣層106適于裝導體114。圖1A與1B所示的導體114是單塊導體，兩端126與128安裝成線圈形。導體114的其它實施例采用單個或多個安裝成合適圖形的導體段，如曲折形、蛇形、隨機形或任一其它圖形。導體114由任一導電材料形成，如金、銀、銅、鋁等金屬。導體114導電時，在其周圍產(chǎn)生磁場，下面再做詳述。
懸臂112是任一種銜鐵，能受磁力影響的延伸外露件。在圖1A實施例中，懸臂112適于包括磁層118與導電層120。磁層118用坡莫合金(如NiFe合金)或任何其它磁敏材料制成，導電層120由金、銀、銅、鋁金屬或任何其它導電材料制成。在諸實施例中，懸臂112的兩種狀態(tài)對應于繼電器100的“斷開”或“閉合”，如下所述。在許多實施例中，導電層120將分級層110接至觸點108時，把繼電器100稱為“閉合”。反之，當懸臂112與觸點108不電連接時，則稱繼電器“斷開”。由于懸臂112在物理上與觸點108移動成接觸與不接觸，諸實施例的懸臂112系柔性制作，適于彎曲。柔性實現(xiàn)方法有很多，如改變懸臂(或其各種分層)厚度，在懸臂上形成圖案或打孔或切割，或者應用增柔材料。或者，可將懸臂112制成“鉸鏈”結構，如下面結合圖3所述的那樣。當然，懸臂112的尺寸在各實施方案中變動很大。適用于微磁性繼電器100的示例懸臂112，其長度為10～1000μm，厚為1～40μm，寬為2～600μm。例如，圖1實施例的懸臂尺寸為600μm×10μm×50μm，或1000μm×600μm×25μm，或其它合適尺寸。
只要合適，可將觸點108與分級層110置于絕緣層106上。在諸實施例中，分級層110將懸臂112支承在絕緣層106上方，形成的間隙116呈真空或充以空氣或另一氣體或油一類的液體。雖然間隙116的大小在不同實施法中相差很大，但是一示例間隙116的尺寸為1～100μm，如20μm。如下所述，繼電器100閉合時，觸點108接納懸臂112。觸點108和分級層110由導電材料形成，如金、金合金、銀、銅、鋁、金屬等。在諸實施例中，觸點108和分級層110由類似導電材料形成，懸臂112在分級層110與觸點108之間形成電路時，認為繼電器“閉合”。其它實施例對觸點和分級層110采用不同配制法，如下面結合圖3與4所述。在有些實施例中，懸臂112并不導電，分級層110由非導電材料配制，如Probimide材料、氧化物或任何其它材料。另外，若不將懸臂112支承在絕緣層106上方，有些實施例就不需要分級層110。
操作原理在本發(fā)明的一個寬廣方面，磁鐵102產(chǎn)生的磁場Ho126在懸臂112中引起磁化(m)，磁化在懸臂112上產(chǎn)生一適當力矩，根據(jù)磁化方向，迫使懸臂112趨向或離開觸點108，使繼電器100進入斷開或閉合狀態(tài)。如下所述，需要時，可用導體114產(chǎn)生的第二磁場調(diào)節(jié)懸臂112中的磁化方向。
繼續(xù)參照圖1A與1B，磁鐵102基本上沿平行于Z袖的方向施加磁場Ho134，使該磁場垂直于懸臂112的第一維度(如長度)。磁場134在由軟磁料制造的懸臂112中適當引起磁化。鑒于懸臂112的幾何形狀，懸臂112中的磁化合適地沿其長袖，即圖1中懸臂112的長度(平行于光信號限束通道袖)對準。
懸臂112的磁化定向取決于施加磁場134與懸臂112長袖的夾角(α)。具體而言，在夾角(α)小于90度時，懸臂112的磁矩從懸臂112端部130指向端部132。這樣磁矩與磁場Ho134的互作用圍繞懸臂112端部130以逆時針方向產(chǎn)生一個力矩，使端部132向上移動，從而斷開分級層110與觸點時間的電路。反之，在夾角(α)大于90度時，懸臂112的磁矩(m)從端部132指向端部130，繞端部130形成一順時針力矩，使端部132向下移動而在分級層110與觸點108間形成電路。由于懸臂112的磁化(m)不變，除非懸臂112的長袖與施加磁場134間的夾角(α)發(fā)生變化，所施加的力矩將保持到施加了外界干擾。懸臂或止動塊(如觸點)的彈性力矩平衡了施加的磁力矩，因而繼電器100的呈現(xiàn)的兩種穩(wěn)定態(tài)對應于懸臂112的向上與向下位置(因此分別對應于繼電器100的斷開與閉合狀態(tài))。
可用任何將懸臂的磁偶極矩方向反轉的合適技術實現(xiàn)切換作用。在一實施例中，通過產(chǎn)生第二磁場實現(xiàn)切換，該磁場沿懸臂112長袖的分量強得足以影響懸臂112的磁化(m)。在圖1例中，第二磁場的有關分量就是該磁場沿光信號限束通道袖的分量。由于主要考慮第二磁場沿懸臂112長袖的強度，因此第二磁場的整個幅值一般明顯小于磁場134的幅值(當然諸實施例可應用任何強度的磁場)。一示例第二磁場的量級為20奧，其它實施例當然可以應用更強或更弱的磁場。
