一種轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器，包括輸入光纖、輸出光纖、雙芯毛細管、準(zhǔn)直透鏡、長玻璃管、短玻璃管、TO管帽、MEMS芯片和TO管座；所述輸入光纖和輸出光纖沿所述雙芯毛細管的光軸被封入所述雙芯毛細管中；所述雙芯毛細管和準(zhǔn)直透鏡的光軸相對準(zhǔn)，并同時被固定封裝在長玻璃管中，使得所述輸入光纖、輸出光纖、雙芯毛細管、準(zhǔn)直透鏡和長玻璃管共同組成準(zhǔn)直器；所述MEMS芯片設(shè)置于所述TO管帽和TO管座構(gòu)成的密閉腔內(nèi)，并與TO管座上的加電引腳電連接。本發(fā)明專利技術(shù)可以實現(xiàn)掉電時衰減保持為特定值5～15dB，且同時滿足最小衰減小于0.8dB、最大可調(diào)衰減達到40dB以上的要求。通過對MEMS芯片氣密封裝，還可有效防止水汽滲透所帶來不良的影響，并提高器件制造效率。

Rotating mirror type MEMS variable optical attenuator

The invention relates to a rotating mirror type MEMS variable optical attenuator, optical fiber, optical fiber, including input and output double core capillary, collimating lens, long glass tube, short glass tube, TO cap, MEMS chip and TO socket; the input and output optical fiber optical fiber along the double core capillary is enclosed in the double the optical axis of the core capillary; capillary and double core collimating lens is aligned and encapsulated in a long glass tube is fixed, so that the input and output optical fiber and double core collimating lens and the capillary, long glass tube is composed of a collimator; the MEMS chip is arranged in the closed cavity of TO cap and the TO tube, and with the electrical connection pin tube on the electric TO. The invention can realize the requirement that the attenuation can be kept at a specific value of 5 to 15dB, and the minimum attenuation is less than 0.8dB, and the maximum adjustable attenuation can reach above 40dB. Through the hermetic packaging of the MEMS chip, it can effectively prevent the adverse effects of water vapor penetration, and improve the efficiency of device manufacturing.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種光通信器件，尤其涉及一種可變光衰減器(Variable Optical Attenuator)，具體涉及一種轉(zhuǎn)鏡式MEMS VOA，本專利技術(shù)屬于通信領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
轉(zhuǎn)鏡式MEMS VOA是光通信系統(tǒng)中的一種重要的光無源器件，具有響應(yīng)時間快、體積小、重量輕、功耗低、動態(tài)衰減范圍大、插損小、回損大、精度高等優(yōu)點，能很好地適應(yīng)光纖系統(tǒng)小型化與集成化的發(fā)展趨勢。轉(zhuǎn)鏡式MEMS VOA的結(jié)構(gòu)主要分為兩部分。一部分是由雙芯插針和準(zhǔn)直透鏡等組成，作為光的輸入和反射輸出通道；另一部分是TO密封件，通過貼片、金絲鍵合、真空封帽等精密工藝將MEMS芯片封裝在穩(wěn)定可靠的密封環(huán)境內(nèi)。當(dāng)外界施加電壓到器件的正負引腳后，驅(qū)動MEMS芯片反射鏡面發(fā)生微量角度的轉(zhuǎn)動，從而帶來入射到MEMS芯片鏡面的反射光同步偏移，導(dǎo)致返回光的模場與耦合的單模光纖模場耦合失配，產(chǎn)生了衰減。隨著施加電壓的變化，衰減也相應(yīng)地變化。目前市場上轉(zhuǎn)鏡式MEMS VOA主要技術(shù)實現(xiàn)方案有兩種，一種方案如圖1所示，主要由雙芯插針(包括輸入光纖1、輸出光纖2和雙芯毛細管3)、準(zhǔn)直透鏡I 4、金屬管帽5、MEMS芯片6和TO管座8構(gòu)成。光信號經(jīng)由輸入光纖1輸入，經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡I 4準(zhǔn)直后，入射到MEMS芯片6上，再通過MEMS芯片6上的反射鏡面7進行反射，反射光線經(jīng)過準(zhǔn)直透鏡I 4聚焦后，會聚光進入輸出光纖2，繼續(xù)進行傳輸。