一种静电驱动的f-p腔mems波长可调滤波器的制作方法

专利名称：一种静电驱动的f-p腔mems波长可调滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及微光机电系统技术领域，特别涉及一种适用于光纤通信系统的静电驱动F-P 腔(Fabry-Perot腔)MEMS波长可调滤波器。
背景技术：
在波长可调滤波器领域，静电驱动的MEMS波长可调滤波器具有体积小、能耗低、响应 速度快、驱动电压低以及与集成电路兼容性好等优点，而在光纤通信系统中备受青睐。现有 的静电驱动MEMS波长可调滤波器领域都是采用F-P腔结构，其前腔面为既有反射又有透射 的薄膜，且周边固定；后腔面固定且为全反射面。当在前后腔面之间施加驱动电压时，前腔 面会在静电吸引力的作用下弯向后腔面，导致腔面之间的空气隙厚度变小，静电驱动F-P腔 MEMS波长可调滤波器就是基于这一原理工作的。然而这种结构的F-P腔MEMS波长可调滤 波器的缺点是前后腔面上存在电势差时，前腔面发生弯曲，使得前后腔面之间的空气隙在 不同位置的厚度不一致，其中心位置的空气隙厚度最小，这样从前、后两个腔面反射的光线 不再是平行光，反射光的干涉条纹也不再是平行的，这样会导致滤波效率和对选择光的利用 率下降，对宽光束下降程度更大。

发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，设计了一种前腔面始终平行移动的 静电驱动F-P腔MEMS波长可调滤波器，它能保持前后腔面的反射光始终平行，从而提高滤 波器的滤波效率和对选择光的利用率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 一种静电驱动的F-P腔MEMS波长可调滤
波器，包含一个F-P腔，其特征在于在F-P腔的四周连有4个静电驱动器，4个静电驱动器 的上极板分别通过4根连接杆与F-P腔的前腔面相连，4个静电驱动器的下极板与F-P腔的后 腔面固定在同"平面上。
所述的4个静电驱动器成中心对称地分布在F-P腔体四周，且4个静电驱动器的上极板 与连接杆以及F-P腔的前腔面的几何中心共线。
所述的4个静电驱动器的下极板与F-P腔的后腔面不相连。
所述的4个静电驱动器采用桥式结构v每"个静电驱动器通过两端的2个锚点固定，且相邻的两个静电驱动器共用一个锚点，致使4个静电驱动器的上极板与锚点呈一个整体结构； 而4个静电驱动器的下极板呈分离状。
所述的静电驱动器的锚点、上极板、下极板，和F-P腔的前腔面、后腔面，以及连接杆 的材料均为硅，或者是硅和二氧化硅的组合、或者是硅和氮化硅的组合。
所述的4个静电驱动器的下极板的几何中心的外恻均排布有4根连接导线，并在其中一 个锚点上加有一根导线，以方便给上极板和下极板施加电压。
所述的连接导线、导线的材料是硅或者金属。
本发明与现有技术相比所具有的优点本发明静电驱动器结构和F-P腔体相分离，它们 之间通过连接杆相连，使得在静电驱动下前腔面能始终保持整体平移，从而使得腔面间隙处 处相等，前腔面、后腔面反射光及其干涉条纹始终平行；这样消除了周边固支结构F-P腔 MEMS波长可调滤波器中存在的前腔面在静电驱动力作用下发生弯曲的现象，提高了 MEMS 波长可调滤波器的滤波效率和对选择光的利用率。