例如，第二磁場通過一電控電磁等磁鐵產(chǎn)生，或使電流通過導體114而產(chǎn)生。電流通過導體114時，按“右手法則”產(chǎn)生磁場，例如在導體114上使電流從點126流向點128(圖1B)，產(chǎn)生“流入”圖示線圈中心的磁場，對應于圖1A的磁場箭頭122。反之，電流在圖1中從點128流向點126，就產(chǎn)生“流出”圖示線圈中心的磁場，對應于圖1A中的虛線磁場箭頭124。該磁場還按圖1A所示方式繞導體114循環(huán)1對懸臂112施加其水平(X)分量。
改變導體114內(nèi)流動的電流或電流脈沖方向，可按需改變第二磁場的方向，由此影響了懸臂112的磁化，把繼電器100正確的切換成斷開或閉合。例如，當?shù)诙艌鎏幱诖艌黾^122方向時，懸臂112的磁化將指向端部130，繞端部130形成順時針力矩，把懸臂112置于“向下”狀態(tài)而閉合繼電器100。反之，當?shù)诙艌鎏幱谔摼€磁場箭頭124方向時，懸臂112的磁化指向端部132，產(chǎn)生的逆時針力矩使懸臂112置于“向上”狀態(tài)而斷開繼電器100。因此，控制流過導體114的電流，可調(diào)節(jié)懸臂112的“向上”或“向下”狀態(tài)(因而控制繼電器100的“斷開”或“閉合”狀態(tài))。再者，懸臂112的磁化在無外部干擾時保持不變，因而可按切換繼電器的要求以“脈沖”或間歇方式施加第二磁場。當繼電器無須改變狀態(tài)時，可取消對導體114通電，這樣構成的雙穩(wěn)定鎖定繼電器100在靜態(tài)時無功耗。這種繼電器尤其適用于航天航空、便攜式電子設備等。
鎖定繼電器的制造方法圖2包括若干側視圖，表示制造鎖定繼電器100的一示例技術。應該理解，本文揭示的工藝僅是一例可用來配制鎖定繼電器100的許多技術之一。
一示例制造過程從準備基板102開始，這要求選用一絕緣層。如上所述，可用任何基板材料形成鎖定繼電器100，例如，絕緣層不一定是絕緣基板。在包含絕緣層的實施例中，該層可以是二氧化硅層(SiO2)或其它厚度為1000量級的絕緣材料。而且，具體實施時對絕緣材料選用的材料與層厚度可以不同。
參照圖2A，在基板104上形成導體114，這可用任一技術形成，如淀積(如電子束淀積)、蒸發(fā)、電鍍或無電電鍍等。在諸實施例中，按圖1那樣的線圈圖案形成導體114，或者形成為直線、螺旋狀、圓形、曲折狀、隨機形或其它圖形。將絕緣層106轉制加于基板104和導體114，如圖2B所示。絕緣層106可以是一層光刻膠、二氧化硅、Probimide-7510材料或是能電氣隔離頂部器件的任何其它絕緣材料施加。雖然圖2A只示出一個導體層，但是可以添加重復的多層導電材料，并通過通孔或其它技術串接起來(或并聯(lián)等)，來提高指定電流產(chǎn)生的磁場強度。在諸實施例中，絕緣材料表面通過化學機械平面化(CMP)等任何技術平面化。
通過光刻、蝕刻等任何技術在絕緣層106上形成觸點接合片108與110(圖2C)。接合片108與110的形成方法是先在絕緣層106上淀積一層或多層導電材料，再用例如濕蝕刻刻對接合片形成圖案。在一實施例中，接合片108與110包括第一層鉻或鈦(提高與絕緣層106的粘合)和第二層金、銀、銅、鋁或其它導電材料。通過電鍍或無電電鍍法對觸點加一金屬層，可提高觸點可靠性并降低電阻。
參照圖2D，觸點接合片108和110涂覆一層光刻膠、鋁、銅或其它材料而形成犧牲層202。通過光刻、蝕刻或另一工藝在懸臂基區(qū)的犧牲層202中限定開口206。然后如圖2E所示，在犧牲層202頂部通過淀積、濺射等方法將一層或多層材料置于其上并通過開口206延伸，形成懸臂112。在一實施例中，在犧牲層202上設置鉻或另一金屬的基層204以改善粘合性，還可以形成一個或多個導電層120。例如，淀積后再作化學或機械蝕刻，就可能形成層204與120。利用電鍍或無電電鍍法添加另一導體層(如金、金合金等)，使層120增厚。再運用電鍍等將一坡莫合金(如NiFe)坡莫合金)層置于導電層120頂部，形成旋臂112，如圖2F所示。通過改變電鍍電流和電鍍時間，可控制坡莫合金層118的厚度。例如，以每平方厘米0.02安培電鍍60分鐘，可得到厚20μm的示例坡莫合金層。在諸實施例中，在懸臂112頂部電鍍一附加坡莫合金層306(圖3所示)，可增強懸臂112對磁場的響應。
參照圖2G，例如可用濕法或干法(既氧等離子體)去除技術除去犧牲層202，在懸臂112與絕緣層106之間形成間隙116。在諸實施例中，用合適的蝕刻刻或等效的去除技術除去粘層204而形成繼電器100(圖2H)。然后對繼電器100切割、封裝磁鐵102(圖1所示)或其它必需的處理。應該明白，或者可在基板上直接制作永磁鐵102，并置于懸臂頂部，或在永磁鐵基板上直接制作線圈與懸臂。