其中，雙芯毛細管3與準(zhǔn)直透鏡I 4的兩個8°面通過粘膠固定；準(zhǔn)直透鏡I 4與金屬管帽5可以通過熱固化膠粘接，也可以將兩者金屬化處理后，通過焊錫膏粘接；通過TO管座上加電引腳9改變MEMS芯片6上所施加的電壓，改變MEMS芯片6上反射鏡面7的朝向，從而實現(xiàn)光信號衰減量的控制。另一種方案如圖2所示，相對于圖1的變化是，將雙芯毛細管3和準(zhǔn)直透鏡II 10的角度由8°更改為其它的角度組合，例如：雙芯毛細管3角度為11°，準(zhǔn)直透鏡II 10角度為0°，以此來改善WDL指標(biāo)。但是，需要增加一個玻璃套管11，用來對雙芯毛細管3和準(zhǔn)直透鏡II 10兩者之間的相對位置和角度進行有效固定。在掉電狀態(tài)下(即未對MEMS芯片6施加電壓時，后文同)，如圖3所示，MEMS芯片6上的反射鏡面7不發(fā)生轉(zhuǎn)動，入射光經(jīng)過反射鏡面7反射后，反射光經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡I 4或準(zhǔn)直透鏡II 10后回到輸出光纖中，反射光與輸出光纖2的模場直徑和位置都基本吻合，此時衰減最小，小于0.8dB；對TO管座上加電引腳9施加電壓后，如圖4所示，此時MEMS芯片6上的反射鏡面7朝逆時針方向轉(zhuǎn)動，入射光經(jīng)過反射鏡面6反射后，反射光經(jīng)由準(zhǔn)直透鏡I 4或準(zhǔn)直透鏡II 10后回到輸出光纖2中，反射光模場與輸出光纖2的模場耦合失配，當(dāng)施加電壓6V時，光信號的衰減量能夠大于40dB。典型的“衰減-電壓”曲線參見圖5。上面所述的技術(shù)方案存在如下缺點：(1)準(zhǔn)直透鏡I 4或準(zhǔn)直透鏡II 10和TO管帽5采用熱固化膠粘接，或金屬化處理后進行焊接，氣密性不佳，水汽會緩慢進入到TO管帽5內(nèi)，對MEMS芯片6的性能指標(biāo)帶來不良的影響。(2)準(zhǔn)直透鏡I 4或準(zhǔn)直透鏡II 10粘接到金屬管帽5上后，通過調(diào)節(jié)雙芯插針進行耦合，這種結(jié)構(gòu)對耦合平臺的防震動性能要求非常高，一旦有輕微的震動，就會帶來接收光功率的跳動，影響測試結(jié)果。(3)掉電狀態(tài)下，MEMS VOA的衰減值很小，不符合其它場合的拓展應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是，提供一種掉電時衰減能夠保持特定值的擋光式MEMS VOA。本專利技術(shù)提供了一種轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器，包括輸入光纖、輸出光纖、雙芯毛細管、準(zhǔn)直透鏡、長玻璃管、短玻璃管、TO管帽、MEMS芯片和TO管座；所述輸入光纖和輸出光纖沿所述雙芯毛細管的光軸被封入所述雙芯毛細管中；所述雙芯毛細管和準(zhǔn)直透鏡的光軸相對準(zhǔn)，并同時被固定封裝在長玻璃管中，使得所述輸入光纖、輸出光纖、雙芯毛細管、準(zhǔn)直透鏡和長玻璃管共同組成準(zhǔn)直器；所述MEMS芯片設(shè)置于所述TO管帽和TO管座構(gòu)成的密閉腔內(nèi)，并與TO管座上的加電引腳電連接。在上述技術(shù)方案中，所述TO管帽上設(shè)置有一個玻璃窗，所述玻璃窗的正反面都鍍有增透膜。在上述技術(shù)方案中，所述玻璃窗是通過玻璃膠或焊料燒結(jié)到所述TO管帽上，從而具有良好的氣密性，使得所述TO管帽與TO管座之間形成的密閉腔的漏率≤5E-9Pa·m3/s。在上述技術(shù)方案中，所述短玻璃管設(shè)置于所述TO管帽外側(cè)，所述準(zhǔn)直器插入所述短玻璃管后，所述準(zhǔn)直透鏡通過所述玻璃窗與MEMS芯片的反射鏡面對準(zhǔn)，所述準(zhǔn)直器的長玻璃管插入所述短玻璃管后進行粘接固定。在上述技術(shù)方案中，對所述MEMS芯片不施加電壓時，所述準(zhǔn)直器相對于所述MEMS芯片的反射鏡面的垂線偏轉(zhuǎn)微小的角度，該微小的角度使得所述轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器的光衰減值為5～15dB。在上述技術(shù)方案中，所述轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器的最小可調(diào)衰減值小于0.8dB，最大可調(diào)衰減值大于40dB。在上述技術(shù)方案中，隨著所述TO管座上的加電引腳上施加的電壓的逐步增大，所述轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器的衰減值呈現(xiàn)先減小后增大的變化趨勢。本專利技術(shù)還提供了一種轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器的制作方法，所述準(zhǔn)直器與密封的MEMS芯片進行耦合調(diào)試，按照具體應(yīng)用場合對掉電特定衰減值的要求，通過TO管座上的加電引腳對MEMS芯片施加一個電壓，使MEMS芯片的反射鏡面預(yù)偏一個角度。在上述技術(shù)方案中，首先，在加電引腳對MEMS芯片未施加電壓狀態(tài)下，將所述轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器的衰減調(diào)到最小，此時所述準(zhǔn)直器的軸向與掉電時的MEMS芯片的反射鏡面相垂直；然后，按照掉電衰減值的要求，對MEMS芯片施加一個電壓，使得所述轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器的衰減值達到掉電時所需的特定衰減值，在此電壓狀態(tài)下，通過調(diào)整所述準(zhǔn)直器的軸向再次將所述轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器的衰減值調(diào)到最小，此時所述準(zhǔn)直器的軸向與偏轉(zhuǎn)后的MEMS芯片的反射鏡面相垂直或者基本上相垂直。