图1是静电驱动F-P腔MEMS波长可变滤波器的立体示意图2是未加电压时静电驱动F-P腔MEMS波长可变滤波器(不包括基底和绝缘层)的结 构图3是施加电压时静电驱动F-P腔MEMS波长可变滤波器(不包括基底和绝缘层)的结 构变形图4是光线在F-P腔的前腔面、后腔面上的反射光路示意图； 图5是F-P腔的前腔面、后腔面反射光的相干位相示意图中l为锚点，2为静电驱动器的上极板，3为连接导线，4为连接杆，5为F-P腔前 腔面，6为静电驱动器的下极板,7为导线，8为F-P腔后腔面，9为绝缘层，IO为硅基底。 具体实施例
下面结合附图及具体实施方式
详细介绍本发明。
本实施例以前腔面、后腔面尺寸均为半径100拜的静电驱动型F-P腔MEMS波长可调 滤波器为例，结合附图对本发明作具体描述。
图1为本实施例的一种静电驱动F-P腔MEMS波长可调滤波器的立体示意图；本实施例 将整个静电驱动F-P腔MEMS波长可调滤波器最下层是硅基底10上，并且在硅基底10之上 生长一层绝缘层9以隔开硅基底10和静电驱动F-P腔MEMS波长可调滤波器，绝缘层9的 材料可以为二氧化硅或者氮化硅；本实施例的静电驱动F-P腔MEMS波长可调滤波器中的 F-P腔位于整个结构的中央，四周对称的连有4个静电驱动器，4个静电驱动器的上极板2分别4根通过连接杆4与F-P腔的前腔面5相连，且上极板2、连接杆4以及F-P腔的前腔面5 的几何中心共线；4个静电驱动器的下极板6和F-P腔的后腔面8位于绝缘层9上面，且后 腔面8与静电驱动器的下极板6彼此分离；后腔面8的正上方为前腔面5,所述的4个静电 驱动器采用桥式结构，每一个静电驱动器通过两端的2个锚点1固定在绝缘层9上，相邻的两 个静电驱动器共用一个锚点1，致使4个静电驱动器的上极板2彼此相连，且与锚点1呈一 个整体结构；而4个静电驱动器的下极板6呈彼此分离状；4根连接导线3对称的分布在静 电驱动器的下极板6的几何中心的外侧，并将导线7与其中一个锚点1上相连，以方便施加 电压连接导线3、导线7的材料可以是硅或者金属；当它们之间施加电压时，会在上极板2 和下极板6之间产生电场。这里取4个静电驱动器的上极板2的尺寸分别为340pmx45pm， 4 个下极板6的尺寸分别为330^mx35^m,连接4杆尺寸为75pm><45^im，所述的静电驱动器的 锚点l、上极板2、下极板6，和F-P腔的前腔面5、后腔面8，以及连接杆4的材料均为硅， 或者是硅和二氧化硅的组合、或者是硅和氮化硅的组合。
图2为未加电压时静电驱动F-P腔MEMS波长可变滤波器(不包括基底和绝缘层)的结 构图。在连接导线3与导线7没有接驱动电压时，前腔面5处于初始平衡状态，前腔面5与 后腔面8之间的空气隙厚度最大。当入射光线以任一角度入射到F-P腔时,.分别经F-P腔的 前腔面5和后腔面8反射的两条反射光线的光程差也最大。此时，滤波器的选择波长最长。
图3是施加电压时静电驱动F-P腔MEMS波长可变滤波器(不包括基底和绝缘层)的结 构变形图。当导线7接零电位，静电驱动器的锚点l的电势也会为零电位，进而上极板2的 电势也为零电位；连接导线3接高电位时，下极板6的电势也为高电位，这样会在上极板2、 和下极板6之间产生电压场和静电吸引力。由于静电吸引作用，所有的上极板2会趋向下极 板6发生弯曲变形，从而带动F-P腔可动的前腔面5整体向固定的后腔面8运动，直到静电 吸引力与上极板2的弹性恢复力大小相等，前腔面5达到新的平衡状态；如图3所示；此时 F-P腔的前腔面5和后腔面8之间的空气隙厚度将变小，对于同未加电压时的同一条入射光 线而言，分别经F-P腔的前腔面5和后腔面8反射的两条反射光线的光程差也变小，滤波器 的选择波长也相应变短。撤去驱动电压后，F-P腔的前腔面5又恢复到初始平衡状态，如附 图2所示。这样，通过改变驱动电压的大小，就可以改变F-P腔的前腔面5和后腔面8之间 空气隙的厚度，从而改变滤波器的可选择波长。