鎖定繼電器的替代實施例圖3與4示出鎖定繼電器100的替代實施例。圖3A與3B分別示出另一包含鉸鏈式懸臂112的鎖定繼電器實施例的側視與俯視圖。為示明鉸鏈式懸臂的細部，用3A和3B的透視圖在x-y平面相對圖1A和1B的透視圖轉了90度。參照圖3A與3B，鉸鏈式懸臂112包括一根或多根弦線302與304，將磁敏件306支承在絕緣層106上方。構件306比導電材料形成的弦線302與304相對較厚(約50μm量級)。利用上述參照圖1的繼電器100，帶鉸鏈懸臂的繼電器100可響應于磁鐵102和導體104產(chǎn)生的那樣的磁場。在諸實施例中，繼電器處于“閉合”態(tài)時，弦線302和304之一或二者與觸點接合片108電接觸。當然，可應用任意根弦線，如可以配制單根弦線支承構件306的總重量?；蛘?，弦線可以在構件306上的任一點。例如，雖然圖3示出了構件306中心附近的弦線302與304，但是可將它們設置在構件306端部朝向觸點108的附近，以增大磁鐵102產(chǎn)生的力矩。
圖3C是適用于圖3A與3B所示實施例及其它實施例的示例懸臂112的透視圖。懸臂112包括耦接導電層120的構件306。為提高懸臂112的柔性，在導電層120中形成孔310和/或312，并且導電層120表面形成選用的觸點凸起308與觸點108相接觸。弦線302和304(圖3C中未示出)可按任一位置(如導電層120中心或任一端)粘接或形成在懸臂112上?；蛘撸揖€用非導電材料形成，而懸臂112在其處于閉合態(tài)時同時接觸的兩塊獨立導體之間形成一導電路徑，如下所述。
已發(fā)現(xiàn)，某些包含較廣泛磁敏件306的開關，由于懸臂112的寬長比相對大，磁化減弱了。而且，寬度增大導致沿懸臂112寬度的磁化增大，造成懸臂扭曲，劣化了懸臂112與觸點108的接觸。圖3D是包括分段磁敏件306A，306B，306C和306D的開關的透視圖。為增強沿懸臂112長度的磁化，將磁敏件306分段，使各構件306A--306D沿構件長度而不是寬度的磁化最大。例如，在導電層120上分別形成(如電鍍)每個構件306A--D，或在單一電鍍層306中蝕刻(或形成)間隙，可實現(xiàn)分段。當然，諸實施例可以使用任何數(shù)量的磁敏段306A--D，而且各段的尺寸也不同。例如，各種示例懸臂112可以做成有4個1000×600×25μm的構件306A--D、有8個1000×50×25μm的構件(間隔約25μm)、有15個1000×20×25μm的構件(間隔約25μm)或者任意數(shù)量的任何尺寸的構件。在諸實施例中，可在構件306A--D之間添加磁性材料、金屬或任何其他材料的鏈接以增強懸臂112。圖3E是多層形成的懸臂112的示圖。在一實施例中，如圖3E所示，懸臂112包括交替的磁性材料層118(如坡莫合金)與導電材料層120，當然也可使用其他材料。例如通過上述結合圖2E與2F討論的濺射、淀積或其他形成多層的方法，或通過任何其他技術，可形成多層懸臂。如上所述，多層懸臂也可以分段并應用于本發(fā)明諸實施例。
圖4A與4B分別是另一鎖定繼電器100實施例的側視與俯視圖。如圖所示，諸實施例的懸臂112從分級層110到觸點108不直接導電。在這些實施例中，導電元件402接懸臂112，在繼電器100處于“閉合”態(tài)時，在觸電108與408之間提供電接觸。圖4C與4D是其他實施例懸臂112的透視圖。在這些實施例中，懸臂112包括磁敏部118，它與導電部402用例如介電絕緣體等絕緣層410分開。如圖所示，還在導電部402上形成了選用的觸點凸起308。當懸臂112處于對應于繼電器100“閉合”態(tài)的狀態(tài)時，電流按要求在觸點接合片108與408之間流過箭頭412所指的路徑。
圖5是另一實施例繼電器100的側視圖。參照圖5，繼電器100包括磁鐵102、基板104和懸臂112，如上所述(如參照圖1)。但不在(或除了)基板104上形成導體114，而把導體114形成在圖示的第二基板504上，后者是任一類基板，如塑料、玻璃、硅等。對上述諸實施例，需要時可對導體114涂覆一絕緣層506。為制作繼電器100，將各種元件形成在基板104與504上，再按要求將基板對準定位。兩塊基板104與504(連同其上形成的諸元件)可用襯墊相互分開，諸如圖5中任意材料制作的襯墊510與512。
繼續(xù)參照圖5，在絕緣層106上形成觸點108，如上所述?；蛟诘诙?04上形成觸點508，如圖5所示(當然可以再配制懸臂112，使其導電部分與觸點508接觸)。在其他實施例中，同時設置了觸點108和508，使繼電器100在懸臂112接觸觸點108時處于第一狀態(tài)，在懸臂112接觸點508時處于第二狀態(tài)，而且/或者在懸臂112與觸點108與508都不接觸時處于第三狀態(tài)。當然，圖5中繼電器100的一般布設可組合上述任一種技術和布設而創(chuàng)建新的繼電器100實施例。