本專利技術(shù)的優(yōu)點在于：本專利技術(shù)裝置能滿足新需求下的應(yīng)用，可以實現(xiàn)掉電時衰減保持為特定值5～15dB，掉電后MEMS VOA產(chǎn)品仍能保持在特定工作狀態(tài)，且同時滿足最小衰減小于0.8dB、最大可調(diào)衰減達到40dB以上的要求。對MEMS芯片進行氣密封裝，有效防止水汽滲透所帶來不良的影響。雙芯插針和準(zhǔn)直透鏡預(yù)先制作構(gòu)成的準(zhǔn)直器，有效降低器件組裝復(fù)雜度，提高器件制造效率，并且準(zhǔn)直器與MEMS芯片進行固定耦合，能夠有效防止震動對器件衰減值帶來影響。附圖說明圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的方案I結(jié)構(gòu)圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的方案II結(jié)構(gòu)圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)中方案光路示意圖(掉電狀態(tài))；圖4是現(xiàn)有技術(shù)中方案光路示意圖(加電至較大衰減狀態(tài))；圖5是現(xiàn)有技術(shù)中方案典型的“衰減-電壓”曲線；圖6是本專利技術(shù)技術(shù)方案結(jié)構(gòu)圖；圖7是本專利技術(shù)技術(shù)方案光路示意圖—掉電狀態(tài)；圖8是本專利技術(shù)技術(shù)方案光路示意圖—加電至最小衰減狀態(tài)；圖9是本專利技術(shù)技術(shù)方案光路示意圖—繼續(xù)加電至較大衰減狀態(tài)；圖10是本專利技術(shù)技術(shù)方案典型的“衰減-電壓”曲線；其中：1：輸入光纖； 2：輸出光纖；3：雙芯毛細管I； 4：準(zhǔn)直透鏡I；5：金屬管帽； 6：MEMS芯片；7：MEMS芯片上反射面； 8本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器，包括輸入光纖(1)、輸出光纖(2)、雙芯毛細管(12)、準(zhǔn)直透鏡(13)、長玻璃管(14)、短玻璃管(15)、TO管帽(16)、MEMS芯片(6)和TO管座(8)；所述輸入光纖(1)和輸出光纖(2)沿所述雙芯毛細管(12)的光軸被封入所述雙芯毛細管(12)中；其特征在于：所述雙芯毛細管(12)和準(zhǔn)直透鏡(13)的光軸相對準(zhǔn)，并同時被固定封裝在長玻璃管(14)中，使得所述輸入光纖(1)、輸出光纖(2)、雙芯毛細管(12)、準(zhǔn)直透鏡(13)和長玻璃管(14)共同組成準(zhǔn)直器；所述MEMS芯片(6)設(shè)置于所述TO管帽(16)和TO管座(8)構(gòu)成的密閉腔內(nèi)，并與TO管座(8)上的加電引腳(9)電連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器，包括輸入光纖(1)、輸出光纖(2)、雙芯毛細管(12)、準(zhǔn)直透鏡(13)、長玻璃管(14)、短玻璃管(15)、TO管帽(16)、MEMS芯片(6)和TO管座(8)；所述輸入光纖(1)和輸出光纖(2)沿所述雙芯毛細管(12)的光軸被封入所述雙芯毛細管(12)中；其特征在于：所述雙芯毛細管(12)和準(zhǔn)直透鏡(13)的光軸相對準(zhǔn)，并同時被固定封裝在長玻璃管(14)中，使得所述輸入光纖(1)、輸出光纖(2)、雙芯毛細管(12)、準(zhǔn)直透鏡(13)和長玻璃管(14)共同組成準(zhǔn)直器；所述MEMS芯片(6)設(shè)置于所述TO管帽(16)和TO管座(8)構(gòu)成的密閉腔內(nèi)，并與TO管座(8)上的加電引腳(9)電連接。2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器，其特征在于：所述TO管帽(16)上設(shè)置有一個玻璃窗(17)，所述玻璃窗(17)的正反面都鍍有增透膜。3.如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器，其特征在于：所述玻璃窗(17)是通過玻璃膠或焊料燒結(jié)到所述TO管帽(16)上，從而具有良好的氣密性，使得所述TO管帽(16)與TO管座(8)之間形成的密閉腔的漏率≤5E-9Pa·m3/s。4.如權(quán)利要求2-3中任一項所述的轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器，其特征在于：所述短玻璃管(15)設(shè)置于所述TO管帽(16)外側(cè)，所述準(zhǔn)直器插入所述短玻璃管(15)后，所述準(zhǔn)直透鏡(13)通過所述玻璃窗(17)與MEMS芯片(6)的反射鏡面(7)對準(zhǔn)，所述準(zhǔn)直器的長玻璃管(14)插入所述短玻璃管(15)后進行粘接固定。5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的轉(zhuǎn)鏡式MEMS可變光衰減器，其特征在...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張川，魏德亮，肖清明，趙慧，宋家軍，
申請(專利權(quán))人：武漢光迅科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：湖北;42