图4是光线在前腔面、后腔面上的反射光路示意图；在该示意图中，F-P腔的前腔面5 和后腔面8始终保持平行状态，这样经F-P腔的前腔面5和后腔面8反射的光线的干涉位相 条纹也是平行的，如附图5所示，这会大大增加滤波器的滤波效率和对选择光的利用率。
权利要求
1、一种静电驱动的F-P腔MEMS波长可调滤波器，包含一个F-P腔，其特征在于在F-P腔的四周连有4个静电驱动器，4个静电驱动器的上极板(2)分别通过4根连接杆(4)与F-P腔的前腔面(5)相连，4个静电驱动器的下极板(6)与F-P腔的后腔面(8)固定在同一平面上。
2、 根据权利要求1所述的一种静电驱动的F-P腔MEMS波长可调滤波器，其特征在于 所述的4个静电驱动器成中心对称地分布在F-P腔体四周，且4个静电驱动器的上极板(2) 与连接杆(4)以及F-P腔的前腔面(5)的几何中心共线。
3、 根据权利要求1所述的一种静电驱动的F-P腔MEMS波长可调滤波器，其特征在于 所述的4个静电驱动器的下极板(6)与F-P腔的后腔面(8)不相连。
4、 根据权利要求1所述的一种静电驱动的F-P腔MEMS波长可调滤波器，其特征在于 所述的4个静电驱动器采用桥式结构,每一个静电驱动器通过两端的2个锚点(1)固定，且 相邻的两个静电驱动器共用一个锚点(1)，致使4个静电驱动器的上极板(2)与锚点(1) 呈一个整体结构；而4个静电驱动器的下极板(6)呈分离状。
5、 根据权利要求1或4所述的一种静电驱动的F-P腔MEMS波长可调滤波器，其特征 在于所述的静电驱动器的锚点(1)、上极板(2)、下极板(6)，和F-P腔的前腔面(5)、 后腔面(8)，以及连接杆(4)的材料均为硅，或者是硅和二氧化硅的组合、或者是硅和氮 化硅的组合。
6、 根据权利要求1所述的一种静电驱动的F-P腔MEMS波长可调滤波器，其特征在于 所述的4个静电驱动器的下极板(6)的几何中心的外侧均排布有4根连接导线(3)，并在 其中一个锚点(1)上加有一根导线(7)，以方便给上极板(2)和下极板(6)施加电压。
7、 根据权利要求6所述的连接导线(3)和导线(7)，其特征在于所述的连接导线(3)、 导线(7)的材料是硅或者金属。
全文摘要
本发明公开了一种静电驱动的F-P腔MEMS波长可调滤波器，包含一个F-P腔，其特征在于在F-P腔的四周连有4个静电驱动器，4个静电驱动器的上极板分别通过4根连接杆与F-P腔的前腔面相连，4个静电驱动器的下极板与F-P腔的后腔面固定在同一平面上；本发明的F-P腔静电驱动MEMS波长可调滤波器，其前腔面能够在静电驱动器的带动下发生整体平移，从而使得前腔面、后腔面的反射光始终保持平行，从而提高了F-P腔MEMS波长可调滤波器的滤波效率和对选择光的利用率；本发明F-P腔MEMS波长可调滤波器体积小、能耗低、结构简单以及制作容易，可以广泛适用于光纤通信系统。
文档编号G02F1/21GK101320187SQ200810116068
公开日2008年12月10日 申请日期2008年7月2日 优先权日2008年7月2日
发明者军 姚, 王大甲, 胡放荣, 邱传凯 申请人:中国科学院光电技术研究所