圖6A與6B分別是另一示范實施例的鎖定繼電器100的側視與俯視圖。現(xiàn)在參照圖6A與6B，諸實施例的繼電器100利用靜電驅(qū)動法切換懸臂112的狀態(tài)，不使用導體114產(chǎn)生的磁能。在這些實施例中，將一根或多根切換電極602與604淀積或做在絕緣層106上，它們由金屬或另一導電材料形成，電耦至引線、導線或其他連接器件(未示出)而在任一電極與懸臂112之間產(chǎn)生一電位。
雖然圖6A與6B示出了一種中心鉸鏈型懸臂112，但是電極602與604和/或靜電驅(qū)動原理可包含在本文描述的任一繼電器或開關里，以取代(或除了)導體114產(chǎn)生的磁驅(qū)動。在諸實施例中，電極602與604相對懸臂112正確定位，使兩電極產(chǎn)生的靜電力對懸臂112產(chǎn)生相對的作用。如在圖6A與6B的中心鉸鏈型實施例中，電極602與604在鉸鏈110任一側定位，使電極602與懸臂112間的電壓差將懸臂112“推”入“斷開”態(tài)。反之，電極604與懸臂112的電壓差把懸臂112“拉”入“閉合”態(tài)，使它接觸觸點108。在這些實施例中，永磁鐵102產(chǎn)生的磁場保持懸臂112的狀態(tài)，構成雙穩(wěn)定開關。繼電器通過按要求向有關電極提供電位而吸引懸臂112來切換穩(wěn)定態(tài)。在一示例繼電器100中，當懸臂與電極的重疊面積為200×400μm2時，為了在約200奧的永久外磁場中切換懸臂112，尺寸為1000×200×20μm的鉸鏈型懸臂112和尺寸為280×20×3μm的支承扭轉弦線110要求約37伏的電壓.同樣地，開關或繼電器可制成任意尺寸或結構，實施狀態(tài)切換所需的電壓也可不同。具體而言，使用電極602與604的靜電切換技術可以應用于上述任一繼電器或本文描述的任一開關。較之磁性切換，靜電卻換的優(yōu)點包括功耗低且易于制造，因為電極602電極與604極薄(如厚度量級為幾百A到約0.5μm)。而且靜電開關可以做得比某些相應的磁開關更小，縮小了切換裝置的總體尺寸。切換控制由控制裝置提供，后者諸如微控制器、微處理器、專用集成電路(ASIC)、邏輯電路、模擬或數(shù)字控制電路等。在一實施例中，控制器對電極602與604提供電信號形式的控制信號以形成所需的壓差。
應該明白，可配置眾多其他實施例的各種繼電器而不違背本發(fā)明的范圍。例如，當懸臂112處于斷開態(tài)時，增添一與之接觸的附加觸點108，可制成雙擲繼電器。同樣地，改變各種元件(如接合片108與110和懸臂112)的布設，可配置繼電器100的各種外形與幾何尺寸。
光學開關上面結合電氣繼電器描述的機構、原理與技術，還可制作適用于通信或其他光學系統(tǒng)的光學開關。在光學開關諸實施例中，懸臂112的磁敏部接小鏡或其他反光材料。懸臂從“斷開”態(tài)切換至“閉合”態(tài)時，反射表面曝露或隱藏于光信號，使該信號按要求被反射或吸收，如下所述。
圖7A與7B分別是一示例光學鏡700(這里指“I型“鏡)的側視與俯視圖。與上述電氣開關一樣，懸臂112利用支承弦線、鉸鏈或其他襯墊110在絕緣層106上正確定位。懸臂112由軟磁材料132形成(如上所述)，其反射涂層702(如鉛或金)淀積、濺射或放置在磁性材料上。需要時，在絕緣層106上設置一個或多個選用的止動塊704以接納并定位懸臂112。停止器704由蝕刻的硅、金屬或聚酰亞胺等任何合適材料形成。在諸實施例中，支承弦線110按要求支持懸臂112轉入“向上”態(tài)與“向下”態(tài)。例如，懸臂112處于“向上”態(tài)時，它就繞弦線110逆時針旋轉，直到懸臂132的端部742接觸止動塊704L。在示例的“向下”態(tài)中，懸臂112繞弦線110順時針旋轉，使其端部740接觸止動塊740R。當132的右端觸及底部止動塊704時，就處于“向下”。通過設計使支承弦線110更接近懸臂112的端部742，使懸臂112在“向上”位置比“向下”位置傾斜更大角度。當然，也可將支承弦線110置成與懸臂112的兩端接近等距離，使”向下“位置形成較大角度，而且本發(fā)明其他實施例可以配置多種定向。
光學鏡700的操作原理與上述的電氣開關100相類似。在諸實施例中，利用導體114(如圖7所示)或選用的電極(如圖6所示)在懸臂112中形成磁矩，可實現(xiàn)鎖定和切換。通過磁鐵102產(chǎn)生的磁場，可使懸臂112穩(wěn)定于”向上“或”向下“態(tài)，如上所述。
圖8A-8G示出第二類光學鏡800(這里指“II型”鏡或“反射體”)的各種視圖與狀態(tài)。雖然這里主要描述的這些器件屬于供開關或繼電器使用的反射器件，但是這里描述的原理與結構可用來創(chuàng)制任一類能應用于任何場合的驅(qū)動器(反射或非反射)。
參照圖8A與8B，光學鏡800包括帶磁敏部132的懸臂112。懸臂112也可包括其一側或兩側有反射涂層的反射部804。在一實施例中，反射部804的反射涂層淀積或置于表面802上，如圖8A所示。由于要求定位或抬高懸臂112，也可在絕緣層106上設置一個或多個止動塊704，而支承、弦線或鉸鏈110(圖8A與8C中未示出)可以將懸臂112旋轉固定在基板104上方。
在一實施例中，弦線110在懸臂112兩狀態(tài)之間支持90度旋轉(加減制造中的某種誤差校正)。在圖8A與8B的實施例中，與基板104表面接近平行的磁鐵102(未示出)將懸臂112定位成“向上”態(tài)。例如，對于必須具有光束直接通過II型鏡而不發(fā)生反射的透明路徑，”向上“位置是有用的。鏡800的第二“向下”臺示于圖8C與8D。例如，利用磁鐵102(未示出)(以理論上講，該磁鐵可將懸臂保持在任何任何雙穩(wěn)態(tài))和/或靠重力把懸臂112的磁敏部1 32移開“向上”位置，把鏡800置于“向下”態(tài)。顯然，各實施例的鏡800可以不要求永磁鐵102和導體114，因為其他力(如止動塊704上選用的彎曲結構提供的力)也可將懸臂112保持在“向下”位置而不需要外力。在許多實施例中，制造期間可提供臨時的磁場，同時對懸臂加反射涂層，之后在再去除該磁場。在另一些實施例的鏡800中，可以取消鉸鏈110與磁敏部132，將反射部804牢固接至基板102或絕緣層104。
現(xiàn)在參照圖8E，另一實施例的反射體800包括懸臂112和扭桿鉸鏈或其他接至基板104的鉸釘870。還可以提供線圈或其他導體114，或在另一例中設置能對懸臂112提供靜電吸力的電極。如上所述，懸臂112是磁敏的，而且有一個或多個反射表面。在上述結合其它開關和繼電器的描述中，扭桿鉸鏈870可用作一個或多個鉸鏈。在諸實施例中，扭桿鉸鏈位于或靠近懸臂112端部，相對懸臂112做成相對薄和/或長，不用大的機械力矩可使懸臂112產(chǎn)生大的旋轉偏轉。而且，對反射體800施加外部磁場(H0)134的方向相對基板104表面畫出的垂線(繼電器)成一夾角(γ)。如在圖8E實施例中，ν選為約45度，不過其他實施例可以使用其他角度。
磁場134的方向最好對懸臂112形成兩個穩(wěn)定位置，對應于“向上”態(tài)和“向下”態(tài)(圖8E中，懸臂112示成在這兩個狀態(tài)之間)。在諸實施例中，懸臂112在“向上”態(tài)中基本上對準成與基板104垂直，在“向下”態(tài)中接近與基板103平行。設置的物理止動塊(圖8E未示出)將懸臂112保持在“向上”和/或“向下”態(tài)所期望的位置。
在諸實施例中，可用絳體114提供的幅值為XHo sin(γ+)奧的磁場在狀態(tài)間切換懸臂112，其中“X”是懸臂112的磁化率，“”為懸壁112在“向下”態(tài)與水平軸(光信號限束通道)之間的夾角。需要時，類似于上述的切換技術，這一幅值磁場可以再對準懸臂112的磁化強度矢量，使懸臂112在雙穩(wěn)態(tài)之間切換。由于導體114產(chǎn)生的磁場較之外磁場134相對弱，所以可將磁場134設計成大得足以驅(qū)動器件800，但不致于強得使得導體114產(chǎn)生的磁場無法反轉懸臂112的磁化矢量。在一實施例中，磁場134設計成約200奧量級，當然可以用其他場強。本文描述的反射體800的可轉角度約為90度或更大，因此其用途可超出繼電器或光學開關，例如具有相對大轉角的反射體800適用于光學投影或開關系統(tǒng)。
現(xiàn)在參照圖8F與8G，第三實施例的反射體800可以旋轉90度或更大角度，它包括置于懸臂112上的導體114，懸臂112用鉸鏈870(圖8F示出的扭轉鉸鏈870A與870B)接至基板104。利用耦接至電力源的電線872(圖8F示出的電線872A與872B)向?qū)w114提供電流，或者通過淀積、濺射或置于鉸鏈870上的導電材料(如金屬)提供與導體114的電觸點。在諸實施例中，懸臂112可用反射材料制作(如介質(zhì)膜、多晶硅、金屬、非金屬等)因為可利用導體114而不是通過懸臂112里的磁敏材料提供與磁場的作用。在諸實施例中，磁鐵102提供與基板104垂直或成任何斜角的磁場H0，如上面結合圖8E描述的那樣。
例如，通過用電流對導體114賦能而產(chǎn)生垂直于導體114平面的磁偶極矩(M)實現(xiàn)反射體800的驅(qū)動。該磁偶極矩(M)可以對懸臂112產(chǎn)生力矩(T)的外磁場(H0)發(fā)生互作用，因而T＝M×H0。如上所述，控制力矩(T)可使懸臂112在“向上”與“向下”態(tài)之間切換。在Change Liu、T.Tsao、Y-C Tai和C-M H0撰寫的論文“Surface Micro-Machined Magnetic Actuators”(MEMS’94，Oiso，Japan，PP.57～62(1994))中，詳細描述了在不同范圍應用的這一原理，該文通過引用包括在這里。
圖9A與9B分別是示例開關900的側視與俯視圖。開關900包括兩塊I型鏡700A與700B和一個II型鏡/反射體800。由圖9B可見，鏡800的軸線從鏡700A與700B的軸線轉了45度(或任一角度)。諸實施例可設置一選用的反射層902(如小鏡)以反射光信號，如下所述。在本發(fā)明諸實施例中，光信號(如脈沖或光束)904被切換到兩輸出端910和920之一。在開關900第一狀態(tài)中(圖9AA與9B所示)，鏡700A與700B的懸臂112A和112B置于“向上”位置，故光信號904被反射離開反射表面902(圖7)，如圖所示。反射層902按要求把鏡700A與700B之間的光信號904繞過鏡800發(fā)射到輸出端910。
圖10A與10B分別是光學開關900在第二狀態(tài)(對應于輸出端920)時的側視與俯視圖。鏡700A的懸臂112A可以置于“向下”態(tài)，使光信號904不再被鏡700A的反射表面。反射由圖10可見，鏡800朝輸出端920定向。當然，也可以把700B的懸臂112B置于“向下”位置，但因光信號904在圖10所示狀態(tài)中不到達鏡700B，所以不需要這種變化。其他實施例的光學開關有不同的布設，如用反射材料涂覆鏡800中反射部804兩側，可制得雙向開關。
圖11是可用上述開關900制作的一示例5×5光學開關950的俯視圖。參照圖11，光信號904A-E分別在輸入端930A-E接受，各信號由開關950按要求傳到某一期望的輸出端940A-E。在圖示的示例開關950中，輸入i1傳至輸出o3，輸入i2傳至輸出o1，輸入i3傳至輸出o4，輸入i4傳至輸出o5，輸入i5傳至輸出o2。當然，可以配置任何M×N開關結構，M代表輸入數(shù)，N代表輸出數(shù)，二者都為整數(shù)。例如，調(diào)整開關700和800的數(shù)量，可配置出1×4開關、4×8開關、8×16開關、2×2開關或任一其他開關結構。
繼續(xù)參照圖11，示例性5×5光開關可以包括一含25塊II型鏡與80塊I型鏡的陣列。II鏡(示成對角矩形)安裝后，使各輸入930有一對應于各輸出940的II型鏡。通過使信號反射離開反射層902(圖11未示出，但示于圖9A)，將I型鏡(示成更小的矩形)安置成按要求使光信號904繞II型鏡偏轉。如為將信號i5傳至輸出o2，可將I型鏡751和752置成“向上”態(tài)，使信號i5繞鏡851鏡偏轉。把I型鏡753和754置成“向下”位置，使信號i5離開II型鏡852偏向輸出940B。如上所述，各種I型鏡都可利用磁鐵102產(chǎn)生的磁場保持為“向上”或“向下”態(tài)。通過導體114(圖7)產(chǎn)生合適的磁脈沖或通過電極602/604(圖6)產(chǎn)生靜電脈沖，以產(chǎn)生移動有關懸臂112力矩而對所需的小鏡形成所需的磁矩，可以使各種小鏡在諸狀態(tài)間切換。
光學十字開關陣列在添加了光信號限束通道的諸實施例中，可提高上述光學開關陣列的性能、效率與整個有效性。在開關內(nèi)將這種圍繞各條光路安置，把光限制到期望的光路。圖12A是含光信號限束通道的示例*1200的透視圖。為簡潔起見，雖然示出了2×2結構(即兩輸入與兩輸出)的開關陣列，但是本文描述的技術很容易擴展到任意尺寸的N×M開關，N與M是任意整數(shù)。實際上，應用光信號限束通道可使開關結構比以前大得多，如512×512、1024×1024或更大的結構。
參照圖12A，光信號904A與904B從輸入光纖1210A和1210B入射，并在切換到輸出光纖1210C-D前，分別耦合耦合到透鏡1220A和1220B光學鏡1280A-D是任一類鏡，如上述的“I型”或“II型”鏡。光信號限束通道1230A與1230B是任一種能將光信號導向預定目的的通路或其他路徑，如通道1230A與1230B形成為帶有壁1240(圖12B)的通路，壁1240涂覆了金屬或其他反射表面，如鉛、金、銀、鉻等。光學鏡1280A-D正確偏轉輸入信號904A-B，使信號偏轉入朝向光纖1210C或1210D的預定輸出路徑的所需光信號限束通道1230A-B。光信號904從光纖纖芯1210A-B出射時，分別通過微透鏡1220A或1220B，然后經(jīng)準直后向前傳播，直到到達合適的光學鏡1280，反射入涂覆高反射率表面1240的適當光信號限束通道1230。在圖12A中，透鏡1220與光纖1210分開，但是也可以將它直接制作在光纖上，其方法是熔化一部分光纖端部，在其上形成一環(huán)氧樹脂滴并使其硬化，或采用任一其他方法。
光信號限束通道1230可用任何技術形成在基板內(nèi)或淀積在基層上的任一層內(nèi)。在一實施例中，通道1230的形成方法是在基板內(nèi)通過切、鋸、微機械加工等方法形成一條槽，對槽涂覆一種反射材料，再將反射覆蓋層置于材上形成合適的通道。覆蓋層可用環(huán)氧樹脂等任何粘合劑粘接于基板?；蛘?，應用常規(guī)微機加工技術將通道1230微機械加工到基板、一層polymide(或任何其他材料)或任何其他層內(nèi)。然后，將反射涂層薄膜蒸發(fā)或置于通道1230內(nèi)，并在通道1230頂部淀積、濺射或設置一附加覆蓋層。如上所述，光信號限束通道1230的內(nèi)壁涂覆了高反射率材料，如薄金膜、銀膜、鉛膜、鉻膜或多層反射膜等，形成反射表面1240。金屬膜可利用濺射、電子束蒸發(fā)或任何其他技術淀積。各實施例的通道1230的截面尺寸變化很大，例如取決于不同類型的光纖1210與微透鏡1220、微透鏡尺寸、纖芯尺寸、光纖數(shù)值孔徑等。在一實施例中，通道尺寸量級約為100μm寬和30～50μm深。
圖12(b)與(c)是兩個實施例的光信號限束通道1230的截面圖。在圖12(b)中，反射鏡1280把光信號904偏入通道1230，如上所述。信號904經(jīng)涂覆通道1230側壁的反射表面/240反射，向輸出端傳播。顯然，在光學鏡1280處于閉合位置時，它遮蓋了光信號限速通道的開口，讓其他信號在通道1230中傳播。例如，當信號904從鏡1280進入該通道時，附加鏡1284保持在閉合位置。光學鏡1280、1282、1284可用各種方法驅(qū)動(即磁、靜電、壓電等)，包括上述各種技術。例如，若小鏡涂覆了鎳、坡莫合金、鐵或其他軟磁材料，就可用圍繞該鏡繞制的平面線圈驅(qū)動(如上面對光學鏡700與800所述)?；蛘撸T鏡可用任一類機理驅(qū)動，并可通過刮擦驅(qū)動、梳理驅(qū)動、碰撞梳理驅(qū)動、有梳理驅(qū)動的滑齒、在作為一個電極的小鏡與另一相對不動電極間的靜電力來驅(qū)動。
圖13～15示出其他實施例的通道/鏡結構。圖13是一結構透視圖，類似于圖12(a)，其中將鏡1280定位成與通道頂部成可選擇不同值的α角，使光904導入通道1230。在一實施例中，角α為30～60度，如約45度。圖14(a)與(b)分別為俯視與側視圖，表示鏡1280的示例橫向定向。如圖所示，鏡1280通道1230。設置為約135度，將信號904以適當?shù)南冉菍胪ǖ?230。如圖14所示，鏡1230處于第一狀態(tài)，光向通道1230端部1401反射，此時將鏡1230定位成小于135度的β角(或任何其他合適的角)，按需要反射光?，F(xiàn)在參照圖15，將鏡1230置于第二狀態(tài)，使鏡與通道間的β角大于135度(或任何其他合適的角)，把光偏向通道1230的相對端(即端部1402)。當然，使用的準確角度將依照輸入光與通道1230的準確配置而變，而且實施例的情況也大不相同。
通道1230的反射率按若干因素而變，如通道1230的材料類型與表面平滑度等。在一實施例中，反射率變化為80％～90％。根據(jù)一般的光學計算發(fā)現(xiàn)，多次發(fā)射后，光信號強度呈指數(shù)衰減。例如，若反射率為0.9，則反射10次后，強度減為其原值的0.35倍；反射50次后，強度減為0.05；反射100次后，強度跌至0.000027。
再參照圖12(C)，將選用的第二光學鏡1282(也稱為“通道鏡”)旋轉地置于上部光學鏡1280下面的光信號限束通道1230的底部，以便改變光信號904的方向，從而減少光信號904在通道1230中的反射?？蓪㈢R1282(如上所述，在應用微磁性驅(qū)動的場合中參照光學鏡700或800)做在頂鏡1280下面，使鏡1282旋轉接至光信號限束通道1230的低表面。在驅(qū)動頂部與底部兩塊鏡時(以各種特定設計選擇的任何方式)，期望的情景是送出的光信號904被底部小鏡1280反射，再沿通道1230對稱的長軸傳播。注意，在實踐中，鑒于工藝的局限性，鏡1280的效率還不到100％的精密度，根據(jù)加工情況，光信號傳播方向略微偏離通道長軸。然而，通過應用本發(fā)明揭示的方法與裝置，可以顯著減少反射幅度。例如，若無偏移，則光信號904從底部鏡反射后將不再反射。若偏移1度，對于5CM長、20μm寬和20μm高的通道而言，預期的反射次數(shù)約43次。若偏移0.5度，反射22次。若偏移0.1底，就反射4次。因此，強度損失明顯減小了，在512光信號限束通道512或更大陣列的大型系統(tǒng)中尤其如此。圖16和17分別示出示例的第一第二狀態(tài)，用于將輸入光信號904導入通道1230。如圖所示，通道鏡1282設置的角度是頂鏡1280角度的函數(shù)，從而按要求將光導向端部1401(圖17)或端部1402(圖16)。在圖示實例中，鏡1282定位成為180的β角時把光導向端部1402，而當β角為90時，則將光導向端部1401。當然，各實施例可應用不同的準確角度與公式。
在另一實施例中，采用附加通道1230可以改進入射光信號對準。參照圖18和19，可以用通道1230i控制輸入光信號904。為簡便起見，圖中只示出一條光信號軌跡，顯然，可對任意數(shù)量的輸入信號904形成諸通道。但為了減少通道1230內(nèi)的反射次數(shù)，可在圖18和19未示出的頂鏡下面加設附加的底鏡1282。
應該明白，因光信號904由通道1230導向，故增大陣列數(shù)目不會增加對準問題。而且，光學十字開關陣列1200并不受制于光纖類型，單模與多模光纖都能使用。再參照圖12A，雖然該圖表示入射光信號方向垂直于通道1230以控制送出的光信號，但是開關1200不一定要如此配置。入射光信號方向與輸出通道間的夾角，可按光學十字開關陣列的應用要求設計成任一角度。再者，通道1230不一定為圖示的矩形，可配置為任意形狀，如圖形、橢圓形等。另外，通道1230不一定筆直，只要能在通道1230內(nèi)傳播光信號904彎曲狀、Z形等。此外，本文提示的通道波導適用于除光開關外的任何光學裝置或元件，如開關、路由器、連接器、波導、光信號限束通道光信號限束通道光信號限束通道光信號限束通道光信號限束通道光信號限束通道光信號限束通道、輸入或輸出終端、燈頭、光學發(fā)射器或接收器等。
下面權項中所有要點對應的結構、材料、作用與等效技術方案，旨在包括結合特定要求的其它權利要求諸要點一起執(zhí)行諸功能的任何結構、材料或作用。而且，任何方法權項提出的步驟可用任何次序執(zhí)行。本發(fā)明的范圍應由所附權項及其法定等效文件決定，而不是由上述給出的實例決定。最后要強調(diào)，實施本發(fā)明時，除非專門指出上述諸單元或元件都不是關鍵。
權利要求
1.一種發(fā)射光信號的裝置，其特征在于，所述裝置包括接收所述光信號的光學輸入端；在所述至少一個光學輸入端與光學輸出端之間引導所述光信號的控制裝置；和設置在所述光學輸入端與所述光學輸出端之間把所述光信號限制到預定光路的通道。
2.如權利要求1裝置，其特征在于，所述控制裝置包括至少一個配置成反射所述裝置內(nèi)所述光信號的鏡元件。
3.如權利要求2的裝置，其特征在于，每個所述至少一個鏡元件包括具有磁敏部與反射部的懸臂。
4.如權利要求3的裝置，其特征在于，所述懸臂配置成利用多個電磁信號中的一個在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)之間切換。
5.如權利要求4的裝置，其特征在于，每個所述電磁信號配置成在對應于一個所述鏡元件的一根所述懸臂中形成力矩，使所述懸臂在所述第一與第二狀態(tài)之間切換。
6.如權利要求5的裝置，其特征在于，所述多個電磁信號包括多個導體產(chǎn)生的磁信號。
7.如權利要求5的裝置，其特征在于，所述多個電磁信號包括多根電極產(chǎn)生的靜電信號。
8.如權利要求1的裝置，其特征在于，所述通道包括至少一個反射壁。
9.如權利要求8的裝置，其特征在于，所述反射材料包括鋁、金、銀和鉻之一。
10.如權利要求5的裝置，其特征在于，所述通道包括至少一個反射壁。
11.如權利要求10的裝置，其特征在于，所述反射材料包括鋁、金、銀和鉻之一。
12.如權利要求8的裝置，其特征在于，所述通道包括至少一塊配置成接收所述光信號并將其引導通過所述通道的通道鏡。
13.如權利要求10的裝置，其特征在于，所述通道包括至少一塊與所述鏡元件之一有光聯(lián)系的通道鏡，所述通道鏡配置成接收所述光信號并將其引導通過所述通道。
14.一種在第一與第二輸出端之間切換光信號的方法，其特征在于，所述方法包括步驟設置一包括帶反射部的懸臂的開關元件；和切換所述懸臂，當希望所述光信號位于所述第一輸出端時，使所述反射部設置于所述光信號通路；當希望所述光信號位于所述第二輸出端時，所述反射部離開所述光信號的通路。
15.如權利要求14的方法，其特征在于還包括所述光信號傳導通過一通道的步驟，并且所述通道包括反射壁。
16.如權利要求15的方法，其特征在于，所述傳導步驟包括用通道鏡引導所述光信號離開所述反射壁。
17.如權利要求15的方法，其特征在于，所述懸臂配置成通過多個電磁信號之一而被切換。
18.如權利要求17的方法，其特征在于，所述電磁信號在所述懸臂中產(chǎn)生磁矩。
19.一種配置成執(zhí)行如權利要求15的方法的開關。
20.一種配置成執(zhí)行如權利要求18的方法的開關。
全文摘要
一種新穎光學開關裝置及其操作方法，通過應用光信號限束通道克服了對準問題。所述光信號限束通道埋置后可將光信號限制于所需的傳播通路，使光信號與輸出端可靠地對準。利用小角鏡把光信號導入預定的光信號限束通道，實現(xiàn)期望的光學切換。小角鏡可以是鎖定微鏡或非鎖定微鏡，可由靜電驅(qū)動、熱驅(qū)動或電磁驅(qū)動或者任意其他技術控制。
文檔編號H01H67/22GK1668957SQ01814923
公開日2005年9月14日 申請日期2001年7月11日 優(yōu)先權日2000年7月11日
發(fā)明者阮梅春, 申軍, C·惠爾勒 申請人:亞利桑那州立大學